as novas aplicações para o alumínio na indústria...
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As novas aplicações para o
alumínio na indústria automotiva
Preparado por: Eng. Ayrton Filleti
Coordenador do Comitê de Mercado de Transportes da ABAL
• Introdução
• Propriedades do alumínio
• Redução de emissões de CO2
• Uso do alumínio em veículos de passeio
• Cenário mundial
• Brasil
• Considerações finais
• Conclusões
Roteiro
Introdução
OBJETIV0S
• PROMOVER O ALUMÍNIO E INCENTIVAR
NOVAS APLICAÇÕES
• PUBLICAR ESTATÍSTICAS DA
INDÚSTRIA
• ELABORAR E RECOMENDAR NORMAS
TÉCNICAS
• REPRESENTAR A INDÚSTRIA EM
TODOS OS NÍVEIS DO GOVERNO E
JUNTO A ENTIDADES CIENTÍFICAS, DE
CLASSE E OUTRAS
• ESTREITAR AS RELAÇÕES ENTRE OS
COLABORADORES DO DESENVOLVI-
MENTO INDUSTRIAL DO ALUMÍNIO
66 Empresas Associadas -2010 -
0
20
40
60
80
100
PRODUTORESTRANSFORMADORES
100 80
(%)
Associação Brasileira do Alumínio
• Metal na “juventude” - pouco mais de 100 anos de vida
• Novos produtos ainda estão sendo desenvolvidos
• Na condição de metal puro é bastante “mole”
• Adições de outros metais (até 10%) o tornam tão
resistente quanto o aço
• Brasil produziu 1.661 t de metal primário e consumiu
internamente 1.024 t no ano de 2008
O Metal Alumínio
0,6 0,31,3
8,911,2
18,3
35,8
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Alumínio Cobre Zinco Chumbo Níquel Magnésio* Estanho
Aço 1,1 bilhão de toneladas (p)
milh
ões d
e t
on
ela
das
Fontes: World Metal Statistics e IBS
(*) – estimativa Metal Pages – relativo a 2007
(p) – previsão Worldsteel Association (WSA)
40,6 kt
Consumo Mundial de Metais
Consumo de metais em 2009
Comitê de Transportes da ABAL
• A ABAL, através do Comitê de Mercado de Transportes, procura
difundir para os sistemistas, montadoras e meio acadêmico os
benefícios do uso do alumínio na Indústria Automotiva e de
Transportes
• Os sucessivos movimentos, principalmente nos países desenvolvidos,
liderados por America do Norte e Comunidade Européia, que ocorrem
para diminuir as emissões de CO2 (gás estufa), imagina-se, deverão
chegar ao Brasil e a outros países emergentes
• Esta apresentação procura mostrar a importância da divulgação das
novas legislações em discussão e sua implementação, para
importantes reduções de emissões, em linha com o preconizado pelo
Protocolo de Kyoto e o que será debatido em Copenhague
• Será mostrado que a redução do peso dos veículos é um dos
importantes fatores para atingir as metas que estão sendo estipuladas
Propriedades do alumínio
Propriedades do Alumínio
Dutilidade / Maleabilidade
Laminação Extrusão Forjamento
Trefilação Estampagem
Propriedades do Alumínio
Leveza e Resistência
Densidade: Al = 2,7 g/cm3
Materiais ferrosos = 7,8 g/ cm3
Propriedades do Alumínio
Condutibilidade térmica
Cerca de um terço inferior à condutibilidade do cobre e
aproximadamente 4 vezes mais condutor que o aço
Propriedades do Alumínio
Resistência à corrosão
Camada delgada de Al2O3 – mesmo princípio da proteção contra
a corrosão que a camada de Cr2O3 confere ao aço inoxidável
O alumínio absorve duas vezes mais a energia de impacto em uma
colisão e oferece o dobro da resistência quando comparado ao aço
Propriedades do Alumínio
Alta absorção de energia
• Infinitamente reciclável sem perda das
características físico-químicas
• Consumo de energia de 5% em relação ao
consumo para produzir o alumínio a partir do seu
minério (bauxita)
• Cerca de 90% do alumínio contido nos veículos
fora de uso é reciclado
• Mais de 55% do alumínio usado na fabricação de
automóveis é proveniente da reciclagem do metal
Propriedades do Alumínio
100% Reciclável, Infinitamente
Redução de emissões de CO2
Demanda da Sociedade por Mudanças
• Meio Ambiente – emissões
NOx, CO, material particulado
• Mudança do clima – gases estufa
CO2
• Consumidores optando por tamanhos,
economia de combustível, segurança e
conforto
“Durante o século XX, os veículos mudaram a sociedade,
no século XXI a sociedade mudará os veículos”
19%
transporte
24%
termoelétricas
19%
indústria
23%
doméstico
15%
incineração
biomassa
Geração de CO2
Fonte: International Energy Agency (IEA 2004)
Sustentabilidade – Cenário Atual
• Comunidade Européia
– conscientização da necessidade de redução de gás
estufa – CO2
– legislação atual – informação da emissão veicular
em gramas de CO2/ km rodado
– a procura por carros compactos é crescente com
substancial redução dos SUV
• America do Norte
– CAFE (Corporate Average Fuel Economy) – definiu
na década de 70 standards de emissão modestos –
12 km/ litro
– Redução de consumo definida por B. Obama
• Diminuir dependência de petróleo importado
Informação da Emissão de CO2
Legislações em Aprovação
EU EUA Japão
Ano de vigência 2012/15 2011 2015
progressiva
Valores 130 g CO2/ km 15,0 km/l (2020) 16,8 km/l
Penalidades Multas Multas a definir
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
0
50
100
150
200
250
300
350
BMW DC Ford GM Honda Nissan PSA Renault Toyota VW
g C
O2
pe
r k
m
US
Europe
Jpn
0
50
100
150
200
250
300
350
BMW DC Ford GM Honda Nissan PSA Renault Toyota VW
g C
O2
pe
r k
m
US
Europe
Jpn
Emissões de CO2 por Veículo
Fonte: European Aluminium Association
Evolução do Peso dos Veículos
Fonte: European Aluminium Association
• Pesquisa feita pela Ducker Worldwide junto aos
especialistas de montadoras americanas, apontou os
seguintes itens como importantes na redução de emissões
veiculares
– Uso de motores diesel
– Diminuição de massa
dos carros
– Carros hídridos
– Aerodinâmica
Redução de Emissões de CO2
Atendimento da Legislação
• De acordo com recente pesquisa da Ducker Worldwide,
junto aos principais engenheiros das montadoras
americanas
– grandes mudanças virão com economia ruim ou não
– os executivos que cuidam do “powertrain” concordam
que:
• 50% da solução está relacionada com “powertrain”
• 50% da solução com redução do peso dos veículos
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
Conceitos
Fonte:: Volkswagen AG
Resistencia
aerodinamica
Resistencia à
aceleração
Resistencia ao
movimento
Resistencia ao declive
Diminuir o peso estrutural dos veículos, ou
manter seu peso em razão dos adicionais
recursos tecnológicos é um desafio constante
da Indústria Automotiva e de Transportes
Uso de materiais de baixa densidade
Eficiência e Sustentabilidade Ambiental
Aço de alta resistência Titânio Alumínio
Magnésio Plástico Compósitos
Uso de Materiais Mais Leves
Steel Aluminium
Fonte: ika - University of Aachen and the European Aluminium Association (EAA)
Potencial máximo de redução de peso
Aço (com LRT superior a 1,200 MPa): 11%
Aluminum (com LRT superior a 400 MPa): 40%
Components
Uso de Materiais Mais Leves
Redução de peso e seu efeito na eficiência do combustível
Fonte: The Aluminum Association
8,9 9,3 9,8 10,2 10,6 11,0 11,5 11,9 12,3 12,7 13,2
(Km/l)
1550
1450
1350
1250
1150
(kg)
Peso do Veículo x Consumo
Cada 10% de redução de peso nos
automóveis representa um aumento de
5 a 10% em eficiência de combustível
Cada 1 kg de redução do peso
diminuirá 20 kg de emissão de CO2
(gás estufa), durante a vida do veiculo
(160.000 km)
Redução de Peso
Redução de Peso
Análises de Ciclo de Vida
O ALUMÍNIO é o material mais sustentável
Fonte: Magnesium Front End Research and Development Project
Steel
Magnesium
Aluminum
Lifetime Emissions Output Lifetime Energy Output
Fonte: Magnesium Front End Research and Development Project
O ALUMÍNIO produz menos emissões e consome
menos energia ao logo da vida útil de um veículo
Análises de Ciclo de Vida
Uso do alumínio em veículos de passeio
- Cenário mundial -
Consumo Mundial de Alumínio
36,8 36,0
42,9
26,0
22,8
16,0
10,7
29,8 28,7
14,5
27,0
14,8
11,4 11,3
25,8
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Can/ EUA Europa Japão Brasil 07 Brasil 08
% 2007
Fonte: Anuário Estatístico ABAL, 2008
transportes embalagens constr. civil
