Que Es La Química En El Funcionamiento De Los Automóviles

Química, un todo sin darnos cuenta. Aunque usted no se dé cuenta, los automóviles y su funcionamiento tal como lo conocemos son posibles gracias a la química. Partiendo de los neumáticos, la pintura, bolsa de aire, el aire acondicionado, los cinturones de seguridad y por supuesto los combustibles por nombrar algunos, son propicios gracias a la química.

Las diferentes aplicaciones de esta ciencia son las responsables de que cada día circulen millones de autos confortables y seguros. Las próximas líneas de este artículo se fundamentarán en abarcar las diferentes formas en que la química está en la vida del automóvil.

Un invento revolucionario

Movilizar personas de un sitio a otro con mayor rapidez que lo que lo hacia una carroza impulsada por caballos fue la idea primea que movió a algunos inventores en pensar el cómo cambiar los hábitos del hasta entonces conocido medio de transporte. Un día típico de verano se puso en marcha un motor montado sobre un carro viejo, al cabo de algunos minutos ese auto viejo circulo el bosque de Vincennes, parque cercano a las adyacencias de París.

Ese momento histórico que con el tiempo sería el impulso para hacer desaparecer a los vehículos impulsados por caballos, fue en el verano de 1862 y el hombre detrás de ese invento fue Étienne Lenoir.

Lenoir no fue el primero en tratar de construir un “auto sin caballos”. Durante casi un siglo surgieron autos impulsados por motores de vapor engorrosos, sin embargo, el éxito de Lenoir fue utilizar el motor de combustión interna. Algunos pocos años después, la utilización de estos motores aumento y así surgirían la construcción de los primeros autos. En el año de 1895, de los talleres de Karl Benz saldría el primer vehículo que se vendería al público, dando así inicio a la era del automóvil.

Los pioneros:

Ya entrada la época de 1900 los vehículos tenían más aspecto a lo que hoy conocemos de lo que eran sus antecesores tirados por caballos. Los primeros modelos fueron difíciles de poner en marcha y una vez en marcha eran complicados de manejar. Sin embargo, cada año estos antecesores metálicos en 4 ruedas se volvieron cada vez más prácticos y útiles.

Producción en serie:

Para nada es un secreto que los primeros vehículos eran destinados a los grandes capitales, a hombres ricos que tomaban la idea de tener un automóvil como un juguete y una forma de crecer en estatus. Sin embargo, la llegada de Henry Ford al mundo automotriz lo cambio todo, este granjero de Detroit fue el pionero de la fabricación de los autos con visión para las masas, él concebía la idea de que el vehículo debía estar al alcance de cualquier hombre asalariado.

En 1908, aquel granjero idealista y revolucionario dio un golpe tremendo al tablero de juego del mundo automotriz, creando el sistema de producción en serie, impulsado con un modelo que se convirtió en todo un hito para la historia, el modelo T de la Ford. El sistema consistía en poder reducir las horas hombre trabajadas para la construcción de un solo auto colocando el ensamblaje por piezas en líneas preestablecidas. Resultado final, de 1908 a 1930 sólo en Estados Unidos se pasó de 200 mil propietarios a 15 millones.

Química: Materia prima para el automóvil:

El automóvil ha sido consonó con la historia, evolucionando a un ritmo sostenido con los materiales propios de cada época usados en la fabricación. Pasando por la madera, acero, aleaciones metálicas, el plástico y más recientemente el uso de los composites.

Conforme ha ido transcurriendo el tiempo, aquellos materiales de origen químico, como el plástico y la fibra de vidrio han aparecido muchas veces bajo el alcance de su aplicación, ya sea en para fines deportivos o por razones de seguridad y economía.

Actualmente, podría señalarse que los automóviles cuentan con unos 100 kilos de plástico y cauchos sintéticos que aproximadamente sustituyen unos 360 kilos de metal. En los últimos 20 años, la constitución de un automóvil ha pasado de tener de 3% a 14% y la tendencia es en alza. Un vehículo posee alrededor de 1000 piezas plásticas.

