La fibra de carbono comenzó a usarse en la Fórmula 1 a comienzos de los años 80. John Barnard, diseñador de McLaren, comenzó a estudiar y a desarrollar el uso de la fibra de carbono en la concepción del monocasco de sus monoplazas tras comprobar las deficiencias de este tipo de construcciones de otros materiales livianos. como por ejemplo el aluminio, usado comúnmente en la época de los 70. Así fue como en 1981, el equipo Mclaren, tras muchos problemas para la obtención del material necesario, presentó su primer monoplaza construido principalmente en fibra de carbono, el MP4/1, gracias al apoyo de una compañia estadounidense llamada Hercules Aerospace.
Tal atrevimiento reveló el escepticismo de los equipos rivales, quienes lo tacharon de "plástico negro" e ironizaban si se podría desintegrar en caso de accidente, ya que se tenían en conocimiento las pruebas que había realizado Rolls Royce con este material en motores de sus aviones y que no habían resultado del todo satisfactorias, debido a que se rompían al chocar con las aves. Pero todas estas dudas fueron disipadas muy pronto, concretamente en el Gran Premio de Italia celebrado en Monza de ese mismo año, cuando John Watson, piloto de Mclaren, sufrió un tremendo accidente en la que, además de chocar contra las barreras a la salida de Lesmo 1, su coche sufrió una espectacular explosión. Muchas de las personas que estaban allí presentes pensaron que había muerto, pero el aún joven Watson no tardó en salir ileso de su coche. Acababa de convertirse en el primer piloto en ser salvado por las bondades de este material. "Si hubiera tenido este accidente en un habitáculo tradicional de aluminio, imagino que habría resultado herido porque el aluminio es mucho menos resistente que el carbono", afirmó entonces Watson. Así fue como McLaren empezó a tomar la delantera en este terreno, ya que su coche no sólo era el más ligero, sino que tambien era muy rápido, como confirmaron con la victoria del Gran Premio de Gran Bretaña de 1981.
¿QUÉ ES LA FIBRA DE CARBONO?
La fibra de carbono es un polímero no metálico entre tres y cinco veces más ligero que el acero y unas seis veces más resistente a la fatiga que éste. Al ser un material compuesto, necesita de otro material para 'completarse' y obtener los resultados deseados, ya que de manera individual no los podría alcanzar. Al hacer cualquier pieza de fibra de carbono, ésta se endurece gracias a la resina. La resina que se utiliza en F1 suele ser resina del tipo epoxy, de alta resistencia química y mecánica. La fibra de carbono es el material resultante de un muy complejo sistema de producción y elaboración, proceso al que le debe su altísimo precio. El carbono es un polímero parecido al grafito, y se obtiene despues de una reacción entre propano y amoníaco, con lo que se obtiene acrilonitrilo, el cual a su vez se transforma en poliacrilonitrilo despues de la polimerización. Una vez obtenido ese polímero (sustancia química de elevada masa molecular) se puede proceder al estiramiento de éste para obtener el eje de la fibra, tras lo cual se oxida a unos 300ºC, lo cual elimina el hidrógeno y agrega oxígeno a la molécula. Es en este proceso donde el polímero adquiere su color negro.
Despues de esto, necesita ser purificado por carbonización, lo que significa calentar el polímero a unos 2.500ºC en un entorno rico en nitrógeno que expulsa las impurezas hasta que el polímero contiene un 95-100% de carbono, en función de la calidad de la fibra. Para finalizar el proceso, sólo queda entrelazar las fibras en unas complejas máquinas tejedoras para conseguir el entrecruzado deseado y obtener el rollo con aspecto de 'tela' en fibra de carbono.
Fibra de carbono
A esta 'tela' se le puede añadir la resina epoxy y crear la variante pre-impregnada, la cual ya viene preparada con su respectiva capa de resina lista para usarse. Ésta debe conservarse en cámaras frigoríficas a una temperatura constante de -18ºC y los operarios deben sacarla a temperatura ambiente unas horas antes de ser usada para que se descongele. Una vez descongelado, se colocan en máquinas automáticas de corte, donde se recortarán las plantillas para moldear las posteriores piezas. Cada rollo de fibra de carbono pre-impregnada suele ser de 50 metros de largo por metro y medio de ancho. Si tenemos en cuenta que un metro cuadrado de fibra de carbono pre-impregnada suele costar entre los 100 y los 150 euros, cada rollo puede llegar a costar unos 6.000 euros o más.
¿CÓMO SE CONSTRUYEN LOS MONOPLAZAS ACTUALES EN ESTE MATERIAL?
Si obtener la fibra de carbono es realmente complicado y costoso, una vez lograda la materia prima, su uso y manipulación en la construcción de un monoplaza de F1 no lo es menos. Como se puede imaginar, la parte más complicada de uno de estos coches es el chasis, que consiste en un monocasco de fibra de carbono, que se construye en dos moldes separados y reforzado entre sus capas con aluminio en "panel de abeja" y con algunas partes de otro material llamado Zylon para aumentar su seguridad en caso de impacto.
El Zylon es un material compuesto no metálico parecido al carbono, pero de unas propiedades algo mejores. Es también más caro que el carbono y su aspecto suele ser dorado. Se suele usar para crear una zona anti-penetración en el cockpit del piloto y es también el material que se usa para reforzar la visera de los cascos desde 2011, normativa impuesta por la FIA tras el accidente de Felipe Massa en el GP de Hungria 2009. En función de la zona del coche, se utiliza un tipo de fibra u otro con diferentes entrelazados. No se usa el mismo tipo de fibra en la construcción del suelo del monoplaza y la del alerón trasero, por ejemplo.
La fabricación del chasis es la que conlleva más tiempo y en la que no se admite el más minimo error de producción, ya que podría arruinar meses de duro trabajo. Para cualquier pieza que se fabrique en fibra de carbono se necesita su corresponiente molde. Ahí en ese molde es donde se pegaran las capas de fibra de carbono siguiendo las especificaciones de orientación de los planos diseñados por los ingenieros. Esto es de vital importancia a la hora de confeccionar una pieza en este material, ya que la orientación de las fibras determinará en gran medida la resistencia a la fatiga de dicha pieza y su flexibilidad. Normalmente cada pieza se construye con capas de fibra en diferentes direcciones. Para obtener un grosor de aproximadamente 1 milímetro se necesitan unas 3 ó 4 capas de fibra de carbono. El grosor de un chasis actual estaría entre los 3 y 5 centímetros. En la fabricación del monocasco se lleva a cabo una serie de "de-bulks" o compactamientos que consisten en someter a presión al vacío a las capas colocadas en el molde cada 3 ó 4 aplicaciones durante un tiempo determinado. Esto asegura una compactación perfecta de las capas de fibra de carbono entre sí antes del proceso de curado. Cuando se han terminado de pegar todas las capas de fibra unas sobre otras en el molde, llega la hora de 'cocinarlo' en el horno para que la resina se seque y la pieza obtenga la rigidez deseada. La resina que lleva impregnada cada capa determinara el grado de rigidez final. Así es como los equipos pueden aportar más o menos flexibilidad a la hora de hacer, por ejemplo, un alerón frontal.
