Fibra de carbono Vs Cartón

Seguro que casi todos los seguidores de deportes del motor habéis escuchado alguna vez “eso es de fibra”. ¿A que suena como una cosa extraña y futurista?

 Primero empecemos por lo básico, ¿qué es la fibra de carbono? Os acordáis del típico mejunje de papel y cola que alguna vez hemos hecho en el colegio, un trozo de papel, un brochazo de cola, otro trozo de papel,… ¡y una vez seco qué duro se quedaba! Si ahora nos dicen que eso es un material compuesto como lo es la fibra de carbono “nos venimos arriba” ¿no?
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  Pues sí, porque de forma burda, la fibra de carbono es un material formado por unos hilos o telas (en vez de trozos de papel) mojadas en una resina o polímero (en vez de cola).

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Ambos son materiales compuestos, entendiendo compuesto como formado por dos materiales que podemos distinguir (a simple vista o con una lupa o microscopio) y separar con procedimientos mecánicos y sin recurrir a procedimientos químicos.

¿Pero que hace “especial” a la fibra de carbono? Que es muy resistente (en torno al doble que el acero) y muy ligero (unas cuatro veces más ligero que el acero). Esto hace que sea ideal para utilizarlo en aplicaciones donde se busque mucha resistencia con el menor peso posible, como es el caso de las partes estructurales de automóviles de competición. Sin embargo, estas propiedades no son de casualidad, sino que para conseguirlas la fibra tiene que tener un grosor determinado (del orden de milésimas de milímetro), una orientación y longitud determinadas y un sinfín de requisitos más que hacen que a su elevado coste económico haya que añadir el coste de calcularla y diseñar las partes que se fabricarán con ella correctamente.

Visto esto parece que el invento es nuevo. Para nada: los ladrillos de adobe y paja, y el hormigón (formado por cemento, arena y grava) son muy buenos ejemplos de materiales compuestos.

¿Y porqué mezclamos dos o más productos de esta forma? Porque conseguimos propiedades únicas que no tienen por separado cada uno, así en el papel con cola, el papel aporta ligereza, cuerpo y algo de rigidez y la cola evita que todo se raje con tanta facilidad como lo hace el papel. En el caso de la fibra de carbono pasa lo mismo, se utilizan unos hilos o telas que aportan rigidez al conjunto y una resina que las une y les da forma.

Pero no vamos a dejar la cosa aquí, hay otro tipo de materiales que surgen de llevar la idea de “poner capas” al extremo, que se suelen conocer como estructura sándwich.

En ellos lo que se busca es utilizar un material rígido donde éste sea de utilidad y otro ligero y barato donde  su contribución no sea importante. Así encontramos estructuras sándwich formadas por dos chapas metálicas separadas por una especie de esponja rígida. ¿Ejemplo? El techo de algunas naves industriales o las paredes de algunas construcciones. Para que entiendas a lo que me refiero mejor dejo unas fotos:

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¿Y por qué se hace esto? Porque se mejora su comportamiento a flexión. Más sencillo, coge una regla, intenta doblarla, seguro que la has doblado así:

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Ahora cógela así e intenta doblarla, cuesta mucho más ¿verdad?

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La idea es sencilla, cuanto más “gordo” sea algo en la dirección que intentamos doblarlo más rígido será. Exactamente lo que necesitamos no es que sea gordo, sino que “lo que resiste” esté lo más alejado posible del centro de la regla. Me explico: si esa regla la llenásemos de agujeros en toda la línea central seguiría siendo prácticamente igual de rígida.

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Y aquí es donde entra en juego nuestro amigo el cartón, que es una solución sencilla y barata de conseguir el mismo efecto. Tan sencillo que utiliza cartulinas separadas con la ayuda de otra cartulina ondulada

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¿El efecto? ¡Con qué facilidad se doblan un par de folios, incluso un par de cartulinas! Sin embargo se consiguen resultados asombrosos con esta estructura. Así si apoyamos un trozo de cartón y le ponemos un peso en medio vemos como resiste (a diferencia de lo que haría una simple cartulina):

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Comparando con los resultados obtenidos mediante elementos finitos:

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Hay que señalar que en función de la dirección del ondulado, es mucho más fácil doblar el cartón en una dirección que otra aplicando la misma fuerza (y lo mismo pasa con la fibra de carbono)

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A forma de resumen, hemos hablado de distintos tipos de materiales compuestos, estructuras tipo sandwich y estructuras formadas por láminas de algún material (en el caso del cartón todas del mismo material)… así que ya sabes cual es la moraleja ¡El cartón es el low-cost de la fibra de carbono! 😉

Antes de marcharme quería pedir disculpas por haberme retrasado en mi entrega quincenal, los exámenes han sido los culpables, ¡y quería desearos que la disfrutéis!

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3 pensamientos en “Fibra de carbono Vs Cartón

  1. Víctor

    Hola, enhorabuena por el blog y por la forma tan sencilla de explicar las cosas.

    He visto las imagenes de la simulación con cartón y me gustaría saber que software has utilizado.

    Muchas gracias! 🙂

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