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Materiales Usados en los Marcos de Bicicleta

Enero 17, 2018
Materiales Usados en los Marcos de Bicicleta

El marco de tu bicicleta puede afectar aspectos cruciales en tu experiencia con el ciclismo, tales como el buen manejo y la comodidad. Un buen marco suele ser el elemento que define tu bicicleta favorita, así que, independientemente de si te estás quedando atascado en la construcción de una bicicleta de ensueño, considerando comprar una nueva bici, o si simplemente te desvives por los detalles técnicos, hemos creado esta práctica guía para ayudarte a comprender más acerca del marco de tu bicicleta.

A menudo conocido como el corazón de la bicicleta, el marco puede estar hecho de fibra de carbono, aluminio, titanio, acero o una combinación de estos materiales. Cada material del marco de la bicicleta ofrece una lista de características diferentes que afectarán el costo, la comodidad, el peso, la rigidez, la resistencia y la durabilidad de este.

Vale la pena señalar que, a menudo, la forma como los fabricantes trabajan el material es lo que verdaderamente marca la diferencia, y la labor de explorar y jugar con estas propiedades cae en las manos de cada marca. Antes de saltar a los detalles, cabe considerar los siguientes factores a la hora de decidir qué material es mejor para sus necesidades:

• El peso: es importante que tu bicicleta tenga suficiente fuerza para llevarte, además de cualquier equipaje adicional que planees transportar, es decir, alforjas, parrillas o monturas. Cada material tendrá diferentes propiedades de resistencia, tasas de fatiga y resistencia al impacto, pero siempre debe existir un balance entre el peso y la durabilidad. Otro aspecto a considerar acerca del peso es qué tan importante es para ti tener una bicicleta liviana. Por ejemplo, si es más importante tener una bici resistente en lugar de una ligera, un poco de peso extra no sería un sacrificio enorme.

• El propósito de la bici: Si planeas competir, necesitarás una bicicleta rígida y liviana, lo cual implica que se reduzcan los materiales a elegir. Por el contrario, si piensas utilizar tu bicicleta para ir de paseo, o para aventuras que requieran largas horas en el sillín y la necesidad de transportar objetos, entonces la durabilidad es la prioridad y, de nuevo, se reduce el tipo de materiales entre los cuales escoger.

• El lugar en el que montas: Puede que no sea evidente que el lugar donde vives podría influir en el tipo de material con el que está fabricada tu bicicleta, pero es importante que consideres que un material como el acero se oxidará en climas húmedos. Un material como el aluminio podría ser una mejor opción dadas tales condiciones, al mismo tiempo que puede proporcionar características similares a las del acero.

• Cuánto tiempo planeas tener la Bici: Todos los materiales se fatigarán con el tiempo, pero algunos lo hacen más rápidamente que otros. El acero se oxidará si no se cuida bien, pero, a largo plazo, es más duradero que el aluminio. Los marcos de fibra de carbono y los de titanio tienen tasas de fatiga excepcionalmente altas, lo que significa que durarán, durarán y durarán.

• Tu bolsillo: El presupuesto es a menudo el factor más importante a la hora de elegir una bicicleta y, por lo tanto, su material. Como una generalización, en orden de mayor a menor costo, el titanio está a la cabeza, seguido de la fibra de carbono; luego van el aluminio y el acero. Como siempre, el balance entre lo que estás dispuesto a gastar y el resultado que tendrás es la consideración clave.

Para proporcionarte mayor claridad sobre los diversos materiales de marcos para bicicletas disponibles, hemos resumido la información acerca de cada tipo de material, sus propiedades, características y, lo que es más importante, cómo se traducen en calidad de conducción.


Fibra de carbono

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La fibra de carbono es, sin duda, el material maravilla para las bicicletas modernas sin importar la disciplina en que sean usadas. No es de extrañar que, gracias a una óptima relación entre rigidez y peso, la capacidad de personalizar la figura del marco, su alta resistencia a la fatiga y el amplio campo de experimentación que le permite a los fabricantes crear cualquier producto que deseen, actualmente estemos viviendo en la era del carbono. Mientras que otros materiales pueden ser difíciles de trabajar y ofrecen menos posibilidades de diseño, la fibra de carbono se puede moldear fácilmente y permite darle casi cualquier forma para cumplir con el diseño previsto por el fabricante. La posibilidad de personalizar la forma y la manera en que se trata el material puede hacer que los marcos de bicicleta sean aerodinámicos, rígidos pero conformes y livianos.

