Ingeniería y sus Alcances, Revista de Investigación https://doi.org/10.33996/revistaingenieria.v5i13.85

septiembre-diciembre  2021

Volumen 5 / No. 13

ISSN: 2664 8245

ISSN-L: 2664 - 8245

www.revistaingenieria.org

pp. 108 - 122

Construcción de la carrocería del vehículo de competición Fórmula Student a partir de materiales compuestos con fibra natural

Construction of the bodywork of the competition vehicle Formula Students from natural fiber composite materials Construção da carroceria do carro de corrida de Fórmula Student com materiais compostos de fibra natural

 

 


Christian Bautista Bravo

cgbautista@espe.edu.ec

https://orcid.org/0000-0001-8212-758X

Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador


Patricio Mena Izurieta

ppmena@espe.edu.ec

https://orcid.org/0000-0003-3299-5981

Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador


 

Cristian Paredes Gordillo

 cparedes588@gmail.com

https://orcid.org/0000-0001-5708-5883

Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador

Artículo recibido en mayo 2021, revisado en junio 2021, arbitrado en julio 2021 y publicado en septiembre 2021

 


RESUMEN

En el presente trabajo se describe el desarrollo de una carrocería para el vehículo fórmula Student, utilizando fibra animal (crin de caballo) y fibra vegetal (cabuya) como refuerzos unidos a una matriz de resina poliéster. Se analiza el comportamiento del material a utilizar mediante probetas combinando los refuerzos en diferentes capas y sometiendo posteriormente a ensayos de tracción, flexión e impacto bajo normas ASTM. En el diseño de la carrocería se usó software CAD que permite evaluarla bajo condiciones aerodinámicas  reales  determinar  la geometría más adecuada. Para el conformado de las piezas se aplicó estratificación manual, posteriormente se pulieron y pintaron las partes. Los resultados obtenidos fueron favorables debido a que el material presentó excelentes  características  mecánicas a los diferentes esfuerzos, reduciendo considerablemente la masa en un 41.95%,  con  relación  a  la  carrocería 2012 que sirvió como referencia, y que fue fabricada con fibra de vidrio y resina poliéster.

 

Palabras clave: Fórmula student; Fibra natural; Crin de caballo; Fibra vegetal; Cabuya


ABSTRACT

This work describes the development of a bodywork for the Student formula vehicle, using animal fiber (horsehair) and vegetable fiber (cabuya) as reinforcements joined to a polyester resin matrix. The behavior of the material to be used is analyzed by means of specimens combining the reinforcements in different layers and subsequently subjected to tensile, flexural and impact tests under ASTM standards. CAD software was used in the design of the bodywork to evaluate it under real aerodynamic conditions and determine the most appropriate geometry. Manual layering was  used to form the parts, and then the parts were polished and painted. The results obtained  were  favorable   because the material presented excellent mechanical characteristics to the different efforts, reducing considerably the mass in a 41.95 %, in relation to the 2012 body that served as reference, and that was manufactured with fiberglass and polyester resin.

 

Key words: Student formula; Natural fiber; Horsehair; Vegetable fiber; Cabuya


RESUMO

Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma carroceria para o veículo de fórmula Student, usando fibra animal (crina de cavalo)  e fibra vegetal (cabuya) como reforços unidos a uma matriz de resina de poliéster. O comportamento do material a ser utilizado é analisado por meio  de tubos  de  ensaio  que  combinam os reforços em diferentes camadas e posteriormente submetidos a testes de tração, flexão e impacto sob as normas ASTM. O software CAD foi utilizado no projeto da carroceria para avaliá-la sob condições aerodinâmicas reais e para determinar a geometria mais adequada. Para a moldagem das peças, foram aplicadas  camadas  manuais,  depois as peças foram polidas e pintadas. Os resultados obtidos foram favoráveis devido ao fato de o material apresentar excelentes características mecânicas sob as diferentes tensões, reduzindo consideravelmente a massa em 41,95%, em comparação com o corpo de 2012 que serviu de referência, e que foi fabricado com fibra de vidro e resina de poliéster.

 

Palavras-chave: Fórmula do estudante; Fibra natural; Crina de cavalo; Fibra vegetal; Cabuya; Crina de cavalo


 

 


INTRODUCCIÓN

En    la    actualidad    la    contaminación ambiental es un problema por el cual se están preocupando el sector industrial en todo el mundo,  entre  ellas  la  automotriz.  Un  gran número de piezas y componentes automotrices que   son   reemplazados,   ya   sea   porque cumplieron su vida útil o que se han roto, son arrojados en rellenos sanitarios sin tomar en cuenta que su proceso de descomposición es complejo. Algunos países dentro de los que se incluye a Ecuador, el sistema de reciclado no es muy eficiente, generando así un problema de   contaminación   cada   vez   más   grande (Astudillo, 2010; y Bautista et al., 2020).

Por tal razón, la tendencia mundial actual es  la  utilización  de  materiales  amigables con el medioambiente y de preferencia que sean  biodegradables.  Los  investigadores  e ingenieros se han visto obligados a realizar nuevos  estudios  buscando  materiales  más ecológicos, pero sin dejar de lado el análisis de los efectos que podrían acarrear el diseño y  desarrollo  de  nuevos  materiales.  Es  aquí donde  las  fibras  naturales  juegan  un  papel importante   ya   que   aparte   de   presentar una   buena   resistencia   mecánica   también presentan un bajo peso, bajo costo y además son   biodegradables,   permitiendo   así   que las  fibras  naturales  sean  llamativas  para las industrias (Adamian et al., 2009; Baillie y Feinblatt, 2014; Callister y Rethwisch, 2007; y Mohanty et al., 2005).

En Ecuador el desarrollo de materiales compuestos aún está iniciandose y por ello la extracción y el uso de fibras naturales  aun es limitado, pero esto puede cambiar si se considera el potencial del país para la producción de fibras naturales. A pesar de que algunas fibras si son aprovechadas como es el caso de fibra de cabuya y de abacá, otros casos como del coco solo se aprovecha la parte de la fruta y la parte fibrosa que compone al 80% se  considera  como  desecho  sólido  (Chung, 2010; y Guerrero et al., 2011).

Laprincipalaplicaciónactualdemateriales biodegradables y reforzados con fibras naturales se enfoca en envases, empaques   y protección para alimentos. Sin embargo, se busca aplicarlos en el desarrollo de otras industrias como desarrollo de juguetes, bandejas o partes interiores para vehículos. En la industria automotriz se utiliza mucho los termoplásticos pero se busca que crezca el interés por los polímeros biodegradables reforzados con fibra natural ya que al final de su vida útil pueden ser enterrados y se degradaran, reduciendo el impacto ambiental (Nagaraja y Rekha, 2013; Bongarde y Shinde, 2014; y Caiza y Vilaña, 2015).

En  algunos  países  de  Europa  se  realiza investigaciones de biocompuestos con base en ácidos poliláctico (PLA) reforzados con fibra vegetal para la implementación en la industria automotriz para construir componentes como techos, porta vasos. En Japón por ejemplo la marca Toyota desarrollo una planta para la producción anual de 1000 toneladas de PLA para  insertarlo  en  piezas  en  el  interior  del vehículo (Guerrero et al., 2011; C.R.O., 2015; y Shubhra et al., 2010).

Es por eso que Ecuador debe considerar seriamente el procesamiento de fibras naturales ya que eso le permitirá estar presente en la investigación y desarrollo de biotecnología ya que el país en la agroindustria desecha muchas fibras a las que se les podría dar otro uso como la producción de polímeros biodegradables. La aplicación del crin de caballo como refuerzo garantiza que los componentes fabricados con este tipo de fibra natural, tengan propiedades mecánicas muy altas pero que son más económicas, bajo peso, abundante en la naturaleza y sobre todo amigables con el ambiente (Bautista y Mena, 2018).

 

MÉTODO

 

Materiales y construcción de las probetas

Para el desarrollo de la carrocería del vehículo, se utilizó resina poliéster con un refuerzo de cabuya y cerdas  de  caballo,  en diferentes combinaciones de capas, buscando la combinación que ofrezca mejor resistencia a los esfuerzos. Estos materiales fueron trabajados por estratificación manual y posteriormente se colocó unas  placas  para aplicar presión. También se controló parámetros como el tiempo de curado y las proporciones de cobalto, meck y estireno para así reducir fallas en las probetas y posteriormente en la estructura (Ashby, 2011; Bautista y Mena, 2018; Celi y Jaramillo, 2013; y F.S.G., 2017).

La  resina  usada  fue  de  marca  Sintapol, comercializada por Pintulac, esta es una resina poliéster  de  alta  viscosidad  pero  con  buen balance entre dureza y flexibilidad. Presenta reacción   exotérmica   moderada   que   evita distorsiones por exceso de calor, permite la aplicación de varias capas de resina y refuerzo favoreciendo la optimización en el consumo de materiales (Levy, 2006; y PINTULAC, 2017). Los materiales de refuerzo como la cabuya tejida fueron obtenidos en el mercado Santa Clara al norte de Quito y la cerda de caballo se la obtuvo en el sector de Guangopolo al este  de  la  misma  ciudad.  Para  los  ensayos se  desarrollaron  cinco  grupos  de  probetas y  se  designaron  con  los  nombres  que  se pueden ver en la Tabla 1, dependiendo de las combinaciones realizadas.


 

Tabla 1. Grupos desarrollados y su denominación.

 

Grupo

Característica

Re

100% resina poliéster

Ce1

Matriz con refuerzo de 1 capa de crin de caballo como tejido plano

Ce2

Matriz con refuerzo de 2 capas de crin de caballo como tejidos planos

Ce3

Matriz con refuerzo de 3 capas de cerda de caballo como tejidos planos

 

M2

Matriz con refuerzo de 2 capas de cerda de caballo y 1 capa intermedia de fibra de cabuya como tejidos planos


 


Para preparar las probetas de tracción se usó la norma ASTM D3039/D3039M-17 que establece las especificaciones dimensionales que se muestran en la Figura 1-a. El número de  probetas  que  se  desarrollaron  fueron  5 para cada grupo (ASTM, 1992).


 

 

Figura 1. Especificaciones para probetas de tracción, flexión e impacto, en milímetros.

 


 

Para  las  probetas  de  flexión  se  usó  la norma ASTM D7264/D7264M-15 que establece las especificaciones dimensionales tal como se  ilustra  en  la  Figura  1-b.  El  número  de probetas que se desarrollaron fueron 5 para cada grupo, igual que en las de tracción. En las probetas de impacto se usó la norma ASTM D5628-10 que establece las especificaciones dimensionales  ilustradas  en  la  Figura  1-c. El número de probetas que se desarrollaron fueron 20 para cada grupo (ASTM, 2007).


Preparación de las probetas

Para el desarrollo de las probetas para los diferentes ensayos bajo norma ASTM D3039 para tracción, ASTM D7264 para flexión y ASTM D5628 para impacto, se utilizaron diferentes materiales en la matriz poliéster. Se pueden adquirir fácilmente en el mercado ecuatoriano y se encuentran detallados en la Tabla 2.


 

 

Tabla 2. Materiales utilizados en la matriz poliéster.

 

Ítem

Descripción

Meck Peroxido

60 cc de la marca Trecx S.A es un catalizador para resina poliéster.

Octoato de cobalto

60 cc al 12% de la marca Trecx S.A es el acelerador.

