Fibra de carbono, qué es, futuro y aplicación en el automóvil

El mundo del automóvil está viviendo una intensa evolución, una evolución que principalmente lo dirige hacia la eficiencia. La fibra de carbono, también conocida como CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), es uno de los materiales que más está dando que hablar, cada vez más utilizado en los coches de serie, y no sólo en los deportivos de altas prestaciones. Su llegada al mercado será masiva en los próximos años, por eso debemos conocer qué es la fibra de carbono.

Debemos conocer el que muchos califican como el material del futuro, y es que cumple con muchos de los requisitos que los fabricantes buscan en la construcción de nuevos coches. A rasgos amplios, la fibra de carbono permite reducir el peso al mismo tiempo que puede aumentar la rigidez de algunas piezas. Por ello, son cada vez más fabricantes los que apuestan por su llegada a las calles, no sin antes una buena suma de inconvenientes para un material que aún resulta caro y complicado de producir.

¿Qué es la fibra de carbono?

La fibra de carbono, como tal, es un material relativamente sencillo de entender, que no de producir. Es un material compuesto de átomos de carbono que forman fibras muy delgadas, de 5 a 10 micrones, menos que el diámetro de un cabello humano. Estas fibras se trenzan entre si de manera que crean hilos muy resistentes y ligeros. Estos hilos son los que generalmente se unen con otros cientos de hilos para crear las telas de fibra de carbono que será el material base de la pieza a construir.

Esta tela, como tal, no vale para crear las piezas resistentes que necesita, por ejemplo, el chasis de fibra de carbono de un coche, ni una simple pieza rígida en realidad. Necesita un proceso más elaborado que consiste en crear las piezas desde unos moldes donde se coloca la tela de fibra. Ésta se trata con una serie de resinas termoestables (es el método más utilizado) que, mediante un proceso de vacío, elimina el aire, adapta la tela al molde y compacta las resinas. Entonces, una vez seco, tenemos ya una pieza de fibra de carbono. No sólo se utiliza el método de presión y vacío, pero es el más extendido para el uso que hoy conocemos. La pieza hay que seguir tratandola limando bordes o mismamente pintando o protegiendo si así lo requiere.

El origen de la fibra de carbono

La fibra de carbono o CFRP tiene, como todo material, un origen, a pesar de que su conocimiento en masa ha sido relativamente cercano. Sus primeras apariciones datan de finales del siglo XIX, con la aparición de la lámpara incandescente con filamento de carbono. Pero claro, eso no era la fibra de carbono que conocemos a día de hoy. Para ello debemos adelantar en el calendario y remontarnos a mediados del siglo pasado.

Sus primeras aplicaciones útiles fueron en el mundo de la aviación, siendo todavía un material muy utilizado en este campo. Pero viendo sus resultados, el mundo de la competición automovilística se interesó por el nuevo material, y desde entonces no ha ido más que en aumento. Sólo hay que ver élite del automovilismo, la Fórmula 1, cómo abusa de la fibra de carbono, no sólo por ligereza y durabilidad, sino también por seguridad.

Aplicación en los coches

La fibra de carbono o CFRP cada vez se aplica más al mundo de los coches de calle, siendo uno de los materiales que más vemos en los últimos lanzamientos. Para los fabricantes resulta tremendamente interesante por sus propiedades al resultar más fuerte que el acero y más resistente que el aluminio. Además, no conlleva los mismos problemas de durabilidad, como podría ser la corrosión en metales.

En los coches de calle se usa en diferentes piezas. Algunas piezas de carbono son simplemente adornos, ya sea para carcasas de retrovisores o inserciones en el interior. El ahorro de peso no es tan significativo. Por otro lado, algunos modelos usan este material para remplazar paneles de la carrocería, como la tapa del motor, el techo, o elementos aerodinámicos como alerones. El peso en estos casos sí se ve drásticamente modificado.

Una de las últimas evoluciones de la aplicación de la fibra de carbono en los coches de calle está ligada a elementos internos. Los chasis de fibra de carbono o con partes de fibra de carbono ya son una realidad en la gama de algunos fabricantes, y no necesariamente entre deportivos. Esta aplicación se espera que sea más amplia en un futuro, y debería también de mutar hacia nuevos elementos como los brazos de la suspensión o subchasis.

Llantas de fibra de carbono

Una de las últimas aplicaciones de la fibra de carbono o Carbon Fiber Reinforced Plastic en coches de calle ha sido en las llantas. Ford, con su Shelby Mustang GT350R, es el primer fabricante en ofrecer llantas de fibra de carbono en un coche de gran serie. Cierto es que Koenigsegg, en alguno de sus deportivos, ya lo ofrecía. No en vano, el Mustang es de mayor producción, aunque también limitada, y de un mucho menor precio.

