Motores: en la carrera ambiental

Las firmas automotrices están en la batalla por lograr el mejor desempeño de sus motores híbridos; A fin de transitar hacia una industria dominada por los autos ‘verdes’.
motor_prius  (Foto: AP)
Zacarías Ramírez
CIUDAD DE MÉXICO (Manufactura) -

El cambio hacia motores de menor consumo de combustible y bajas emisiones impulsa la manufactura de autopartes en México, y Silao, Gto, donde Volkswagen (VW) instalará su planta de motores, es sólo un caso. También Ford, Chrysler y General Motors (GM) han puesto en marcha proyectos en el país para fabricar motores de nueva generación.

El cambio llega cuando las ventas de vehículos en el mercado interno entraron en picada desde antes de la crisis de 2008 y hasta septiembre de este año aún estaban 27.1% por debajo de lo registrado hace dos años. También coincide con que las exportaciones ya recuperaron los números que tenían antes de la recesión e, incluso, los han superado. En el país se producen partes para lo que constituye el tren motriz —partes eléctricas, transmisiones, embragues y partes para motor— y donde se genera 80% de las emisiones al medio ambiente, dice Agustín Ríos Matence, director ejecutivo de la Industria Nacional de Autopartes (INA).

Aunque menos visible que el ensamble de autos, el negocio de producir motores también se beneficia del auge de las exportaciones y su valuación se estima en cerca de 4,000 millones de dólares (MDD) anuales, según Ríos. Ahora, el reto para la industria son los híbridos y eléctricos, que dominarán la escena en los próximos años y que involucran a proveedores que hasta ahora no tenían nada que ver con vehículos.

Para las armadoras, los motores son considerados componentes estratégicos y, por tanto, se reservan su fabricación, pero como pasa con el resto de las partes del vehículo, los proveedores ganan terreno.
En 2002, agregaban 40% del valor de un automóvil y para 2015 la proporción aumentará a 55%, según el Departamento de Comercio de Estados Unidos (EU). El cambio generacional en los motores abrirá oportunidades para unos y las cerrará para otros; ganarán aquéllos que hagan investigación y desarrollo (ID), dice Gabriel Renero, socio de la Práctica de Manufactura de Deloitte.

Las nuevas regulaciones

Ríos Matence dice que las compañías globales de autopartes ya están en México y, por lo mismo, no espera la llegada de más empresas atraídas por los nuevos motores. Pero antes de que los híbridos logren popularizarse y los primeros autos eléctricos salten al mercado, armadoras y proveedores tienen que hacer frente a nuevas regulaciones.

En 2014 entrarán en vigor dos nuevas reglas en eu; una para racionalizar el uso de combustible y reducir las emisiones de gas de efecto invernadero (GEI) de camionetas de uso comercial, y otra para que vehículos ligeros adopten las normas de ahorro de combustible. Las reglas aplicarán para los modelos 2012 a 2016 y, según la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) y la Administración de Tráfico y Seguridad en Carreteras Federales (NHTSA, por sus siglas inglés) son el primer paso para regular el segmento que más contribuye al consumo de combustible y a la emisión de GEI.

En Europa, la luz roja es la Norma Euro 6, que se aplicará a partir del 1 de septiembre de 2014 y establece que todos los automóviles equipados con un motor a diesel tendrán la obligación de reducir sus emisiones de óxidos de nitrógeno para limitarse a 80 mg/km (una reducción adicional de más de 50% respecto de la norma Euro 5).
Los autos híbridos ya circulan en ciudades del mundo. Es el caso del Prius de Toyota y Fusion de Ford, que usan electricidad y gasolina, del híbrido Volt de GM, que depende de un enchufe eléctrico, y de los autos Mercedes Benz con tecnología BlueTEC, la cual limpia el diesel de óxidos de nitrógeno, pero todavía son productos de nicho y, por ahora, en México sólo está disponible el Prius.

Pero el grueso de los consumidores llegará a las nuevas regulaciones en autos con motores de combustión interna, así que la industria explora tecnologías para cumplir con las nuevas reglas y a la vez alcanzar sus metas comerciales. Se estima que, en 2015, tres cuartas partes de los vehículos vendidos en el mundo serán a gasolina y sólo 4 o 4.5% será híbridos y eléctricos, dice el director ejecutivo de la INA.

