La cara más ligera del transporte pesado
Los composites, como la ibra de carbono, juegan un papel crucial a la hora de afrontar el desafío de reducir las emisiones de dióxido de carbono de los vehículos. los vehículos fabricados con composites pesan menos, lo que a su vez reduce el consumo de energía.Los composites llevan mucho tiempo entre nosotros. En la industria de la aviación, la fibra de carbono forma parte integral del fuselaje del avión desde hace muchos años junto con el acero, el aluminio y otros materiales. El sector de la construcción naval lleva décadas fabricando embarcaciones de fibra de vidrio.
Por composites se entiende aquel cuya estructura general posee propiedades mejores y más resistentes que la suma de los componentes individuales.
Los composites tienen diferentes formas y tamaños, pero por lo general constan de un refuerzo de fibra que soporta la carga y un material protector en torno a éste. En la fibra de carbono, los filamentos de fibra de carbono se disponen siguiendo patrones diferentes en función de las propiedades deseadas; a continuación, se refuerzan con plástico para proteger la fibra y compactar el material.
«En la mayoría de los casos, el uso de un composite tiene como objetivo reducir el peso de una estructura móvil para reducir el consumo de energía», afirma Malin Åkermo, profesora adjunta de Estructuras Ligeras en el Departamento de Ingeniería Aeronáutica y de Vehículos del Real Instituto de Tecnología (KTH) de Estocolmo.
El problema ligado tradicionalmente a la fibra de carbono es que la materia prima es cara, lo que hace que el composite final sea caro en comparación con la mayoría de los metales. Sin embargo, últimamente las técnicas de producción han evolucionado para reducir los costes en consonancia con el aumento en el uso en productos de gran volumen de diferentes partes del mundo.
«La producción a gran escala de fibra de carbono es muy reciente», afirma Åkermo. «Pero últimamente, la producción ha experimentado un rápido desarrollo en países como Alemania y Reino Unido. Los fabricantes suecos también están comenzando a producir componentes en fibra de carbono para los automóviles».
Åkermo explica que la baja demanda es una razón fundamental por la que los costes de fabricación de fibra de carbono siguen siendo altos.
«Hasta ahora, la reducción del consumo de combustible no ha sido suficiente para justificar el coste de reducir el peso del coche entre los fabricantes. Sin embargo, las normativas de la UE en materia de emisiones cada vez son más estrictas, por lo que darán lugar a un aumento en la producción».
No obstante, la reducción del peso es solo uno de las muchas ventajas que ofrecen los composites. Al desarrollar un material desde cero, es posible añadir otras propiedades y características.
«Ahora mismo, la "aplicación futura" más interesante es el uso de materiales multifuncionales», afirma Åkermo.
«Un buen ejemplo que suelo utilizar a menudo son las baterías estructurales. La fibra de carbono puede cargarse con iones de litio y, con el tipo correcto de plástico, se puede conseguir un material que, además de soportar cargas, actúe como batería».
«Otro ejemplo es la captación de energía. Podemos integrar actuadores en el composite para convertir las vibraciones y el movimiento en energía. Durante un vuelo, las alas de un avión se mueven ligeramente hacia arriba y hacia abajo. Podríamos utilizar esa energía para alimentar el aire acondicionado del avión, por ejemplo. De esta forma, el producto se dota de cierta inteligencia».
Los métodos de construcción con composites difieren en gran medida de los utilizados para el acero y el aluminio. Por ejemplo, taladrar composites es algo delicado.
«Al taladrar un composite, se atraviesa plástico y fibra al mismo tiempo», explica Åkermo. «Los materiales no tienen la misma rigidez y es muy fácil dañar el plástico, que es más blando. Además, si se ejerce demasiada presión, pueden producirse fisuras entre las capas».
Al tratarse de un material blando, las tuercas y los pernos no se pueden utilizar con el plástico del mismo modo que con el acero o el aluminio.
«Al unir dos piezas de metal, se suele utilizar una llave dinamométrica para aplicar una presión determinada. Sin embargo, los leves movimientos no permiten aplicar dicha presión en los composites, por lo que es necesario utilizar una unión de rosca con tuercas y arandelas para sujetar la estructura sin provocar fricción en el material».
La industria del automóvil prefiere utilizar adhesivos a fin de unir los materiales para evitar así taladrarlos. Otra solución consiste en fabricar piezas integradas más grandes y mejores para evitar la necesidad de unirlas.
De hecho, los investigadores de Volvo están trabajando para averiguar el equilibrio perfecto entre complejidad y tamaño de las piezas para que sean rentables.
«Se han llevado a cabo experimentos para fabricar la carrocería del vehículo en una sola pieza, pero se plantea otro problema: se necesita una prensa muy grande», afirma Åkermo.
Para los fabricantes de automóviles, existe una estrategia viable para fabricar vehículos de fibra de carbono que consiste en introducir piezas de fibra de carbono en automóviles de gama alta para aprender y mejorar el proceso de producción.
«BMW fabricó el i3, un vehículo muy caro en comparación con el resto pero que se fabricó principalmente con fibra de carbono. Ahora, están incorporando la fibra de carbono en los pilares de algunos de sus otros coches», afirma Åkermo.
El sector del transporte evoluciona a un ritmo vertiginoso y no cabe duda de que fabricar vehículos más inteligentes y más sostenibles es algo indispensable para reducir el consumo de energía y las emisiones.
Si el aumento en el uso de los composites sigue su curso, buscaremos la manera de dotarlos de características inteligentes.