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
170,6 kg
34,9 kg
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Porcentagem do peso total –
América do Norte
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de BLOCOS DE MOTOR –
América do Norte
América do Norte
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de COLETORES DE ADMISSÃO –
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
América do Norte
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de RODAS –
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
América do Norte
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de ARTICULAÇÕES DE DIREÇÃO –
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
América do Norte
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de ARTICULAÇÕES E BRAÇOS DE CONTROLE –
América do Norte
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de CAPÔS –
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
América do Norte
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de DEFLETORES DE CALOR –
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
América do Norte
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de CÁLIPER DE FREIO –
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
América do Norte
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de EIXOS CARDAN –
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
América do Norte
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de PARA-CHOQUES –
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
América do Norte
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Penetração de BERÇOS, SUBESTRUTURAS E TRAVESSAS –
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
América do Norte
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Por tipo de produto –p
Mundo
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Por tipo de produto –
2009p
Fonte: Ducker Worldwide, 2008Fonte: Ducker Worldwide, 2008
Conteúdo de alumínio em veículos leve
– Por sistema ou componente –
América do Norte
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
Mundo
Materiais em veículos
2009p
Peso de Alumínio por Veículo – 2009 p
124115 113
108100
81 7970
45
69
148
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Brasil
NA EU Jap Média Cor. China Índia Rus. A.Sul Bras. Afric.
mundo Ásia Eur. Oriente
Os veículos americanos são 20% mais pesados que os
dos demais países, e contém mais alumínio.
Produção mundial = 72,3 milhões de
veículos comerciais leves
(kg)
Fonte: Ducker Worldwide, 2008
2009p
0
1
2
3
4
5
6
7
LME / Steel Ratio
Price DevelopmentAluminum vs. Steel
Source:
- Al: EAA LME 3 months
- Steel: MEPS
International 2008
Alu
min
um
vs. S
teel C
ost R
atio
Custo-Benefício
Redução de massa e custo por componente
Fonte: IBIS Associates
Custo-Benefício
Carroceria Audi TT
140 kg de ALUMÍNIO + 66 kg de aço
22% de alumínio fundido + 16% de perfis de alumínio extrudados +
31% de chapas de alumínio + 31% de chapas de aço (essas últimas
usadas nas portas, na tampa do porta-malas e na parte traseira, apenas
para equilibrar a distribuição de peso)
• união mecânica
(rebites, recalque e
parafusos flow-drill)
• união térmica
(soldas MIG, laser, a
ponto por resistência,
MAG e de pinos)
• união por
adesivagem ou
colagem
Estruturas mistas
Uso do alumínio em veículos de passeio
- Brasil -
Pesquisa IPT
Montadoras Consultadas
• Fiat Automóveis S.A. (Fiat)
• Ford Motor Company Brasil Ltda. (Ford)
• General Motors do Brasil Ltda. (GM)
• Honda Automóveis do Brasil Ltda. (Honda)
• Peugeot Citroën do Brasil Automóveis Ltda. (PSA)
• Renault do Brasil S.A. (Renault)
• Toyota do Brasil Ltda. (Toyota)
• Volkswagen do Brasil Ltda. (VW)
• A produção nacional de veículos das três
montadoras, Fiat, Ford e VW representa 61,8%
da produção de automóveis e comerciais leves
nacionais.
• Os dados disponibilizados para esta pesquisa
totalizam 61,4% deste montante, ou 37,9% da
produção nacional.