Ford, aliada con la empresa especializada Carbon Revolution, ofrece unas llantas más ligeras y resistentes que unas de aluminio. Ford asegura que son más resistentes frente a bordillazos que unas de aluminio, pero además son más ligeras, lo que reduce las masas no suspendidas. Tanto es así que Ford, al colocarlas en el Mustang, dice que debió recalibrar el chasis dadas las nuevas reacciones de las ruedas.

Ventajas y desventajas

La fibra de carbono, como tal, tiene ventajas y desventajas. Empezando por lo primero, las ventajas, la más conocida de todas es la ligereza. Precisamente, la fibra de carbono al ser tan resistente, que es otra de sus virtudes, nos permite usar una menor cantidad de material para la misma resistencia que necesitaría una pieza metálica. Al usar menos material, y a ser éste de una baja densidad, permite ahorrar unos kilos que se restarán al cómputo global.

Por otro lado, también es un material resistente a los agentes externos. Lógicamente la fibra de carbono se trata con resinas y barnices resistentes pero presenta la ventaja, por ejemplo frente a una pieza metálica, de no presentar corrosión. El módulo de elasticidad frente a piezas metálicas también es superior. Frente a las variaciones de temperatura, conserva también su forma.

Las desventajas, por no decir la desventaja principal, es el precio. Es un material que resulta complicado de elaborar, además de necesitar un proceso de elaboración todavía largo que no casa con las exigencias de producción actuales. Por otro lado, usando las resinas termoestables que se usan ampliamente, es un material difícil de reciclar. En un futuro, con el uso de resinas termoplásticas, este punto será más sencillo y viable. Por último, la fibra de carbono es un buen conductor de la electricidad.

También para decorar

La fibra de carbono se usa más para decorar que para una función realmente útil actualmente. Sí es cierto que los coches de altas prestaciones, sin contar la competición donde la exigencia es útil y no tanto estética, gozan con más claridad y sencillez de la fibra de carbono para aumentar rigidez y reducir el peso. De momento hay pocos coches de calle con chasis de fibra de carbono, y los que lo llevan suelen poder permitirse un precio superior. Como ejemplo ahí tenemos al BMW i3, que sin ser deportivo usa un chasis de carbono.

Pero no hay que confundir la fibra de carbono que puede ir en el chasis, o elementos que realmente precisen de ligereza y resistencia, con la que sólo sirve para decorar. De hecho, en muchas ocasiones, para este último tipo es más frecuente usar piezas de fibra de vidrio, más barata, con una tela de fibra de carbono por encima para decorar. Es el caso, por ejemplo, de multitud de molduras que pueblan los interiores. Es algo que también podríamos encontrar, por ejemplo, en carcasas de retrovisores o algunos apéndices aerodinámicos. Los vinilos de fibra de carbono sólo la imitan.

¿Qué futuro tiene?

La fibra de carbono, a pesar de resultar cara para los fabricantes en este momento, es uno de los materiales que más se están dejando querer para una industria que busca la máxima eficiencia. Su ligereza permite que el conjunto del coche resulte menos pesado y, por tanto, que no haga falta utilizar mecánicas de mayor tamaño y mayor consumo. A su vez, esas mecánicas de menor tamaño también redundan en un peso inferior.

El futuro para la fibra de carbono o CFRP en el mundo del automóvil está asegurado, más cuando se consiga implementar el uso de resinas termoplásticas, lo que será el gran avance en esta materia. Su producción será más rápida, se producirá más y, en consecuencia, el precio disminuirá. Por tanto, la fibra de carbono acabará democratizándose. Como ya hemos comentado anteriormente, con esta técnica de resinas termoplásticas, también será más sencillo el reciclaje, algo vital en el mundo del automóvil.

Así mismo, los fabricantes de coches de altas prestaciones han visto cómo la fibra de carbono resulta beneficiosa para sus creaciones. Su rigidez permite también crear chasis más rígidos que benefician el funcionamiento de las suspensiones. Ya hemos visto en algunos casos de deportivos no exageradamente caros cómo estas dos ventajas se funden, como en el Alfa Romeo 4C.

Actualmente BMW es uno de los fabricantes que más avanzado tiene su proceso de conversión a la fibra de carbono, y es que ya comercializa dos vehículos con chasis en carbono: los BMW i3 e i8. Los acuerdos de colaboración con fabricantes especializados están dando un respiro económico a este material, que en un horizonte de unos 5-10 años debería de llegar más ampliamente a los automóviles de gran masa.

Actualmente se usan los aceros de alta resistencia para crear carrocerías más ligeras. Al ser un material más resistente que el acero convencional, se puede usar menos cantidad del mismo para obtener la misma rigidez. Con menos material se aligera el peso del conjunto. El CFRP debería de ser el próximo paso en la construcción de chasis y carrocerías de vehículos, sustituyendo casi por completo a las piezas metálicas. Actualmente se utiliza la fibra de carbono y el aluminio en distintas partes para reducir el peso, como ocurre en el anteriormente citado Alfa Romeo 4C.