El diseño sostenible en ingeniería

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¿Qué es el diseño sostenible?
El diseño sostenible es un método global y completo para la creación de productos y sistemas no perjudiciales para el ambiente, socialmente equitativos y económicamente viables. En términos ecológicos, significa que el diseño debe ofrecer beneficios obvios y cuantificables. Socialmente, es un diseño que cubre las necesidades de todas las personas implicadas en su producción, uso, desecho o reutilización; y económicamente debe ser competitivo en términos de mercado.

Automóviles de bajo consumo energético, edificios con energía solar, plantas de energía limpia, envases reciclables e iluminación de bajo voltaje son algunos ejemplos de productos que ayudan a equilibrar las necesidades de los consumidores con una buena gestión ecológica. Sin embargo, de manera realista, todos los productos tienen el potencial de ser diseñados para ser sostenibles si los ingenieros piensan realmente en la creación de mejores productos mientras usan materiales y prácticas que tengan un impacto positivo sobre el ambiente.


COTICE MÁQUINAS PARA RECICLAJE DE PLÁSTICO:


La implementación de los aspectos prácticos del diseño sostenible incluye las siguientes consideraciones:

  • Uso mínimo de material. ¿Puede cambiar el espesor de una pared de media pulgada a tres octavas partes de una pulgada sin comprometer su funcionalidad? (por ejemplo, el alojamiento de una TV de pantalla grande)
  • Mejor elección de materiales. ¿Hay actualmente algún plástico que no estaba disponible hace diez años y que facilite la producción, el reciclaje o el transporte por el mismo precio? (por ejemplo, polietileno reciclable de alta densidad (HDPE) en lugar de estireno butadieno acrilonitrilo [ABS])
  • Diseño para desarmar el producto con mayor facilidad. ¿Se puede diseñar el producto para desarmarlo, ya sea para repararlo o para realizar un reciclaje selectivo? (por ejemplo, utilizar lengüetas para conectar las piezas en lugar de pegamento)
  • Reutilización o reciclaje del producto al final de su vida útil. ¿Se puede diseñar el producto en módulos de manera que se pueda cambiar una pieza para actualizar su función (por ejemplo, reconsiderar la existencia de teléfonos celulares desechables vendiendo una tarjeta de función/ memoria deslizante que el consumidor pueda reemplazar)
  • Consumo mínimo de energía. ¿Existe un método o una máquina diferente para crear u operar el sistema que utilice menos energía en su funcionamiento? (por ejemplo, rediseñar una máscara de flujo de oxígeno de manera que utilice menos presión y un sistema de bomba más económico para el consumidor)
  • Fabricación sin producir desechos peligrosos. Por ejemplo, la eliminación correcta de la soldadura basada en plomo.
  • Utilización de tecnologías limpias como perspectiva fundamental. Por ejemplo, motores híbridos de automóviles.

¿Por qué es tan importante una nueva manera de pensar desde el punto de vista económico? La respuesta es que la demanda de recursos naturales crece más rápido que la oferta disponible, lo que encarece sus costos y, al mismo tiempo, también deben cumplirse las nuevas directivas ambientales.

Afortunadamente, los pequeños cambios de los diseños, basados en cantidades optimizadas de modernos materiales cuidadosamente seleccionados, fabricados con un uso mínimo de recursos y energía, generan un efecto positivo y holístico en el ambiente y la calidad de vida de las personas, contribuyendo al ciclo general de la sostenibilidad. Además, ofrecen el beneficio adicional de una mejor ventaja competitiva en el mercado internacional.


COTICE PRODUCTOS Y ACCESORIOS PARA SUS EQUIPOS:


Europa lidera este cambio de mentalidad y recientemente ha propuesto una Política Integrada de Productos (IPP, por sus siglas en inglés) que no sólo promociona sino que fomenta el desarrollo sostenible. En un informe reciente, Cyon Research Corporation analiza este método: "IPP enfatiza que las mejoras más grandes relativas al impacto ambiental de los productos se pueden realizar durante la fase de diseño (antes de llegar a fábrica). La Unión Europea calcula que más del 80% de todas las repercusiones ambientales relacionadas con los productos se determinan durante la fase de diseño".

Por tanto, las empresas que priorizan la búsqueda de maneras tangibles y metódicas de reducir los costos de material y mejorar los procesos de producción serán líderes en el mantenimiento de los márgenes de beneficios.

