Ruckus Composites es un taller que se especializa en la inspección y reparación de la fibra de carbono y se localiza en Portland, Oregón, EE. UU. Fundado en el año 2008, este taller ha examinado más de 13000 bicicletas y ha reparado más de 6000. Además, trabaja con equipos de carreras profesionales y tiendas de bicicletas a nivel mundial.
Su propietario, Shawn Small, posee un título en ingeniería mecánica de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee. Ha estudiado y trabajado con carbono durante más de una década.
Y, hace cuatro años, aproximadamente, Shawn invirtió en un medidor de espesores por ultrasonido de Olympus —el 45MG—, para inspeccionar, investigar y controlar la calidad de la fibra de carbono de alta tecnología. Por consiguiente, se dialogó con él para conocer su proceso.
Inspección de bicicletas de alta tecnología con un medidor de espesores por ultrasonido (o ultrasónico)
Guiado por una pasión tecnológica hacia las bicicletas, Ruckus Composites se estructura como un laboratorio de investigación, ingeniería, diseño artístico y ciencias para materiales de fibra de carbono empleados en bicicletas híbridas.
Su proceso comienza con el uso del medidor de espesor de 45MG para llevar a cabo escaneos por ultrasonido y mapeos de daños. Este instrumento no destructivo es utilizado para detectar delaminación interna; es posible «percibir» la estructura interna de las capas construidas por el material compuesto en el cuadro (chasis/marco) de una bicicleta sin necesidad de cortar físicamente dicha parte.
Mapeo de áreas dañadas con el medidor de espesores 45MG en un cuadro (chasis/marco) compuesto de fibra de carbono
Las bicicletas de fibra de carbono son complejas y de calidad variable. En Ruckus Composites se utiliza fibra de carbono de nivel aeroespacial para reparar los cuadros (chasis/marcos) de estos vehículos de dos ruedas. En el taller se emplea una impresora 3D para formar los propios moldes y fabricar además el propio material de fibra de carbono trenzado o unidireccional para las reparaciones de tubos (p. ej., patillas/punteras, casquillos del eje del pedalier y tirantes).
Al usar sus propios materiales, el taller es capaz de reforzar estratégicamente una bicicleta para que sea aproximadamente un 10% más fuerte que la original. Después de la reparación de carbono, el medidor de espesores 45MG de Olympus es usado otra vez para verificar el cuadro como parte del control de seguridad y calidad.
En temporada baja, Ruckus Composites a menudo lleva a cabo pruebas internas de sus materiales al utilizarlos para envolver sus propios tubos de marco, romperlos repetidas veces y repararlos.
Este taller también registra en un catálogo cada bicicleta que ingresa a él. Gracias a estos datos, pueden incluso definir su propio prototipo estadístico.
«Podría generarse un informe sobre una bicicleta específica, en términos de modelo y año, y adquirir conocimiento sobre lo que se rompe», explicó Shawn en un entrevista sobre su proceso de inspección con FOX 12 Oregon.
La razón que condujo hasta el medidor de espesores 45MG de Olympus
Detectar señales de daño en un cuadro (chasis/marco) de bicicleta, hecha de materiales compuestos de carbono, puede ser difícil debido a que las fisuras en la fibra de carbono a menudo se ocultan debajo de la pintura. Ruckus Composites, antes de introducir el medidor de espesores 45MG de Olympus en su proceso de escaneo por ultrasonido, inspeccionó cuadros (chasis/marcos) de bicicletas con métodos tradicionales y otras tecnologías de ensayos no destructivos (END). Entre estos métodos, se pueden nombrar:
Inspección visual: Un pequeño detalle, como una mella de pintura en el cuadro de la bicicleta, podría indicar una grieta; por lo tanto, las inspecciones visuales son útiles para detectar delaminación en la superficie y los bordes de los materiales.
Prueba de impacto acústico: Este método, que también es conocido como sondeo acústico o «tap test», implica golpear ligeramente un material con un martillo u objeto duro para encontrar una delaminación en función de la emisión acústica resultante. Un sonido de repique claro en compuestos laminados indica un material con buena adhesión. Por el contrario, un sonido más apagado puede indicar la presencia de delaminación, ya que el defecto amortigua el impacto.
