Alta tecnología: fibra de carbono en el coche

5 min de lectura
CFRP, polímero reforzado con fibra de carbono o simplemente carbono: el uso de la fibra de carbono en el coche está relacionado con decenas de términos técnicos. Los aclaramos y te explicamos qué es este material, cómo se hace y qué ventajas tecnológicas ofrece.

18 de diciembre de 2020

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Hay un nuevo material revolucionario en BMW: fibra de carbono. Se considera uno de los materiales cuya importancia irá aumentando en el futuro en el marco de la fabricación de automóviles. A los diseñadores les encanta en todas sus variantes: fibra de carbono pura, forjada, lámina de fibra de carbono, en el interior o en piezas complementarias... Este material oscuro es a la vez elegante y deportivo. Los ingenieros también muestran gran entusiasmo por el carbono, ya que garantiza una alta resistencia y rigidez con un peso específico muy bajo. Pero para que sea así, debe producirse de una forma bastante compleja. Todo esto, sumado a su belleza y valor material, convierte a la fibra de carbono en el oro negro entre los materiales de alta tecnología. Aquí lo descubrirás todo sobre él.

3 datos rápidos sobre la fibra de carbono

  1. La fibra de carbono es ligera y resistente a la torsión.
  2. La fibra de carbono tiene un aspecto único.
  3. La fibra de carbono se elabora en gran medida a mano.

¿Qué es la fibra de carbono?

Cuando hablamos de la fibra de carbono en el contexto automovilístico, nos referimos principalmente a polímeros reforzados con fibra de carbono, o CFRP. Se trata de materiales compuestos de fibra de carbono en los que se combinan las propiedades de sus componentes individuales. De aquí en adelante, hablaremos simplemente de «fibra de carbono» o «carbono» por simplificar los términos.

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Rápido incluso cuando está aparcado: el sedán de competición BMW M3 con piezas M Performance Parts.
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Cortavientos de fibra de carbono en la parrilla delantera.
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Hasta los espejos laterales llevan su dosis de fibra de carbono.
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Continúa en el interior de aspecto deportivo, con sus molduras elaboradas con oro negro: la fibra de carbono.
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Un alerón de fibra de carbono trasero culmina la trasera del coche sobre el maletero ...
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… mientras que los tubos de escape se integran con una estructura distintiva en un difusor de fibra de carbono.
Consumo 10,1 − 10 l/100 km (combinado)
Consumo de energía 230-228 kWh/100 km (combinado)

¿Qué usos del carbono tienen aplicación en la construcción de automóviles?

Por supuesto, se utiliza en aquellos componentes automovilísticos que deben ser resistentes y TAMBIÉN ligeros. La fibra de carbono se utiliza asimismo en ingeniería aeroespacial (➜ Leer más: El Vantablack llega a BMW), aeronáutica y naval, además de para construir bicicletas. En el sector del automóvil, como pasa con otros muchos materiales, la fibra de carbono ha pasado de emplearse en los coches de carrera a usarse en modelos producidos en serie. Y es que en el mundo deportivo, en el que cada kilo que se ahorre cuenta, las estructuras ligeras son una de las premisas imprescindibles al crear un coche.

En BMW, por ejemplo, utilizamos este material en los techos de los modelos BMW M (➜ Leer más: Historia del logo de BMW M y sus colores) y en las piezas de fibra de carbono para coches visibles de la gama BMW M Performance Parts. En este artículo nos centraremos principalmente en estas piezas. Además, el material se emplea en parte de la carrocería de los BMW Serie 7, primero en el BMW i8 (➜ Leer más: Clásico del futuro) y sobre todo en el BMW i3. En los modelos eléctricos (➜ Leer más: Coches eléctricos: información de todo el mundo), todo el chasis (el habitáculo de pasajeros) está hecho de fibra de carbono.

El BMW iX se aprovecha de toda esta experiencia de BMW con la fibra de carbono: nuestros polímeros reforzados con fibra de carbono se producen en Alemania, en las instalaciones de la marca en Leipzig y Landshut. Las fibras en sí vienen de Moses Lake, en EE. UU., y la estructura básica, también denominada fibra semiacabada o fibra apilada, se hace en Wackersdorf, Alemania.

Las piezas de fibra de carbono que quedan a la vista, con esa estructura tejida tan característica del material, son fascinantes. Dadas las numerosas ventajas de la fibra de carbono, precio, durabilidad, resistencia, etc., los fanáticos de esta alta tecnología pueden obtener piezas de primera calidad a un coste económico, como en la gama BMW M Performance Parts. La variedad de opciones de personalización de la fibra de carbono es inmensa: desde el capó hasta los elementos de diseño interiores y exteriores, pasando por el difusor. BMW utiliza este material de decenas de maneras, a gusto del consumidor.

¿Cómo se fabrica la fibra de carbono?