Objetivos, directivas y tácticas sostenibles
Políticas ambientales/económicas actuales
Aunque Europa, con menos territorio y recursos, lidera el camino al sugerir y poner en marcha programas de sostenibilidad, los fabricantes del resto del mundo que tengan como objetivo dichos mercados tendrán que prestar atención a estos programas y cumplirlos. Una serie de normativas de la UE que ya están en vigor influirán de manera radical en el diseño y la comercialización de los productos, desde teléfonos celulares a automóviles deportivos.

Por ejemplo, las directivas WEEE (Waste of Electrical and Electronic Equipment) y ELV (End of Life Vehicles) se basan en el principio de la responsabilidad ampliada del productor. WEEE requiere que las placas de circuitos no sólo se fabriquen a través de procesos no peligrosos sino que también se diseñen para ser desarmadas, clasificadas y recicladas/desechadas de manera segura. Además, la directiva ELV indica que, a partir de enero de 2007, los automóviles designados para el mercado europeo (25 estados de la UE) se deben diseñar teniendo las mismas tareas en mente, y los productores deberán pagar "la totalidad o una parte significativa" de los costos relativos al tratamiento de vehículos con un valor cero o negativo en las instalaciones de tratamiento.

Legalmente, estas reglas implican que los fabricantes deben afrontar los costos de retiro y reciclaje de sus propios productos. En términos económicos y ambientales, los fabricantes que sean lo suficientemente inteligentes para diseñar sus productos a fin de facilitar su recuperación deberían obtener los beneficios financieros que esto implica.

Existen otras directivas en las primeras fases de aprobación que tienen por objetivo la reducción del consumo de energía durante la fabricación y el uso. La política EuP (Energy Usage Products, por sus siglas en inglés) impone límites en el uso de energía de una amplia gama de productos y se aplica incluso a componentes y subensambles que se venden como repuestos. El cumplimiento de la normativa EuP se verificará con los estándares establecidos de seguridad y compatibilidad electromagnética, de la Unión Europea.

Diseño de los productos basado en el ciclo de vida 
La naturaleza humana cree que es más fácil mantener las cosas como son, aunque haya argumentos persuasivos que demuestren lo contrario. A menudo, los productos nuevos simplemente reflejan una progresión de cambios basada en viejos procedimientos y diseños. Piense en cómo se monta un automóvil: aunque la robótica ha desempeñado un papel importante en las últimas décadas, el proceso de ensamble en general todavía sigue la estructura establecida por Henry Ford. Peor aún, pasos como el pegado y la soldadura han sustituido a la colocación de tornillos y pernos en muchas áreas, de manera que los subensambles no se pueden abrir para su reparación, sino que se deben tirar y sustituir de manera completa.

Al mismo tiempo, los costos de materiales tradicionales están subiendo: el índice de precios para productos no manufacturados creció del 70% (que representa el precio real cuando se compara con un valor medio establecido en 100) en 1995 a más de 170 (un incremento del 70% por encima de la norma) en 2005. A pesar de que el aumento de los precios del acero y del crudo también se refleja en los costos de fabricación y envío, los consumidores siguen pidiendo precios más bajos. Ford ha anunciado que todos sus modelos subirán entre US$400 y US$600 en 2007 sólo para pagar los gastos relativos al cumplimiento de la normativa de fin de vida útil. ¿Qué se puede hacer para equilibrar o disminuir estos costos?

Por ejemplo en Estados Unidos, la tradicional resistencia a los principios básicos del cambio debe desaparecer ya que las presiones sociales y económicas para obtener un diseño sostenible son cada vez mayores. Kishore Boyalakuntla, director técnico nacional para productos de análisis de SolidWorks, afirma que "el desafío fomenta la innovación; así, Ford, y el resto de los fabricantes de automóviles piensan ahora de manera diferente sobre cada una de las piezas de plástico que se colocan en sus vehículos". Se preguntan:

  • ¿Cuánto cuestan las materias primas?
  • ¿El proceso y la manipulación son beneficiosos para el ambiente?
  • ¿Qué energía hace falta para usar este material?
  • ¿Hay algún material que cueste lo mismo pero sea más fácil de reciclar?
  • ¿Hay algún material nuevo que sea tan resistente que nos permita usar una menor cantidad del mismo para crear una pieza existente con la misma durabilidad?