Luego de los años 90, debido a la implementación de los tratados europeos sobre contaminación ambiental la lógica de las grandes compañías fue la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. En ese orden de ideas, uno de los puntos de mayor estudio fue la reducción del peso total de auto, ya que, de esa manera se reducía el consumo promedio de los autos.

El reducir el consumo promedio de combustible de los autos proponía en la misma medida una reducción en bruto de los gases emitidos al ambiente, era un simple balance de masa. Entonces, el uso de la química una vez más se extendió.

Uno de los efectos más beneficiosos de usar materiales compuestos de plásticos es la reducción del peso, de esa manera las grandes marcas dieron un brinco hacia la eficiencia del consumo de combustibles. Gracias a la química, hoy podemos recorrer una mayor cantidad de kilómetros con la misma cantidad de combustible.

Si hacemos un estudio global para poder tener en cuenta lo importante de disminuir el peso promedio por auto tomaremos en cuenta que existen unos 800 millones de automóviles alrededor del mundo, y si tomamos el ejemplo anterior de una reducción promedio de 260 kilogramos por auto, obtenemos un total de 208 millones de toneladas. Una cantidad nada insignificante.

Desplazarse confortablemente

Nuevamente la química, gracias a ella podemos disponer de incontables avances que nos han permitido tener mayor confort para viajar. Los muelles y los amortiguadores controlan las alteraciones de la carretera, mientras otros elementos como los brazos de la suspensión aseguran la dirección de las ruedas. Ver bien, así como evitar ser deslumbrado, viajar sin excesivo calor o frío y hasta la comodidad de los asientos tienen implicaciones de la química.

La temperatura ideal:

En la actualidad, alrededor del 70% de los autos incluyen sistemas de climatización, ya que, el confort climático dentro del habitáculo del auto permite un mayor estado de actives al conductor, lo que en términos prácticos se traduce en un aumento de la seguridad.

El sistema de climatización está basado en la aplicación de líquidos refrigerantes como los hidroflucarburos, estos líquidos permiten que nuestros vehículos nos brinden la comodidad climática hasta en los inviernos y veranos más fuerte, y sí, nuevamente es gracias a la aplicación de la química.

Bien sentados, por favor:

Excesiva rigidez, ergonomía inexistente, esa era la realidad hace unos cuantos años en los asientos de nuestros automóviles, sin embargo, estas incomodidades fueron dejadas atrás con la aplicación de las espumas de poliuretano, éstas mejoran el confort gracias a que impiden que los conductores adopten formas y posiciones que incrementan el cansancio.

Por otro lado, la reducción del peso ha sido atacado también, los más modernos sistemas de MDI IPU son capaces de reducir hasta una densidad de 60kg/m³ en los asientos. Pero, la química no solo fabrica las espumas de los asientos, también es usada en la fabricación de las fibras sintéticas que cubren el sistema espumoso.

Las fibras no solo son usadas como un recubrimiento embellecedor, sino que su aplicación permite conferirle propiedades que mejorar la resistencia y durabilidad al poliuretano, incrementando también la sujeción y sirviendo como capa protectora para cualquier eventualidad.

¡Silencio! ¡Estamos en marcha!

En el mundo del automóvil la reducción de los sonidos producidos sucedió al mismo tiempo que fueron incorporados materiales plásticos en la fabricación de sí mismos. Así fueron adoptadas libertad de formas y prototipos de menores costos que permitieron una amplia gama de aplicaciones. Los materiales químicos más utilizados para recrear el efecto insonoro en el habitáculo del automóvil son las espumas y los poliuretanos.

El efecto del silencio es un punto muy bien tomado en cuenta, ya que, el confort depende mucho de la eliminación de los efectos sonoros en la conducción. La química proporciona en sus distintas aplicaciones el aliado en la reducción de los sonidos que entran al habitáculo del conductor, materias plásticas como las comentadas espumas y poliuretano no son solo usadas dentro del habitáculo, sino que también tiene aplicaciones en el ensamblaje de piezas, lo que le brinda el efecto imperbealizador contra el sonido.

Protección al sol:

Desde hace ya un tiempo, los constructores de autos se han dedicado a la protección de los ocupantes del vehículo contra los efectos de los rayos UV, es por ello que los cristales tintados en los autos se han masificado rápidamente en la producción.

