Un sector electrizado: la electromovilidad, un billete con destino a la neutralidad de CO2

Su entrada triunfal es imparable: cada vez más vehículos con accionamiento eléctrico llegan a los mercados de todo el mundo, y son considerados un elemento importante para alcanzar los objetivos climáticos de París, a los que se comprometieron 195 países. Porque, aunando fuerzas, la movilidad debe ser climáticamente neutra como muy tarde en 2050. Para ello, la industria automovilística ha tenido que implementar la mayor restructuración de su historia, para pasar del motor de combustión a alternativas como híbridos plug-in (PHEV) o el accionamiento eléctrico totalmente a batería (BEV).

Sin embargo, el coche eléctrico no es un invento del siglo XX, y menos aún del XXI: La historia del automóvil eléctrico comenzó en algún momento entre 1832 y 1839. En aquella época, un inventor escocés llamado Robert Anderson desarrolló en Aberdeen el primer vehículo eléctrico. En Coburg se creó en 1888 el coche eléctrico Flocken, un carruaje eléctrico de cuatro ruedas que, probablemente, pasará a la historia como el primer automóvil de pasajeros del mundo con accionamiento eléctrico. En la etapa temprana de los vehículos a motor (después de los automóviles a vapor, pero antes de los coches con motor de combustión), los vehículos eléctricos superaban técnicamente a sus competidores en muchos aspectos. Y a pesar de ello, aproximadamente en 1910, con la rápida evolución del motor de combustión, los coches eléctricos desaparecieron en gran medida de las calles, y pasaron a ser un nicho de mercado durante casi un siglo.

Hasta la década de 1990 no se empezó a investigar intensamente en nuevas tecnologías de acumuladores y accionamientos eléctricos. Los motivos son evidentes: aumento de la contaminación del aire en los núcleos urbanos, problemas de suministro de petróleo, y la necesidad de frenar el cambio climático. Y así fue como, en 1997, el Toyota Prius fue el primer modelo producido a gran escala con accionamiento híbrido y, por tanto, un pionero para otros desarrollos de éxito.

La llegada al mercado del fabricante americano Tesla aceleró la tendencia enormemente: en la década de 2000, también los fabricantes establecidos le tomaron gusto al coche eléctrico y empezaron a reorganizar el mercado con series pequeñas, prototipos e incluso modelos ampliamente disponibles. La diversidad aumentó y, con ello, también la necesidad de métodos de producción adecuados para la fabricación a gran escala, incluyendo las herramientas y los materiales necesarios. CERATIZIT, observador del mercado que conoce bien las tendencias y mantiene una estrecha relación con las industrias clave, fue capaz de proporcionar entonces soluciones sofisticadas.

Y así, gracias al intenso trabajo de desarrollo en la industria automovilística, se ha incrementado considerablemente la proporción de modelos totalmente eléctricos e híbridos. Estos últimos han aumentado ligeramente en un uno por ciento, el 69 por ciento de los modelos en el mercado mundial son de accionamiento totalmente eléctrico BEV, con tendencia creciente. Por ejemplo, en el primer semestre de 2021 se vendieron en todo el mundo 2,65 millones de BEV y PHEV nuevos, con lo que la cuota de mercado en las cifras de ventas totales de todos los turismos ascendió del 3 al 6,3 por ciento. Por cierto: en Europa, los coches eléctricos tienen ya una cuota de mercado del 14 por ciento. Los expertos calculan para 2021 un volumen mundial de 6,4 millones de BEV/PHEV, con lo que el parque móvil aumentaría a un total de unos 16,4 millones de turismos y vehículos industriales ligeros con accionamiento eléctrico. 

Al mismo tiempo, crece también la diversidad de vehículos con propulsión eléctrica total o parcial. Actualmente hay unos 100 modelos en fabricación a gran escala, y 265 turismos se produjeron en series medianas y pequeñas en el periodo de aproximadamente 2018/2019, y se han lanzado a algunos mercados del mundo. Además, también hay unos 80 modelos de vehículos que fueron optimizados especialmente para los desplazamientos por ciudad, con una velocidad máxima de 60 km/h.

Para desplazarse, un motor eléctrico utiliza las fuerzas de atracción y repulsión de los campos magnéticos. Por eso, por ejemplo, el motor de un coche eléctrico está formado por el estátor, un soporte fijo y un rotor que gira dentro. El campo magnético en ambas piezas se genera a partir de bobinas por las que circula corriente, de modo que con la dirección de la corriente cambia también la orientación de los campos magnéticos que se atraen y se repelen alternativamente. ¿Y esto cómo hace que se mueva un coche? Al invertirse varias veces la polaridad de las bobinas durante una revolución del rotor, este gira continuamente. En el vehículo eléctrico, este movimiento giratorio se utiliza para el accionamiento de las ruedas, por lo que se desplaza con electricidad.

