A eletromobilidade conseguirá se impor no futuro? E, em caso positivo, qual será a participação dos plásticos? Esses e outros aspectos não só levantam questões como também oferecem novas possibilidades de desenvolvimento (Auktora)

 

A repercussão do Dieselgate (escândalo sobre a falsificação de testes de emissões) e a necessidade política de reduzir o valor limite de emissões de gás carbônico tornaram inevitável a mudança de atitudes da indústria automotiva nos próximos anos. A incerteza das montadoras automotivas e de seus fornecedores é verificada em todos os lugares e submete a cadeia de valor a enorme pressão para agir.

Os fornecedores precisam se reinventar até certo ponto, com a tração elétrica permitindo uma significativa redução do número de componentes usados. Em comparação com os atuais motores de combustão interna, apenas cerca de 10% dos componentes atualmente empregados serão necessários no caso da propulsão elétrica. Além disso, os requisitos a serem atendidos pelos componentes serão modificados. Onde anteriormente tinham de ser usadas poliamidas (PA) especiais, estabilizadas ao calor, para superar temporariamente temperaturas na faixa de 220 °C nos sistemas de turboalimentação, agora a estabilidade a longo prazo passou a ser a característica mais demandada para a propulsão elétrica. E também se deve levar em conta não apenas as condições puras de condução, mas também o carregamento da bateria, o que implicará solicitações térmicas adicionais sobre os componentes.

Fig. 1 – Utilização das fitas unidirecionais no exemplo de um pedal para freio de segunda geração (Fonte: Boge Elastmetall)

 

O automóvel se tornará um equipamento elétrico

Surge a questão de saber se, no futuro, o automóvel poderá ser considerado um equipamento elétrico não monitorado. Componentes que pertencem a essa área industrial precisam ser classificados conforme a norma técnica IEC/DIN EN 60335-1. Portanto, no futuro, ensaios de resistência à chama e com filamento incandescente terão um papel importante. Lars Fölster, da Volkswagen AG (Wolfsburg, Alemanha), ao tratar da definição dos requisitos, ponderou que estes podem ser similares aos já existentes para os aparelhos eletrodomésticos. Trata-se de uma abordagem extensivamente comprovada, mas deve-se deixar claro que ainda faltam normas em que a indústria poderia procurar orientação. Thierry Wilmes, diretor da Auktora GmbH (Bochum, Alemanha) confirmou, em sua contribuição, que os requisitos somente poderão ser definidos se for conhecida a funcionalidade dos diversos componentes.

Essas diretrizes também não foram estabelecidas para os fornecedores de matérias-primas, os quais estão se esforçando para fornecer ou desenvolver os materiais certos no momento correto. Joachim Stricker, da Radici Plastics GmbH (Hamburgo, Alemanha), mostrou o quanto os transformadores de plásticos precisam mudar. Um estudo promovido por essa empresa deixou claro que os atuais 17 kg de poliamida (PA) usados nos automóveis convencionais se reduzirão para apenas 6 kg para o caso da tração elétrica. Contudo, o mesmo trabalho informa que novos tipos de peças, a serem usadas tanto na propulsão elétrica propriamente dita, como também nas estações de recarregamento de baterias e em plugues, aumentarão o consumo de PA em aproximadamente 15,5 kg. Isso poderá mais do que compensar a queda de consumo mencionada anteriormente.

Por último, mas não menos importante, a propulsão híbrida, que provavelmente ainda acompanhará a indústria durante alguns anos, continuará a ser um trunfo para muitas montadoras. Esta é uma boa notícia para muitos fornecedores, pois é preciso muito esforço para desenvolver novos produtos e processos ou para adaptá-los. A Evonik Ressource Efficiency GmbH já iniciou expandindo a sua capacidade de produção de PA 1 2. Ao menos neste segmento pode-se esperar uma estabilização no mercado de matérias-primas nos próximos anos. Mas o que vale para a PA 1 2 infelizmente não se aplica à PA 6. Ao contrário, neste caso, pode-se contar com uma tensão crescente.

A China na pista de ultrapassagem

A indústria automotiva terá de se adaptar ao desenvolvimento dos carros elétricos, mas continuando a levar em conta uma abordagem holística para a mobilidade. O mercado está sendo invadido por competidores que originalmente atuavam em outras áreas como, por exemplo, o grupo tecnológico Dyson. A mudança do conceito de mobilidade de “posse” para “compartilhamento” também requer novos modelos de negócio. O desenvolvimento de diversos conceitos de propulsão absorve recursos enormes e torna necessário um trabalho cooperativo que abranja todo o setor. Isso foi enfatizado por Fölster que, como responsável pela tecnologia de materiais do Grupo Volkswagen na China, abordou a questão “A China está na pista de ultrapassagem?”. As explicações desse especialista levaram em conta a velocidade com que os projetos locais estão sendo implementados e as restrições que as montadoras estrangeiras têm de enfrentar.

