Acerca de iCARe^®

iCARe^® es la innovadora gama de aceros eléctricos de ArcelorMittal para el mercado automovilístico. Nuestros aceros iCARe^® ayudan a los fabricantes de automóviles a crear soluciones de movilidad respetuosas con el medio ambiente para un mundo más sostenible.

Estos valores son parte esencial de la marca iCARe^®. Encontrar soluciones innovadoras ("i") y respetuosas con el medio ambiente ("e", del inglés environmentally friendly) es esencial para el automóvil ("CAR") del mañana.

Introducción

Los aceros iCARe^® de ArcelorMittal son una combinación de aceros eléctricos (tanto estándar como de alto rendimiento) diseñados específicamente para satisfacer las necesidades concretas de los fabricantes de vehículos eléctricos e híbridos. Nuestros aceros iCARe^® ofrecen bajos niveles de pérdidas y altos niveles de permeabilidad y límite elástico.

La amplia gama de productos iCARe^® aporta a los fabricantes de automóviles soluciones técnicas que permiten alcanzar:

• Niveles inferiores de emisiones de CO₂ y mejor consumo de combustible en los vehículos híbridos
• Mayor autonomía con la tecnología de baterías existente
• Menor coste total de electrificación
• Mejor densidad de potencia en las máquinas eléctricas para así reducir el tamaño y el peso de los grupos motopropulsores eléctricos

La oferta de productos iCARe^®

La gama ArcelorMittal iCARe^® está compuesta por tres tipos de aceros: Save, 420 Save, Torque y Speed. Cada uno de ellos ha sido diseñado específicamente para una aplicación eléctrica concreta de la industria automovilística. ArcelorMittal ofrece también un servicio de asistencia técnica avanzada para que los fabricantes puedan sacar el máximo provecho a los productos iCARe^®.

Save

Acero con pérdidas muy bajas e ideal para mejorar la eficacia de las máquinas eléctricas. Su principal función es optimizar el uso de la corriente procedente de la batería. Para más información sobre iCARe^® Save, consulte la ficha técnica de dicha gama.

420 Save

Estos aceros Save mejorados combinan bajas pérdidas con un mayor límite elástico, en comparación con los aceros Save estándar. Los aceros Save 420 tienen un límite elástico mínimo garantizado de 420 MPa. Este límite elástico mejorado y garantizado de los productos Save 420 permite mejoras mecánicas del diseño del rotor, que aumentan el rendimiento general de la máquina eléctrica.

Torque

Torque es una gama de aceros de alta permeabilidad que permite alcanzar los máximos niveles de rendimiento mecánico en motores o de alimentación de corriente para generadores. La polarización mínima es superior que la de Save. Para más información sobre iCARe^® Torque, consulte la ficha técnica de dicha gama.

Speed

Grupo de aceros eléctricos de alta resistencia especiales para rotores de alta velocidad y que mantienen altos niveles de rendimiento magnético. Estas calidades permiten crear máquinas más compactas y con una mayor densidad de potencia. Además, ofrecen niveles garantizados de límite elástico y de propiedades magnéticas. Para más información sobre iCARe^® Speed, consulte la ficha técnica de dicha gama.

Revestimientos para iCARe^®

Los barnices de acero eléctrico para calidades no orientadas se han diseñado con el objetivo de mejorar el comportamiento de los aceros eléctricos en estado final de suministro. Su principal finalidad es aportar un aislamiento entre las láminas y mejorar la aptitud para el troquelado de dichos aceros. ArcelorMittal recomienda utilizar recubrimientos C5 para sus aceros eléctricos iCARe^®. Dichos revestimientos son aptos para aceros en estado final de suministro destinados a compresores y máquinas de tracción eléctrica e híbrida. En los alternadores pueden utilizarse también soluciones sin revestimiento. Puede encontrar más información sobre el uso de estos revestimientos en la ficha técnica de los revestimientos para iCARe^®.

Asistencia técnica avanzada

Para los fabricantes de automóviles que deseen aprovechar al máximo el potencial de los aceros iCARe^® de ArcelorMittal, ofrecemos un servicio de asistencia técnica avanzada en diversas áreas como modelizado, creación de prototipos y procesamiento.

• Servicios de modelizado de máquinas de ArcelorMittal

ArcelorMittal ofrece también toda la ayuda necesaria para que sus clientes elijan los aceros más adecuados. También ofrecemos asistencia para el diseño de máquinas eléctricas. Este nivel de asistencia es posible gracias a nuestros avanzados sistemas de I+D y a los equipos de alta tecnología que tenemos en nuestros centros de investigación. Para más información, consulte la ficha técnica de asistencia técnica avanzada para iCARe^®.