La fibra de carbono saltó a la fama a principios de la década de 1990, después de haber sido introducida al ciclismo profesional a finales de la década de 1980. El material fue aclamado por su ligereza en comparación con los marcos de acero de la época, y rápidamente se convirtió en el material predilecto de la industria. Inicialmente, el enorme costo, la calidad mediocre de los compuestos de carbono y los métodos para su fabricación impidieron que se generalizara su uso, pero todo esto ha cambiado gradualmente con el paso de los años. Si saltamos al día de hoy, la fibra de carbono se puede integrar prácticamente a cualquier componente de una bicicleta. Además de los beneficios en el rendimiento, cuando se construye correctamente, este material milagroso ofrece resultados muy superiores de resistencia a la fatiga en comparación con otros materiales.

Ventajas de la fibra de carbono:

• Alta rigidez en relación con su peso

• Control preciso sobre la cantidad de material utilizado

• Orientación de sus fibras para aportar resistencia donde más se necesita

• Baja expansión térmica

• Resistencia a la corrosión

• Durabilidad

• Resistencia

Desventajas de la fibra de carbono:

• Se necesita una experta mano de obra y conocimiento para trabajarla

• Potencial de falla si se fractura


Al hablar sobre la fibra de carbono en las bicicletas, es importante comprender que el producto final es en realidad un material compuesto hecho de las propias fibras de carbono y una resina, que actúa como un pegamento o sustancia de unión para sostener y reforzar las fibras entre sí. Siendo mucho más delgadas que un mechón de cabello, el grosor de las fibras de carbono varía mucho. Los filamentos individuales de fibra de carbono se enrollan juntos en una estopa, que luego se teje típicamente en láminas similares a las de la tela. La resina es a menudo el componente débil e inflexible del compuesto, por lo que el objetivo es unir las estopas entre sí lo más cerca posible.

La fibra de carbono utilizada en las bicicletas suele ser unidireccional, por lo que el ángulo en el que se coloca es de suma importancia. La formación de capas de fibra en ángulos específicos creará resistencia y rigidez en la dirección en que se necesita. Por ejemplo, si las fuerzas colocadas en el marco se oponen a la dirección de la bandeja, se vuelve fuerte y resistente. Sin embargo, si las fibras están laminadas en un ángulo en el cual no pueden oponerse a la fuerza, se flexionarán. La clave del proceso de laminado es crear rigidez y resistencia allí donde se necesite y, a la vez, proporcionar flexión en otros lugares donde se requiera, algo que la industria a menudo llama conformidad. Otras partes del marco, o simplemente otros marcos de carbono más baratos, pueden usar una fibra de carbono "tejida", que proporciona características similares en todas las direcciones en que se coloca.

El tipo de fibra de carbono es una consideración importante para el producto final, pero no tan importante como la forma en que este sea usado. La fibra puede ser rígida o resistente, pero no puede ser ambas cosas a la vez. Como resultado, cuando los ingenieros diseñan un marco necesitan colocar fibras más fuertes en las áreas de la bicicleta donde se requiere más resistencia, como en el tubo de dirección. En esta ubicación, las fibras deben ser capaces de absorber un alto grado de estrés para evitar fracturas. Otras áreas del marco, como el soporte inferior, deben ser más rígidas para optimizar la transferencia de fuerzas. Aquí, los marcos de mayor calidad usarán fibras de alta rigidez denominadas High Modulus o Ultra High Modulus. Vale la pena señalar que no existe una nomenclatura convencionalizada o estandarizada para referirse a la fibra de carbono, por lo que, que una marca diga ser Utra high modulus, no garantiza que se refiera a lo mismo que otra marca que utilice este mismo término.

Algunos marcos de gama alta, como el de la Big-Nine de Mérida, afirman estar hechos de aproximadamente 400 piezas individuales de fibra de carbono. El complejo proceso de elegir la fibra de carbono adecuada reforzada con la mejor resina, la técnica de laminado adecuada, la dirección de la fibra y el método de moldeo, es lo que finalmente determinará el rendimiento de la bicicleta. Ninguno de estos factores pueden garantizar, por sí solos, que el marco de fibra de carbono sea de buena calidad, por lo cual es fundamental tener eso en cuenta cuando las marcas hacen publicidad mencionando el conteo de hilos de fibra de carbono y cosas por el estilo, puesto que es la unión de todos estos factores lo que de verdad marca la diferencia entre un marco y otro. El gran defecto de la fibra de carbono es que se puede agrietar bajo un estrés excesivo en un lugar específico, Por ejemplo, tras el impacto de un choque, o por sobre apretar los pernos. Una vez que la integridad del carbono se ha fracturado, el material puede volverse extremadamente frágil y peligroso de usar. En este punto, necesita ser reparado o reemplazado.

