Materiais Compósitos Aliviam Caminhões de Lixo Elétricos, Aumentando Eficiência e Sustentabilidade

O Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Materiais e Feixe IWS Dresden, junto com outros cinco institutos de pesquisa e empresas da Alemanha Central, uniram forças recentemente para o projeto UTILITAS (“Estruturas ultraleves para veículos comerciais em operações de serviço municipal”), que visa soluções sustentáveis e custo-efetivas apoiando municípios a atingir suas metas de proteção climática com recursos localmente disponíveis. Juntas, as empresas planejam construir melhores contêineres de coleta feitos de metais leves e plásticos reforçados com fibra. Estas soluções substituirão as superestruturas de aço pesado dos caminhões de lixo clássicos com uma alternativa que será um terço mais leve.

“Esta nova geração de veículos elétricos então seria capaz de transportar tanto lixo por carga quanto um caminhão de lixo clássico pequeno,” enfatiza Annett Klotzbach, que lidera o grupo de Tecnologia de Colagem e Compósitos de Fibra no Fraunhofer IWS Dresden.

No entanto, a meta abrangente do projeto significa mais do que apenas construir melhores veículos de coleta. “É por isso que a aliança está desenvolvendo não apenas o contêiner, mas também as tecnologias de produção práticas relacionadas,” explica Klotzbach. “O ponto importante aqui é garantir que os novos contêineres também possam ser construídos lucrativamente em pequenas séries e reparados rapidamente em oficinas locais.” Os parceiros do projeto confiam em construções de contêineres feitas de estruturas de alumínio e painéis termoplásticos reforçados com fibra de vidro, e também estão testando vários métodos de união.

Uma das novas tecnologias de união desenvolvidas no Fraunhofer IWS, a “HeatPressCool-integrative” (HPCi) está sendo adicionalmente empregada. Um laser primeiro rugosifica os componentes de alumínio, criando sulcos no metal mais finos que um alfinete e apenas cerca de 200 micrômetros de profundidade. Subsequentemente, a ferramenta pressiona o componente plástico contra a estrutura de alumínio e aquece brevemente o metal. Durante este processo, o termoplástico derrete na superfície do alumínio, flui para os sulcos moldados a laser e é ancorado lá durante o resfriamento. Após alguns segundos, alumínio e plástico compósito são ditos permanentemente e firmemente unidos.

No decorrer da cooperação de desenvolvimento, os engenheiros do IWS também visam determinar a durabilidade a longo prazo do contêiner leve unido comparado a soluções de parafuso ou adesivo. Segundo o Fraunhofer IWS, o contêiner terá que suportar altas cargas no uso diário, por exemplo quando a mecânica do veículo comprime o lixo coletado. Em experimentos anteriores, os contêineres unidos HPCi provaram ser particularmente duráveis e muito mais fáceis de reparar que construções coladas. Medidas mostraram que as juntas HPCi suportam forças de tração equivalentes à pressão de um braço hidráulico de até 25 megapascals.

Os especialistas do IWS estão convencidos de que o novo processo de união não é apenas adequado para construções de contêineres de lixo, mas também para construções leves em aeronaves, ferrovias, instalações industriais ou navios. Clientes industriais também pretendem usar HPCi na produção de lava-louças e outros eletrodomésticos. Enquanto isso, para apoiar a ampla aplicação prática da nova tecnologia de união do projeto, os pesquisadores de Dresden dizem que desenvolveram pistolas de união HPCi compactas que não são muito maiores que uma furadeira manual padrão. Elas podem ser montadas modularmente em robôs, por exemplo, para iniciar rapidamente uma pequena produção leve. Como esta nova ferramenta é tão promissora, os cientistas do Fraunhofer também pretendem criar uma empresa em breve que produzirá em série as pistolas de união HPCi.

Com o estado dos desenvolvimentos atuais, a empresa adiciona, os primeiros caminhões de lixo elétricos com novos contêineres leves logo moldarão a cena urbana de muitas grandes cidades. “Os protótipos de contêineres devem estar prontos no início de 2021,” anuncia Klotzbach. “Esperamos que os primeiros veículos de coleta de lixo estejam na estrada dentro de dois anos.” Os desenvolvedores veem empresas municipais como os principais clientes.

Seis parceiros estão envolvidos no projeto UTILITAS: Fraunhofer IWS Dresden, a Cadeira de Design Estrutural Leve e Processamento de Plásticos na Universidade de Tecnologia de Chemnitz (Chemnitz), Marko Pfaff & Co. Spezialfahrzeugbau GmbH (Bad Lausick), Car systems Scheil GmbH & Co. KG, PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co. KG (Friedrichsdorf) e EBF Dresden GmbH (Dresden).