Los materiales compuestos y el ciclismo

Publicado el

Si eres un apasionado del ciclismo, habrás vibrado con la victoria de Alberto Contador en el durísimo Angliru, y admirado la eficacia de Chris Froome en la última contrarreloj. Dos corredores muy diferentes físicamente, en dos disciplinas también muy distintas dentro del mismo deporte. Montaña y contrarreloj, ligero frente a aerodinámico.

Utilización de materiales compuestos en el diseño de bicicletas¿Cuál es el elemento común que los une? La bicicleta. Pero todos podemos intuir que, independientemente de la marca, las bicicletas de montaña y de contrarreloj tienen formas, pesos y tamaños completamente diferentes en función de su finalidad, y que la bici de Contador, al menos el cuadro, no es idéntica a la de Froome.

Antiguamente los cuadros de bicicleta eran tubos de acero, y luego de aluminio, soldados para garantizar su robustez, a los que se pedía simplemente que aguantaran, que fueran resistentes, y servían lo mismo para subir un puerto que para pedalear en llano. Con el paso del tiempo ha ido haciéndose cada vez más necesario, para ser competitivo, mejorar las prestaciones de los cuadros para dotarlos de mayor ligereza sin perder robustez, a la vez que se adaptaban tanto a las circunstancias donde iban a emplearse como al ciclista que los iba a utilizar; el desarrollo tecnológico permitió finalmente la introducción de materiales compuestos en su fabricación.

Los principales fabricantes de cuadros de bicicleta innovan continuamente para producir diseños cada vez más estilizados y ligeros, para lo que es necesario utilizar geometrías complejas que optimicen su rendimiento. Por ejemplo, un cuadro para una bicicleta de carretera de alto rendimiento incorpora hasta 180 piezas individuales de láminas de carbono de distinto grosor para aumentar la resistencia allí donde es necesario, mientras que el de una bicicleta de descenso, mucho más expuesta al desgaste y los golpes y giros bruscos, puede llegar a tener hasta 238 piezas con diferentes niveles de laminado y orientación.

Mediante el uso de herramientas de simulación virtual, la variedad de modelos y materiales compuestos que pueden probarse y analizarse es casi infinita, optimizando la toma de decisiones para mejorar el control sobre el producto final.

Y cada una de estas piezas es diferente al resto, dependiendo de su función. Por ejemplo, el eje del pedalier está sometido a grandes torsiones y flexiones, debido tanto a la carga del tubo de dirección como a la carga que ejerce el propio corredor, por lo que los requerimientos específicos de rigidez y resistencia son muy altos comparados con otras zonas.

Así, no sólo hay que ser capaces de realizar diseños cada vez más complejos, sino que hemos de ser capaces de simular el comportamiento de todas y cada una de las piezas para elegir la configuración más adecuada en cada caso y realizar prototipos físicos únicamente de aquellos diseños que superen las fases de análisis y verificación virtual.

Gestionar con eficacia el diseño de materiales compuestos en superficies complejas sólo es posible con la utilización de programas de diseño como CATIA que permiten probar diferentes disposiciones de capas de laminado para generar un modelo de elementos finitos cuyo rendimiento puede ser evaluado muy rápidamente con el análisis por elementos finitos de herramientas como SIMULIA.

Así, no sólo se reduce el tiempo y coste de la operación, sino que permite probar muchas más soluciones de laminado, reduciendo el número de prototipos y por tanto la cantidad de residuos y la energía consumida en cada prueba.

Mediante el uso de herramientas de simulación virtual, seleccionar la mejor opción para un cuadro determinado puede ser cosa de días y no de semanas, y la variedad de modelos y materiales compuestos que pueden probarse y analizarse es casi infinita, optimizando la toma de decisiones para mejorar el control sobre el producto final.

La próxima vez que veamos pedalear a Froome nos fijaremos también en su bicicleta. Vale la pena.


Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *