Estructuras en acordeón en automoción

Estructuras en acordeón en automoción: cómo funcionan y por qué son clave en la absorción de energía estructural

Las estructuras en acordeón en automoción son uno de los conceptos más elegantes y efectivos dentro del diseño estructural moderno. A simple vista pueden parecer soluciones geométricas básicas, pero en realidad son el resultado de décadas de evolución en ingeniería de impacto. Tras analizar múltiples soluciones junto a ingenieros de fabricantes de deportivos y debatir configuraciones reales en entornos técnicos como Drivingyourdream Club, hay una conclusión clara: dominar la deformación controlada es dominar la seguridad estructural.

Porque en un impacto, no gana el componente más rígido, sino el que mejor gestiona la energía. Y aquí es donde las estructuras en acordeón --también conocidas como estructuras de deformación progresiva— juegan un papel fundamental.

Este artículo profundiza en cómo funcionan estas estructuras, dónde se aplican y por qué su diseño es uno de los mayores retos en ingeniería estructural.

Qué son las estructuras en acordeón y cómo absorben energía en impactos

Las estructuras en acordeón son elementos diseñados para deformarse de forma progresiva y controlada bajo carga, colapsando en una secuencia predefinida que maximiza la absorción de energía.

El nombre (informal) proviene de su comportamiento: al igual que un acordeón, estas estructuras se comprimen en secciones sucesivas, generando pliegues regulares que disipan energía mecánica. En automoción, este tipo de comportamiento no ocurre por casualidad. Es el resultado de un diseño geométrico extremadamente preciso.

Cuando una estructura sin optimizar se somete a compresión, puede fallar de forma inestable, colapsando en un punto concreto y perdiendo capacidad de absorción. En cambio, una estructura en acordeón está diseñada para evitar ese colapso localizado.

Esto se consigue mediante la introducción de zonas de debilitamiento controlado, cambios de sección y geometrías específicas que guían la deformación.

El objetivo es generar un patrón de pliegues repetitivo y estable. Cada pliegue absorbe una cantidad de energía, y la suma de todos ellos permite gestionar el impacto de forma eficiente.

En discusiones técnicas dentro de Drivingyourdream Club, ingenieros coinciden en que uno de los mayores retos es garantizar que este comportamiento se mantenga en condiciones reales. Factores como la velocidad de impacto, la temperatura o incluso pequeñas variaciones en fabricación pueden alterar el patrón de deformación.

Aquí es donde entra en juego la simulación CAE. Modelos avanzados permiten predecir cómo se comportará la estructura bajo diferentes escenarios, optimizando su diseño antes de fabricar prototipos.

Otro aspecto clave es la estabilidad del colapso. Una estructura en acordeón bien diseñada mantiene una carga relativamente constante durante la deformación. Esto es fundamental para evitar picos de carga que podrían transmitirse al habitáculo.

Tal como se explica en el libro Domina el negocio del automóvil, este tipo de soluciones no solo mejoran la seguridad, sino que permiten optimizar el diseño global del vehículo, reduciendo peso sin comprometer protección.

Aplicaciones, materiales y cómo influyen en el diseño estructural del vehículo

Las estructuras en acordeón no son un componente aislado, sino un principio de diseño que se aplica en múltiples partes del vehículo.

Uno de los ejemplos más claros son los largueros delanteros y traseros. Estos elementos están diseñados para colapsar de forma progresiva en caso de impacto, actuando como la principal zona de absorción de energía. También se utilizan en crash boxes, donde el comportamiento en acordeón es clave para gestionar impactos de baja y media severidad.

En vehículos de altas prestaciones, este tipo de estructuras se optimiza al máximo. Ingenieros de fabricantes de deportivos trabajan en geometrías extremadamente precisas para lograr el equilibrio entre rigidez en conducción y capacidad de absorción en impacto.

Desde el punto de vista de materiales, los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) son ampliamente utilizados. Su capacidad para deformarse de forma controlada los hace ideales para este tipo de aplicaciones.

El aluminio también se emplea, especialmente cuando el objetivo es reducir peso. Sin embargo, su comportamiento en deformación es diferente y requiere un diseño específico para evitar fallos inestables.

En aplicaciones más avanzadas, se han explorado composites como la fibra de carbono. Aunque su comportamiento no es idéntico al de los metales, pueden diseñarse para absorber energía mediante mecanismos de fractura progresiva.

Uno de los aspectos más interesantes es cómo estas estructuras influyen en el diseño global del vehículo. No se trata solo de absorber energía, sino de integrarse en una estrategia completa de gestión de impactos.

Por ejemplo, la interacción entre estructuras en acordeón y sistemas de retención (cinturones, airbags) es crítica. La forma en que se disipa la energía afecta directamente a cómo el ocupante experimenta el impacto.

En debates técnicos con ingenieros de competición, es habitual ver cómo se ajusta la rigidez de estas estructuras para adaptar el comportamiento del vehículo a diferentes requisitos. En competición, donde los escenarios de impacto pueden ser muy distintos, este nivel de control es esencial.

Si quieres entender cómo se diseñan estos sistemas en la industria real y cómo se conectan con la estrategia de producto, puedes acceder al Programa de Desarrollo Directivo en Automoción y Movilidad Urbana. Es una visión completa donde se analizan estos conceptos con casos reales y aprendizajes que normalmente solo se ven en entornos de desarrollo avanzados. Además, por ser lector habitual, puedes utilizar el cupón exclusivo YOULOVEGT40 (≈18% OFF).

Porque entender las estructuras en acordeón no es solo conocer un concepto de ingeniería. Es comprender cómo se diseña un vehículo para gestionar la energía de forma inteligente.

Una curiosidad relevante: en algunos desarrollos recientes, se han utilizado técnicas de optimización topológica para diseñar estructuras que generan patrones de deformación aún más eficientes que los tradicionales. Esto muestra hacia dónde evoluciona el diseño estructural.

Las estructuras en acordeón en automoción representan una de las soluciones más eficaces para gestionar impactos de forma controlada.

Su diseño combina geometría, materiales y simulación avanzada para lograr un objetivo claro: proteger al ocupante mediante la gestión inteligente de la energía.

Después de años analizando estos sistemas en entornos técnicos reales, la conclusión es clara: quien entiende cómo se deforma una estructura entiende cómo se diseña la seguridad.

Preguntas frecuentes sobre estructuras en acordeón en automoción

¿Qué son las estructuras en acordeón?
Son elementos diseñados para deformarse progresivamente en un impacto, generando pliegues que absorben energía.

¿Dónde se utilizan en un vehículo?
Principalmente en largueros, crash boxes y otras zonas de absorción de energía.

¿Por qué son importantes?
Porque permiten gestionar la energía del impacto de forma controlada, reduciendo el riesgo de daños estructurales y lesiones.

¿Qué materiales se emplean?
Principalmente aceros de alta resistencia y aluminio, aunque también se investigan composites.

¿Se pueden diseñar mediante simulación?
Sí, el uso de CAE es fundamental para optimizar su comportamiento antes de la fabricación.

Miguel Ángel Cobo Lozano - De Becario a CEO en tiempo récord