• Servicios de creación de prototipos

Nuestros servicios de modelizado permiten a los ingenieros de diseño realizar cálculos precisos sobre sus máquinas. Así se reduce el número de prototipos necesarios antes de comenzar la producción preserie. Aun así, se necesitará un mínimo de trabajo en creación de prototipos para comprobar el rendimiento de la máquina. ArcelorMittal puede ofrecer pequeñas cantidades de láminas para ensayos de primera fase (Epstein y ensayos de tracción) y también para la siguiente fase de corte mediante láser. En la fase de validación industrial, ArcelorMittal puede facilitar pequeñas bobinas de fleje para el troquelado y ensamblado de máquinas.

• Problemas de procesamiento

La creación de prototipos o máquinas en serie puede implicar procesos de producción en los que existe la posibilidad de que se degraden las propiedades de los aceros que servimos en estado final de suministro. A través de nuestros servicios de asistencia avanzada de I+D, ayudamos a nuestros clientes a cuantificar el impacto de los procesos de tratamiento de materiales sobre el rendimiento magnético del apilado de láminas de la máquina.

Guia de selección

Campo	Applicaciones	Substratos
Grupos motopropulsores	Alternadores de alta eficacia	Torque	Save
	Sistemas de arranque-alternador por correa	Torque	Save
	Motores de arranque de alta eficacia	Torque	Save
	Máquinas sincrónicas de imanes permanentes (PMSM en inglés) para tracción centralizada	Save	420 Save	Torque	Speed
	PMSM para motores de rueda	Save	420 Save
	PMSM para generación de corriente	Save	420 Save	Torque	Speed
	Máquinas sincrónicas de rotor bobinado (WRSM en inglés) para tracción	Torque	Save
	WRSM para generación de corriente	Torque	Save
	Máquinas de reluctancia autoconmutadas (SRM en inglés) para tracción	Save	420 Save
	Máquinas de inducción (IM en inglés) para tracción	Torque	Save	420 Save
	IM para generación de corriente	Torque	Save	420 Save
Equipos auxilliares de alto rendimiento	Compresores para calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC en inglés)	Save	Torque
	Bobinas de ignición	Save
	Elementos de medición en paneles de mandos	Save
	Controladores híbridos	Save	Torque

Gama de aceros eléctricos de ArcelorMittal

Si en un vehículo eléctrico se desea mejorar el aprovechamiento de la energía proveniente de la batería, será necesario optimizar los demás elementos reduciendo el peso y aumentando el nivel de eficacia. Esto es particularmente importante en los generadores y motores eléctricos que constituyen el corazón de los grupos motopropulsores.

Las soluciones de aceros eléctricos de ArcelorMittal iCARe^® pueden aportar unas mejoras de rendimiento muy significativas a ese núcleo de la máquina eléctrica, sobre todo en lo que respecta a la batería. La combinación de eficacia y menor peso significa que los vehículos eléctricos pueden ofrecer una mayor autonomía entre cargas.

La gama iCARe^® de ArcelorMittal incluye aceros eléctricos específicos para aplicaciones en las que se necesita un elevada densidad de potencia o par motor. Los aceros iCARe^® permiten que los sistemas eléctricos del vehículo funcionen de manera más eficaz, con lo que se aumenta la potencia y se consigue un mayor par de arranque. Al optimizar el diseño de la máquina con aceros iCARe^®, se necesitan menos imanes y menos bobinas de cobre, con lo que se reduce aún más el peso y, además, se pueden reducir costes.

Importancia de la polarización

El nivel de inducción alcanzado en el entrehierro entre el rotor y el estátor determina el par que puede desarrollar un motor. En el motor de arranque de un vehículo, este par de arranque es muy importante. A velocidades bajas del vehículo, la calidad del acero eléctrico utilizado puede dar lugar a grandes diferencias en el comportamiento dinámico de los vehículos eléctricos.

Importancia de las pérdidas

Una máquina eléctrica no es más que un sistema para convertir la energía eléctrica en energía mecánica (o viceversa). El par motor se genera en el motor de arranque mediante el nivel de polarización creado en el acero gracias a un campo magnético. El campo magnético puede crearse inyectando corriente en una bobina de cobre que rodea el acero.

El aspecto clave es que el campo magnético provoca un cambio en la estructura magnética del interior del acero en equilibrio con el campo aplicado y esto genera un nivel determinado de polarización.