Entre esas tecnologías está la inyección directa de combustible, el reúso del diesel y el sistema start-stop (que apaga el auto mientras está detenido en el tráfico o el semáforo y reenciende con sólo pisar el acelerador). Los motores que vw producirá en Silao son de la familia de sus actuales motores a gasolina de cuatro cilindros de 1.8 y 2.0 litros e inyección múltiple, comenta Thomas Karig, director de Asuntos Corporativos de vw México.

El ejecutivo señala que éstos proceden de los motores GTI y GLI (turbo), pero con tecnología de tercera generación, a fin de estar acordes con los estándares de emisiones que regirán en EU y Europa.

La industria en México opera conforme a las reglas de EU, país al que exporta alrededor de 56.2% de su producción y en el que 11 de cada 100 vehículos vendidos proceden del vecino del sur. Ford inauguró hace un año su nueva planta de motores a diesel en Chihuahua para producir tanto versiones de 6.7 litros para sus camiones Super Duty como de 4.4 litros para las camionetas Land Rover. La compañía trabaja en una gama de opciones tecnológicas y la primera es el motor a diesel, un desarrollo hecho en Europa, pero en el que participan vehículos de México, dice Herman Morfin, gerente de Relaciones Públicas de Ford.

Hace sólo unas semanas, Chrysler inauguró una planta, también de motores, en Saltillo, Coahuila, para producir su nuevo motor Pentastar, que promete reducir 25% el uso de combustible para 2014 y que sustituirá los motores que utilizan hoy sus marcas Chrysler, Ram, Jeep y Dodge.

Una ventaja es que la mayoría de estas tecnologías son aplicables a cualquier vehículo, incluyendo los híbridos, con enchufe a la corriente eléctrica, a gasolina o diesel o a los que usan biocombustible, indica el reporte On the Road: U.S. Automotive Parts Industry Annual Assessment, elaborado por el Departamento de Comercio de EU. "Estos motores de combustión interna con mejoras tecnológicas son un paso de transición hacia donde realmente va la industria, que es hacia vehículos híbridos y eventualmente eléctricos —dice Renero—. Ese es el verdadero futuro de la industria".

El ‘eslabón perdido'

En esencia, lo que mueve a un auto convencional es el calor que produce la quema de gasolina o diesel dentro del espacio cerrado, que es el motor, y al que también se inyecta oxígeno de manera controlada; el calor expande los gases de la combustión y empuja los pistones en un subir y bajar continuo e incesante. El problema es que estos motores sólo aprovechan una tercera parte de esa energía calórica y el resto la envían a la atmósfera convertida en gases de CO2 y partículas. Hasta hace poco, ese desperdicio no atraía la atención debido a que esos motores ofrecen buena aceleración, pero las nuevas regulaciones obligan a cambiar de enfoque.

Las tecnologías de combustión han tomado varios caminos. Lo que se consolida antes de llegar a los motores híbridos es el HCCI Combustion (Homogeneous Charge Compression Ignition), una combinación de combustión por ignición tradicional y por compresión que utiliza la inyección directa, la compresión variable y el turbo. Según la carga de trabajo, el motor con HCCI funciona como uno a diesel de autoencendido (que se produce al poner bajo presión y a altas temperaturas aire cargado con este combustible) o, bien, como uno de gasolina con encendido por bujía.

Otro es el motor sin árbol de levas, que se utiliza desde hace años en la Fórmula 1. Se trata de brazos que abren y cierran las válvulas del motor en sincronía para permitir la entrada de aire cuando se necesita producir la combustión y cerrarlas para evitar fugas de calor y poder mover los pistones. Como alternativa se usan dispositivos magnéticos (solenoides, que convierten energía eléctrica en mecánica) que permiten controlar las aperturas de cada válvula de manera independiente. Eso produce combustiones ajustadas o, incluso, apagar los cilindros de manera selectiva para ahorrar combustible —que puede ser de hasta 20%—. Lo que empezamos a ver es el uso de la electrónica, no sólo para la gestión de la inyección de combustible, sino de la regulación del movimiento de las válvulas a través de un cerebro, así como el uso de sensores en todos los procesos de combustión, dice Jaime Lozano, gerente en México de Jato, consultora especializada en técnica automotriz.