La fibra de carbono es un material compuesto que se utiliza en la fabricación de automóviles, ya sea en piezas complementarias, como las BMW M Performance Parts, o para elementos completos de la carrocería. Los componentes del material son las fibras de carbono en sí y una estructura de apoyo basada en plásticos termoestables, denominada matriz. La matriz puede estar compuesta de distintos materiales, como resinas sintéticas, y sirve para conectar las fibras entre sí y rellenar los espacios restantes. Dado que la resina sintética empezaría a asentarse tras un periodo prolongado a temperatura ambiente, debe almacenarse en bobinas a unos -18 ºC. Se aclimata a temperatura ambiente más o menos un día antes del procesamiento.

Las fibras de carbono en sí son muy finas: miden únicamente una décima parte del grosor de un pelo humano. La dirección en la que están colocadas las fibras también tiene una importancia decisiva en términos de estabilidad: el carbono solo ofrece resistencia en el sentido de la dirección de las fibras. En el siguiente paso, se combinan unos 50 000 filamentos de este material y se hilan en haces de fibras (hilos) para crear los componentes estructurales. En el caso de los que quedan visibles, se utilizan unos 3000. Esos hilos se emplean posteriormente para crear láminas tejidas planas con distintas orientaciones de las fibras para conseguir rigidez en todas las direcciones. Luego se colocan unas láminas sobre otras para formar pilas.

A su vez, estas pilas se colocan en moldes y después, digamos, se «hornean». En este paso del proceso, denominado paso de autoclave, se endurece la matriz termoplástica a unos 120 ºC, a una alta presión y durante unas dos horas. La resina se asienta y aporta al componente su forma final. Como resultado, tenemos piezas de fibra de carbono que luego se combinan para formar elementos más grandes si fuera necesario (elementos de carrocería). Las partes que quedan visibles se recubren con un barniz transparente, así permanece visible la estructura del carbono tan característica, pero el material queda protegido.

Las piezas de fibra de carbono expuestas al exterior se elaboran en gran medida a mano. Y esto requiere mucho tiempo. La producción de un único componente puede llevar todo un día. La preparación, el corte, el endurecimiento en el autoclave, el desmoldaje, el desbarbado, el pintado... El proceso es intensivo y pesado, pero también es lo que garantiza una alta calidad y exclusividad.

¿Cuáles son las propiedades de la fibra de carbono?

La fibra de carbono se caracteriza por muchas propiedades ventajosas que la distinguen de otros materiales. Una de estas ventajas es su alta rigidez. La estructura que crean las fibras de carbono es muy estable, y puede absorber una gran cantidad de energía en caso de impacto. Si se emplea en los lugares adecuados, puede ayudar a incrementar la seguridad del vehículo.

Otra de las ventajas de la fibra de carbono es su bajo peso específico. Los componentes de carrocería elaborados de aluminio, uno de los metales ligeros más importantes, pueden pesar entre un 20 y un 30 por ciento más que si se fabrican con fibra de carbono. Los de acero llegan a pesar un 50 por ciento más. A menor peso, mayor ahorro de consumo de combustible o electricidad (➜ Leer más: Coches híbridos enchufables y otros eléctricos), y por tanto mejores emisiones de CO2. Las propiedades de rendimiento de los coches deportivos también se ven reforzadas con el uso de la fibra de carbono. En términos sencillos: cuanto más ligeros, más rápidos.

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Como un telar inmenso: planta de producción de BMW de fibra de carbono semiacabada en Wackersdorf.
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Un hilo de fibra de carbono (haz de fibras) está compuesto por varios miles de filamentos.
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Ligero como un «carbon car»: empleados del centro de innovación y producción de BMW en Landshut levantan parte del chasis de fibra de carbono de un BMW i8.
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Primer plano de una pila de fibra de carbono, denominada también acumulación multiaxial.
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Una carrocería de fibra de carbono del BMW i3 en la planta de BMW en Leipzig se lleva al siguiente paso de producción.

Entre el resto de ventajas de la fibra de carbono se incluye la posibilidad de crear piezas de casi cualquier forma durante la fabricación, su resistencia a la corrosión (y consiguiente longevidad), su baja expansividad térmica, su resistencia permanente a la temperatura y su resistencia a la fatiga. Estas propiedades compensan con creces la desventaja de que la producción de este material sea tan compleja, aunque sus costes se reducen cuanto mayor sea la cantidad fabricada y a medida que avanzan las innovaciones.

En resumen: no hay ningún otro material aparte de la fibra de carbono que se puedan usar con tanto ahorro de peso y que a la vez ofrezca estas propiedades mecánicas. Por otra parte, como ponen de manifiesto, por ejemplo, las piezas de la gama BMW M Performance Parts, tienen un aspecto único.

Fotos: BMW; Autor: Nils Arnold; Ilustraciónes: Cyprian Lothringer

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