Fibra de Carbono 101: Cómo se fabrican y reparan las bicicletas
El ciclismo está obsesionado con la fibra de carbono. El carbono se utiliza para construir cuadros, ruedas y componentes. Puedes encontrarlo en todo, desde bicicletas de nivel de entrada hasta paseos de halo apenas alcanzables.
Si has pasado algún tiempo hablando con ciclistas obstinados, sin duda has escuchado muchas anécdotas, chistes, preocupaciones y críticas sobre el carbono como material. Los mitos y las historias pueden hacer que algunos ciclistas se pregunten por qué el carbono es tan popular y por qué vale la pena considerarlo al comprar una bicicleta nueva.
Brady Kappius de Broken Carbon y Componentes Kappius
Para obtener más información, hablamos con Brady Kappius, experto en fibra de carbono. Es el fundador de Broken Carbon, un taller de reparación de bicicletas de fibra de carbono de primer nivel en Boulder, Colorado. Kappius y su equipo han reparado con éxito más de 4.500 cuadros de bicicleta de carbono, y entienden el material por dentro y por fuera. Así es, a pesar de lo que hayas oído, la fibra de carbono se puede reparar. Hablamos con Kappius y nos ayudó a arrojar algo de luz sobre cómo funciona la fibra de carbono, por qué es tan popular en el ciclismo y cómo se puede reparar el carbono cuando se rompe.
¿Por qué construir bicicletas con fibra de carbono?
Hay una razón por la que tantas bicicletas modernas están hechas de carbono. La fibra de carbono tiene algunas propiedades ventajosas en comparación con metales como el acero, el aluminio e incluso el titanio.
Brady Kappius: «En relación con otros materiales, la fibra de carbono es uno de los más nuevos en la industria del ciclismo. La tecnología que llevó la fibra de carbono a las bicicletas realmente provino de la industria aeroespacial. No empezaste a ver las bicicletas de carbono despegar en el mercado de consumo hasta principios de los 90.
«Lo único de la fibra de carbono es que es muy ligera, pero también duradera. Puedes hacer una bicicleta muy, muy fuerte de fibra de carbono. Una gran ventaja es que el material se puede diseñar para actuar de manera diferente en diferentes direcciones. Puede diseñar un cuadro de carbono para que sea rígido en una dirección específica, o rígido a la torsión, sin dejar de tener cumplimiento en una dirección diferente. La dirección en la que oriente las fibras determinará las características de un marco o componente.
» La fibra de carbono es bastante única de esta manera. Si haces una bicicleta de aluminio, por ejemplo, puedes jugar con el grosor y el diámetro del tubo, pero no mucho más. Cualesquiera que sean las propiedades de los tubos de aluminio es prácticamente todo lo que obtendrás. Con el carbono, los ingenieros y fabricantes pueden controlar realmente las propiedades del material y ofrecer diferentes niveles de rigidez y resistencia en diferentes áreas. Además, el aluminio tiene lo que se llama un límite de resistencia. No tiene una vida de fatiga infinita en condiciones de carga normales. El carbono tiene una vida de fatiga casi infinita.
«Las propiedades del carbono permiten que una bicicleta sea más ligera. Digamos que un área en particular de una bicicleta no ve mucho estrés. Por lo tanto, en lugar de tener que usar un tubo continuo de grosor X hasta el final, puede controlar con precisión cuánta fibra se coloca en ciertas áreas específicas donde las cargas son menores y se concentran más donde se necesita. Esto hace que el carbono sea ideal para producir un cuadro que sea todo lo que quieres de una bicicleta, una bicicleta ligera, duradera, resistente y que funcione muy bien.»
¿Cómo se fabrican las bicicletas de carbono y por qué son tan caras?
La gran cosa que muchos ciclistas nuevos notarán al mirar bicicletas de carbono es que cuestan más que una bicicleta de aluminio comparable. El proceso de fabricación de una bicicleta de carbono es más complicado que fabricar una bicicleta con tubos de metal, y gran parte de eso tiene en cuenta el costo de las bicicletas de carbono.
Fotos cortesía de Allied Cycle Works. Lea más sobre cómo Allied produce bicicletas de carbono de fabricación estadounidense aquí.
BK: «La gran diferencia entre una bicicleta de metal y una bicicleta de fibra de carbono está en el proceso de fabricación. Con una bicicleta de metal, los tubos se sueldan entre sí. Esos tubos generalmente se compran o forman, y luego se trata de unir esas piezas en un marco.