Pesquisa IPT
Conteúdo médio de Al em veículos Fiat, por modelo de automóvel
76,5 76,480,6 81,1 81,1 81,2
41,0 40,9 39,9 40,4
72,5
40,5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Uno 1.0 Palio 1.0 Idea 1.4 Punto 1.4 Stilo 1.8 Doblò 1.8
kg de alumínio/veículo Fiat
Considera componentes em Al de itens opcionais como ar condicionado, defletor decalor, roda, rack de teto e teto solar
Não considera componentes em Al de itens opcionais
Pesquisa IPT – FIAT
Rodas 37,7%
Motor 26,5%
Transmissão16,0%
Trocadores e Def letores de
Calor
5,8%
Direção4,2%
Outros9,8%
Fiat - 79,5 kg de Al por veículo
Motor 45,9%
Transmissão 27,8%
Rodas 10,9%
Direção7,3%
Trocadores de Calor
5,3%
Outros2,8%
Fiat - 45,9 kg de Al por veículo
90% - peças fundidas
Pesquisa IPT – FIAT
Conteúdo médio de Al em veículos Ford, por modelo de automóvel
Pesquisa IPT – FORD
Rodas 35,9%
Motor 32,4%
Transmissão 17,3%
Trocadores e Def letores de
Calor
7,3%
Direção 6,7%
Outros Componentes
0,4%
Ford - 89,8 kg de Al por veículo
Motor 58,0%
Transmissão 30,9%
Trocadores e Def letores de
Calor
6,0%
Direção4,5%
Outros Componentes
0,6%
Ford - 50,1 kg de Al por veículo
98% peças fundidas
Pesquisa IPT – FORD
Conteúdo médio de Al em veículos VW, por modelo de automóvel
28,2
34,0
66,7
73,2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
GOL NF 1.0 POLO 1.6
kg de alumínio/veículo VW
Não considera componentes em Al de itens opcionais
Considera componentes em Al de itens opcionais como ar condicionado e roda
Pesquisa IPT – VW
Rodas55,2%
Motor 26,5%
Transmissão 9,5%
Trocadores e Def. de Calor
3,2%
Direção 2,2%
Outros Componentes
3,4%
VW - 70 kg de Al por veículo
Motor 59,7%
Transmissão 21,4%
Trocadores e Def letores de
Calor
6,2%
Direção 5,0%
Outros Componentes
7,7%
VW - 31 kg de Al por veículo
95% peças fundidas
Pesquisa IPT – VW
Considerações finais
Segundo entrevistas realizadas pela Ducker Worldwide com especialistas
da indústria do alumínio, da indústria automotiva e sistemistas
americanos:
• A probabilidade de haver um número significativo de carrocerias 100%
alumínio produzidas em massa, em 2020, é menor do que 15%
• A probabilidade de que um número significativo de veículos com
estruturas de carroceria parcialmente de alumínio sejam produzidos
em 2020 é de 60%
• Há 75% de probabilidade de que o consumo de alumínio irá crescer
para mais de 159 kg ou 163 kg por veículo nos próximos 12 anos
• Há apenas 25% de probabilidade de qualquer declínio do consumo
de alumínio nesse período
Pesquisa - Perspectivas
Segundo entrevistas realizadas pela Ducker Worldwide com especialistas
da indústria do alumínio, da indústria automotiva e sistemistas
americanos:
• A probabilidade de que o crescimento do consumo de alumínio
se mantenha em quatro libras por veículo, por ano, até 2020
é de 75%
• Há uma baixíssima probabilidade – menos de 10% - de o alumínio
perder qualquer participação significativa para o aço, ferro ou magnésio
nos próximos 12 anos
• Tanto o alumínio quanto o aço de alta resistência serão “muito
significativos” nos esforços para aprimorar a economia de combustível
para 40% até 2020
Pesquisa - Perspectivas
Conclusões
Conclusões
• Os países desenvolvidos estão empenhados em reduzir
as emissões de CO2 em linha com o que estabelece o
Protocolo de Kyoto
• A legislação da Unidade Européia é rigorosa e certamente
mudará substancialmente os hábitos da comunidade, e
exigirá um grande esforço da indústria automotiva
• A legislação americana, focando em consumo de
combustível, automaticamente diminuirá as emissões de
gás carbônico
• Apesar dos projetos de carros híbridos, a redução de
massa dos veículos é importante para reduzir as
emissões
• A utilização de materiais leves, com ênfase no alumínio,
é fator determinante para atingir as metas das
legislações
• É provável que os SUV, no conceito atual, tenham
diminuição de aceitação junto ao consumidor
• O Brasil carece de legislação semelhante à européia e
americana
• O uso de alumínio em veículos montados no Brasil
deverá crescer, pelo forte apelo da sustentabilidade que
migrará dos países desenvolvidos para os emergentes
Conclusões
redução de massa
economia de combustível
Conclusões
redução de emissões
maior segurança
melhor desenpenho
infinitamente reciclável
O Alumínio constrói melhores veículos