La ignición por compresión homogénea o autoignición controlada permite quemar el combustible sin propiciar explosiones de las bujías, sino que lo hace con una mezcla de combustible, aire, calor y presión. Una buena quema no sólo saca mayor provecho de la combustión, también evita el desperdicio de energía y la producción de residuos.

Otras tecnologías se centran en el rea-provechamiento de los gases. En lugar de dejarlos ir por el escape, se desvían a un colector y se reinyectan a las cámaras del motor junto con el combustible y el aire. Su función es atenuar las alzas de temperatura que se producen con las explosiones de la combustión y, al hacerlo, reduce la producción de partículas y de óxidos de nitrógeno, un gas que, en presencia de luz, se convierte en contaminante. Las versiones más avanzadas, tanto en motores a diesel como a gasolina, logran mejoras en consumo de combustible al utilizar válvulas y dispositivos especiales para asegurar un flujo de gases y un reaprovechamiento efectivo. Las cifras de reducción de combustible podrían estar en 16%, especialmente en momentos en que el vehículo alcanza plena velocidad o en condiciones de alta carga.


La tecnología de vanguardia que ofrece vw, por ejemplo, es un convertidor catalítico que utiliza un aditivo para reducir los óxidos de nitrógeno y los convierte en nitrógeno y agua —el dispositivo cumple ya con las normas Euro 6 y está incorporado en sus autos Passat TDI—.

El turbo pertenece a esta familia de tecnologías. Es un compresor de aire impulsado por una turbina que es activada por los gases de escape del motor, y su función es devolver al motor el aire que comprime; en otras palabras, recupera una parte de la energía cinética y térmica que normalmente se pierde a través del escape. Mientras más denso sea el aire devuelto habrá un mejor desplazamiento de los cilindros y, por tanto, la potencia generada será más alta. Actualmente, para lograr 130 caballos de fuerza se necesita un motor de 1.8 litros, pero con turbo cargadores se logra esa misma potencia, con motores hasta de 1.2 litros, asegura Sergio Nogueira, representante de empresas de autopartes en EU.

La tecnología EcoBoost de Ford cae en esta categoría. Son motores pequeños en los que el consumo de gasolina es igual a un V6, pero la potencia es de un V8, dice la compañía, y eso se logra con una inyección directa, doble turbo y dispositivos que dotan de aire frío al motor. Estos motores son la piedra angular en el plan de sustentabilidad a corto plazo de esta automotriz para vehículos de alto volumen alrededor del mundo. "Ya se introdujeron a México a través del Lincoln MKZ, el próximo auto en traerlo es la Lincoln Mark LT y después la línea Lobo", dice Morfin.

Pero el eslabón entre el motor de combustión interna y el híbrido es la tecnología conocida como stop-start, la cual ya incorpora un motor eléctrico. Su función es de dos tipos: ser fuente de energía auxiliar para dispositivos como el aire acondicionado y las luces,  detener el motor de combustión mientras el auto está parado —lo que significa una baja en el consumo de combustible, emisiones y ruidos, y hacer el frenado regenerativo (aprovechamiento de la energía que se libera al frenar y se almacena en baterías—. Otra es asistir al motor de combustión o proporcionarle potencia extra en momentos difíciles como subidas y aceleraciones, además de hacer el stop-start y el frenado regenerativo. El Citroën C3 ya lo utiliza y se estima que, en 2012, uno de cada dos autos nuevos traerá esta tecnología.  

El diseño de los motores también es relevante. Los conductos de admisión o escape se unen con otros componentes para ahorrar peso, aprovechar mejor el combustible e, incluso, acelerar el calentamiento durante el proceso de encendido en frío. La integración de componentes es simple y es uno de los vectores de evolución más claro, sobre todo en motores a gasolina que no alcanzan temperaturas de escape tan altas. Algo que cambia es el concepto downsizing o ‘achicamiento', que es dotar de más potencia con menos volumen, afirma Pablo Mendoza-Villafuerte, vicepresidente de la Red de Talentos Mexicanos en el Exterior sede Reino Unido. Uno de los nuevos motores de tres cilindros de Ford tiene un monoblock que es apenas un poco más grande que una hoja tamaño carta, pero que tiene el múltiple de escape contenido en la misma estructura, además de tener la bomba de aceite integrada en el bloque. "Incluso en el caso de los híbridos (que tienen un motor de gasolina para recargar las baterías) el motor será más chico", agrega.

