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Edição nº 14
DESTAQUE
Alumínio: uma relação entre custo e economia
Estudo mostra que a substituição intensiva de aço por alumínio é economicamente viável na produção de veículos em larga escala, se forem consideradas as reduções de peso e de custos nos componentes do sistema powertrain
 
Custo é uma questão crucial na escolha de materiais para a produção de um automóvel. Ao optar pela substituição de um determinado material, o custo pode ser analisado do ponto de vista da simples substituição, do sistema de fabricação e/ou do ciclo de vida.

Ao utilizar alumínio para diminuir o peso dos automóveis, os fabricantes de componentes automotivos buscam a melhoria progressiva sobre os sistemas e seus ciclos de vida, uma vez que a melhoria na performance ao dirigir ou a redução do consumo de combustível, e da emissão de poluentes, são os principais objetivos esperados.

Cada vez mais, as montadoras estão considerando formas de explorar a fundo a redução de peso em um ou mais componentes, para permitir que, a partir do ganho em leveza, seja possível criar condições para novas alterações ou economias em outras partes do veículo.

A Aluminum Association (AA) conduziu uma análise objetiva sobre o custo geral da fabricação de um carro de quatro portas com uso intensivo de alumínio, em comparação a um automóvel convencional de aço, levando em consideração os custos operacionais totais e de produção de ambos os veículos.

A associação americana contratou a IBIS Associates - uma consultoria independente especializada em análises técnicas e econômicas de materiais no processo de manufatura tecnológica - para fornecer uma análise sobre o custo/benefício dos materiais escolhidos e, numa segunda fase, as economias oriundas do projeto automotivo.

A IBIS definiu a análise dos custos envolvidos assumindo um sistema de produção em larga escala, otimizado em termos de equipamentos de fabricação para ambos os automóveis, o de uso intensivo de alumínio e o de aço. Os veículos tinham motores tradicionais de combustão interna, além de serem similares em tamanho e em desempenho (isto é, aceleração e dirigibilidade). Custos adicionais de manufatura do alumínio foram incluídos em reconhecimento das suas desvantagens de conformação e soldagem. O veículo de alumínio tem mais peças estampadas e soldas e inclui alguns componentes de aço (onde a aplicação é particularmente benéfica). O sistema powertrain foi redimensionado para atender as exigências de desempenho.

Resultados da análise de custo/benefício
A tabela abaixo mostra que o peso do carro-padrão feito em aço, igual a 1.560 kg, diminui para 1.285 kg com o uso intensivo de alumínio, uma economia de 275 kg, ou cerca de 17,6%.

Base Aço
Base Alumínio
Peso (Kg)
Custo (US$)
Peso (Kg)
Custo (US$)
1.560
14.871
1.285
14.974

A redução de peso primária - considerando as partes que passam a ser de alumínio, tais como estrutura da carroceria (body-in-white), berço do motor e rodas - totalizam 163 kg. Entretanto, quando este peso é retirado da estrutura, há reduções secundárias possíveis pela diminuição das dimensões de outros componentes. Então, para cada quilo retirado da estrutura, outros 0,68 Kg em reduções de peso secundárias também podem ser considerados, o que equivale a mais 112 kg.

Um aumento de custo de US$ 630 incorre na fabricação da estrutura de alumínio e dos painéis de fechamento. Entretanto, esta penalidade pode ser parcialmente minimizada por uma economia secundária/indireta de US$ 527 se componentes menores do sistema de eixos cardan (driveline), por exemplo, forem selecionados.

Essas reduções de peso e no redimensionamento do sistema powertrain melhoram em mais de 15% a eficiência no consumo de combustível. (Cada 10% de redução de peso representa um aumento de 9% em eficiência de combustível.) O desempenho estimado do veículo sobe de 9,2 Km/litro para 10,7 Km/litro.

O impacto do consumo de combustível foi determinado considerando-se US$ 0,66 por litro, em um automóvel trafegando 16.000 km por ano, em um período de 12 anos, resultando em uma economia de aproximadamente US$ 1.300 no ciclo de vida do veículo.

A mera substituição do aço por alumínio resulta em um custo adicional de US$ 3,56 por quilo. Considerando a redução de peso do motor e de outros componentes, sem levar em conta as economias de custo secundárias, o custo adicional passa para US$ 2,04 por quilo. Finalmente, se as reduções de peso e de custos no motor e em outros componentes são consideradas, o adicional de custo cai para US$ 0,38 por quilo para o automóvel com uso intensivo de alumínio. Veja o gráfico abaixo.

Aumento do custo de fabricação de um veículo (por quilo)
pela substituição do aço por alumínio


Fonte: Aluminum Now


O estudo demonstra que soluções efetivas de custo/benefício são obtidas em veículos com uso intensivo de alumínio. Com as condições apropriadas, esses veículos podem ser produzidos em larga escala economicamente. Além disso, a economia de combustível pode ser significativa e se transformar em um real benefício ao consumidor.

As montadoras procuram soluções que combinem custo e eficiência para reduzir o consumo de combustível dos automóveis que fabricam e os veículos de alumínio, mais leves, são uma opção mais do interessante.

Metodologia do estudo
O estudo da IBIS foi baseado numa família de veículos do tipo sedan, que foram projetados para absorver grande quantidade de alumínio, oferecer segurança e economia no consumo de combustível. Fez parte de um programa de nova geração de veículos, desenvolvido em parceria com o Departamento de Energia Americano. O carro modelo é um veículo real e não um protótipo desenvolvido exclusivamente para este estudo.

Os desafios de estampagem e de montagem associados ao alumínio não foram ignorados; eles foram considerados como parte de uma analise futura dos custos. O capital necessário para construir este tipo de veículo também foi levado em consideração. Toda a economia associada à redução de consumo de combustível foi descontada a uma taxa de 7% para determinar a figura de um valor líquido para a economia de combustível. O consumo de combustível foi calculado numa base equivalente de aceleração e de tamanho. Dessa forma, apenas a massa e o sistema powertrain mudaram com o uso do alumínio.

O custo usado para o alumínio no estudo foi de US$1,50 por libra, que foi tomado diretamente a partir da metade do projeto para evitar quaisquer suposições futuras de custo. O preço utilizado para a comparação com o aço foi entre US$ 0,35 e US$ 0,37 por libra, uma média de preços feita desde o início do estudo, portanto usando nem um valor máximo nem um valor mínimo.


Fonte:
Aluminum Now, Aluminum Association Inc., September/October 2007, V. 9, No. 5.
 
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