Las láminas solares que tiñen los cristales vienen de compuestos de sustrato de poliéster a los cuales se les aplica una capa acrílica por uno de sus lados y por el otro una adhesiva y protectora. Todos los elementos mencionados son preparados químicos.

Recientes investigaciones en el campo de la reflexión y refracción de luz, han llevado a la luz, si cabe el termino, al conocimiento de que el vidrio no deja pasar de manera uniforme todas las longitudes de ondas, y que, a través de una acertada elección de aquellos componentes usados en la fabricación de los vidrios se pueden fabricar aquellos cuya transparencia sea mayor para aquellos componentes visibles de la luz y menor para aquellos componentes infrarrojos.

Este tipo de vidrios es denominado vidrio atérmano, la cual es una tecnología con cada vez mayor campo de aplicación, para la protección de los ocupantes del vehículo contra los rayos del sol, así como el calor que éste produce en el habitáculo del auto. Y sí, los aditivos y procesos que se le hace a los vidrios para tener esta propiedad nuevamente implica a la química.

Seguridad

La preocupante tasa de siniestros de transito es un motivo sobrado para que la industria automotriz continúe su incansable camino para confeccionar autos cada vez más seguros, y que sean capaces de poder reducir el número de los accidentes, así como la gravedad de los eventuales accidentes.

Nuevamente, la química entra en juego, y es porque la química tiene mucho que ver con esto, ya que, tanto la seguridad activa la cual es la que intenta evitar el suceso del accidente como la seguridad inactiva o pasiva la cual es la aquella que interviene cuando el accidente se produce han mejorado mucho.

Gracias a las nuevas tecnológicas aplicadas en sistemas eléctricos, así como, las nuevas sustancias y materiales de origen químico que le dan la capacidad a los automóviles de tener una mayor capacidad en sus respuestas antes los eventuales impactos.

El cinturón de seguridad:

Es este el elemento de seguridad pasivo de mayor popularidad. Se estima que en caso de que el impacto suceda el cinturón de seguridad es capaz de reducir el riesgo de muerte hasta en un 50% para los ocupantes de los asientos delanteros.

La misión y/o función del cinturón de seguridad es básicamente impedir que el cuerpo del ocupante salga como un proyectil fuera del vehículo en caso de choques. El efecto es la reducción de las fuerzas inerciales que se producen cuando el vehículo cambia repentinamente su movimiento, es decir, de ir a una velocidad determinada a una brusca parada.

Mientras más brusca sea la parada del vehículo mayor será la fuerza que el cinturón de seguridad deberá soportar. Cuando el cinturón de seguridad es llevado correctamente, el efecto de retención se ejecuta sobre dos partes especificas del cuerpo, el pecho y la pelvis, dos zonas resistentes del cuerpo.

Por otro lado, ya que el cinturón de seguridad recubre una parte importante del cuerpo, es capaz de distribuir uniformemente en toda el área que cubre, permitiendo de esta manera una reducción de la posibilidad de generarse lesiones.

Además, el cinturón de seguridad está hecho de materiales sintéticos de origen químico lo que le permite ser ligeramente flexible, permitiendo que pueda estirarse un poco evitando el efecto de parada brusca del vehículo reduciendo aún más las posibles lesiones.

Por otro lado, existen diferentes sistemas que permiten tensar el cinturón de seguridad. Uno de los de mayor uso son los partícipes con pretensor pirotécnico La misión de éste es que el cinturón de seguridad esté lo más ceñido posible al viajero para de esta manera evitar holgura alguna en caso de choque.

El principal elemento de este tipo de pretensores es la existencia de una cámara llena de gas, en la cual va alojada una carga pequeña explosiva que hace las veces de detonador. La cámara de gas inflamable está ubicada en un cilindro, en el cual hay un pistón móvil. Una vez el detonador es activado, el gas explota originando un fuerte incremento de presión que mueve el pistón. El pistón, al avanzar de golpe hace que gire la bobina donde está enrollado el cinturón de seguridad.

