TRABAJO FINAL DE GRADO INGENIERA AEROESPACIAL DISEO Y

TRABAJO FINAL DE GRADO INGENIERÍA AEROESPACIAL DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO AUTOR: BORJA MADRAMANY NÚÑEZ DIRECTOR: JUAN ANTONIO GARCÍA MANRIQUE

1. MOTIVACIÓN EN LA ÚLTIMA DÉCADA EL SECTOR DEL CICLISMO A SUFRIDO UNA EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA TÚNEL AERODINÁMICO DE BAJA VELOCIDAD DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO TRANSIMISIÓN INALÁMBRICA 2

ÍNDICE 1. MOTIVACIÓN 2. OBJETIVO 3. DISEÑO 4. FABRICACIÓN 5. PRESUPUESTO 6. CONCLUSIONES 7. TRABAJOS FUTUROS DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 3

2. OBJETIVO DISEÑAR, BAJO LA NORMATIVA UCI, UNA RUEDA DELANTERA DE FIBRA DE CARBONO QUE CUMPLA LAS SIGUIENTES ESPECIFICACIONES ü UNA RIGIDEZ LATERAL DE 70 N/mm. ü UN PESO NO SUPERIOR A 800 gr. ENCONTRAR UN MÉTODO PARA PODER FABRICAR LOS DIFERENTES COMPONENTES DE LA RUEDA DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 4

3. DISEÑO AERODINÁMICO ESTRUCTURAL ᴓ CÁLCULO DE DRAG PARA DIFERENTES AROS DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO ᴓ CONOCER QUE COMPONENTE AFECTA EN MAYOR MEDIDA A LA RIGIDEZ LATERAL 5

3. 1. ESTUDIO AERODINÁMICO MODELOS PARA ESTUDIO CASOS DE ESTUDIO CASO 0 CASO 1 CASO 2 CASO 3 VELOCIDAD DEL VIENTO [km/h] 0 10 10 15 ÁNGULO DE INCIDENCIA [º] 0 30 55 56 DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 6

3. 1. ESTUDIO AERODINÁMICO DRAG GENERADO POR LOS DIFERENTES AROS PARA LOS CASOS DE ESTUDIO 3, 30 3, 10 2, 90 CASO_0 DRAG [N] 2, 70 CASO_1 2, 50 CASO_2 2, 30 CASO_3 PROMEDIO 2, 10 1, 90 1, 70 1, 50 01 02 03 04 05 06 07 08 MODELO DE ARO DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO MAVIC 303 404 7

3. 2. ESTUDIO ESTRUCTURAL CONDICIONES: • FUERZAS • RESTRICCIÓN TIPOS DE ENSAYO: • BUJE • TUBO • PAREL DEL BUJE • ARO • ANCHO Y LONGITUD DEL PERFIL • RADIO • CANTIDAD • TIPO DE RADIADO • DIFERENTES SECCIONES • CIRCULARES • OVALADOS DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 8

3. 2. ESTUDIO ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE RESULTADOS ᴓ EL BUJE NO AFECTA A LA RIGIDEZ LATERAL RRRR ᴓ EL ARO INFLUYE POCO SOBRE LA RIGIDEZ LATERAL ᴓ LONGITUD PERFIL , ᴓ ANCHO DEL PERFIL, RIGIDEZ TT ᴓ EL RADIO INFLUYE MUCHO ᴓ RADIADO: TIPO RADIAL, RIGIDEZ ᴓ CANTIDAD: INFLUYE MUCHO ᴓ TIPO DE RADIO: CIRCULAR GENERA MENOS TENSIONES Y LA RIGIDEZ ES DIRECTAMENTE RADIAL I PROPORCIONAL AL DIÁMETRO DEL RADIO RADIAL II DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 9

3. 3. ANÁLISIS CON FIBRA DE CARBONO BAJO LAS MISMAS CONDICIONES SE LAMINA LA RUEDA CON DIFERENTES MATERIALES Y ORIENTACIONES PARA GARANTIZAR LA RIGIDEZ LATERAL DESEADA LAMINACIÓN DEL ARO DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 10