En un ciclo de corriente alterna, el campo magnético se invierte en algún momento posterior, pero la estructura magnética interna del acero no puede adaptarse inmediatamente. La consiguiente respuesta diferida se conoce como histéresis y está directamente relacionada con procesos irreversibles que se producen en el interior del acero.

La histéresis es responsable de parte de la pérdida de energía. Es lo que se conoce como pérdida en el hierro. A medida que el acero se calienta y parte de la electricidad transmitida al motor se convierte en calor residual (y no en rendimiento mecánico útil), se calienta también el motor. Cuanto mayores son las velocidades de los ciclos (y, por tanto, mayores son las frecuencias eléctricas), más importantes son esas pérdidas. Al reducir las pérdidas en el hierro de las láminas de acero de la máquina, se consigue aumentar la cantidad de energía disponible en la batería de un vehículo eléctrico o híbrido.

Conductividad térmica

Para que una máquina eléctrica funcione de manera segura, debe extraerse el calor generado en su interior. De no extraerse ese calor, puede descender el rendimiento (en concreto, los valores de potencia o corriente de salida).

El calor lo generan las pérdidas en el hierro anteriormente descritas, así como las pérdidas de los imanes permanentes o las bobinas de cobre. De hecho, el aislamiento de las bobinas de cobre es un aspecto crucial para el equilibrio térmico de una máquina. El calor puede evacuarse por los siguientes medios:

• Laminados cerca del eje del rotor
• Entrehierro
• Laminados cerca de la carcasa (en este caso, es importante que para los laminados se elijan aceros con una buena conductividad térmica)

Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de los aceros utilizados en las aplicaciones eléctricas deben ofrecer una buena aptitud para el troquelado. El troquel debe crear un borde de corte limpio. Si el corte no es limpio, es posible que se produzcan cortocircuitos en el campo magnético entre los laminados ensamblados y que se deforme el borde del acero, con lo que sus propiedades magnéticas se verían reducidas. Ahora bien, debe buscarse un equilibrio entre estos factores y el periodo de vida útil deseado para la herramienta de troquelado.

Los aceros eléctricos en estado final de suministro de ArcelorMittal ofrecen una óptima aptitud para el troquelado. El desgaste de la herramienta puede reducirse aún más aplicando un revestimiento adecuado.

En las máquinas de tracción eléctrica e híbrida, hay que tener en cuenta otras necesidades mecánicas del acero aparte de la aptitud para el troquelado. Para obtener máquinas con una mayor densidad de potencia, uno de los métodos que suelen utilizarse es trabajar con rotores de mayor velocidad. Para ello, los laminados del rotor deben estar preparados para soportar unas fuerzas centrífugas, electromagnéticas y dinámicas mucho mayores cuando aceleran y deceleran los rotores. Los laminados suelen tener diseños muy complejos, como de encaje. Para los diseñadores de máquinas supone un auténtico reto cumplir con esas exigencias de resistencia tanto en las situaciones más habituales como en las más excepcionales.

Cómo conseguir el equilibrio

Las limitaciones de las baterías pueden ser menos si se optimiza el uso de la energía disponible en la batería. Para ello se necesitan aceros eléctricos ligeros y altamente eficaces que tengan como principal propiedad un bajo nivel de pérdidas. En los aceros eléctricos para la industria automovilística es vital encontrar un equilibrio entre pérdidas, permeabilidad, polarización de saturación, conductividad térmica, resistencia a la tracción y límite elástico.

En ArcelorMittal tenemos una amplia experiencia como proveedor de aceros eléctricos para aplicaciones automovilísticas. Ello nos permite desarrollar aceros adaptados a los desafíos de esa industria. Entendemos que, para crear motores eléctricos de la máxima calidad, es necesario utilizar diferentes aceros eléctricos para el estátor y el rotor. Para el estátor se necesitan calidades de acero eléctrico con pérdidas muy bajas y alta permeabilidad, mientras que para el rotor se necesitan calidades de alta resistencia.

Optimización de todos los componentes eléctricos de un vehículo

Se sigue un proceso de mejora continua con diferentes iniciativas encaminadas a optimizar las aplicaciones eléctricas en vehículos. El proceso se inició con la revisión técnica y del diseño de equipos eléctricos auxiliares como los alternadores y los motores de arranque. Ello llevó a la introducción de máquinas de tracción eléctrica, primero en unidades híbridas y ahora evolucionando hacia vehículos de tracción totalmente eléctrica. Estos cambios han supuesto mejoras significativas en los componentes eléctricos individuales de los vehículos.

