imagen perfiles carbono

¿Por qué usar Fibra de Carbono en vez de Aluminio?

 

¿Es posible fabricar componentes que pesan un 50% menos que el aluminio pero que ofrecen una resistencia similar o superior?

¿Qué material puede sustituir al aluminio y ofrecer una resistencia mejorada y un peso reducido?

El aluminio es un material comúnmente utilizado, pero la fibra de carbono proporciona una nueva solución para muchos ingenieros de la construcción. Este documento especifica las diferencias entre estos materiales y describe sus fortalezas y debilidades.

¿Cuáles son las fortalezas y debilidades de estos materiales?

Lea este artículo para obtener más información sobre las fortalezas y debilidades del aluminio y la fibra de carbono.

Introducción

La fibra de carbono se utiliza en industrias donde se requieren alta resistencia y rigidez en relación con el peso. por ejemplo, en aviación, máquinas automáticas, coches de carreras, bicicletas profesionales, equipos de rehabilitación.

Debido a su diseño único, la fibra de carbono también se utiliza en la fabricación de productos de lujo, como relojes, carteras, etc.

Este material hace que el producto sea único en el mundo del lujo y la elegancia y lo ayuda a estar un paso por delante de la competencia.

No es fácil comparar las propiedades de la fibra de carbono con el acero o el aluminio. A diferencia de la fibra de carbono, los metales suelen ser uniformes , isotrópicos, lo que garantiza las mismas propiedades en todas las direcciones.

La resistencia y la rigidez de un componente de fibra de carbono se crean colocando telas de una manera específica. Esto presenta oportunidades para el fabricante pero también requiere un gran conocimiento y experiencia.

10 propiedades más importantes para los ingenieros de la construcción:

  1. Rigidez y resistencia del material en relación con el peso.
  2. Rigidez y resistencia del material del mismo grosor .
  3. Peso / densidad .
  4. Mecanizado .
  5. Expansión térmica
  6. Conducción de calor
  7. Resistencia a la temperatura
  8. Rendimiento a largo plazo .
  9. Implementación del proceso de producción .
  10. Resumen

Tenga en cuenta que cualquier referencia a la fibra de carbono y sus características en este documento estan referidas a un compuesto fabricado de: fibra de carbono + resina epoxi.

Rigidez y Resistencia en Relación con El Peso

Ejemplo práctico: Imagine una losa de 5 cm de ancho, 50 cm de largo y 2 mm de espesor. Cuando suspende un peso de 5 kg desde el final de la losa, la carga dará como resultado una flexión y el grado de flexión corresponderá a la rigidez. Para diferentes materiales, una losa del mismo espesor mostrará diferentes propiedades de flexión. Cuanto más rígido sea el material, menos flexión ocurrirá. Después de que se haya eliminado la carga, la losa volverá a su forma original.

Y ahora imagine que la tira de material está expuesta a una mayor carga, lo que provocará la deformación de la banda y, tras la liberación de la carga, la tira recuperará su forma original. Es la fuerza que lo hace posible. Cuanta más fuerza tenga un material, más carga tendrá antes de que se produzca un rendimiento permanente.

Además de la resistencia y la rigidez, otra propiedad crucial para los ingenieros de diseño es el peso de un elemento, que está determinado por la densidad. Su uso en el sector aeronáutico es prueba de ello.

Casos prácticos:

Ejemplo práctico: en el caso de un cuadro de bicicleta (dimensiones, geometría, espesor de pared) hecho de dos metales diferentes: acero y aluminio, el acero exhibirá 3 veces más rigidez que el aluminio. Sin embargo, si también tenemos en cuenta el peso de los elementos, entonces el marco de acero, aunque tiene 3 veces más rigidez que el de aluminio, también será 3 veces más pesado .

Estos números son aproximados solo porque, en la práctica, un ingeniero de diseño especifica la geometría para el material seleccionado.

 En el caso de un cuadro de bicicleta, la rigidez y la resistencia están directamente relacionadas con la geometría y el grosor de la pared (el espesor de la pared aumentado x 2 veces da como resultado una rigidez mejorada unas 8 veces).

La resistencia no solo depende del material y el grosor de una sección, sino también de su geometría.

En realidad, hay muchos factores diferentes, pero es la relación entre la rigidez de un material y su peso el denominador común y simplifica la comparación y el análisis de diferentes materiales.

La relación entre la rigidez y el peso es en la práctica la más efectiva para determinar la rigidez de un material  ya que para la mayoría de los ingenieros de diseño, tanto la rigidez como el peso son los parámetros más importantes.

Conclusión

La fibra de carbono es un material que ofrece rigidez y resistencia a baja densidad , que es más liviana que el aluminio y el acero, y proporciona muchos beneficios prácticos.

Peso por peso, la fibra de carbono ofrece de 2 a 5 veces más rigidez (dependiendo de la fibra utilizada) que el aluminio y el acero . En el caso de componentes específicos que se tensionarán solo a lo largo de un plano, hechos de fibra de carbono de una dirección, su rigidez será de 5 a 10 veces más que el acero o el aluminio (del mismo peso).

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