Sin embargo, tanto la inspección visual como la acústica están sujetas a errores humanos y dependen de la calidad de visión o audición del inspector.
Inspección por líquidos (tintes) penetrantes: Este es un método utilizado para revelar defectos de rotura (quiebre) superficiales a través de la dispersión de un tinte/líquido de color o fluorescente. El líquido fluorescente debe aplicarse bajo condiciones oscuras con una luz negra ultravioleta. Después, el líquido penetrante debe ser retirado. Finalmente, debe aplicarse un revelador.
El material para inspeccionar debe ser limpiado primero de forma minuciosa, de lo contrario el líquido penetrante no logrará ingresar adecuadamente en el defecto. Asimismo, si el líquido penetrante de la superficie no es retirado por completo antes de aplicar el revelador, puede que aparezcan indicaciones engañosas.
En resumidas cuentas, ninguno de estos métodos proporcionó la precisión requerida en la inspección y reparación de las bicicletas de fibra de carbono; por consiguiente, Ruckus Composites recurrió a Olympus en busca de una nueva solución.
Solución a un desafío ultrasónico de pequeños matices gracias al medidor de espesores 45MG
Antes de optar por el medidor de espesores 45MG de Olympus, Ruckus Composites acudió a varias reuniones con el equipo de ingeniería de Olympus. También, el taller envió muestras de piezas de bicicletas de calidad a Olympus para su evaluación. Al principio, fue un poco difícil obtener lecturas que pudiesen servir.
«Las bicicletas son un desafío ultrasónico específico y de pequeños matices. Existen variaciones significativas en los materiales y sus geometrías que no son conocidas por el inspector. Por lo tanto, es necesario contar con un conocimiento profundo sobre la estructura de las bicicletas», mencionó Shawn.
El taller trabajó en colaboración con un representante local de ventas de Olympus para acordar un préstamo prolongado de un medidor 45MG a fin de efectuar las pruebas e investigaciones necesarias.
Shawn explicó: «La mayor parte de nuestro estudio y evaluación se lleva a cabo internamente. No hay información disponible sobre bicicletas de materiales compuestos. Afortunadamente, [en nuestro taller] se fabrican todos los bloques de referencia pertinentes a nuestro trabajo (amplitud, distancia, porosidad, etc.) para idear todas las necesidades de referencia con las que nos encontramos».
Después de un período de evaluación exitoso, el medidor de espesores portátil por ultrasonido 45MG de Olympus fue adoptado para el proceso de Ruckus Composites, cuyo objetivo es detectar de manera no destructiva daños internos en la estructura de las capas construidas por el material compuesto en el cuadro (chasis/marco).
Shawn Small, propietario y director de ingeniería de Ruckus Composites, muestra una lectura A-scan en el medidor de espesores 45MG mientras efectúa una inspección por ultrasonido en un cuadro (marco) de bicicleta hecho de fibra de carbono. La lectura muestra la cantidad de energía ultrasónica recibida en función del tiempo.
¿Cómo el medidor de espesores 45MG detecta los daños internos en los cuadros de bicicletas?
Para aquellas personas poco familiarizadas con el medidor de espesores por ultrasonido 45MG, este mide con precisión el tiempo de propagación que tarda un impulso de sonido, emitido por una sonda ultrasónica, hasta llegar a un lado específico del material.
En el caso de los materiales compuestos, la energía del sonido se dispersa a partir de límites de grano individuales que se hallan entre las fibras del material compuesto. El medidor permite detectar patrones de dispersión irregular en el material y se lo transmite al operador.
Los medidores de ultrasonido miden el tiempo de propagación de un impulso de sonido, emitido por una pequeña sonda (transductor) a través de la pieza bajo inspección, y su reflexión a partir de la superficie interna o pared de fondo.
Para conocer más acerca de la ciencia que se oculta detrás de esta tecnología, consulte nuestro tutorial relativo a los medidores de espesores de Olympus o consulte las preguntas frecuentes sobre los ensayos por ultrasonido.
