Orbea Orca: un cuadro de carbono, paso a paso

De la mano del departamento de investigación y desarrollo de Orbea, os contamos todos los secretos que esconden las fibras sintéticas y los composites.
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Orbea Orca: un cuadro de carbono, paso a paso
Orbea Orca: un cuadro de carbono, paso a paso

Orbea Orca Cofidis 2015

 

El carbono es un elemento químico que, dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas: carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante respectivamente.  Sus formas alotrópicas incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el diamante) y, desde el punto de vista económico, es de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante).

La fibra de carbono está constituida por finos filamentos de 5–10 μm de diámetro, combinados en racimos que contienen entre 1.000 , 3.000, 12.000 o 24.000 filamentos ( 1K, 5K, 12K, 24K). Se trata de una fibra sintética elaborada a partir del poliacrilonitrilo (PAN) que, por encima de los 1.600 grados centígrados, la oxidación y presión, va disponiendo de forma ordenada su estructura molecular (hexágonos de carbono) y de este modo, cuanto mas ordenado, mayores prestaciones mecánicas y distintos grados de fibra de carbono se obtienen. Industrialmente se puede presentar en distintos formatos:  como roving (carrete ) y tejido.

 

Peculiaridades del carbono

A diferencia de los materiales estructurales más clásicos utilizados en la fabricación de cuadros de bicicleta (acero, titanio, aluminio…), la fibra de carbono tiene la capacidad de ser anisótropo. Esta definición, tan ajena al diccionario ciclista, está directamente relacionada con las propiedades mecánicas de cualquier material. Cuando, por ejemplo,  comparamos metales, salen a relucir términos como rigidez, dureza, elasticidad, maleabilidad, ductilidad… estas expresiones corresponden a los valores físicos de cada una de estas propiedades y son idénticos en todas las direcciones del espacio: la rigidez de un acero al cromo molibdeno determinado siempre es la misma, como puede suceder con la elasticidad de un aluminio 7005, por ejemplo. Aquí es donde los composites les ganan la partida al resto de los materiales: al utilizar fibras direccionales y capas de tejido con diferente densidad/módulo se puede personalizar el comportamiento y la respuesta de un cuadro. Esta es la anisotropía a la que nos referíamos: una respuesta mecánica personalizada, algo que hace exclusivo a los composites para la elaboración de cuadros.

En el gráfico adjunto podéis observar sombreado en azul el tipo de carbono de alta resistencia (HR) y en rojo el de alto módulo (HM, de menos resistencia y mayor elasticidad).

¿Y el módulo del carbono?

Básicamente existen 2 tipos de fibra de carbono: el de alto módulo (HM) y el de alta resistencia (HR). El primero se caracteriza por su elasticidad y el otro por su resistencia a la rotura, pero con menor coeficiente de flexibilidad. Partiendo de esta base cada fibra es más o menos densa en cuanto a filamentos: 1.000, 3.000, 6.000 ó 12.000. El número de fibras utilizadas se plasma en algunos etiquetados con los términos 3K (para 3.000 filamentos), 6K, 12K etc.

En la elaboración de un cuadro de la Orbea Orca se utiliza una combinación de preimpregnados de diferentes fibras y distinto gramaje para combinar rigidez (eficiencia) con absorción de impactos (comodidad y resistencia) y, afinando un poco más en la personalización del comportamiento de esta afamada bicicleta, se ha ido aún más lejos ofertando entre estas dos opciones:

  • -OMR Carbon, consiste en el laminado de fibras de carbono de alto módulo que proporciona estructuras extremadamente rígidas. Al combinarlas con fibras de peso específico bajo, el resultado son unos cuadros que ofrecen la mejor relación entre peso y rigidez.
  • -OMP Carbon, se utiliza una combinación personalizada entre fibras de carbono de alto y de módulo bajo que mejoran la absorción de las vibraciones para obtener una eficiencia y solidez máximas.

Traducido al uso sobre el asfalto, el cuadro OMR (racing) aporta una respuesta más deportiva y el OMP (performance) mejora la confortabilidad en largas distancias: un cuadro para cada usuario.

Modelación y conformado del cuadro

Una vez que se ha generado, mediante un programa de elementos finitos, el mapeo de las cargas que ha de soportar un cuadro, tanto las correspondientes a la aplicación de fuerzas por parte del ciclista, como los vectores que afectan al uso dinámico del mismo, se elige qué tipo de fibra y cuántas capas de tejido hay que utilizar en cada parte del cuadro, procediendo a un sistema monocasco de unión: las capas de tejido se enmoldan, con una estructura interna que evita la aparición de burbujas o irregularidades en la distribución del composite (sistema EPS), y se somete al conjunto a un proceso de prensado en horno a temperatura controlada, para que se fragüe todo el conjunto de la manera más homogénea posible.

Nota: En la imágen proceso de preformado de un cuadro de carbono con preimpregando UD. Fuente Orbea

 

Evolución constante

En el cuadro Orca de 2015, gracias a la configuración de los diferentes tipos de fibra de carbono y al posicionamiento de las capas de tejido, se ha logrado ascender varios peldaños en la evolución de este modelo, logrando acercarse cada vez más al paradigma de la bicicleta perfecta:

  • -Más ligera (hasta 232 gramos en la variante OMR).
  • -Más rígida (llegando a un 62% en la mejora de eficiencia)
  • -Más cómoda (absorción de impactos de hasta 10 vatios al rodar sobre adoquines).

Esta es una presentación deliberadamente esquemática para que dispongáis de una información básica sobre la fibra de carbono, pero os aconsejamos encarecidamente que reviséis los siguientes vídeos para obtener todos los datos técnicos de la fabricación de un cuadro de carbono por parte de Orbea.

En el siguiente vídeo podéis disfrutar de las explicaciones de Miriam Bengoetxea, ingeniero de Orbea, resumiendo las peculiaridades de la fibra de carbono.

 

 

¿Ya leíste cómo ha evolucionado Orbea la Orca para adaptarla a un esprinter del más alto nivel?

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