» Con fibra de carbono, es completamente diferente. Las fibras de carbono son literalmente fibras, como la tela. Están suspendidos en una resina. Por lo general, se comienza con una lámina de fibra de carbono preimpregnada o preimpregnada que ya tiene la resina en ella. Estos vienen en una gran variedad de tipos dependiendo de las características que desee. Es posible que tenga una hoja donde las fibras están orientadas en un ángulo de 45 grados, una a 0 grados o una donde tiene fibras de 90 grados tejidas junto con fibras de 0 grados. Esas fibras tejidas crean ese aspecto típico de tejido de carbono que la gente piensa cuando se imaginan la fibra de carbono.
«El fabricante elige todas las características que desea de la bicicleta. Es posible que lo quieran más rígido en un lugar, más obediente en otro, y lo correlacionan con lo que se llama un «horario de bandeja».»Para obtener las propiedades deseadas, se requiere colocar las fibras en un lugar en particular, en un orden en particular y en una dirección en particular.
«Hay una gran cantidad de pensamiento que entra en donde va cada pieza individual, y todo se hace a mano. Una bicicleta probablemente tendrá cientos de piezas individuales de fibra de carbono que una persona real ha puesto en un molde a mano. Una gran parte del costo de una bicicleta de fibra de carbono proviene del trabajo manual que se realiza en ella. Los moldes en sí también son caros. Abrir un solo molde cuesta decenas de miles de dólares, y necesita uno para cada tamaño de marco y modelo que esté fabricando.
» Luego todo se mete en un horno y se cura. Es entonces cuando ocurre la reacción química que solidifica todo el paquete y hace que todas esas capas individuales se unan y actúen de manera coherente.
» Realmente no hay forma de automatizar todo el proceso. Obviamente, hay gente trabajando en ello, pero casi todas las bicicletas y componentes de fibra de carbono que hay todavía están colocados por un individuo que está apilando estas capas de fibra a mano.»
¿Cuáles son los puntos fuertes y débiles de la fibra de carbono?
La fibra de carbono es increíblemente fuerte. Pero el consumidor promedio podría tener la idea errónea de que la fibra de carbono no es tan fuerte como el acero, el titanio o el aluminio. Este no es siempre el caso, pero Kappius explica la razón por la que se ha desarrollado este tipo de concepto erróneo.
BK: «Por lo tanto, creo que el carbono se puede describir como algo extremadamente fuerte y rígido. Y casi todas las bicicletas de carbono están hechas para ser fuertes y rígidas, pero debes poner un asterisco que diga: «en condiciones normales de conducción.»Sí, los cuadros de carbono son increíbles si estás descendiendo, escalando, fuera de la silla de montar, etc. Todas las propiedades del marco están diseñadas para eso. Pero no está diseñado para un accidente inusual o catastrófico, o para chocar con la puerta de un garaje o algo así. Esos tipos de fuerzas están fuera del alcance de uso estándar, por lo que no diseñas una bicicleta para verlas. Podrías, pero no iría tan bien y pesaría mucho más.
» Los ingenieros están mejorando en el diseño de marcos para que sean más duraderos. Lo está viendo más en bicicletas de montaña en estos días, donde los fabricantes se centran más en las áreas que ven mayores impactos al cambiar la bandeja o el tipo de fibra para ayudar con el abuso que ven las bicicletas de montaña. Pero si el cuadro de tu bicicleta de carretera de 700 gramos se cae sobre un poste de madera, bueno, podría agrietarse porque no está diseñado para hacer eso. Está diseñado para andar bien. La gran mayoría del daño que vemos con los cuadros de carbono proviene de algún tipo de caso extraño, ya sea un accidente grave o un golpe que el cuadro ha sufrido. Es muy raro que sea por algún tipo de defecto de fabricación.»
¿Qué es el carbono» high-mod»?
Al mirar diferentes cuadros de bicicleta, desde el carbono de nivel básico hasta el de gama alta, los clientes encontrarán términos que describen el carbono como «módulo alto» o «módulo alto».»Kappius explica qué es el carbono de alto módulo y cuánto importa en realidad.
BK: «El módulo es una medida de propiedad mecánica. El módulo es la rigidez, es lo rígido que es el carbono. Teóricamente, se podría construir una bicicleta con solo fibras de alto módulo y usar menos de ellas, y la bicicleta sería más liviana. Esto se ve en bicicletas de carretera de alta gama con carbono de alta gama. Pero no siempre querrás todas las fibras de alto módulo, especialmente para aplicaciones como ciclismo de montaña, porque el carbono de alto módulo también es más frágil. En las bicicletas de montaña, por ejemplo, se quiere un poco de carbono de módulo inferior en las áreas porque se quiere que el cuadro tome mejor los impactos y que realmente tenga algo de flexión. Es más un término de marketing. Alguien podría decir que tienen fibra de carbono’ X-hundred Toray, high-mod lo que sea ‘ y realmente no significa tanto como crees. El «módulo alto» de una marca podría ser equivalente al carbono de módulo bajo o medio de otra marca.»