Antes de introducir el molde en el horno autoclave, éste se cubre por completo con un plástico fino micro-perforado, que se utiliza para retraer el exceso de resina y permitir la expulsión del aire. Sobre este plastico se coloca una especie de manta blanca de fibra sintética que ayudará a proteger la bolsa al vacío de cualquier posible pinchazo y a absorver cualquier exceso de resina. La bolsa al vacío es un plástico algo más resistente y que cubrirá toda la parte del molde donde se han colocado las capas de fibra de carbono, con especial hincapie en cada esquina, pliegue y recoveco del mismo. En esta parte hay que prestar mucha antención, debido a que cualquier error en la presurización de la bolsa comportará una malformación en el resultado de la pieza. Una vez se coloca la bolsa de vacío con sus respectivas valvulas, se comprueba que no tiene ninguna pérdida de presión en negativo y se procede a introducirla en el horno para su curado. Los hornos son denominados 'hornos autoclave' ya que, ademas de calor, producen presión positiva que comprime a alta presión el material y que de esta manera pierda cualquier posible burbuja de aire para obtener así la resistencia que se necesita para soportar las cargas de fatiga y estrés a las que será sometida cada pieza en carrera. El curado suele durar unas 3 ó 4 horas a una temperatura de hasta 180ºC y bajo una presión que comprimirá las capas a unos 120 kilos por centímetro cuadrado. La curva de calentamiento y enfriamiento del horno debe ser muy gradual hasta llegar al punto donde fluye y compacta el material.
Obviamente, el punto exacto en el que se hace esto es un secreto entre los equipos, pa que puede aportar alguna que otra diferencia de rendimiento. Una vez finalizado la curación final, el chasis superior y el inferior deben someterse al mecanizado final, donde se unirán ambas partes y donde posteriormente se harán los agujeros donde irán montadas las suspensiones, morro, volante, sensores..etc.
¿CUÁLES SON LAS VENTAJAS E INCONVENIENTES DE ESTE MATERIAL?
La fibra de carbono ha demostrado ser un material perfecto para las exigencias de la Fórmula 1: material muy liviano pero de extrema resistencia. Permite ser moldeado en practicamente cualquier forma y, como hemos dicho, se usa prácticamente en todo el coche, excepto el cuadro de soporte del motor y caja de cambios, llantas, cabezas de suspensiones, tornillería, escapes y en la parte del suelo del monoplaza que en ocasiones entra en contacto con el asfalto, ya que para ello se usa una simple tabla de madera.
En caso de accidente, el carbono se rompe con relativa facilidad pero absorbe al mismo tiempo las fuerzas del impacto. El problema es que, cuando el carbono se rompe, se desprenden multitud de fragmentos que pueden llegar a ser afilados y provocar pinchazos u otros accidentes en pista. Otro de sus inconvenientes es que aun sin ser un metal, es un buen conductor de la electricidad, por lo que los mecánicos deben andar con cuidado con la electricidad estática que produce el vehículo, especialmente desde la implantación del KERS. Tambien podríamos decir que soporta bien el calor, pero para soportar ciertas temperaturas debe ser protegido con fibra de oro, tal y como hacen los equipos con las suspensiones traseras, más expuestas al calor de los escapes, y del depósito de gasolina, que así queda protegido del calor del motor.
Otro importante inconveniente a la hora de trabajar con este material es su elevado precio. El proceso completo de fabricación de un chasis puede tardar hasta un mes con los operarios trabajando a destajo. Sólo el coste del material usado en un monocasco de fibra de carbono puede ser de 120.000 euros aproximadamente, a esto habría que sumarle el salario de los profesionales que se dedican al laminado y creación de partes de fibra de carbono para el deporte del motor, que suelen ser profesionales con mucha experiencia y con un sueldo elevado, ya que es un trabajo muy artesanal que requiere una habilidad bien entrenada. Los hornos autoclave que usan los equipos para el curado de sus piezas también requieren de una elevada inversión. Los modernos hornos autoclave usados por los equipos pueden costar en torno a un millón de euros.
Por último, ya se lleva tiempo con la investigación en nuevos materiales que seguramente desbanquen al carbono para su uso en competición en un futuro no muy lejano. Cualquier material que supere la resistencia, peso y flexibilidad de los actuales materiales compuestos harán que éstos pasen a ser una reliquia: "Con el fin de mejorar la eficiencia en cualquier cosa, tienes que hacerlo más ligero. El peso ligero es un hecho en términos de rendimiento, y la única manera que se hacer las cosas más ligeras es con otro material. Ése material es la fibra de carbono". Ésta fue la conclusión a la que llego John Barnard hace 30 años.