Las nuevas generaciones de automóviles, cuenta en el asiento del conductor con un segundo pretensor conocido como pretensor ventral. De esta manera, sujetados contra el asiento, los usuarios del vehículo ya no deben de preocuparse por el efecto submarino (el ocupante resbala bajo el cinturón).

Finalmente, están los limitadores de esfuerzos los cuales entran en acción una vez que el cinturón de seguridad está pretensado, la transmisión de la tensión se hace por medio de una pieza de acero capaz de deformarse programada y controladamente ubicada en el interior del enrollador del cinturón.

Cómo un clic pequeño evita un gran choque:

• 15 milésimas de segundos luego del choque, se pone en funcionamiento el pretensor que evita el movimiento total entre el cinturón y el ocupante.
• 20 milésimas de segundos luego del choque, se pone en funcionamiento el bloqueo de la cincha del enrollador.
• 70 milésimas de segundos luego del choque, se pone en funcionamiento el limitador de esfuerzo. Éste limita las cargas en la zona del tórax y en la zona alta del cuerpo. Sin embargo, la tensión en el cinturón de seguridad no aumenta.
• 110 milésimas de segundo luego del choque, se marca el fin del accionamiento del limitador de esfuerzo del cinturón de seguridad.

El airbag:

Conjuntamente con el cinturón de seguridad, el airbag es un elemento de seguridad imprescindible en los vehículos modernos. Se estima que en caso de choques frontales se reduce alrededor del 30% el riesgo de muerte.

Entre otras cosas, la función principal del sistema airbag es la de amortiguar el golpe del cuerpo contra el volante. La forma de hacer esto es deteniendo el impacto del cuerpo lo más suavemente posible, teniendo en cuenta que esta acción debe llevarse a cabo en un tiempo y espacio mínimo.

El airbag se compone de una bolsa inflable fabricada con una fibra química sintética (generalmente nylon) plegada generalmente en el centro del volante. El airbag dispone también de un detector de impacto que se da cuenta cuando se produce un choque e infla inmediatamente la bolsa de nylon.

El sistema de cómo se infla la bolsa está basada en una reacción química entre el boro y el nitrato sódico, la reacción se produce casi de manera explosiva produciendo un gran volumen de nitrógeno gaseoso. A su vez, la reacción es activada por un sistema eléctrico involucrado con el detector de impacto.

Los gases que se producen de forma explosiva alcanzan una presión tal que el airbag se infla en 20 centésimas de segundo. La velocidad del suceso es tal, que el volumen del gas producido genera que el airbag salga de su alojamiento a una velocidad de 300 km/h.

Instantes luego de que el airbag se infla, el gas que se produce comienza a disiparse poco a poco a través de orificios pequeños existentes en la bolsa. El airbag está diseñado para complementar y/o ayudar a los cinturones de seguridad no para sustituirlo, ya que en conjunto trabajan para brindarle la seguridad pasiva al conductor.

 Los motociclistas: Sin airbag, pero sí con casco:

Para el usuario de las motos, el casco es equivalente a supervivencia. Este elemento indispensable de seguridad se ha aprovechado también del avance de la química de los materiales y de la tecnología. Además, el simple hecho de que los usuarios de las motos no tengan más protección que el casco, exige que la fabricación de éste tenga el recurso de los materiales y materias más adecuadas, que estén en consonancia que la optimizada protección del conductor.

Normalmente el casco de seguridad está compuesto de cuatro elementos principales:

1. El corazón exterior: Es aquel, que en caso de choque dispersa y absorbe la energía. En la mayoría de las veces, estos caparazones son hechos de materiales termoplásticos, o de polímeros reforzados con fibras de vidrio. Por otro lado, también existen caparazones hechos de carbono.
2. La pantalla: Normalmente hecha de policarbonato, mismo material utilizado en la fabricación de discos compactos, de propiedades sólidas y transparentes existen dos básicos procedimientos para fabricarlos. O bien son moldeados por inyección por presión.
3. El calce: Es el encargado de proteger la cabeza del motociclista, absorbe la energía de que fue dispersada por el caparazón exterior. El calce está hecho generalmente de poliestireno expandido (EPS) y está situado en el interior del caparazón, tiene las propiedades de ser ligero y altamente absorbente.
4. La espuma interior: Hecho de material sintético y recubierto por un tejido que brinda confort.