Resina Poliéster

1 Kg es el compuesto principal de la matriz poliéster y es de color amarrillo trasparente.

Estireno

1 Kg de color trasparente ayuda a que la resina poliéster a diluirla.


 


Las  fibras  naturales  vegetal  y  animal utilizadas  como  refuerzos  para  la  matriz poliéster están detallados en la Tabla 3. Antes de tejer y realizar el mallado manual con las diferentes fibras se lava para extraer todas las impurezas de los mismos.


 

Tabla 3. Materiales utilizados como refuerzo.

 

Ítem

Descripción

Gráfico

 

Cabuya

 

Elemento de fibra vegetal utilizado como refuerzo y de manera tejida para la matriz poliéster

 

Crin de caballo

Elemento de fibra animal utilizado como refuerzo y de manera tejida para la matriz poliéster

 

 


 

Para la elaboración de la matriz poliéster es necesario conocer las cantidades de cada material que conforman las mismas. Se tomó como  referencia      proporciones de      resina, estireno,  octoato  y  meck  establecidas  para este tipo de materiales (Guerrero et al., 2011).

Para constituir  las  probetas  primero  se verifica que los moldes no contengan impurezas y se procede a la colocación de antiadherente. A continuación, se aplican tres capas de cera desmoldante con intervalos de secado de cinco minutos, tanto el en moldes como  en  las  tapas.  Se  deposita  la  mezcla en  el  molde  Figura  2-a,  esperando  cinco minutos  para  que  cambie  a  un  estado  casi gelatinoso  para  proceder  a  cubrir  el  molde con su respectiva tapa. Se comprime la mezcla utilizando  una  prensa  hidráulica  tal  como se muestra en la Figura 2-b, para lo cual se coloca planchas de metal tanto en la base del molde y sobre la tapa para evitar que se dañe el molde por la presión de la prensa.


 

Figura 2. Colocación matriz poliéster sin refuerzo en el molde.


 


Después del tiempo de curado de tres días, se procede a extraer las matrices poliéster con refuerzo y sin refuerzo de sus moldes.   A continuación, se inspecciona que las matrices no contengan residuos de madera  y se verifica el espesor. Si excede el espesor se lo reduce utilizando una lijadora manual, dejando las matrices con el espesor deseado y listas para proceder al corte. Para obtener las probetas con su geometría respectiva, se opta por recurrir al corte láser por la mayor precisión en las medidas. Una vez terminadas las probetas, tal como se muestra en la Figura 3, se someterán a los diferentes ensayos de tracción,  flexión  e  impacto  para  obtener resultados que permitan seleccionar la mejor combinación de refuerzos para la construcción de la carrocería (LANUM, 2018; y Páez, 2007).


 

 

Figura 3. Obtención final de las probetas para los ensayos.

 


Diseño de la geometría de la carrocería

La carrocería, es la parte del vehículo en la que se apoya el bastidor y que lleva en su interior al conductor, los pasajeros y la carga. La carrocería también alberga el motor y  los diversos componentes que conforman el vehículo. Mediante la ayuda del software CAD, se procede a modelar diferentes geometrías de la carrocería del vehículo fórmula Student. Se realiza el análisis de la estructura y se valida la mejor opción antes de comenzar con la etapa de construcción (F.S.G., 2017; y Nielsen, 2005).

La parte frontal de la carrocería es la encargada de abrir paso al vehículo a través del  aire,  el  cual  debe  fluir  adecuadamente sobre la misma. Para diseñar las alternativas de la parte frontal se tomó en consideración la  geometría  del  bastidor  del  vehículo.  En la Figura 4-a, se muestra un modelo frontal redondeado  en  su  parte  superior,  laterales planos y parte delantera recta. En la Figura 4-b, se ilustra un modelo frontal redondeado en  todo  su  contorno,  y  semicircular  en  la trompa. En la Figura 4-c, se ilustra un modelo frontal redondeado en la parte superior y los laterales  y  con  una  inclinación  en  la  parte delantera.


 

 

 

Figura 4. Opciones de diseño de la parte frontal.

