Aquí termina el ciclo de posts dedicados a la fabricación de cuadros de bicicletas. Como continuación a lo enunciado en la parte IIIa, aquí se presentan las aleaciones de titanio empleadas y someramente el uso de fibra de carbono.

  • TITANIO

Las buenas propiedades mecánicas: elevado ratio resistencia-peso y razonable rigidez, junto con la resistencia a fatiga y la resistencia a la corrosión hacen de este material muy atractivo estructuralmente. Dos son las aleaciones desarrolladas para la industria aeroespacial que se pueden emplear en la fabricación de tubos. La primera es la aleación 3Al-2,5V (supone un 3,5% aluminio y 2,5% vanadio) y la segunda es la 6Al-4V (6% aluminio y 4% vanadio). En el link puede verse la comparación de propiedades de ambas aleaciones como curiosidad técnica. La diferencia más sustancial entre ambas es que la segunda, la 6Al-4V, es más difícil de soldar, mecanizar y crear tubos. Por lo que puede encontrarse la combinación de ambas, usando la 3Al-2,5V para el tubing y la 6Al-4V para elementos perimetrales y de refuerzo del cuadro.

Como hemos comentado antes, el titanio tiene dos grandes inconvenientes, uno es el precio, y el otro, ligado también al primero es su dificultad de mecanizado, la habilidad y cuidado con es necesario soldar los tubos también incrementan el coste de fabricación.

Como las aleaciones de titanio no se corroen, debe existir una ley no escrita de presentar el cuadro con su brillo metálico característico. Por lo que es frecuente encontrar cuadros limpios, si pintura que añada gramos al mismo.

El emblemático cuadro Xizang de GT en la versión del 2013. Fabricado en titanio con la tecnología actual supone una renovación, esta vez para bicicletas de 29”.

Los cuadros de titanio pueden estar garantizados de por vida, muy ligeros, tienden a ser flexibles y mejores para riders más ligeros.

 

  • FIBRA DE CARBONO

La fibra de carbono, o más propiamente dicho, material compuesto por fibras de carbono y resina es otra cosa diferente de los metales y aleaciones. Profundizar aquí hablando de volumen de fibras, resinas, laminado y apilamiento en direcciones, adhesivos y en fin, fabricación de materiales compuestos sería poco menos que hacer un master en composites, por lo que sólo se trata de dar una visión general.

La composición básica de materiales compuestos utilizados para fabricar bicicletas modernas es la combinación de un tejido de hilos de carbono (refuerzo), el cual aporta flexibilidad y resistencia, con una resina termoestable (matriz), comúnmente de tipo epoxi, que se solidifica gracias a un agente endurecedor y actúa uniendo las fibras, protegiéndolas y transfiriendo la carga por todo el material; por su parte el agente de curado ayuda a convertir la resina en un plástico duro.

Es importante destacar que dependiendo de la orientación del tejido, la tela de carbono puede ser más fuerte en una dirección determinada o igualmente fuerte en todas las direcciones. Las fibras ofrecen sus mejores propiedades cuando se entretejen en la dirección de las tensiones, es decir, que en un caso ideal deberían alinearse las direcciones de las fibras con la dirección de la fuerza exterior. La imagen siguiente ilustra las diferentes orientaciones de las fibras y su contribución a las propiedades mecánicas de un tubo. El número y apilado de capas permite variar la orientación de las fibras en todo el espesor.

90 grados

0 grados

+/- 45 grados

Fibras alrededor de la circunferencia

Fibras a lo largo de la longitud del tubo

Fibras inclinadas respecto a la dirección longitudinal

Resistencia/rigidez al aplastamiento

Resistencia/rigidez a flexión

Resistencia/rigidez a torsión

Diferentes orientaciones de las fibras de carbono a lo largo de un tubo y su contribución a las propiedades mecánicas.

 

Tipos de carbono

Las diferencias principales entre los distintos tipos de carbono del mercado radican en dos aspectos fundamentales: el control de calidad y el diámetro de las fibras de carbono. Haciendo referencia a este último se pueden diferenciar algunos de los tipos de composites de carbono. La definición K, está relacionada por cada 1.000 fibras de carbono que componen cada hilo del tejido:

  • Fibra de carbono 1K: rara vez se utiliza en la industria de la bicicleta, es más ligera que otras fibras y proporciona una conducción más flexible, además, estas fibras de carbono más pequeñas, también necesitan una increíble cantidad de mano de obra para completar una bicicleta.
  • Fibra de carbono 2K: es la fibra de carbono más rara del mercado, solo es producida por 2 ó 3 fabricantes en todo el mundo y sin duda alguna, proporciona las características óptimas para fabricar bicicletas. Le da la rigidez perfecta a la bici con el menor peso y máximo confort.
  • Fibra de carbono 3K o HMF: es el sistema de tejido más estandarizado actualmente en la construcción de cuadros de bicicleta debido a su óptima relación calidad precio: buena rigidez, resistencia y bajo peso.
  • Fibra de carbono 12K: es el tejido más grande y más rígido, esto, le hace ser el menos confortable comparado con los otros, es más pesado y al mismo tiempo el menos costoso de producir.
  • Fibra de carbono UD o HMX: Este carbono Uni-Direccional, usado por la firma Scott, tiene fibras de carbono que se disponen en el mismo sentido, en lugar de ser tejidas en conjunto como una trama, esto permite que el carbono adopte formas más curvadas.

Existen fabricantes que disponen en su catálogo de tubos y elementos de fibra de carbono expresamente diseñados para la fabricación de cuadros de bicicletas. Esto supone un proceso de fabricación diferente al que usan las grandes firmas (como puede verse en el enlace anterior de la firma Scott) pero si alguno tiene curiosidad sobre el tema existe un fabricante americano que tiene su propia sección de tubos de material compuesto para ciclismo. Es Rock West Composites y su catálogo muestra la gran variedad de tubos y combinaciones que permiten los composites.

La fabricación de cuadros de material compuesto de fibra de carbono es más compleja, pues además de la complejidad del material en sí, la estructura también tiene una mayor complejidad, aunque aquí también radica su atractivo; permitiendo diseñar cuadros de diferentes formas. El diseñador de una estructura metálica tiene dos variables básicas: el material de elección y configuración geométrica (como el tamaño del tubo, las formas y espesores). Mientras que para los cuadros de carbono hay que tener en cuenta que dos estructuras de idéntica configuración geométrica, de peso y material usado, pero con diferentes orientaciones de laminados, podría producir un resultado completamente diferente. No sólo es posible que variara sencillamente la rigidez. La capacidad a la fractura y modos de fallo, también podrían variar enormemente.

Héctor Puente Rubio (7 Posts)

Héctor es el ingeniero aeronáutico de NBICI.es y debido a su formación técnica en este blog nos hablará de fabricación de cuadros, materiales, aleaciones... Y quien sabe quien más. Además de biker en sus ratos libres también le gusta ser un runner.


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