4. FABRICACIÓN ᴓ RADIO ᴓ BUJE ᴓ ARO DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 11

4. FABRICACIÓN DEL RADIO PROCESO ᴓ ENROLLANDO SOBRE SI MISMA FIBRA DE CARBONO SE GENERA UN CILINDRO ᴓ EL MOLDE ES UN TUBO CON UN DIÁMETRO SIMILAR AL DEL RADIO. PROBLEMA: EXTREMOS DEFORMADOS Y RUGOSIDAD SUPERFICIAL SOLUCIÓN: LIJADO Y ELIMINAR EXTREMOS DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 12

4. 2. FABRICACIÓN DEL BUJE PROCESO ᴓ UTILIZAR UN CILINDRO DE ACERO COMO MOLDE ᴓ SE ENROLLA LA FIBRA SOBRE EL CILINDRO ᴓ FABRICACIÓN POR VACÍO A PROBLEMA: PLIEGUE EN LA UNIÓN LA FIBRA Y SUPERFICIE RUGOSA DE SOLUCIÓN: DURANTE EL PROCESO DE LIGADO DE LA SUPERFICIE SE ELIMINA DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 13

4. 2. FABRICACIÓN DEL BUJE PROCESO ᴓ SE GENERA UN MOLDE FABRICADO EN IMPRESIÓN 3 D ᴓ FABRICACIÓN POR VACÍO ᴓ NECESARIO ROMPER EL MOLDE PARA DESMOLDEAR ᴓ ELIMINAR RESTOS DE RESINA LIJANDO AAAA PROBLEMA: VIDA ÚTIL DEL MOLDE: ¡ 1 USO ! SOLUCIÓN: TRABAJAR CON OTROS MATERIALES TANTO DE FIBRA COMO PARA EL MOLDE O MEJORAR EL DESMOLDEO DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 14

4. 3. FABRICACIÓN DEL ARO ᴓ SE FABRICA UNA PARTE DEL MOLDE CON PLACA MECANIZABLE CON LA MÁQUINA CNC. DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 15

4. 3. FABRICACIÓN DEL ARO ᴓ OTRA PARTE SE HACE CON UNA MÁQUINA DE IMPRESIÓN 3 D. ᴓ SE INTRODUCE UNA BOLSA CON AIRE A PRESIÓN CON EL OBJETIVO DE REDUCIR EL ESPESOR FINAL DE LA PIEZA PROBLEMA: VIDA ÚTIL DEL MOLDE: USO ! ¡ 1 SOLUCIÓN: USAR OTRO MATERIAL PARA EL MOLDE DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 16

4. 3. FABRICACIÓN DEL ARO VENTAJAS: REDUCCIÓN DEL ESPESOR FINAL A CASÍ LA MITAD m m 2 R A G EN 2. E D LU DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 17

CONCEPTO PRECIO (€) MATERIALES 1750 VE NT RU A DE ED LA A INV ES TIG AC IÓ N 5. PRESUPUESTO TOTAL PERSONAL 60000 COSTE UNITARIO 900 AS D E L U 61750 0 R AE 0 1 NS !! N O E T O P ¡¡C OM YEC C RO P BENEFICIO P. V. P 1500 600 DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 18

6. CONCLUSIONES ᴓ ¿ COORDINAR EL PROCESO DE DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA PIEZA ? ᴓ ¿ RIGIDEZ LATERAL DE 70 N/mm ? ᴓ ¿ PESO INFERIOR A 800 gr. ? DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 19

7. TRABAJOS FUTUROS ᴓ UTILIZAR ESTE MÉTODO PARA FABRICAR Y ENSAMBLAR LA RUEDA COMPLETA ASS ᴓ CONFERENCIA INTERNACIONAL CYCLITECH DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 20

RUEGOS Y PREGUNTAS DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA RUEDA DE BICICLETA EN FIBRA DE CARBONO 21