 


Para evaluar cada una de las alternativas de diseño de la geometría de la parte frontal de  la  carrocería,  se  considera  criterios  de aerodinámica. Los parámetros aerodinámicos considerados son la velocidad de circulación del  aire  y  la  presión  de  contacto  generada con el aire. Se determina que la alternativa de la Figura 4-c, presenta mejores condiciones aerodinámicas   en   comparación   con   los resultados  de  los  dos  modelos  restantes. Mediante   la   Figura   5 se   muestran   los resultados de valores de la velocidad máxima de circulación del aire de 45.10 m/s, siendo el segundo valor más alto; y una presión de contacto generada con al aire de 663.84 Pa, siendo el valor más bajo.


 

Figura 5. Resultado del análisis aerodinámico de la parte frontal del modelo seleccionado.

 


 

Los pontones son utilizados para dirigir el flujo de aire, contribuyendo a tener eficiencia aerodinámica y direccionando el flujo de aire al sistema de refrigeración si es necesario. En el diseño de las alternativas de los pontones se consideró la ubicación de la ECU, para que no exista contacto entre esta y la carrocería. También se tomó en cuenta la posición del radiador  para  mejorar  la  refrigeración  del motor. En la Figura 6-a, se muestra un modelo de pontón en el que la parte trasera cubre al  radiador,  y  tiene  una  sección  pequeña para  redireccionar  el  flujo  de  aire  con  una inclinación  en  la  entrada.  En  la  Figura  6-b, se ilustra un modelo en el cual, el área para redireccionar el flujo de aire es más extensa y semicilíndrica, cubriendo también al radiador. En la Figura 6-c, se ilustra un modelo que tiene una  sección  pequeña  para  redireccionar  el flujo de aire, abarca el radiador y no posee inclinación en la entrada.


 

 

Figura 6. Opciones de diseño de los pontones.

 


Como en el caso de la parte frontal de la carrocería, para evaluar cada una de las alternativas  de  diseño  de  la  geometría  de los pontones de la carrocería, se consideran los  mismos  criterios  de  aerodinámica.  Se determina que la alternativa de la Figura 6-a, presenta mejores condiciones aerodinámicas en  comparación  con  los  resultados  de  los dos  modelos  restantes.  Mediante  la  Figura 7, se muestran los resultados de valores de la velocidad de circulación del aire de 28.49 m/s, siendo el valor más alto; y una presión de contacto generada de 270.17 Pa, siendo el valor más bajo.


 

 

 

Figura 7. Resultado del análisis aerodinámico de los pontones del modelo seleccionado.

 


Construcción de los moldes y de las piezas con el material M2

Para  iniciar  con  la  fase  de fabricación de la carrocería, se desarrolló los moldes en espumaflex (poliestireno expandido), como se muestra en la Figura 8. Para evitar el daño la espumaflex al momento de depositar la resina directamente en el molde, se recubrió con dos capas de cinta de papel adhesivo las paredes del mismo.


 

Figura 8. Molde principal para la construcción de los moldes.


 


Terminados los moldes se coloca las capas de M2, después la resina y en las partes planas una plancha metálica. Se coloca una lámina plástica en las curvas para generar una presión que no permita que las capas se separen y generen vacíos. Una vez colocadas las  capas  de  M2,  se  dejar  curar  las  piezas durante tres días, después de lo cual, se extrae la presión de las placas y se procede a colocar una capa muy fina de masilla para eliminar las rugosidades existentes en la pieza, como muestra en la Figura 9.


 

 

 

Figura 9. Curado de las capas y primera capa de masilla.

 

 


Una vez depositada la primera capa de masilla y esta se haya secado, se la retira el componente de los moldes. Con las piezas  ya extraídas, se realizan los cortes para que encaje en la carrocería del vehículo. Para conseguir un acabado liso y eliminar las pocas irregularidades  existentes  se  pulió  la  pieza con lijas con tamaño de grano #36, #180 y #220 respectivamente. Al final del proceso de pulido se obtuvo el acabado de los componentes tal como se muestra en la Figura 10.