Otros cambios son los materiales utilizados y la simplificación de la estructura de los motores. Los nuevos motores tienen aleaciones e incorporan aluminio, manganeso y aceros ligeros de alta resistencia y capacidad para soportar altas temperaturas, detalla Armando Bravo, del Centro de Desarrollo Automotriz (Cedam) del Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey (Itesm). Incluso, el sistema de escape tiene que ser diferente, con metales preciosos como el paladio, que absorben más gases de los emitidos por el motor. Así, a menor fricción, menor desgaste interno y mayor aprovechamiento de la combustión interna, que por ahora es muy bajo, por eso, la presión de las autoridades regulatorias en el tema de motores es alta, advierte el especialista de la compañía estadounidense.

Híbridos, meta intermedia

El gusto de los consumidores también juega un papel importante, y apunta cada vez más a los híbridos. Se calcula que 2% de la venta de vehículos ligeros en EU son de este tipo, según el reporte del Departamento de Comercio, gracias a que ya son económicamente viables y la tecnología está probada.

Su sistema de energía combina motores a gasolina pequeños con paquetes de baterías y motores eléctricos, los componentes recapturan la energía para aumentar la potencia del motor de combustible. El sobrecosto por esta tecnología se recupera porque los de operación son menores, dado que la eficiencia de las baterías y el uso de electricidad en los motores redundan en un menor consumo energético por kilómetro. Además, la electricidad es más barata de producir que los combustibles derivados del petróleo y se pueden usar diferentes tipos de éstos, de ahí que algunos cálculos indiquen que 80% de los vehículos serán híbridos en 2020.  

La producción de este tipo de coches en México está destinada en su totalidad a EU e inició en 2007 con el Captiva Sport Híbrida, que GM fabrica en su planta de Ramos Arizpe, Coah. Al año siguiente se sumó el Fusion de Ford, fabricado en Hermosillo, Son, y el cual emplea un motor e4 Duratec y uno eléctrico, cuya producción, en su mayoría, va a EU; en México el auto será lanzado en un esquema para flotillas en el primer trimestre de 2011, dice Morfin. A escala global, Ford también desarrolla un híbrido con plug-in y ya vende en el mercado estadounidense el Transit Connect, su primer auto 100% eléctrico; en 2011 se le sumará el Focus.

La mayoría de las automotrices refuerzan sus líneas de vehículos, indica el documento On the Road: U.S. Automotive Parts Industry Annual Assessment. Chrysler prepara el relanzamiento de su flota con una alta dependencia de su socia Fiat para autos pequeños y tecnologías de motor. Ford se comprometió a desplegar sus motores EcoBoost de inyección directa, turbocargados y con válvulas variables en 90% de sus vehículos para 2013. En tanto, VW, BMV y Mercedes Benz trabajan para montar sus avanzados motores a diesel en más modelos de sus líneas para EU y en disipar la mala imagen que este combustible tiene en ese país. gm robustece su línea con la introducción de su híbrido con enchufe Volt, Nissan se apoya en su auto eléctrico Leaf para reforzar su mezcla de productos.

Toyota, en tanto, planea comercializar once modelos híbridos y uno eléctrico hacia finales de 2012, pero para ese mismo año la firma comenzará a vender en Japón, Europa y eu su Prius plug-in, un modelo híbrido que puede recargarse mediante un enchufe en casa. La automotriz japonesa calcula vender más de 50,000 unidades anuales de este modelo, que saldrá al mercado nipón con un precio aproximado de 36,000 dólares. Hacia 2015 prevé lanzar un auto, también híbrido, capaz de utilizar electricidad generada a partir de la reacción entre hidrógeno y oxígeno (Fuel Cell Hybrid Vehicle, FCHV), con un precio cercano a 118,000 dólares.