Al mismo tiempo, muchos grupos gubernamentales e industriales diferentes han desarrollado métodos numéricos para evaluar el impacto ambiental relativo de las diferentes opciones de material, procesamiento y transporte. Boyalakuntla señala que "Además, las universidades como el MIT, no sólo investigan métodos de energía y de diseño nuevos, sino que están creando departamentos totalmente nuevos que combinen las diferentes disciplinas para un desarrollo sostenible".

Análisis y planificación del ciclo de vida
Tener una visión global es una excelente manera de identificar las necesidades específicas del diseño de los productos que se pueden evaluar para disminuir su impacto ambiental. En el caso del proceso de fabricación de un producto, hacer un análisis del ciclo de vida (LCA) cuantifica la cantidad de energía y de materia prima que son utilizados por un producto en su manufactura y la cantidad de residuos sólidos, líquidos y gaseosos que son generados en cada etapa de la vida del producto, asociados con cualquier fase relevante, incluidos:

  • Extracción de materias primas
  • Proceso de materiales
  • Fabricación de componentes
  • Ensamble y empaque
  • Distribución y adquisición
  • Instalación y uso
  • Mantenimiento y actualización
  • Fin de vida útil:
  • reciclaje de material
  • reutilización de componentes
  • reutilización de productos
  • vertederos de basura
  • incineración

Un intento interesante y muy oportuno de cuantificar dichos factores para tomar decisiones relativas al diseño proviene de una asociación entre Industrial Designers Society of America y U.S. EPA. Su proyecto, denominado Okala, está actualizando en este momento su lista de valores de "impacto" calculados para cientos de materiales y procesos. Por ejemplo, uno asigna un valor de 140 a un producto si el material utilizado es aluminio, mientras que si se pasa a utilizar plástico ABS (que necesita menos energía en su proceso si está sin procesar) se reduce el impacto a 47. (Para obtener más información, visite la página www.IDSA.org.)

Reconocimiento para quienes se preocupan por la sostenibildad
Decenas de empresas internacionales se han esforzado durante años en incorporar algunos o todos estos elementos de diseño en sectores que van desde el mobiliario y el revestimiento para pisos hasta las telecomunicaciones y las herramientas. Por ejemplo:

  • IKEA ha convertido en ciencia el diseño de sus muebles, que puede armar el propio cliente, de manera que el embalaje de la mayoría de las piezas se compone de cajas planas que se apilan de manera eficaz en camiones de reparto para mantener gastos mínimos de combustible/viaje.
  • BASF ayuda a los fabricantes de automóviles a ahorrar tiempo y dinero con sus revestimientos térmicos/UV híbridos que reducen enormemente las emisiones de gas y, por tanto, minimizan las emisiones volátiles o los posibles defectos de borboteo durante el proceso de curado de la pintura.
  • Whirlpool ha sido nombrada Socio del Año ENERGY STAR en siete ocasiones y ha recibido el reconocimiento internacional por su compromiso en la implementación de diseños, producción y empaques ecológicos.
  • IBM empezó a implantar un sistema de gestión ambiental formal, ISO 4001, en todas las operaciones internacionales de desarrollo de hardware y fabricación de la empresa y en todas sus unidades comerciales hace más de diez años, basándose en iniciativas anteriores para garantizar que las consideraciones ambientales sean parte habitual de todas las decisiones comerciales.
  • El centro de reciclaje de BMW desarma los nuevos modelos de automóviles y prueba la eficacia del proceso de desarme puesto que algunas piezas están diseñadas para ser reutilizadas y otras para ser recicladas. El grupo envía la información que obtiene de este proceso al centro de diseño.
  • La familia de herramientas motorizadas industriales DeWalt utiliza un método de diseño modular de manera que un único modelo de batería recargable de 14,4 voltios se puede colocar en todas las herramientas de la línea de productos de 14,4 voltios (por ejemplo, taladro, sierra eléctrica, linterna eléctrica, etc.