 

 

Figura 10. Componentes con las superficies pulidas.

 


Después de pulir se realiza una limpieza para eliminar todo el polvo producido durante el lijado, así como otras impurezas. A continuación, se procede a depositar una capa de pintura base para después pulir con lija con grano #600 para conseguir un terminado lizo, como se muestra en la Figura 11.


 

 

Figura 11. Componentes con pintura base y lijadas.

 


A continuación, se deposita una capa de pintura precautelando que no se acumule en una misma zona, evitando la generación de burbujas o gotas. Transcurrido por lo menos dos horas se deposita una nueva capa de pintura que será la final, tomando en consideración los mismos parámetros al aplicar la primera capa. Se deja secar preferentemente hasta el día siguiente para proceder a dar una capa de cera  automotriz  para  abrillantar  y  proteger la  pintura,  obteniendo  un  acabado  final  de los componentes como el que se ilustra en la Figura 12.


 

Figura 12. Pontones y parte frontal de la carrocería terminados.

 


RESULTADOS

Después de la realización de los ensayos a  las  probetas  con  la  geometría  detallada anteriormente   mediante   la   Figura   1 se presentan   los   resultados   más   relevantes. Los ensayos se realizaron en el Laboratorio de   Nuevos   Materiales   (LANUM)   de   la Escuela Politécnica Nacional, bajo todos los parámetros  y  condiciones  descritos  en  la normativa ASTM.

En   la   Figura   13-a se   observan   los resultados  de  los  valores  de  la  resistencia última  a  tracción.  En  el  grupo  M2  hay  un aumento de 49,12% y para el grupo Ce3 una reducción de 22,84%, los dos con respecto al grupo Re. En la Figura 13-b, se observan los valores del módulo de elasticidad. En el grupo M2 hay un aumento de 78,01% y para el grupo Ce1 un aumento de 7,40% los dos con respecto al grupo Re. En la Figura 13-c, se observa los valores de la deformación última a tracción. En el grupo M2 hay un aumento de 82,85% y para el grupo C23 una disminución de 45,71% los dos respecto al grupo Re.


 

 

Figura 13. Resultados de ensayo de tracción.

 

 


Terminando los ensayos de tracción se concluye que el grupo M2, por sus características a tracción es el material  adecuado.  Esta combinación genera  los valores  más altos en: resistencia última a tracción, módulo de elasticidad y deformación última a tracción.

En la Figura 14-a, se muestra el resultado de los valores de la resistencia última a flexión. En el grupo Ce1 hay una reducción del 4,63% y para el grupo Ce3 una reducción de 27,19% los dos con respecto al grupo Re. En la Figura 14-b,  se  observan  los  valores  del  módulo  a flexión. En el grupo Ce3 hay una reducción de 2.65% y para el grupo Ce2 una reducción de 17.36% los dos con respecto al grupo Re. En la Figura 14-c, se observan los valores de la deformación máxima. En el grupo Ce1 hay un aumento del 21.05% y para el grupo Ce3 una reducción de 27,12% los dos con respecto al grupo Re.


 

 

 

Figura 14. Resultados de ensayo de flexión.

 

 


Terminando los ensayos de flexión se concluye que el grupo Ce1 presenta mejores características en: resistencia última a la flexión y módulo a flexión. Se tiene un valor alto en la deformación máxima, siendo la segunda opción la combinación del grupo M2.


En la Figura 15, se muestra el resultado de  los  valores  de  la  resistencia  al  impacto. El grupo M2 presenta la mayor absorción de energía entre los otros grupos. Hay aumento de 49,94% respecto a Re.


 

 

 

Figura 15. Resultados de ensayo de tracción.