Cómo se Hace

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La fibra de carbono viene en un carrete y parece lana o hilo. Generalmente se alinea en paralelo y se sumerge en la resina de forma unidireccional para crear grandes láminas de fibra de carbono. Estas se cortan a medida para usarse en el marco u otros componentes.

El método más común para crear un marco de bicicleta a partir de fibra de carbono es mediante el uso de un molde y una cámara de presión. Crear el molde para los marcos es un proceso largo que requiere una extensa investigación y desarrollo para determinar los elementos necesarios que permitan lograr el resultado deseado. Por ejemplo, una bicicleta aerodinámica requerirá un molde diferente que una bicicleta de resistencia, la cual requiere diferentes protocolos de pruebas y análisis. Cada tamaño de bicicleta requiere su propio molde también.

Una vez que se han creado los moldes, el compuesto de fibra de carbono se pone en capas sobre este, según las instrucciones del fabricante acerca de el espesor, la superposición, el laminado, la dirección y el tipo de fibra. Aparte del tipo de corte de las láminas, todo este proceso requiere una manipulación manual exhaustiva para cumplir con las especificaciones, incluso el mayor fabricante tiene un ejército de trabajadores que construyen piezas de fibra de carbono durante todo el día para satisfacer la demanda.

Cualquier arruga en la lámina debida a una mala compactación es un posible punto de falla y, por lo tanto, una vejiga, que normalmente es de látex, se coloca dentro y se expande para crear uniones suaves. También se puede usar espuma para ejercer presión desde el interior del molde de una manera similar. Luego se deja curar (típicamente al calor) y es entonces cuando se une y se endurece. El marco se retira del molde, se verifica la calidad, se limpia, se pinta y se convierte en el marco que ves en la carretera.

Hay otros métodos menos comunes para crear marcos de fibra de carbono, tales como la construcción tubo a tubo, que no requiere un molde y en su lugar se envuelven tubos individuales de fibra para crear el producto final. Otra opción que también puede ser utilizada para la construcción con aluminio, acero y titanio es el uso de lengüetas que unen los tubos en los lugares requeridos, la gama BMC Impec y Colnago C son excelentes ejemplos de este método. Otro método es tejer la fibra alrededor de un tubo y luego inyectar resina de alta presión con un molde especial, tal como lo hace el fabricante francés Time.

Cada método tiene sus ventajas y desventajas, que normalmente giran en torno a los costos y la experiencia de fabricación.

Aquí hay un breve clip del procedimiento que utiliza Time al crear sus marcos de bicicleta. El cual es bastante diferente a cómo se hacen la mayoría de los marcos.


Aluminio

Los marcos de bicicleta de aluminio son quizás los más comunes en la industria de la bicicleta moderna, además de ser un material ampliamente utilizado para otros componentes y accesorios. El aluminio como material no es muy denso, por lo que permite formar estructuras ligeras, siendo así el ingrediente perfecto para marcos de bicicleta. Los marcos de aluminio son relativamente baratos de fabricar, especialmente en comparación con los marcos de fibra de carbono que, según se dice, tardan aproximadamente 14 veces más tiempo en ser fabricados.

Ventajas del aluminio:

• Bajo costo y facilidad de fabricación

• Buena relación entre resistencia y peso

• Resistencia a la corrosión

Desventajas de aluminio:

• Dificultad en su reparación

• Resistencia a la fatiga


Al igual que con la fibra de carbono, el aluminio se presenta en múltiples formas y siempre se alea con un pequeño porcentaje de otros metales y minerales añadidos. Más allá de la elección del material, los recientes desarrollos en las técnicas de fabricación han permitido que la personalización del diseño del marco y posteriormente la calidad del manejo, alcanzar niveles que nadie habría imaginado. Además de manipular las formas de los tubos, el grosor de las paredes también se puede llegar a personalizar para crear estructuras más livianas y rígidas. El resultado se conoce como “empalme” y consiste esencialmente en adelgazar el centro de los tubos para reducir su peso, manteniendo los extremos fuertes para el punto de soldadura.

