Dr. Fernando Dr. Fernando VillafaVillafa ññee GonzGonz áálezlezQuQuíímica Inorgmica Inorg áánicanica

Facultad de CienciasFacultad de CienciasUniversidad de ValladolidUniversidad de Valladolid

20102010

QuQuíímica ymica yautomautomóóvilvil

¿De qué están hechos los coches?

¿De qué están hechos los coches?

¿De qué están hechos los coches?

¿De qué están hechos los coches?

¿De qué están hechos los coches?

0.1-0.5>>235<58Conductividad térmica (W/mK)

106-1016<<0.02655<0.13Resistencia eléctrica específica (ΩΩΩΩmm2/m)

1-700<<10>23Límite elástico (kg/mm2)

4−10>12>35−41Resistencia a la tracción (kg/mm2)

5-40>15>50−67Dureza (HB)

0.9-1.5>2.70>7.85Densidad (g/cm3)

PlásticosAluminioAcero

Exterior: carrocería

1880’s

1910’s

1970’s

2000’s

1940’s

Exterior: carrocería

Coches… ¿…del futuro?

Carrocería: MaterialesAcero

Las planchas de aleaciónde acero al boro pasan lentamente por unos hornos a 900 ºC.

Luego se enfrían con agua a presión hasta 300 ºC.

De esta manera la resistencia a la tensión se triplica.

Carrocería: MaterialesAcero

TRIP (TRansformation Induced Plasticity)TWIP (TWinning Induced Plasticity)

Carrocería: MaterialesAluminio

El sistema Audi Space Frame (ASF), se mostró por primera vez al público en el salón de Francfort de 1993 para el modelo A8.

Audi A8

Carrocería: MaterialesFibra de carbono

CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic

Carrocería: MaterialesPolímeros

TATA NANO:

Fabricado con polipropileno (PP), más ligero y con mejores propiedades (precio, resistenciaal rayado, agarre de la pintura) que los habituales policarbonato (PC), tereftalato de polibutileno (PBT) o resinas.

La compañía evaluó la posibilidad de fabricar un coche completamente de plástico, pero el Nano utilizauna cantidad de plástico similar a los otros coches.

Carrocería: Materiales¿Futuras carrocerías flexibles?

La carrocería que se reparasola.

Investigadores del Caltech estudian unas microcápsulasembebidas en fibra de carbonoo “bubbloy” (bubble + alloy), que cuando se produce un golpe, se rompen y liberan un “agente sellante”, quedevuelve la forma inicial a la carrocería.

La aleación contiene paladio, níquel, cobre y fósforo.

Carrocería: Materiales¿Futuras carrocerías flexibles?

La nueva propuesta BMW Gina

Carrocería: MaterialesAdhesivos

Volvo XC60

Exterior: Pintura

Exterior: Pintura

1) Electrocapa (electrocoat):pueden ser acrílicas, epoxio híbridas.

Las epoxi se caracterizanpor ser resistentes a la corrosión y a los productosquímicos.

Las acrílicas son másresistentes a la luzultravioleta y mantienenmejor el color.

Exterior: Pintura

2) Imprimación (primer): Pueden ser “solventborne”, “waterborne” y en seco. A veces se utilizanimprimaciones coloreadas para sustituir a la capa base y hacer más fina la capa de pintura.

“Solventborne”: - resinas epoxi - pigmentos coloreados (óxidos de hierro o dióxido de titanio) - “extenders” (sulfato de bario y carbonato cálcico)- protectores (carbonato básico de plomo y cromatos de zinc)- disolventes: mezclas de hidrocarburos aromáticos y alcoholes de alto p.f.

“Waterborne”:- anhidrido maleico + triglicéridos insaturados, con aminas- “extenders” (sulfato de bario)- protectores (cromatos de plomo o cinc, silicatos de plomo)- disolventes: agua, 10% de codisolventes (glicoles)

En seco:Híbridos poliéster-epóxido

Exterior: Pintura

3) Capa base (basecoat): Proporciona el color y los efectos estéticos.Debe mantenerse uniforme con el paso del tiempo.