Iniciativas para el diseño de productos específicos
Puesto que el concepto de diseño sostenible puede referirse a muchas áreas diferentes del diseño de productos, además de aplicaciones finales, se muestran a continuación los datos de varias empresas y sus productos, pasando por los procesos conceptuales que produjeron productos optimizados con un mejor impacto financiero y ambiental:

Medtronic
En fisiología, "perfusión" es el término para calcular qué cantidad de nutrientes necesarios (como oxígeno) aporta la sangre de un paciente a su propio organismo. El grupo Medtronics Perfusion Systems fabrica una línea de productos, utilizados durante la cirugía de bypass cardiopulmonar, que ayudan a controlar este factor al proporcionar circulación, control de la temperatura, filtrado y oxígeno suplementario. Los sistemas deben funcionar con una transferencia de gas eficaz y consistente, una pérdida de sangre minimizada, un bajo volumen de cebado y una mínima caída de la presión sanguínea. (Figura 1)

Perfusion Systems ha incorporado procedimientos de diseño amigables con el ambiente (DfE) en su metodología de control del diseño. Este proceso ya ha generado una reducción del 75-85% en el uso de componentes químicos y la carga de aguas residuales para el proceso de revestimiento durante la fabricación, con un ahorro anual de 2,1 millones de dólares. Además, la empresa planea una reducción del 30-35% en el uso de materiales y una reducción del 90% en los residuos sólidos generados durante el proceso de fabricación de las baterías. El ahorro potencial anual con este último método supera los US$200.000.

Computadora de escritorio Apple Power Mac G4
Un estudio de casos realizado en el año 2000 sobre la computadora de escritorio Apple Power Mac G4 describió el método sistemático de la empresa respecto a un diseño de productos sostenible. (Figura 2)

A continuación, se muestran algunas de las mejoras logradas al realizar cambios en los siguientes atributos de diseño:

  • Conservación de la energía: un perfil térmico reducido permite que los ventiladores se apaguen durante el modo de espera; el uso de energía del modo de espera es inferior a 5 vatios (sólo el 17% del requisito de 30 vatios de ENERGY STAR®)
  • Conservación de los materiales: en comparación con los productos anteriores, el Mac G4 utiliza un 50% menos de componentes en la placa base universal; se eliminaron los dispositivos para conectar las unidades zip y los CD ROM al chasis
  • Componentes peligrosos: la batería de litio no contiene metales pesados; no se utilizan clorofluorocarbonos (CFC) ni otros componentes perjudiciales para la capa de ozono en su fabricación
  • Solidez del diseño: uso continuado de componentes modulares en diferentes productos; también se incorporaron componentes estándar del sector
  • Facilidad de servicio, reparación y posibilidad de ampliación: se puede acceder a todos los componentes a través de una tapa lateral del gabinete que se abre fácilmente; el procesador se puede extraer, cambiar y actualizar fácilmente; los componentes importantes se pueden cambiar en un minuto
  • Facilidad de desarme/reciclaje: reducción del número de tornillos de once a dos para el montaje de la placa base en el chasis (se reduce el tiempo y el costo); chasis metálico y gabinete con revestimiento de plástico policarbonato que se separa fácilmente para el reciclaje

Reducciones en el material de los automóviles
Un bajo costo y una mayor seguridad son dos factores que pueden coexistir en el diseño de productos con resultados excelentes, siempre que se realice un análisis preciso y detallado de la forma mecánica junto con las propiedades de los materiales. Para reducir el uso de material, una empresa fabricante de autopartes utilizó recientemente el Análisis de elementos finitos (FEA, por sus siglas en inglés) para evaluar el diseño de un soporte de eslabón final que conecta la barra oscilante y el brazo de control del sistema de suspensión de un vehículo. Los resultados de un diseño sostenible fueron ahorrar dinero al permitir la compra de cantidades más pequeñas de material y usar menos energía para producir la pieza. (Figura 3 )

El diseño original de la pieza, fabricada con nylon reforzado y moldeada por inyección, era principalmente sólido. Tenía un factor de seguridad mínimo de 3,4 y un costo de US$0,65 por unidad. Cuando volvió a diseñar la pieza, la empresa analizó los límites funcionales y las tensiones resultantes para que tuviera seis aberturas y así reducir su masa de 0,234 kg. a 0,205 kg. El análisis de tensiones por medio de la Ingeniería asistida por computador (CAE) demostró que todavía funcionaría con un factor de seguridad mínimo aceptable de 2,5, con lo cual se consiguieron ahorros de US$0,09 por pieza. El ahorro en material con el nuevo diseño se tradujo en un ahorro superior a US$32.000 por año, sin comprometer la seguridad.