5. ¿Cómo puedo inspeccionar un cuadro de carbono yo mismo después de un choque o accidente?
Un mecánico profesional siempre debe inspeccionar su bicicleta en caso de accidente o daño por carbono. Pero si quieres hacer un chequeo tú mismo primero, aquí hay un método simple que Kappius sugiere para evaluar cualquier daño potencial a tu marco.
BK: «Los choques y los daños son relativos. Si es algo como dejar la bicicleta en la parte superior del auto y conducir hasta el garaje, esa es una fuerza tan alta que realmente no necesita molestarse en revisarla. Probablemente ni siquiera valga la pena considerar intentar montarlo. Alejamos esas bicicletas, es demasiado arriesgado. No sabes todo lo que pasó dentro de la moto.
» Pero digamos que es un escenario en el que tu bicicleta se cae, o tienes un accidente en tu bicicleta de montaña. Con suerte, el peso detrás del impacto provino principalmente de la bicicleta en sí, o de un poco de tu cuerpo, pero no mucho más. Comience con una inspección visual. Lava la moto. Con suerte, cuidas bastante bien tu bicicleta y vigilas las cosas para saber cada rasguño que le has puesto. Pero límpialo por completo para que tengas una buena vista de toda la bicicleta. Es el mejor lugar para empezar. Estás buscando cualquier tipo de grietas o daños. Si encuentras algo, puedes pasar un trapo por el lugar dañado y si el trapo se engancha en el tubo de carbono, eso es una señal de que algo anda mal.
» Si encuentras daño así, puedes profundizar un poco más. Si hay una sección de tubo que tiene una forma o características similares cerca que no está dañada, puedes usarla para comparar. Digamos que tienes algún daño unos centímetros detrás del tubo de dirección. Revisa el tubo superior en un punto una o dos pulgadas más abajo, lejos del área que te preocupa. Usa el pulgar y presiona el tubo para ver cómo se siente. Luego regrese al área dañada y haga lo mismo. ¿Se siente más suave? Esa es una gran indicación de que algo anda mal.
» Luego puedes ir al material acústico donde haces una prueba de tap. Es el mismo tipo de cosas. Encuentra un área que esté lejos del daño y que sepas que no está dañada. Golpéalo con un objeto metálico como una llave hexagonal y mira lo que escuchas. Luego compáralo con el área que te preocupa. El tono va a disminuir. Sonará agudo si es bueno, y luego un poco muerto si está dañado. Mi conjetura es que para el ciclista promedio, si has llegado al punto en el que vas a probarlo, probablemente ya sepas que está dañado.
» En última instancia, sin embargo, si hay alguna preocupación por un cuadro, siempre debe revisarlo en una tienda de bicicletas o por nosotros, alguien que se especialice en esto. La mayoría de las veces, puede haber daños ocultos debajo de la pintura o en áreas que ni siquiera puedes ver.
«Si tienes una bicicleta de carbono, no la pierdas de vista. Es diferente de una bicicleta de metal y muestra daños de diferentes maneras. Con el metal, las cosas comunes son grietas en las soldaduras o abolladuras en los tubos. El carbono no se abolló. Es un material muy frágil.»
¿Cómo funciona la reparación de carbono?
Muchos ciclistas no saben que los cuadros de fibra de carbono se pueden reparar. Las reparaciones realizadas por profesionales como el carbono roto restaurarán la integridad de un cuadro dañado e incluso mantendrán las propiedades originales de la capa de carbono.
BK: «Creo que en la industria de las bicicletas, sigue siendo una idea nueva que cosas como los cuadros de carbono se puedan reparar. Como dije, los compuestos comenzaron en la industria aeroespacial. Boeing, por ejemplo, no solo tira un avión si una roca lo golpea y rompe algo. En las últimas décadas, los ingenieros han desarrollado un proceso de reparación de carbono muy refinado y eficaz. Es efectivamente lo que hacemos en bicicletas también.
«Los primeros pasos son quitar la pintura y obtener una mejor visión del carbono y obtener una mejor medición del daño y la distancia que se propaga. Luego, eliminas el material dañado de una manera bastante particular. Se llama bufanda. Lo lijas para que quede cóncavo y cónico. Tienes que pasar por donde está dañado para tener un área de unión realmente buena para traer las nuevas fibras y transferir la carga. Nos estamos estrechando y uniendo en fibras buenas existentes para unirlo todo en una estructura rígida.
