Plásticos nos Automóveis – Caminhões e Utilitários

Montadoras de veículos de produções menores, como caminhões e utilitários, começam a empregar mais o plástico em suas peças e componentes

O uso de termoplásticos e compósitos não se limita mais aos carros de passeio. Veículos com menor volume de produção de massa, caso dos caminhões, utilitários e ônibus, também estão no alvo das indústrias química e automobilística.

Dois exemplos recentes ilustram isso. O primeiro deles é o da United Parcel Service, mais conhecida como UPS. A empresa de logística encomendou uma frota de 150 novos caminhões de entrega modelo CV23, fabricado pela norte-americana Utilimaster.

Detalhe do veículo: ao contrário dos tradicionais P70, fabricados com carroceria de alumínio, os futuros caminhões terão essa estrutura em painéis de compósitos plásticos.

Com a mudança, a UPS perde 2 m3 dos cerca de 20 m3 de volume de carga, mas ganha um meio de transporte com dez por cento a menos de peso e com a redução de 40% no consumo de combustível.

A Basf, por sua vez, acaba de anunciar o desenvolvimento de um duto de ar para motores de caminhão com duas capacidades, 13 e 15 litros, usando o Ultramid A3W2G6. A matéria-prima, uma poliamida 6 com aditivos, compõe a peça fabricada pela ElringKlinger. Com alta resistência ao calor e capacidade mecânica avançada, o duto substitui uma peça anteriormente feita de metal.

Os casos confirmam o ponto de vista dos técnicos ouvidos nessa reportagem: o uso de termoplásticos e de compósitos em segmentos de veículos com menor volume de produção segue as tendências do que acontece com o mercado de carros de passeio. Com as devidas alterações e espaço de tempo, muitas das inovações introduzidas nos automóveis leves devem ser adotadas entre os pesos-pesados.

No mercado de maior volume, mais da metade dos veículos é formada por termoplásticos ou compósitos. A informação é do relatório Plastics in Automotive Market – Technology Roadmap, publicado pelo American Chemistry Council em 2009. Outro levantamento ainda mais recente, produzido pela consultoria AT Kearney, indica que a porcentagem atual seria de 16%, podendo atingir 18% em 2020.

Voltando ao exemplo da UPS – e aos caminhões e ônibus –, a encomenda não aconteceu de uma hora para a outra. A parceria com a Utilimaster, que fabrica veículos especiais, envolveu um projeto de três anos de duração, no qual também foram utilizados plásticos reciclados e borrachas oriundas de pneus usados.

A variedade de materiais empregados no CV23, no entanto, envolve um mix maior: poliuretanos injetados para os painéis inferiores do corpo da carroceria e para os para-lamas dianteiros, além de uso na cobertura dos para-choques dianteiros e no painel de instrumentos. Este último também recebeu olefinas termoplásticas, assim como nas guarnições interiores.

Plásticos nos automóveis – Peso dos Plásticos nos Veículos

Alguns componentes estruturais foram fabricados em compósito pelo processo SMC (sheet molding compound), os mesmos já adotados no famoso Corvette, da Chevrolet.

O teto do caminhão é uma peça única, moldada com plástico reforçado com fibra de vidro, assim como parte do capô. Apesar de testar pisos de compósitos no protótipo, os veículos comerciais terão alumínio nessa parte da estrutura. Resultado: o peso de cada caminhão caiu de 4,3 toneladas para 3,9 toneladas.

No caso do duto de ar lançado recentemente pela ElringKlinger, usando matéria-prima da Basf, a redução não atingiu os 400 kg – obtidos pela Utilimaster –, mas o caminho para as inovações está aberto. O componente, fabricado com a poliamida, não é a única novidade.

Um módulo multifuncional de admissão de óleo também faz parte do pacote, produzido com outra poliamida de mesma marca comercial, a Ultramid A3WG7. Ambos são utilizados nos motores da Detroit Diesel, subsidiária da Daimler nos Estados Unidos, com capacidade para 13 e 15 litros, daí a designação DD 13/DD 15.

Os dutos de ar substituem um modelo anterior feito de alumínio, tornando a peça 50% mais leve. O módulo de admissão também apresentou o mesmo índice de redução de peso. Com isso, o conjunto formado pelos dois componentes eliminou 2,6 kg do peso do motor. “A mudança poderá chegar em breve ao Brasil, pois a ElringKlinger tem filial no Rio Grande do Sul”, avalia o coordenador de Negócios da Basf, Luiz Roxo.

O especialista destaca que a Ultramid usada na produção do duto de ar é uma poliamida modificada com agente térmico justamente para suportar as condições de temperatura de até 240°C. O material foi avaliado em testes de pulsação de pressão a 140°C e o duto deve sobreviver a 3 mil horas de flutuações de pressão entre 0,4 e 3,5 bar.

De acordo com a Basf, estes são os requisitos especiais no setor de veículos comerciais, mostrando situações reais da mistura de ar fresco do motor com o gás de escape quente (até 230°C) recirculado.

No ponto em que o gás de escape é reintroduzido – e sob cargas elevadas –, os picos de temperatura podem atingir até 200°C.

Fabricado com uma variante da poliamida Ultramid, o módulo de admissão de óleo também foi testado em condições severas para o uso em motores a diesel. O material, que incorpora uma válvula de retenção integrada, precisa resistir a mais de 10 milhões de ciclos de pulsação de pressão de óleo entre 5 e 13 bar a 120°C.

Em testes de longa duração, 500.000 ciclos devem ser suportados na presença de uma mistura que contém não somente o óleo do motor envelhecido como também os componentes do combustível. As simulações levam em conta um cenário em que o caminhão precisa ser conduzido por cerca de 1,2 milhão de quilômetros.

Especificamente em relação ao módulo de admissão de óleo, os ganhos foram maiores: em razão da substituição do metal e do elevado grau de integração funcional, os custos de produção da peça também foram cortados pela metade, segundo a Basf.

Roxo lembra que a troca de metais em peças para motores exige materiais plásticos com grande resistência química e térmica. “A estabilidade térmica não se restringe à peça instalada.

No caso do processo de injeção, ela precisa suportar mudanças de temperatura e pressão, que podem variar bastante em um espaço de tempo pequeno. Além disso, muitos dispositivos serão conectados a outros componentes e precisam aguentar situações de estresse”, acrescenta.

Tais condições explicam o volume exaustivo de testes e o uso da simulação computacional. A ElringKlinger, por exemplo, usou a plataforma de tecnologia de informação da Basf, chamada Ultrasim, para o segundo caso.

Um dos exemplos de situações simuladas em computador foi a prevenção da fadiga do material provocada pelo funcionamento do motor. As junções de solda também foram avaliadas com uso da informática, indicando os pontos fracos que precisariam receber as menores cargas possíveis.

Ao lado dos ganhos já listados, Roxo acrescenta que o tempo de resfriamento mais rápido da injeção plástica é outro fator de superioridade em relação ao mesmo processo feito com o alumínio. “É possível criar a mesma peça com paredes mais finas e com designs inovadores, pontos já reconhecidos na indústria automobilística”, complementa. “Peças como coletores já provaram isso, com a produção de componentes mais leves, assim como vários filtros de poliamida, conexões em partes elétricas”, acrescenta.

Na avaliação do executivo, a adoção pelo mercado brasileiro vai acontecer aos poucos. Um dos exemplos são as peças usadas no sistema de arrefecimento de caminhões na Alemanha. Em vários modelos, esse dispositivo completo tem sido produzido com poliamida. No Brasil, de acordo com Roxo, há um mix, no qual as hélices usam poliamida e o resto do componente é feito de metal.

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