Por exemplo, na China os motores de combustão interna só podem ser colocados no mercado depois de atendidas as quotas de veículos elétricos. Com um volume anual de 1 milhão de veículos em todo o mundo, torna-se necessário produzir (não necessariamente vender) pelo menos 27.000 veículos elétricos por ano na China. É usada uma fórmula em função da cobertura para atribuir “créditos” que, por sua vez, afetam o número de unidades a serem entregues. A tecnologia e a linguagem de design dos fabricantes chineses resistem bem à comparação com as marcas europeias. No entanto, os fabricantes chineses seguem outros padrões normativos, de modo que um Volkswagen, por exemplo, ainda representa qualidade para muitos clientes.

A China segue uma estratégia em três etapas, cujo objetivo é assumir a liderança de mercado. A propósito, este fato era claramente visível para todos no programa do partido, como explicou Fölster. Uma vez estabelecidos, esses objetivos são rigorosamente perseguidos e alcançados. Por último, mas não menos importante, isso é demonstrado pelos números impressionantes do domínio da infraestrutura de estações para carregamento de baterias de carros elétricos. Fölster está certo de que a China se encontra na pista de ultrapassagem no tocante à mobilidade elétrica. Ele apelou à indústria de autopeças que leve o mercado a sério e desejou uma cooperação mais estreita.

Andreas Krones, da Opel AG (Rüsselsheim, Alemanha), mostrou que é possível a cooperação entre esses atores tomando como exemplo um rolamento de carga axial com estrutura otimizada feito de plástico. Essa peça se tornou realidade por meio de um diálogo intensivo com a empresa Ems-Chemie (Domat, Suíça). Trata-se da integração de funções usando um plástico de engenharia, de um grau de poliftalamida (PPA), Grivory HTV5H1, em substituição ao alumínio. Graças a novas funções integradas, algo como o “desacoplamento” do amortecimento acústico, o novo componente pode ser produzido sem alterações em termos de custo e peso, além de apresentar as mesmas especificações de capacidade de carga atendidas pelo componente original feito de alumínio.

Fig. 2 – Diversas possibilidades de elevar a resistência mecânica e a rigidez por meio do uso de materiais reforçados com fibras (Fonte: Boge Elastmetall)

 

Já o executivo Daniel Häffelin, da Boge Elastmetall GmbH, apresentou potenciais adicionais de construção leve. Ele mostrou um pedal para freio de segunda geração feito com fita UD (fibras unidirecionais), combinada e sobremoldada com chapas orgânicas.

A vantagem desse projeto está no fato de que o material da fibra não precisa ser dimensionado conforme a tensão máxima atuante no componente, mas sim ser utilizado apenas de forma localizada onde atuam as tensões máximas. Dessa forma o antigo sistema com seis camadas pode ser reduzido a quatro, o que minimiza o consumo de matéria-prima e simplifica o processamento. Dessa forma consegue se uma redução de até 30% da quantidade de material em relação ao processo original (chapa orgânica mais sobremoldagem). A aplicação e a união das fitas unidirecionais pode ser caracterizada como manufatura aditiva. A figura 2 mostra o potencial que vários materiais para fibras oferecem em termos da relação entre resistência mecânica e rigidez.

A manufatura rápida está apenas no começo

Os participantes da conferência também discutiram se os processos de fabricação aditiva são um meio comprovado para acelerar ou até mesmo substituir os processos de desenvolvimento no campo dos componentes de acionamento. Uma recapitulação do que foi observado em diversas feiras e publicações técnicas parece indicar que originalmente tudo parecia ser possível. Expectativas exageradas e, frequentemente, implementação em escala 1:1 dos processos de impressão tridimensional, fizeram com que alguns aprendessem a lição da forma mais difícil ou até mesmo virassem as costas ao mercado.