Y si en los vehículos convencionales era necesaria una caja de cambios, a veces extremadamente compleja, para la dosificación correcta del par de giro, en el coche eléctrico se puede prescindir de ella. Porque los motores eléctricos cubren una gama de revoluciones mucho más amplia y permiten aprovechar el par máximo incluso desde que el coche está parado. También el embrague es "cosa del pasado". En su lugar, generalmente se instala un engranaje reductor que solo requiere una única marcha y una transmisión fija. ¿Ya no se puede ir marcha atrás? Por supuesto, solo que para ello ya no es necesaria una marcha atrás separada.

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Si bien en el caso de los coches híbridos o eléctricos la proporción de componentes mecanizados con arranque de virutas es menor que en los vehículos convencionales, esto no significa necesariamente que los procesos sean más sencillos. Un componente especialmente interesante a la hora de mecanizar es el cárter del motor eléctrico, fabricado de aleaciones de aluminio con las más diversas composiciones. En este caso también tienen cada vez más importancia los costes por unidad, y en especial la perforación del estátor, como parte más costosa, plantea enormes exigencias a la herramienta y su filo. Con diámetros de perforación de 200 mm o más, la reducción de peso de las herramientas es crucial para no llevar al límite el par de vuelco y de giro de los centros de mecanizado utilizados.

Las soluciones innovadoras también constituyen la diferencia decisiva en el cárter del motor eléctrico: por ejemplo, la fresa de PCD para planear MaxiMill SEC12 es la herramienta ideal en la industria automovilística para el mecanizado de componentes de aluminio o metales no férreos, cuyos interiores deben estar absolutamente libres de virutas. Gracias a la especial construcción de los asientos de las placas y la topología de las plaquitas de corte, y con ayuda de la presión del refrigerante, las altas revoluciones producen una succión que evacua las virutas de la pieza de trabajo casi por completo.

Para que las baterías de los vehículos híbridos y eléctricos resistan mucho tiempo y estén alojadas con seguridad, se instalan casi siempre en bandejas de paredes muy delgadas de aleaciones de aluminio de alta resistencia, ya que, gracias al material escogido, su peso apenas es relevante. Para mantener los precios dentro de un marco razonable, dada la gran cantidad de perforaciones y roscados, es esencial contar con sistemas de herramientas duraderos e innovadores. Por ejemplo, que sean capaces de realizar varias operaciones de mecanizado con una sola herramienta. Teniendo en cuenta la longitud de las superficies de apoyo de la tapa de la bandeja de la batería, para mejorar la eficiencia se puede aumentar la velocidad: las herramientas de fresado HSC y HPC de eficacia probada establecen nuevos estándares de velocidad.

¿Quién ha dicho que el deporte de carreras equivale siempre a motores de combustión de gran volumen con un ruido ensordecedor para lograr los mejores tiempos? La Formula Student, una liga de carreras especial para estudiantes universitarios con una categoría para coches totalmente eléctricos, demuestra lo contrario. El GreenTeam de la Universidad de Stuttgart es un equipo de gran éxito que compitió en la temporada 2021 con su vehículo E0711-11 EVO. 

El resultado de un análisis demostró que con una solución estándar no se podían conseguir las tolerancias necesarias. Por tanto, el equipo desarrolló una solución a medida: una pieza adicional fabricada mediante impresión 3D, con dos alojamientos para plaquitas de corte y un amortiguador de vibraciones que se monta en un eje U. "Teniendo en cuenta que los componentes tienen un diámetro mayor que 120 mm y el mecanizado se realiza en una máquina de 5 ejes con interfaz HSK63, era inevitable reducir la carga en el husillo", explica Haudeck. El diseño ligero y optimizado con el método FEM absorbe de manera excelente las fuerzas que se producen durante el proceso de corte, permitiendo el mecanizado en una sola posición de sujeción. ¿Ha merecido la pena el esfuerzo? En cualquier caso, en la última temporada el equipo ganó dos de cuatro carreras y quedó dos veces en segundo puesto, entre otras cosas, gracias a la colaboración de CERATIZIT.

La sostenibilidad está anclada en el ADN de CERATIZIT. Precisamente, porque somos de los primeros en fomentar tecnologías que permiten ahorrar recursos y establecerlas a largo plazo. Por eso, consideramos que quienes quieran seguir moviéndose en el futuro con la conciencia tranquila, no podrán oponerse a la electromovilidad. El desarrollo no se detiene en lo que respecta a la autonomía de los vehículos totalmente eléctricos o a la cobertura geográfica completa de la infraestructura de carga. Para poder dar el impulso necesario a estos factores, en CERATIZIT investigamos continuamente nosotros mismos, o colaboramos con socios tecnológicos y clientes en la creación conjunta de nuevos conceptos para la movilidad del futuro con neutralidad de CO2. Se trata de mostrar nuevas vías sostenibles para encontrar soluciones competitivas, desarrollar e implementar tecnologías de vanguardia, e impulsar eficazmente las tendencias innovadoras. Esto incluye también la prestación de servicios digitales como, por ejemplo, ToolScope, la herramienta de monitorización eficaz de CERATIZIT para mecanizar con seguridad de proceso. De este modo, uniendo nuestras fuerzas, conseguimos alcanzar los objetivos climáticos y, por tanto, conservamos nuestro planeta también para las generaciones futuras.