Dell
El sencillo cierre cobra mucha importancia cuando se considera desde un punto de vista del diseño para el desarme. ¿Por qué utilizar tres tipos de cabeza de tornillo cuando es suficiente con uno solo? Resulta más fácil hacer el pedido de un único tipo de pieza, comprar en gran cantidad y armar/ desarmar con un sólo tipo de destornillador. (Figura 4)

Al mismo tiempo, los enganches automáticos eliminan por completo la necesidad de tornillos y destornilladores, facilitan las reparaciones y las sustituciones, y permiten una rápida separación de materiales al final de su vida útil en comparación con los procesos de pegado tradicionales. Los diseños de computadoras Dell emplean varios métodos inteligentes de cierre, y todos ellos permiten ahorrar en materiales, tiempo y esfuerzo:

• Para quitar la cubierta de una computadora Dell sólo hay que presionar los dos botones que se encuentran a cada lado de la cubierta; los conectores forman parte integral de la unidad.
• La palanca de la consola de la placa de circuitos no sólo sirve como conector sino también como manija.

Incluso el diseño de un cierre de enganche automático flexible se puede optimizar con el software de análisis: por ejemplo, un gancho en voladizo y forma de cono probablemente resistirá mejor los procesos de armado y desarme repetidos que un gancho con una sección transversal rectangular.

Estudios de casos de SolidWorks/COSMOS
Con un laberinto cada vez mayor de problemas relativos al costo y a las normativas que complican la elección de materiales y la geometría, los diseñadores necesitan herramientas que automaticen y simplifiquen las decisiones importantes. Kishore Boyalakuntla, director técnico nacional para productos de análisis de SolidWorks, cree que el software para el análisis y la validación del diseño juega un papel fundamental. "Para conseguir un producto que tenga un impacto positivo durante todo su ciclo de vida", observa, "tienes que probar muchas ideas y la única manera de hacerlo es mediante el diseño virtual y las pruebas virtuales. Los ingenieros pueden contribuir al proceso sostenible utilizando herramientas donde el análisis fomente el diseño".

El software de análisis como COSMOSWorks y COSMOSFloWorks, al que se accede desde los menús desplegables de la solución de CAD mecánico en 3D de SolidWorks, ayuda a los diseñadores a realizar evaluaciones calificadas del impacto de sus opciones de diseño, y ejecuta rápidamente varios escenarios hipotéticos para optimizar diferentes factores definidos por el usuario.

Optimizar significa diseñar piezas y ensambles con tan poca masa como sea posible, pero con la suficiente como para resistir los fallos en condiciones de funcionamiento normales. Los estudios habilitados para software que pueden producir resultados significativos incluyen:

  • El análisis de geometrías complejas para disminuir el peso, que sugieren el uso de tubos y vigas en doble T en lugar de prismas sólidos
  • La comparación de las propiedades mecánicas de una pieza de materiales diferentes, simplemente haciendo clic en una biblioteca de propiedades de materiales para cambiar los parámetros
  • La prueba de las diferentes configuraciones de una pieza, usando el Configuration Manager

Dichos estudios ofrecen una alternativa de bajo costo a la creación de prototipos físicos de cada iteración de diseño, lo que permite a los diseñadores investigar opciones que, de otra manera, serían demasiado costosas y se tardaría mucho tiempo en construir y probar.

Reducción de material
La optimización del peso y volumen de una pieza no sólo reduce el costo de las materias primas sino que también reduce los gastos de envío y puede marcar la diferencia entre cumplir con los estándares para materiales de la Unión Europa o perder un mercado potencial.  (Figura 5)

El cambio de la geometría mientras se conserva el mismo material puede ofrecer sorprendentes ahorros en costos, incluso con productos de tecnología menos avanzada. Piense en la tapa de una alcantarilla sobre la que pasan coches, pasan personas y que, en ocasiones, se intenta abrir con palancas. Este elemento de los servicios públicos de la ciudad del pasado y del presente es uno de los productos más vendidos de LeBARON Foundry of Brockton, Mass. Sin embargo, hace muchos años, con el considerable aumento de los precios de la chatarra y los contratos municipales cerrados, la empresa se vio en la necesidad de recuperar parte de los costos.