Fórmula General Capa Base Capa TransparenteDisolventes derivados del petróleo 40-60% 20-40%Resinas y pegamentos 30-50% 50-70%Pigmentos y colorantes 5-10%Absorbente UV 1-2%Polímeros de silicona y otros aditivos (catalizadores, etc.) 1-2% 1-2%

4) Capa transparente (clearcoat): es la capa que está a la intemperie. Debe soportar los ataques de los reactivos presentes en la atmósfera, los excrementos de los pájaros, lasmáquinas de lavado, etc. Junto a la capa base, le da al vehículo su apariencia externa.

Exterior: Pintura

“Efectos especiales”:

- Brillo metálico: se debe a la presencia de pequeñas placas de aluminio o mica (figura D).

- Brillo perla: se produce una interferencia óptica debido a la superposición de reflexiones parciales de la luz en diversas capas (figura E). Tiene varias capas, por ejemplo: Pb(OH)22PbCO3, BiOCl, TiO2 sobre mica.

Exterior: PinturaPigmentos orgánicos:

Exterior: Pintura

Pigmentos inorgánicos:

Exterior: Vidrios

1) Materias primas:

SiO2Na2CO3CaCO3

2) Tras cortarlo y se le da la forma adecuada con moldes.

3) “Templado” del vidrio: Se calienta rápidamente hasta unos 800 ºC y se enfría con chorros de aire frío. La tensión que crea este proceso es lo que permite que se rompa en muchos trozos pequeños.

4)

Exterior: Faros

Luz dirigida por el reflector

Luz dirigida por el reflector parabólico y por la lente

Luz dirigida por el reflector elíptico con una pantalla en el foco

Comúnmente, los reflectores son de aluminio y el material transparente frontal es de policarbonato

Exterior: FarosLámpara halógena

Lámpara HID (High Intensity Discharge) o de xenon

W + X2 → WXn → W + X2

Exterior: Faros

Lámparas LED (Light-emitting diode)

Exterior: Faros

Lámparas LED

Exterior: FarosElectricidad: Baterías

Exterior: NeumáticosInterior

Talón: para anclar el neumático a la llanta. Acero recubierto de bronce(Cu/Sn) o latón (Cu/Zn)

Revestimiento que reemplaza a la cámara:halobutilos.

Cintas de nylon y de acero

Exterior: NeumáticosExterior

Interior del coche

Poliuretanos (PUR) Polivinilos (PVC)

Polímeros ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

Polipropileno (PP)

Seguridad: Airbags10 NaN3 + 2 KNO3 + 6 SiO2 → 16 N2 + 5 Na2SiO3 + K2SiO3

oxid.red.

N3− + H+ → HN3 tóxico

Comodidades: climatizador

Aire acondicionado:

1) Presurización (compresor): el refrigeranteentra como vapor a baja presión y sale comovapor caliente a alta presión.

2) Condensación: El condensador está colocadodelante del radiador. El refrigerante se enfríay se convierte en un líquido presurizado.

3) Vaporización: En el evaporador, el refrigerante se expande, enfriando el airecaliente que entra del interior del coche.

2,3,3,3-Tetrafluoropropene(HFO-1234yf)

Comodidades: climatizador

Comodidades: climatizador

Calefacción:

Methanol

Ethylene glycol

Propylene glycol

Mezclas 1:1 con agua+ colorantes

MotorGasolina

Octanaje:

Poder antidetonante = 0

Alto Poder antidetonante

Aditivo antidetonante:

Un 0,1% incrementa el poder antidetonante entre 10-15 unidades

2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

Thomas Midgley (1889 - 1944)

MotorGasolina

Catalizadores:

2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

NO + 1/2 O2 → NO2

NO + HNO3

H2O

hνNO + O

O3

O2

MotorGasolina

Otros aditivos:

Toluene 111

Agentes oxigenantes: Contribuyen a eliminar CO como producto de la combustión.