Todos os participantes deixaram claro que a manufatura aditiva somente terá uma chance se o material não for a única prioridade. Pelo contrário, o tema tem de ser considerado do ponto

Fig. 3 – Potencial para redução das emissões de gás carbônico por meio de diversas medidas para um veículo de porte médio com peso de 1.360 kg (Fonte: Ford). Legenda: HEV (hybrid electric vehicle): veículo elétrico híbrido. mHEV (mild hybrid electric vehicle): veículo elétrico híbrido puro, sem carregamento externo da bateria. A propulsão elétrica é usada exclusivamente para auxiliar o motor de combustão interna. PHEV (plug-in hybrid electric vehicle): veículo elétrico híbrido com carregamento externo da bateria. Além da propulsão elétrica atuar como auxílio do motor de combustão interna, ela pode ser usada de forma exclusiva em trajetos de até 50 quilômetros

 

de vista da transformação e da qualidade da matéria-prima, bem como das possibilidades construtivas. O processo também foi introduzido na BMW para o teste funcional de componentes. A produção em série de peças (manufatura rápida) para aplicações automotivas ainda se encontra em um estágio muito preliminar. Isso também foi confirmado por Carsten Weber, da Ford, ao considerar que o risco de falha de componentes de segurança já na fase de ensaio é demasiado elevado, uma vez que, normalmente, os componentes não podem ser fabricados com os materiais que correspondem à série posterior. A solução para este problema são insertos de ferramental, confeccionados usando manufatura aditiva e que podem gerar peças para teste feitas com o material original.

O princípio do ferramental rápido foi descrito com fatos e números por Stefan Hins, do Instituto do Plástico de Lüdenscheid  (Kunststoff-Institut Lüdenscheid), na Alemanha. Um componente para demonstração apresentando diversas espessuras de parede, nervuras, fendas e um elemento para encaixe foi modelado dentro de um projeto conjunto, por meio de estereolitografia (STL) e processos de sinterização seletiva. Foram confeccionadas amostras feitas com materiais à base de PP, PBT-V0, PA6-GF30, PC e até mesmo PPS, entre outros, sendo determinada a quantidade que pôde ser produzida. Foi possível demonstrar que, por exemplo, no caso do PBT-V0 e PC, pode-se produzir mais de cinquenta unidades. Em comparação, as variantes reforçadas com fibras de vidro e a que usou plástico de engenharia comportaram-se conforme esperado: apenas algumas poucas unidades puderam ser desmoldadas. Contudo, fica a questão sobre considerar a desmoldagem de, pelo menos, uma unidade ser eventualmente suficiente para ganhar vantagem em termos de tempo sobre os outros métodos de manufatura.

As teses dos participantes

Ao final, o auditório teve a possibilidade de votar em diversas teses dentro de uma pesquisa ao vivo, coordenada pelo site TED (www.ted.com). Três conclusões ficaram claras no painel de discussão:

1. Os requisitos no campo da eletromobilidade são definidos com dificuldade, de modo que eles só podem ser transferidos em grau limitado para os materiais hoje disponíveis. Isso também se aplica a materiais usados nos processos mais novos, tais como a manufatura aditiva.
2. A definição de normas é inevitável e urgentemente necessária para que se possa recuperar a confiança na tecnologia de manufatura rápida e proporcionar incentivos para essa tecnologia. Elas devem incluir particularmente indicações de qualidade, por exemplo, no que diz respeito à parametrização dentro de um determinado espaço construtivo.
3. A função deve se sobrepor ao potencial para construção leve.

Quase não há limites para os projetos dos componentes produzidos por meio da manufatura aditiva. Isso é particularmente válido dentro da classe de componentes que conduzem fluidos. Por outro lado, também aqui é importante adotar uma abordagem holística. Acima de tudo é necessário atores que pensem em termos da impressão tridimensional.

Finalmente, Carsten Weber, da Ford, foi direto ao ponto: “O intenso desenvolvimento do motor a combustão interna ao longo de mais de cem anos está agora se aproximando assintoticamente de seus melhores valores em termos de eficiência termodinâmica e mecânica. Contra esse pano de fundo, a otimização de todo o sistema de propulsão está se deslocando para o centro da otimização futura no nível de sistema. Uma adequação precisa de todos os módulos conforme o perfil de condução, incluindo os elementos elétricos do grupo motopropulsor, apresenta máximo potencial. Concluindo, os combustíveis com baixo teor de carbono, idealmente oriundos de fontes renováveis, também possuem extrema importância para a propulsão sustentável do futuro” (figura 3).

No entanto, a mobilidade elétrica é politicamente desejada e está impondo seus desafios aos fornecedores, ao segmento de matérias-primas e aos fabricantes de equipamentos originais. Todos os atores na cadeia de valor terão de se adaptar a isso – e o tempo está se esgotando.