Materiales compuestos aligeran camiones de basura eléctricos, mejorando eficiencia y sostenibilidad

El Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Haz IWS Dresden, junto con otros cinco institutos de investigación y empresas del centro de Alemania, se han unido recientemente para el proyecto UTILITAS ("Estructuras ultraligeras para vehículos comerciales en operaciones de servicio municipal"), que tiene como objetivo soluciones sostenibles y rentables que apoyen a los municipios para cumplir sus objetivos de protección climática con recursos disponibles localmente. Juntas, las empresas planean construir mejores contenedores de recogida hechos de metales ligeros y plásticos compuestos reforzados con fibra. Estas soluciones reemplazarán las superestructuras de acero pesado de los camiones de basura clásicos con una alternativa que será un tercio más ligera.

"Esta nueva generación de vehículos eléctricos podría entonces transportar tanta basura por carga como un camión de basura clásico pequeño", enfatiza Annett Klotzbach, quien dirige el grupo de Tecnología de Unión y Compuestos de Fibra en Fraunhofer IWS Dresden.

Sin embargo, el objetivo general del proyecto significa más que solo construir vehículos de basura "mejores". "Por eso la alianza está desarrollando no solo el contenedor, sino también las tecnologías de producción prácticas relacionadas", explica Klotzbach. "El punto importante aquí es asegurar que los nuevos contenedores también puedan construirse rentablemente en series pequeñas y repararse rápidamente en talleres locales". Se dice que los socios del proyecto confían en construcciones de contenedores hechas de marcos de aluminio y paneles termoplásticos reforzados con fibra de vidrio, y también están probando varios métodos de unión.

Una de las nuevas tecnologías de unión desarrolladas en Fraunhofer IWS, la "HeatPressCool-integrativa" (HPCi) se está empleando adicionalmente. Un láser primero rugosifica los componentes de aluminio, creando surcos en el metal que son más finos que un alfiler y solo unos 200 micrómetros de profundidad. Posteriormente, la herramienta presiona el componente plástico contra el puntal de aluminio y calienta brevemente el metal. Durante este proceso, el termoplástico se funde en la superficie del aluminio, fluye hacia los surcos moldeados por láser y se ancla allí durante el enfriamiento. Después de unos segundos, el aluminio y el plástico compuesto se dice que están unidos permanente y firmemente.

En el curso de la cooperación de desarrollo, los ingenieros de IWS también apuntan a determinar la durabilidad a largo plazo del contenedor ligero unido en comparación con soluciones atornilladas o adhesivas. Según Fraunhofer IWS, el contenedor tendrá que soportar altas cargas en el uso diario, por ejemplo, cuando la mecánica del vehículo comprime la basura recogida. En experimentos previos, los contenedores unidos con HPCi resultaron ser particularmente duraderos y mucho más fáciles de reparar que las construcciones pegadas. Las mediciones han mostrado que las uniones HPCi pueden soportar fuerzas de tracción equivalentes a la presión de un brazo hidráulico de hasta 25 megapascales.

Los expertos de IWS están convencidos de que el nuevo proceso de unión no solo es adecuado para construcciones de contenedores de basura, sino también para construcciones ligeras en aviones, ferrocarriles, instalaciones industriales o barcos. Los clientes industriales también pretenden usar HPCi en la producción de lavavajillas y otros electrodomésticos. Mientras tanto, para apoyar la amplia aplicación práctica de la nueva tecnología de unión del proyecto, los investigadores de Dresden dicen que han desarrollado pistolas de unión HPCi compactas que no son mucho más grandes que un taladro manual estándar. Pueden montarse modularmente en robots, por ejemplo, para iniciar rápidamente una pequeña producción ligera. Dado que esta nueva herramienta es tan prometedora, los científicos de Fraunhofer también pretenden crear pronto una empresa que produzca en serie las pistolas de unión HPCi.

Con el estado de los desarrollos actuales, la empresa añade, los primeros camiones de basura eléctricos con nuevos contenedores ligeros pronto darán forma al paisaje urbano de muchas grandes ciudades. "Los prototipos de contenedores deberían estar listos a principios de 2021", anuncia Klotzbach. "Esperamos que los primeros vehículos de recogida de basura estén en la carretera dentro de dos años". Los desarrolladores prevén empresas municipales como los principales clientes.

Seis socios participan en el proyecto UTILITAS: Fraunhofer IWS Dresden, la Cátedra de Diseño Ligero Estructural y Procesamiento de Plásticos de la Universidad Técnica de Chemnitz (Chemnitz), Marko Pfaff & Co. Spezialfahrzeugbau GmbH (Bad Lausick), Car systems Scheil GmbH & Co. KG, PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co. KG (Friedrichsdorf) y EBF Dresden GmbH (Dresden).