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Los tubos de calibre recto no varían en el grosor, por lo que tienen una resistencia consistente, mientras que los tubos de empalmes simples, dobles o triples crean diferentes espesores que permiten que el marco maneje puntos de alto estrés en el extremo de los tubos sin tener un peso adicional en el medio. Los tubos de empalme simple o único son más gruesos en los puntos específicos donde se necesita mayor resistencia, por ejemplo, la unión del soporte inferior de un tubo de asiento. En los tubos de doble empalme son más gruesos en ambos extremos, el tubo descendente, donde se requiere resistencia adicional en la unión del soporte inferior y el tubo de dirección. Por último, están los tubos de triple empalme, donde estos tienen el mismo propósito que los tubos con doble empalme, pero reducen aún más su peso en el centro. La fabricación adicional requerida para lograr un grosor variable del tubo aumenta el costo de este, por lo que los marcos más económicos serán de calibre recto, mientras que los marcos de aluminio de la más alta calidad generalmente tendrán un triple empalme y serán más costosos.

Además de los empalmes, los marcos de aluminio pueden manipularse mediante un proceso conocido como hidroformado, el cual es una técnica para dar forma a los metales mediante el uso de un molde y un fluido inyectado a presión. El tubo de aluminio se coloca en un molde que tiene una forma específica, luego, las bombas inyectan un fluido a presiones extremadamente altas, lo que hace que el aluminio haga presión contra el molde y tome la forma deseada. Esta técnica se usa comúnmente para optimizar las formas de los tubos y así obtener la rigidez adicional sin requerir el uso de material extra como refuerzo. Manipular estas técnicas en el diseño del marco puede dar lugar a una bicicleta liviana, rígida y dócil al mismo tiempo, con una densidad baja y el mismo espesor. Aún si no es tan fuerte como el acero, logra ser mucho más liviana y más resistente a la corrosión.

La desventaja del aluminio es que se fatiga más rápido que la fibra de carbono, el acero y el titanio. Si se diseña y se trata de manera adecuada, esto podría tardar una eternidad, pero vale la pena considerarlo si estás comprando o construyendo una bicicleta para toda la vida.

Elegir un marco de aluminio es la solución más rentable para aquellos que buscan acomodar un buen rendimiento dentro de un presupuesto relativamente bajo.

Cómo se hace

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Una vez que los tubos hayan sido manipulados y empalmados (o no), deben unirse. Esto se hace comúnmente mediante soldadura. La soldadura TIG es el proceso más común y brinda a los fabricantes la oportunidad de mostrar su experiencia. Las soldaduras TIG usan el mismo material que el marco y el objetivo es crear una unión lisa, gruesa y uniforme alrededor del diámetro de los tubos de conexión. Esto requiere un trabajador experto, pues si no se hace correctamente se notará un grosor desigual y espacios alrededor del diámetro de los tubos. Los mejores fabricantes del mundo ahora usan soldadores robóticos para una consistencia absoluta.


Acero

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Ah! el acero, el caballo de batalla más manso entre los materiales para marcos de bicicleta. El acero era la elección universal de marco para las bicis de carrera, hasta la aparición del aluminio en los años 70s y 80s, luego llegó la fibra de carbono en los 90s y tomó las riendas del juego.

Hay dos tipos de acero utilizados en la industria de las bicicletas. El primero es de alta tensión, más comúnmente llamada “Hi-Ten”, este es un acero más barato encontrado comúnmente en las bicicletas de menor calidad, como las que se consiguen en cualquier tienda que no sea especializada en ciclismo. Este tipo de acero ofrece una relación entre resistencia y peso increíblemente baja; los fabricantes suelen utilizar este material para poder ofrecer precios bajos, pero sacrifican la calidad del producto. A diferencia de aquellos, los fabricantes de bicicletas de alta gama utilizan acero chromoly, o CroMo (generalmente así se abrevia la aleación Cromo-Molibdeno), que al ser una aleación formulada y probada, ofrece propiedades de resistencia superiores al Hi-Ten y por lo tanto puede ser empalmado para adelgazar y aligerar el marco.