» A medida que eliminas el daño, obtienes esta cáscara de cebolla de capas de carbono. Observamos la dirección o el tejido de las fibras y ajustamos cuidadosamente la disposición de las nuevas fibras a lo que había originalmente. Con eso, aún obtienes las mismas propiedades originales del tubo con la reparación.
«No es tan simple como envolver más carbono alrededor de una grieta. Hay kits que puedes comprar en eBay o en sitios web para que puedas arreglar tu bicicleta de carbono tú mismo. Es el tipo de cosas en las que raspas la pintura y la envuelves con carbón. No se piensa en la orientación de la fibra. Puede cambiar las propiedades del tubo y hacer que el área sea tan rígida que la concentración de esfuerzo en la reparación sea mayor de lo que el tubo estaba destinado a manejar y pueda fallar de nuevo. Es incompleto.
¿Cuáles son las limitaciones de la reparación de carbono?
La reparación de carbono es increíblemente efectiva, pero no puede arreglarlo todo. Kappius explica lo que está fuera del alcance de la reparación.
BK: «Lo primero que diré es que no repararemos nada si creemos que no podemos hacerlo tan fuerte como era originalmente. Ese es un gran factor para nosotros y siempre nos equivocamos en el lado de la cautela.
«No es muy común, pero si hay alguna preocupación por la alineación del cuadro de la bicicleta, lo que significa que ya no es recto, simplemente no vale la pena repararlo. En las bicicletas de montaña, las áreas alrededor de los pivotes de suspensión donde los insertos se unen durante el proceso de fabricación son muy difíciles de reparar. Y luego algo parecido a un cizallamiento de patilla de cambio — donde la percha no sólo ha roto, pero los tornillos de montaje para el marco se han ido — que actualmente no tienen una forma de reparar eso, pero estamos trabajando en ello. Esas son las limitaciones más comunes.
» Luego están las ruedas de carbono. Definitivamente no reparamos ningún material de freno de llanta porque la superficie de frenado tiene que ser completamente uniforme para un buen frenado y la única manera de hacerlo es fuera del molde del fabricante. Los remaches son resistentes, y especialmente para los sin cámara, es resistente porque no puede tener discontinuidades o un neumático no se asienta o sella correctamente. En realidad, las únicas ruedas que consideramos reparar son ruedas de disco tubulares. Pero la mayoría de las veces no es rentable. Es mejor conseguir un reemplazo.
» Una cosa buena es que el precio de las ruedas de carbono está bajando lo suficiente como para que casi tenga más sentido simplemente conseguir un reemplazo. Especialmente en el lado de la bicicleta de montaña, las propiedades del material y el diseño de las llantas están mejorando para soportar más impactos, por lo que ahora vemos menos fallas.»
¿Cómo encaja carbon repair en la industria del ciclismo?
Más ciclistas se están dando cuenta de la reparación de carbono y se está convirtiendo en una práctica aceptada. Kappius espera que, en el futuro, los fabricantes busquen reparar como una forma de reducir el desperdicio y mantener más bicicletas en la carretera o el sendero.
BK: «Espero que la industria pueda empezar a aceptar la reparación de carbono como una práctica más legítima. Algunos fabricantes lo permiten y están dispuestos a trabajar con nosotros. Evitaría muchos desechos porque realmente no hay buenas opciones para reciclar. El carbono dañado va al vertedero.
» Siempre le decimos a un cliente, si puede obtener una garantía de su bicicleta, adelante. No vamos a tomar tu dinero porque podamos. Desafortunadamente, a menudo, un marco dañado puede ser totalmente reparable y utilizable, pero el fabricante querrá que el marco se corte o se destruya. Una bicicleta todavía tendrá mucho uso en ella. Es triste que esa sea la ruta que toman, pero entiendo desde el punto de vista de la responsabilidad por qué lo hacen.
» Sería genial tener la oportunidad de ir a los fabricantes y mostrarles lo que estamos haciendo, y que las propiedades del marco son todas iguales. En lugar de gastar unos mil dólares en un nuevo marco, podrías gastar unos cientos de dólares.
» Todas nuestras reparaciones tienen una garantía de cinco años totalmente transferible. Respaldamos nuestro trabajo y no hacemos reparaciones a menos que sean tan fuertes como nuevas. Si es un marco que obviamente todavía tiene un valor significativo, entonces tiene sentido repararlo. Los clientes no deben tener dudas sobre montar una bicicleta reparada de nosotros.»