Tras adquirir SolidWorks Office Premium, que incluye COSMOSWorks Designer, la empresa vio que podía acelerar su proceso de pruebas al separar de manera eficaz las diferentes geometrías del diseño antes de las muestras de las pruebas de resistencia. Con la ayuda del análisis en ingeniería de COSMOSWorks Designer, LeBARON descubrió que muchos de sus productos estaban diseñados en exceso (eran más gruesos de lo necesario en cuestiones de seguridad y rendimiento) y, por tanto, volvieron a crear las geometrías, en menos de dos días cada una.

El proceso redujo 50 libras (23 kg) de hierro fundido de una tapa de alcantarilla normal, con lo que se ahorró un 25% del peso; además, el ahorro obtenido cubrió ampliamente el déficit previsto de US$500.000 por año.

Optimización de las funciones de los productos
El objetivo de la optimización funcional consiste en adaptar piezas y ensambles de manera que todos los aspectos del diseño (peso, rendimiento funcional, durabilidad, estética) se junten para crear las mejores piezas para el trabajo en cuestión. A veces, observar cómo la naturaleza resuelve un problema similar ofrece un punto de partida, y eso es justo lo que le ocurrió al consultor Ben Eadie de MountainWave Design Services (Calgary, Alberta, Canadá).  (Figura 6)

Eadie había hablado con Greg Kolodziejzyk, un empresario retirado que se propuso batir el récord existente de 1021,36 km recorridos por un hombre en 24 horas, logrado en 1995. No se permitía utilizar la energía del viento ni ningún otro tipo de energía almacenada, por lo que Kolodziejzyk diseñó y creó una bicicleta reclinada personalizada rodeada de un recubrimiento ligero. Sin embargo, sabía por pruebas físicas que el recubrimiento de fibra de carbono (denominado cubierta aerodinámica) probablemente podría beneficiarse de un diseño nuevo para moverse con mayor eficacia.

Tras haber trabajado con paquetes de CAD de SolidWorks desde 1999, Eadie combinó su experiencia en el diseño de sistemas aerodinámicos con las funciones ofrecidas en dos productos adicionales de SolidWorks: COSMOSWorks para el análisis estructural y COSMOSFloWorks para la dinámica de fluidos computacional. Sus análisis estructurales fueron muy útiles para determinar en qué lugar debía sentarse el conductor, y su investigación de las formas de los animales que se movían a través de fluidos a velocidades comparables con las deseadas por Kolodziejzyk (un promedio de 50 kph) indicaron que el diseño de la cubierta aerodinámica debía parecerse a un pez.

Aunque no es un experto en COSMOSFloWorks, Eadie pudo crear cinco diseños diferentes de cubiertas aerodinámicas, basados en 20 a 30 ejecuciones de análisis diferentes, con ejecuciones individuales en un promedio de 6 horas. Señala que esto se debería comparar con el tiempo necesario para crear un prototipo físico, que podría tardar dos años para un único modelo, y no se podría volver a elaborar fácilmente para realizar mejoras.

Probar el diseño en el software se convirtió en la norma. Siempre que el equipo consideraba el más mínimo cambio de diseño, lo evaluaban en el modelo de la computadora, y se aseguraban de que el cambio a realizar valiera la pena. Eadie comenta que no tenía sentido crear nada hasta que se hubiera probado en la computadora. El ágil diseño final permitió a Kolodziejzyk romper el récord de distancia de 24 horas en bicicleta, el 20 de julio de 2006, tras haber pedaleado 1046,94 km.

Consideraciones sobre recuperación y desecho
Fabricar un diseño que sea fácil de reutilizar, desarmar y/o reciclar no sólo extiende la vida útil de un producto sino que permite realizar una clasificación por tipo de material y así, simplificar los problemas de desecho. Un ejemplo reciente sobre este aspecto y la mayoría de otros aspectos del diseño sostenible proviene de un taller de diseño dinámico que tuvo lugar durante el verano de 2006 en el Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, Massachusetts. (Figura 7)

El decano de investigaciones universitarias del MIT, Dr. Kim Vandiver, asesoró el proyecto propuesto y ejecutado por los estudiantes denominado Vehicle Design Summit (VDS) 1.0, una iniciativa seria con el objetivo de revolucionar el transporte personal mediante tecnologías de propulsión alternativas. Cuatro equipos mixtos de aproximadamente doce estudiantes cada uno (incluidos participantes de 21 universidades de 13 países) trabajaron en los cuatro métodos siguientes:

  • Vehículo eléctrico de célula de combustible: una célula de combustible de hidrógeno genera electricidad que se almacena en una batería que hace funcionar un motor eléctrico
  • Vehículo de biocombustible: con un motor diésel convertido sobre la base de puro aceite vegetal
  • Vehículo a pedales (AHPV): una combinación de movimiento humano en bicicleta más energía sola
  • Vehículo de pulso eléctrico: funciona sólo con energía eléctrica

Los estudiantes trabajaron para conocer todo el sistema del automóvil además de sus repercusiones ambientales y, a continuación, adaptaron y construyeron cada vehículo para que funcionara con una fuente de energía específica, teniendo en cuenta todos los aspectos del diseño sostenible.

Desde el concepto inicial a la construcción final, muchos de los estudiantes utilizaron SolidWorks, como su solución de CAD mecánico en 3D y COSMOSWorks para el análisis de piezas y ensambles. Por ejemplo, el equipo del vehículo de pulso eléctrico utilizó la función de análisis de materiales para investigar el comportamiento del diseño del chasis dadas las propiedades del acero aleado al cromo molibdeno (chromoly); el software identificó los puntos débiles y las deflexiones bajo cargas específicas. El equipo del vehículo de biocombustible utilizó el CAD para optimizar el automóvil con el fin de que fuera lo más ligero y aerodinámico posible, y el equipo de la célula de combustible utilizó materiales reciclables y construyó su chasis de aluminio y la estructura de polipropileno. De hecho, el último grupo considera que su automóvil es reciclable en un 80-90%. Los cuatro vehículos se construyeron a tiempo (nueve semanas desde el concepto hasta poder conducirlo) y funcionaron casi como se había planificado.

En enero de 2007, se inició un programa VDS 2.0 de seguimiento con el objetivo de diseñar y construir un vehículo para 4 pasajeros con las siguientes especificaciones de rendimiento:

  1. Minimizar la energía durante el diseño, la fabricación, el uso y el reciclaje (con un factor de reducción de 20 sobre los costos habituales del ciclo vital de un sedán comercial de 2006)
  2. Lograr 200 mpg (millas por galón) y un alcance de 150 millas
  3. Ir de 0 a 60 mph en 10 segundos, con una velocidad máxima de 120 mph.

Como parte de este esfuerzo, 50 equipos universitarios diseñarán y construirán un subsistema de un único vehículo y, a continuación, se reunirán en el verano del 2007 para el ensamble final y las pruebas de conducción. El plan es probar el vehículo en julio/agosto, crear 40 copias para las pruebas de choque a principios de 2008 y encontrar un fabricante para iniciar la producción antes del primer trimestre de 2009.

Beneficios duraderos del diseño sostenible
Aunque siempre puede haber ventajas e inconvenientes cuando se evalúan los detalles de los diseños sostenibles, las ventajas a largo plazo (y debemos pensar a largo plazo) son innegables:

  • Menor impacto sobre el ambiente
  • Uso de tecnologías limpias para la vida diaria, la construcción y la fabricación
  • Costos más bajos para el tratamiento de aguas
  • Menos desechos que van a los vertederos
  • Prevención de la contaminación del suelo, del aire y del agua
  • Conservación de los bosques y de la biodiversidad
  • Reducción en el impacto del cambio climático
  • Reutilización o reciclaje del producto al final de su vida útil

Las ventajas y los inconvenientes se analizan mejor con productos precisos de software para el diseño y el análisis del producto antes de su fabricación, cuyos resultados pueden repetir, compartir y analizar todos los departamentos de una organización, desde el diseño y la fabricación hasta la comercialización y el transporte. Las empresas con planificación anticipada son más rentables que las empresas defensivas y reactivas, y aquellas que mejoren su posición competitiva posiblemente eviten que empresas extranjeras se queden con sus proyectos. El software que permite procesos de diseño sostenibles en todas las fases del ciclo vital de un producto es una herramienta vital para un funcionamiento correcto en el entorno de diseño actual.

SolidWorks es un programa de diseño en 3D, que proporciona herramientas de ingeniería de diseño: verificación, simulación y administración de información.


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