RFG (ReFormulated Gasoline) debe contener > 2% en peso de oxígeno

MotorDiesel

Gasóleo o gasoil:

Resultado de la destilación fraccionada del petróleo entre 200 ºC y 350 ºC.

Contiene:- 75% hidrocarburos saturados (principalmente n, iso y cíclicos)- 25% hidrocarburos aromáticos (incluyendo naftalenos y alquilbencenos).

Fórmula promedio = C12H23, desde C10H20 hasta C15H28.

Índice cetano o Número cetano

Hexadecano: Cetano = 100Isocetane (2,2,4,4,6,8,8-heptamethylnonane): Cetano = 15

El valor de cetano para los gasóleos habituales va de 40 a 55.

MotorDiesel

Aditivos:

MotorBiodiesel

Combustible Biodiesel: ésteres (metílicos, etílicos) de cadena larga:

Factor B:B20 = Gasóleo fósil con un 20% de biodieselB100 = Biodiesel puro

El biodiesel puro sólo puede utilizarse en vehículos con “inyección indirecta”: El combustible va a una “precámara”, donde comienza la combustión, antes de entrar en la cámara de combustión.

MotorLPG (Liquefied petroleum gas)

propano + butano + pequeñas cantidades de propileno y butileno

+ tiol

MotorCPG (Compressed natural gas)

NGV = Natural Gas Vehicle

MotorEtanol

B20 = Gasóleo que contiene un 20% de biodiesel

E85 (85% etanol, 15% gasolina): 105 octanos

E10 (10% etanol, 90% gasolina): Aumenta 2-3 octanos el octanaje de la gasolina

MotorEléctrico: Baterías de litio

Twizzy

MotorEléctrico: Baterías de litio

MotorEléctrico: Baterías de litio

Ánodo

MotorEléctrico: Baterías de litio

MotorEléctrico: Baterías de litio

Ánodo

Electrolito

MotorEléctrico: Baterías de litio

MotorEléctrico: Baterías de litio

Ánodo

Cátodos

Electrolito

MotorEléctrico: Pila de hidrógeno

MotorEléctrico: Pila de hidrógeno

Ánodo Cátodo

MotorEléctrico: Pila de hidrógeno

Electrodos de Pt o de Pt "soportado" en superficies activas

MotorPila de hidrógeno

CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3 H2(g)

CxHy(g) + x H2O(g) → x CO(g) + (x+y/2) H2(g)

C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g)

Obtención de hidrógeno: Almacenamiento y transporte:

MotorPila de hidrógeno

Almacenamiento y transporte

100 psi = 6.8046 atm

MotorEléctrico: ¿coche solar?

MotorEléctrico: ¿coche solar?

Muchas gracias

Bibliografía

C. E. HOUSECROFT, A. G. SHARPE, Inorganic Chemistry, Pearson Education, 2001.

R. H. PETRUCCI, W. S. HARWOOD, G. HERRING, General Chemistry, Prentice Hall, 2002. Edición en español (Química General, 8ª ed.): Pearson, 2003.

G. RAYNER-CANHAM, G. Descriptive Inorganic Chemistry, W. H. Freeman & Co. Edición en español (Química Inorgánica descriptiva, 2ª edición): Pearson Educación, México, 2000.

G. E. RODGERS, Introduction to Coordination, Solid State, and Descriptive Inorganic Chemistry, McGraw-Hill, 1994. Edición en español (Química Inorgánica: Introducción a la Química de coordinación, del estado sólido y descriptiva), McGraw-Hill, 1995.

C. H. SNYDER, The Extraordinary Chemistry of Ordinary Things, 4th Edition, Wiley, 2003.

http://en.wikipedia.org