"La competencia en el reino de los híbridos continuará calentándose una vez que la coreana Hyundai lance al campo de batalla el modelo Sonata en 2011", señala el estudio del Departamento de Transporte de EU.
Pero los híbridos aún enfrentan dificultades. Las baterías son costosas y tienen restricciones para almacenar energía y eso limita la aceptación de los consumidores. Los intensos ciclos de las baterías —carga y descarga hacia sus extremos—afectan su vida útil. Este tipo de autos tienden a usar sólo una porción superficial de la energía almacenada para ayudar a preservarlas. Históricamente, las baterías retienen una cantidad limitada de energía y son pesadas, reconoce el estudio del gobierno de eu, además de que toma tiempo recargarlas.  

Proveedores a escena

En este viaje de las armadoras hacia los vehículos ‘verdes', los proveedores van de copilotos. La investigación en lo que respecta a las baterías—uno de los componentes clave asociados con la generación de energía, junto con los motores eléctricos—es una alta prioridad para todas las opciones de vehículos de bajo consumo energético, tanto para autos eléctricos como para híbridos, y con celdas de combustible. Se estima que los segundos tienen un sobrecosto de 6,000 a 7,000 dólares por vehículo debido, sobre todo, al precio de la batería; eso lleva a algunos a considerar que si las de litio no reducen su costo, el desarrollo de los vehículos eléctricos está en riesgo.

El otro reto para los fabricantes de baterías es mejorar los tiempos de recarga, que duren más cargadas y evitar su sobrecalentamiento, pero sin aumentarlas de tamaño, peso y costo. Algunas baterías no se sobrecalientan y pueden, por tanto, soportar muchos ciclos de carga y recarga, pero su capacidad para almacenar energía es baja, mientras que otras tienen capacidad de almacenaje, aunque se calientan cuando se descargan y tienen una corta vida útil. Las compañías que lideran este mercado son A123 Systems, Compact Power y la sociedad entre Johnson Controls y Saft Advanced Power Solutions. Los fabricantes dicen que el secreto está en la capacidad para hacer las mejores celdas y que lograrlo o no es cuestión clave para el futuro de su negocio.  

La divisa para sumarse a la lista de suministradores de piezas para motor es la investigación, y eso ha acelerado la globalización de la industria de autopartes. En México hay proveeduría para lo que constituye el tren motriz , sobre todo en partes eléctricas, transmisiones embragues y otras partes para motor —destinadas tanto para el mercado local como para el de exportación— y es donde se genera 80% de las emisiones, explica Agustín Ríos Matence, de la INA.

Para Ford, empujar a los proveedores hacia autos ecológicos —híbridos y eléctricos— requiere un mercado local robusto para este tipo de automóviles, algo que en México no es posible ver porque este tipo de autos no se venden aún aquí.
Alrededor de 80% de los fabricantes de autopartes que operan en México son multinacionales o, al menos, compañías internacionales, entre las que destacan firmas europeas, asiáticas —excepto chinas—, estadounidenses, alguno que otro brasileño y uno o dos argentinos, comenta Ríos Matence.

"Tenemos tecnología internacional. Si en los países de origen de estas empresas surten piezas para el motor X que se produce en Alemania, Japón, EU o México, ese diseño se los dio el cliente o lo acordaron en conjunto y lo tienen que suministrar en todas las plantas de la armadora donde se fabrican los vehículos que llevan ese motor", dice el director ejecutivo de la INA.

Un ejemplo es Robert Bosch, fabricante alemán con plantas en México y que surte desde aquí dispositivos para motores a vw en los países en los que esta armadora tiene plantas. Con la globalización, la industria de autopartes funciona con las mismas reglas que las armadoras. El diseño va hacia un mismo producto a escala global, así que el mismo motor que Ford produce en Chihuahua servirá para un vehículo que se venda en Singapur o Japón, dice Mendoza-Villafuerte. Además de Bosch, en México también manufacturan las compañías Federal Mogul, Malle, Eaton y  TRW.

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Después de todo, la búsqueda de abastecedores de la compañía alemana tiene menos incógnitas de lo que parece. "Hablaremos con los proveedores actuales para ver si tienen la capacidad y los recursos para invertir y entrar con el nuevo motor", dice Karig. No es difícil imaginar qué firmas tienen un lugar asegurado en la lista de VW.

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