Mayores exigencias para los alternadores

Desde siempre, los alternadores han proporcionado la electricidad necesaria para la bomba del motor, el sistema de refrigeración, los motores de los asientos y las ventanillas y otras aplicaciones esenciales. A partir de los años 70, los vehículos han incorporado cada vez más prestaciones en materia de seguridad y comodidad y, a consecuencia de ello, ha ido en constante aumento la demanda de electricidad. Satisfacer esa demanda ha hecho que aumente también la cantidad de electricidad que deben generar los vehículos.

Gracias al desarrollo de alternadores de alta eficacia, puede generarse más corriente sin tener que aumentar la energía mecánica que se extrae del motor de combustión interna. El consumo de combustible, por tanto, no se ve afectado.

Cambios en los motores de arranque

Hasta hace poco, los motores de arranque sólo se necesitaban una vez en cada ciclo de conducción para poner en marcha el motor de combustión interna. Esto cambió con la introducción de los sistemas Stop & Start, que cortan el motor de combustión interna cuando nos encontramos un semáforo en rojo y vuelven a arrancarlo en cuanto el conductor pisa el acelerador. Los sistemas Stop & Start pueden reducir hasta en un 5 % el consumo de combustible y las emisiones equivalentes de CO2.

En respuesta a estos cambios, los motores de arranque se han rediseñado por completo; ahora tienen una función de arranque en frío al inicio del ciclo de conducción, pero también permiten repetidos arranques en caliente. Los motores de arranque de los sistemas Stop & Start son sumamente eficientes.

El reto de crear motores de tracción eléctrica para la industria automovilística

El nivel de electrificación de los grupos motopropulsores ha evolucionado hasta el punto de que el motor de combustión interna puede sustituirse por una o más máquinas eléctricas. Dichas máquinas ofrecen una tracción íntegramente eléctrica.

Pero, aun cuando un diseñador se decanta por crear un vehículo totalmente eléctrico, hay otras consideraciones que tener en cuenta. Por ejemplo, si el vehículo tiene una máquina eléctrica de gran potencia, se podrá recuperar más energía durante el frenado. Ahora bien, la batería debe tener la capacidad de aceptar la transmisión de esa energía.

Entre el motor de combustión interna pura y los vehículos puramente eléctricos, existen muchas soluciones intermedias de grupo motopropulsor en las que cabe destacar tanto motores de combustión interna como máquinas eléctricas. Estas configuraciones híbridas se presentan en diversos diseños y cada uno de ellos representa una solución de compromiso diferente entre el uso de combustibles fósiles y energía eléctrica. Y ese compromiso se debe a que, en ocasiones, los diseñadores de vehículos tienen que decidir entre el coste de un motor de combustión interna y el de una máquina eléctrica. El coste de la batería y los objetivos medioambientales del automóvil son los principales criterios para tomar esas decisiones.

Si se opta por un diseño híbrido, el ahorro en consumo de combustible dependerá del nivel de hibridación. En términos generales, existen dos opciones:

• Un semihíbrido, que reduce el consumo de combustible en torno a un 15 % utilizando un motor eléctrico de potencia limitada y una batería de menor tamaño.
• Un híbrido completo, que puede reducir el consumo de combustible hasta en un 30 % utilizando un motor eléctrico de mayor potencia y una batería de mayor capacidad.

Los vehículos propulsados por máquinas de tracción eléctrica están adquiriendo un protagonismo cada vez mayor. A diferencia de los vehículos que utilizan combustibles fósiles, los automóviles totalmente eléctricos generan muy pocas emisiones dañinas durante su uso. Eso los convierte en una opción muy atractiva para los fabricantes de automóviles que buscan nuevas estrategias para cumplir con las normativas sobre emisiones de vehículos, que son cada vez más estrictas.

Ahora bien, todavía quedan grandes retos por superar para que los vehículos eléctricos se popularicen entre el gran público. Existen dudas relacionadas con la infraestructura (sobre todo, con la disponibilidad de estaciones de recarga) y con el coste, la autonomía y la vida útil de los propios vehículos.

Muchas de estas cuestiones tienen que ver, en último caso, con la batería de los vehículos eléctricos. Las baterías clásicas utilizan una tecnología de plomo y ácido, por lo que resultan sumamente pesadas, caras, lentas de recargar y limitadas en su capacidad.

Las nuevas tecnologías ofrecen una mayor capacidad, pero el coste y el peso de las baterías limitan la autonomía de los vehículos totalmente eléctricos. Este es un aspecto clave en el desarrollo de vehículos eléctricos hoy en día.