Selección de materiales sostenibles para aplicación en un guardafango vehicular

Abstract

La selección de materiales sostenibles para aplicación en un guardafango vehicular tiene como necesidad la búsqueda de materiales alternativos para la manufactura de un guardafango, dicho elemento no solo se podría construir con materiales tradicionales como el acero, sino más bien por uno que provenga de la naturaleza. Se procedió a escoger materiales sostenibles, priorizando materia prima de cultivo y producción ecuatoriana; a través del software CES EduPack, 2019 versión 19.2, usando el sintetizador se obtuvo diferentes propiedades, como las monetarias, físicas, mecánicas y ecológicas de las fibras naturales, así como, el material base o matriz de polipropileno retardante de llama. Obtenidos los datos de las propiedades de materiales sintetizados, se estableció una ponderación de criterio por pesos a través del método de la entropía EWM, luego se estableció los criterios beneficiosos y no beneficiosos, empleando los métodos de selección multicriterio como COPRAS, VIKOR, ARAS y MOORA, del ranking de las alternativas la mejor opción para material sostenible es la fibra natural compuesta por cáñamo al 50% en peso y una base de matriz de polipropileno también al 50% en peso como aglutinante. Se verificó si existe correlación entre los datos obtenidos utilizando rho de Spearman; con el uso de software CAD, se bosquejó el guardafango izquierdo de un vehículo modelo Chevrolet Sail 2018, para la simulación de impacto se utilizó el software HyperMesh y módulo Radioss versión 2019 de la compañía Altair Engineering, implementándose las condiciones de impacto, principalmente la velocidad que según la Latin NCAP para choque frontal es 64 km/h. Además, se realizó simulaciones comparando los resultados de impacto con las propiedades del material del guardafango original acero dulce (mild steel) y con el material de fibra de cáñamo y matriz polipropileno (50%-50%), porcentaje en peso. De los resultados de la simulación de impacto, se pudo observar que la deformación por desplazamiento para el material original acero dulce (mild steel) es 129.6 mm, el material sostenible se deforma a los 128.6 mm, el material original sobrepasa al material compuesto en 0.77%. El esfuerzo plástico máximo del material original, acero dulce se produce a los 0.3068 MPa, este material sobrepasa en un 51.01%, al valor de esfuerzo plástico del material sostenible que es de 0.1503 MPa. La energía específica del material original, acero dulce es menor al momento del impacto con un valor de a los 1.408 E+10 mJ, siendo este valor un 14.56% menos que el guardafango con material compuesto por fibra de cáñamo al 50% y 50% en matriz de base polipropileno PP, con 1.613 E+10 mJ. El esfuerzo máximo de Von Mises para el material original, acero dulce (mild steel), mostró que este soporta de mejor manera el impacto, siendo este igual al esfuerzo principal con un valor máximo de 305 MPa, el material compuesto por fibra de cáñamo al 50% y 50% en matriz de base polipropileno PP, es 63.61% menor en resistencia, obteniendo un valor de 111 MPa, equivalente al esfuerzo principal del material sostenible. Para la validez de los resultados se observaron las curvas de absorción de energía durante el lapso de la simulación, donde la energía total se mantuvo constante, la energía cinética del movimiento del guardafango a los 64 km/h decreció y la energía interna aumentó, porque el elemento guardafango absorbió la energía, además se comprobó que el factor de seguridad del material compuesto por fibra natural y matriz base polipropileno es igual a la unidad, también se realizó simulaciones con diferentes lapsos (time step) e indicaron que la deformación por desplazamiento es diferente con la prolongación de tiempo del impacto y una similitud de los resultados obtenidos en esfuerzo plástico, energía específica y esfuerzos de Von Mises, lo cual corrobora los resultados obtenidos.