Mecánica de los materiales: Ventajas y desventajas de las bicicletas de fibra de carbono
Un resquebrajamiento potencial que no llega a ser detectado en el cuadro (marco) o componente de una bicicleta de fibra de carbono podría representar un gran inconveniente para un ciclista. Si la estructura, en la cual usted pone su confianza para que sostenga su cuerpo, se hace pedazos a medida que la usa, obviamente lo conducirá a sufrir posibles lesiones corporales a largo plazo.
Entonces, ¿por qué montar en bicicletas de fibra de carbono?
La fibra de carbono es significativamente más ligera que el aluminio, el acero o incluso el titanio. La baja densidad del material de fibra de carbono absorbe la vibración del asfalto en lugar de transmitirla. Esta capacidad proporciona más comodidad en un recorrido. Asimismo, el material compuesto puede ser moldeado para reducir la fuerza de resistencia aerodinámica. Esta fuerza de resistencia es proporcional al cuadrado de la velocidad, por lo que su reducción es sumamente importante en función de la rapidez que consagra un ciclista.
Ruckus Composites sostiene que un cuadro (marco) hecho en fibra de carbono es una de las mejores inversiones que puede hacer un ciclista con respecto a la selección de su bicicleta, ya que aparentemente su vida útil y capacidad de reparación es ilimitada. Si bien la inversión es costosa, es posible mantener su bien por años.
Por ejemplo, Shawn explicó que una bicicleta de fibra de carbono de 10 000 USD podría durar 20 años y que podría ser construida nuevamente (restructurada) tantas veces como sea seguro hacerlo. Por otro lado, los cuadros (marcos) de bicicleta metálicos pueden ser demasiado costosos de reparar debido al material que implica.
Análisis de costos: El valor de las pruebas ultrasónicas en la inspección de bicicletas
Miles de bicicletas han sido inspeccionadas por Ruckus Composites y el valor proporcionado por el medidor de espesores ultrasónico 45MG sigue prevaleciendo en estas.
«Nuestro [medidor] 45MG ha sido puesto a prueba al máximo; el dispositivo se ha pagado solo. [...] Se ha convertido en un elemento fundamental para nuestros servicios comerciales diarios», aseguró Shawn.
Shawn Small inspecciona un cuadro (marco) de fibra de carbono con un medidor de espesores 45MG.
La capacidad del medidor 45MG, al mostrar la integridad estructural imperceptible al ojo humano, es una ventaja superior, la cual permite asegurar un servicio de calidad.
«Es singular cómo los daños de una bicicleta son tan poco perceptibles. [...] [Por lo tanto], el 45MG nos permite evaluar la integridad estructural del material compuesto. Además, nos respalda al establecer un proceso de reparación preciso de dicho material. [...]
Esto nos ayuda a garantizar la calidad de nuestros servicios. Por ejemplo, podemos escanear un área sin daños de la bicicleta para [luego] comparar y determinar el espesor del laminado. A partir de estos datos, es posible informar a nuestro técnico de almacén sobre la cantidad de material que se requerirá para el laminado y deberá ser aplicado en el área dañada», comentó Shawn.
Ruckus Composites cobra 250 USD por una inspección completa de cuadro y horquilla, y devuelve 100 USD si el cliente opta por hacer reparar su cuadro de bicicleta después de la inspección. El costo (Esp. coste) de reparación promedio es de 500 USD, incluida la restauración de la pintura.
Shawn expuso su sencillo proceso de reparación.
«Trazamos las áreas dañadas con el 45MG y a continuación, diseñamos un plan de reparación de compuestos cónicos. Se somete toda la fibra de carbono dañada a una elaboración mecánica y se aplica toda la nueva fibra de carbono en conformidad con nuestro programa de laminado. Se trata la estructura en una bolsa al vacío y su curación se hace en el horno; al final, se restaura toda la pintura y los gráficos internamente», sostuvo Shawn.
Shawn también aprecia el medidor de espesores 45MG por su portabilidad y facilidad de uso.
«El 45MG de Olympus es un instrumento sencillo y eso es valioso. No se necesitan cargar otros instrumentos o instrumentos de mayor dimensión cuando lo necesitas», agregó Shawn.
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