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A revolução industrial do alumínio no setor automotivo

Pesquisador brasileiro da universidade técnica de Aachen (RWTH), na Alemanha, analisa a aplicação do metal nos mercados brasileiro e europeu

Escrito por Pedro Bamberg

O uso de ligas de aluminio pela indústria automotiva é um dos principais pontos-chave para que as montadoras consigam atingir demandas importantes e sustentáveis quanto a limites de emissão de gases poluentes, consumo de combustível, segurança e performance.

A substituição das convencionais ligas de aço por ligas de alumínio resultam em redução do peso veicular, impactando positivamente os aspectos listados, uma vez que o material apresenta cerca de 1/3 da densidade do aço enquanto mantém excelentes propriedades mecânicas.

Algumas bibliografias dissertam que a redução de 10 % da massa veicular pode reduzir em até 8 g de CO2 por km rodado e até 6,5% de consumo de combustível. Naturalmente, essa mudança é acompanhada de diversos desafios e exige um elevado grau de inovação por parte das empresas envolvidas.

Europa como estímulo
Tomemos o mercado automobilístico europeu como exemplo, cuja indústria está alguns anos à frente da brasileira em termos de desenvolvimento tecnológico.

Após ter trabalhado, no Brasil, no setor de desenvolvimento de produto automotivo e, na Alemanha, na área de pesquisa e inovação, noto que a revolução industrial do alumínio automotivo na Europa pode ser dividida em quatro fases:

1ª fase: na década de 1980, deixou-se de utilizar o alumínio apenas como mero implemento decorativo dos veículos e teve início o uso do material como matéria-prima tanto dos blocos e cabeçotes de motores como das carcaças de transmissão, principais componentes do powertrain, responsáveis por parte significativa da massa veicular.

2ª fase: a utilização de ligas de alumínio se estendeu aos chamados body panels, como estratégia de redução de peso de componentes não estruturais. Nesse momento, capôs, painéis de porta e tetos, dentre outros componentes, passaram a ser de chapas de alumínio das famílias 5000 e 6000 conformadas a frio, sendo unidas majoritariamente de maneira similar e fazendo com que o volume médio do metal por carro de passeio chegasse, em 2005, a 131 kg, ou, aproximadamente, 10% do peso veicular. A viabilidade dessa fase teve grande colaboração do avanço dos processos de união de materiais, como a soldagem a laser, a utilização por adesivos estruturais, a soldagem por resistência com fontes de 1.000 Hz DC e união mecânica com rebites autopenetrantes (SPR, encontrados como self-piercing rivets na literatura inglesa).

3ª fase: é onde estamos hoje, com a utilização de ligas de alumínio como colunas, pilares, barras de reforço (componentes do body in white) e outros componentes estruturais da suspensão, substituindo aços e ferros fundidos de maior espessura e, por consequência, maior peso. Essa fase é de extrema relevância nos quesitos lightweight structures e multi-material design (MMD), trend topics da indústria automotiva, e sua complexidade envolve o uso de ligas de alumínio de ultra-alta resistência, de alumínio fundido, de perfis extrudados e de união de materiais dissimilares, como ligas de alumínio de diferentes famílias ou combinações com aço.

4ª fase: encontra-se, atualmente, em constante discussão, planejamento e até execução por parte de algumas empresas-modelo no segmento de inovação automotiva. Trata-se do design de estruturas veiculares completamente (ou em maior parte) feitas de alumínio, como podem ser identificados em alguns modelos, como o A8 da Audi, detentor da carroceria space frame, e o e-Golf, da Volkswagen. Incluo ainda o Model 3 da Tesla, carro elétrico mais vendido do mundo em 2020. O processo de eletrificação é, sem dúvida, um grande propulsor dessa 4ª fase no mercado europeu. Para oferecer grande autonomia, os veículos puramente elétricos modernos são projetados com extensos sistemas de bateria que chegam a pesar 400 kg e compor toda a plataforma do veículo, sendo necessária a massiva utilização de alumínio nas estruturas destes.

Onde está o Brasil diante dessa revolução do alumínio automotivo?
O uso de ligas de alumínio em veículos de passeio no Brasil limita-se ao que foi descrito na 1ª fase da indústria europeia. Por aqui, grande parte dos motores e carcaças de transmissão utiliza o metal fundido.

As carrocerias e painéis veiculares (portas, capôs, etc.) são, sumariamente, feitos de ligas de aço. A transição para o alumínio é frequentemente desencorajada no setor devido à comparação direta de custo entre os dois materiais.

No entanto, há grandes retornos de curto, médio e longo prazos envolvidos que podem atingir tanto a indústria como o consumidor final — e devem ser enfatizados:

  • A redução imediata de emissões de poluentes e consumo de combustível;
  • Menores custos com energia e processamento (visto o menor ponto de fusão do alumínio);
  • Melhores propriedades de corrosão (o que é um ponto importantíssimo para o mercado brasileiro, dada a sua alta salinidade em diversas regiões);
  • Maior ciclo de vida e altíssimo grau de reciclabilidade, chegando a 99%.

É importante salientar que a transição para o alumínio depende do alto grau de inovação aplicada e determina a mudança tecnológica para grande parte da cadeia produtiva: montadoras necessitam de linhas de produção e pessoal capazes de projetar e produzir veículos de passeio feitos de alumínio. Por outro lado, fornecedores de autopeças necessitam ser capazes de processar o material (conformar, usinar, fundir, forjar etc.).

Já os prestadores de serviço necessitam tanto de know how técnico, como de disponibilidade de máquinas e equipamentos específicos para soldar, unir e controlar o processo de fabricação de veículos feitos de alumínio. Inclusive, no fim da cadeia produtiva, nos revendedores e oficinas, mudanças e adaptações são necessárias para se prover devidamente serviços de reparo e manutenção.

Por onde começar?
O primeiro passo seria incluir nos projetos em desenvolvimento, geralmente planejados para serem lançados a cada quatro anos pelas montadoras, aplicações não estruturais, como painéis, portas e capôs de alumínio, de maneira similar, reduzindo a complexidade da união e da compatibilidade química dos materiais.

Em paralelo, as iniciativas públicas e incentivos governamentais são de extrema importância, visto que se tratam de processos de inovação tecnológica, área carente de investimentos no país. Programas como o Inovarauto e o Rota 2030 tiveram e têm um papel muito importante, uma vez que imprimiram mudanças como dowsizing de motores para três cilindros, uso de injeção direta, aumento de eficiência no consumo de combustível e grande parte do avanço na segurança eletrônica, como inclusão de freios ABS e airbags em 100% dos novos veículos.

Adicionalmente, outras formas de fomento à cultura de inovação com finalidade de lightweighting poderiam ser feitas baseadas em outros países, como a formação de consórcios e comitês envolvendo indústria, governo, universidades e institutos de pesquisa.

Foco nos benefícios e não no custo
A substituição de ligas de aço por alumínio no setor automotivo não é uma mudança trivial, precisa ser bem estruturada e demanda investimentos em pesquisa. No entanto, a decisão não pode se limitar à simples comparação direta de custo-material.

A atuação em conjunto entre indústria e academia, incentivada pelo governo na forma de benefícios fiscais e fomentos de pesquisa e inovação, é observada em vários países de conceito inovador e tem grande caráter facilitador. O Brasil, por ter notável necessidade e dependência do setor de transporte rodoviário, além de possuir uma das maiores reservas de bauxita do mundo, tende a se beneficiar dessa inovação tecnológica.

 

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