Un frenazo a tiempo:

El sistema de frenado de los elementos de seguridad activa, y es fundamental y, por ello, es uno de los dispositivos que más han evolucionado tecnológicamente hablando debido a los grandes esfuerzos que se han dedicado en mejorarlo. Cuando el pedal de freno es accionado, un pistón dentro del cilindro maestro empuja aceite hacia los conductos presionando de esta manera las pastillas de frenos contra los discos.

Por otro lado, los materiales de las pastillas de freno difieren en función del uso del vehículo. Es muy frecuente en el mundo de los fabricantes de pastillas de freno usar la mezcla de carbono y Kevlar. Cuando esta mezcla es buena, el resultado es una pastilla cuyos componentes tienen un alto nivel de cohesión, además de que la fricción entre ellos es un buen disipador de calor.

Entre los sistemas de discos de frenos, hay fabricante que proponen sistemas cerámicos. Tal es el caso de la marca Porsche con su PCCB o freno composite de cerámica. La ventaja de usar este tipo de materiales para los frenoses básicamente el peso, ya que, se ahorra hasta un 50% en peso comparado con un disco clásico hecho de acero.

Esa ganancia de ligereza se traduce en una optimización en el trabajo de las suspensiones y una reducción en el desgaste. Por otro lado, la llamada “esperanza de vida” de este tipo de sistemas de frenos es muy elevada, así como la resistencia contra la corrosión.

El líquido de frenos:

Fluido hidráulico encargado de transmitir la fuerza originada den el pedal de freno hacia las pinzas encargada de comprimir las pastillas de freno. Generalmente, los sistemas de frenos por zapatas o por discos, la fricción es capaz de producir una gran cantidad de energía térmica. Esa energía tiene que ser disipada, esto es posible gracias a los flujos aerodinámicos del auto cuando éste está en movimiento. Sin embargo, parte de este calor es transmitido hasta el líquido de frenos.

Lograr que el fluido pueda transmitir la fuerza hidráulica y disipar el calor son las funciones objetivo, y nuevamente, la química es el actor capaz de realizar dichos objetivos. El líquido de frenos está compuesto por una base de glicol, es clasificado según su punto de ebullición y de la capacidad de absorber la humedad.

Ver y ser visto:

La iluminación del vehículo no ha cesado de evolucionar para el notable beneficio de nuestra seguridad y confort. La primera lámpara eléctrica para coches de doble filamento fue usada en los años 20, gracias a un procedimiento desarrollado por Tomas Édison.

Con el pasar de los años, su aplicación iba a permitir que el confort aumentará, así como la seguridad tanto del conductor del propio vehículo como los otros transeúntes. Haciendo una comparación, entre una lámpara ordinaria y una halógena, llamada también H4, esta última es un 20% más potente además de que permite duplicar la intensidad luminosa comparada con la primera.

Sin embargo, en los últimos años los automóviles han sido equipados con faros de luz azulada, faros de Xenón, que presentan una innovación en este campo. Éste tipo de lámparas son capaces de generar hasta dos veces mayor potencia luminosa que las bombillas alógenas, además de presentar un menor consumo de energía y ser más duraderas.  La química y sus avances han desarrollado el campo de la iluminación gracias al exhaustivo estudio de los elementos.

Conclusiones

La química como hemos podido darnos cuenta, representa una amplia gama de aplicaciones. Sin darnos cuenta, al usar nuestros autos, estamos llenos de química, desde cosas tan desapercibidas como nuestros cinturones de seguridad, y las luces de iluminación hasta cosas tan obvias como el combustible la química está presente.

Hoy podríamos darnos a la tarea de responder: ¿Qué sería del auto moderno sin los avances en los diferentes campos de la química?, desde el mundo del motor la respuesta está muy clara, no sería para nada igual a los que hoy conocemos como automóvil.

→Vídeo recomendado: Química en los autos deportivos.

https://www.youtube.com/watch?v=c5Vycne0zws

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