El acero es amigable con tu bolsillo, excepcionalmente duradero, altamente resistente a la fatiga, fácil de reparar y de trabajar. A diferencia de la fibra de carbono y el aluminio, Por lo general, los daños que pueda llegar a sufrir un marco de acero, pueden repararse con mucha facilidad. Sorprendentemente, a pesar de su resistencia, el acero ofrece buenos niveles de conformidad gracias a sus propiedades elásticas. La gran desventaja del acero es que es muy propenso a oxidarse, y su tendencia a pesar más que los otros materiales. Las bicicletas de paseo y de aventura se fabrican comúnmente con acero, debido a la excepcional durabilidad y resistencia que ofrece. Esto permite a los ciclistas llevar grandes cantidades de equipaje sin comprometer el rendimiento de las bicicletas. Con mucha frecuencia, el acero también se encuentra presente en las bicicletas de recreo y de principiante, aquellas en las que el peso no es un factor tan importante.

Ventajas del acero:

• Bajo costo y facilidad de fabricación

• Resistencia

• Durabilidad

Desventajas de acero:

• Alto peso

• Resistencia a la corrosión


Cómo se hace

Unir los tubos de acero implica realizar unos procesos de soldadura similares a los que se llevan a cabo cuando se fabrica un marco de aluminio, pero existen otras opciones, como la "soldadura fuerte" y el uso de lengüetas. La soldadura fuerte o Brazing, es similar a la soldadura TIG, la diferencia es que utiliza un material de relleno que se derrite y que sirve para unir los tubos. El material de relleno suele ser plata o latón, pero también podría contener incontables aleaciones de otros tipos. Las lengüetas actúan como conectores en los puntos de unión del marco, creando una manga para que los tubos se deslicen. Antes de construir el marco, los extremos de los tubos de acero se cortan con precisión para que encajen perfectamente en las lengüetas y luego sean soldadas. El uso de lengüetas crea una articulación inmensamente fuerte, y al ser una técnica de fabricación bastante antigua tiene un beneficio extra de darle a la bicicleta un aspecto clásico. Los marcos de acero son quizás los marcos más fáciles de reparar debido a la facilidad para conseguir equipos y suministros, así como a la resistencia del material a ser calentado repetidas veces. Por esta razón, el acero es una gran opción para los viajeros, ciclistas recreativos y ciclistas que necesitan una bicicleta altamente duradera.


Titanio

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El titanio comparte muchas propiedades con el acero, pero es más liviano, más resistente a la corrosión y más duradero. El inconveniente es que es mucho más costoso y requiere una mano de obra intensiva. Se necesita de una experiencia significativa para producir un marco de bicicleta en titanio y que este sea de alta calidad. Al igual que el aluminio y el acero, el titanio utilizado para las bicicletas es una aleación, y normalmente contará con un pequeño porcentaje de aluminio y vanadio en su composición.

El titanio nunca tuvo sus 15 minutos de fama, ya que su introducción al juego de los marcos de bicicleta ocurrió casi al mismo tiempo que la del aluminio y la fibra de carbono, ambos más baratos y fáciles de trabajar. Sin embargo, el titanio ofrece una mejor relación entre rigidez y peso que el acero, da una conformidad similar a la fibra de carbono, y es prácticamente indestructible. Por esta razón, casi todos los fabricantes de marcos de titanio ofrecen una garantía de por vida contra defectos de fabricación.

Ventajas del titanio:

• Resistencia

• Durabilidad

• Resistencia a la corrosión

• Calidad de conducción

• Bajo peso

Desventajas del titanio:

• Alto costo del material

• Dificultad en su fabricación


Cómo se hace

Un marco de titanio se fabrica de forma muy similar a uno de acero o aluminio. Una vez que los tubos se forman o se empalman, comúnmente se sueldan con TIG. El proceso de soldadura es diferente al del acero, así como sus aleaciones, ya que el titanio reacciona pobremente al encontrarse con el oxígeno. Normalmente, se bombea gas argón para purgar el oxígeno durante el proceso de soldadura. Algunos fabricantes llegan al punto de crear cámaras de soldadura completamente libres de oxígeno, llenas únicamente de argón.

Además de que este material requiere mucho trabajo y es más costoso en su estado bruto, el titanio es mucho más difícil de cortar y manipular. Es por esto que, generalmente, solo lo frecen pequeños constructores de bicicletas, que hacen bicicletas a la medida y personalizadas.

Ahora que conoces los diferentes materiales con los que se fabrican los marcos de bicicleta, debes estar atento para echarle una ojeada a las nuevas guías que pronto ofreceremos, donde te daremos toda la información que necesitas en el mundo del ciclismo.


Ahora que ya conoce los diferentes materiales con los que están elaborados los marcos para bicicleta, busca otras guías de BikeExchange para brindar toda la información que necesites saber