 


Los resultados del análisis de los diferentes grupos de combinaciones de tejidos y capas de refuerzo de fibras naturales permitieron seleccionar el material con el que se construyó la carrocería. El grupo M2 presentó mejores características mecánicas a comparación de los demás grupos. La denominación M2 está constituida por una matriz con refuerzo de 2 capas de cerda de caballo y 1 capa intermedia de fibra de cabuya como tejidos planos.


Una  vez  construida  la  carrocería  con el  material  de  la  denominación  del  grupo M2,  mostrado  en  la  Figura  16,  es  necesario comparar   características   del   componente con   versiones   anteriores   fabricadas   con otros materiales. El nombre de la carrocería desarrollada, para referencia y comparaciones, tiene la denominación de Cóndor 2018.


 

 

 

Figura 16. Ensamblaje final de la carrocería Cóndor 2018.


 


Para  comprobar  la   optimización   de  la masa se realiza una comparación de la carrocería Cóndor 2018 con los valores de carrocerías anteriores construidas para la misma competencia pero con otros materiales (Caiza y Vilaña, 2015).


 

Tabla 4. Comparación de las diferentes versiones Vehículo Formula Student.

 

Denominación / Modelo

 

Material

 

Masa total

COTOPAXI 1

Resina poliéster reforzado con fibra de vidrio y placas de aluminio de

2.2 mm

26.96 kg

COTOPAXI 2

Resina poliéster reforzado con fibra de vidrio y placas de aluminio de

1.8 mm en zonas estratégicas

23.36 kg

COLIBRI 2014

Resina poliéster con refuerzo de fibra de vidrio y yute. Resina poliéster con refuerzo de fibra de vidrio.

20.76 kg

CÓNDOR 2018

Resina poliéster con refuerzo de fibra de crin de caballo y cabuya.

13.562 kg

 


Mediante  la  Tabla  4,  se  compara  los valores   de   otras   versiones   del   vehículo fórmula  SAE,  donde  se  puede  evidenciar que   la   carrocería   Condor   2018   muestra una  reducción  considerable  de  su  masa.  La carrocería  CONDOR  2018  reduce  la  masa con  relación  a  COTOPAXI  1  (26.96  kg),  un valor de 13.398 kg equivalente al 49.68 %; con relación  a  COTOPAXI  2  (23.36),  un  valor  de

9.8 kg equivalente al 41.95 %; y con relación a COLIBRI 2014 (20.76 kg), un valor de 7.19 kg equivalente a 34.67 %.

 

CONCLUSIÓNES

El crin al ser una fibra muy lisa no presenta rugosidades, por ello no permite una interface de buenas características; por eso no hay valores más altos en los ensayos. Además, es difícil de moldearla con estratificación manual y se necesita presión para que las fibras no se separan.

El material compuesto por una matriz con refuerzo de 2 capas de cerda de caballo y 1 capa intermedia de fibra de cabuya como tejidos planos, presenta el mayor valor de Resistencia última a la tracción y utiliza mayor energía media de fallo (EMF) en el ensayo de impacto, en comparación a las otras configuraciones (una, dos y tres capas) por lo cual fue seleccionado para el desarrollo de este proyecto. El material compuesto M2, permitió reducir la masa de la carrocería en un 41.95% con relación al modelo 2012 que se tomó como referencia.

Se puede usar fibras vegetales y animales producidas en Ecuador para  el  desarrollo de piezas automotrices, ayudando al medio ambiente ya que al ser biodegradables reducen el impacto ambiental. Para mejorar la interface se debe ensayar con un mayor número de agentes compatibilizantes, que permitan una mejor unión entra la matriz y el refuerzo.

La optimización de otros procesos de fabricación de material compuesto para el desarrollo de las probetas y la carrocería


 


son necesarios de incorporar a este tipo de aplicaciones, ya que la estratificación manual no permite que las fibras de cerda se junten adecuadamente y hay que aplicar un peso adicional. Además, se debe determinar los porcentajes más adecuados de resina, meck, cobalto y estireno para evitar un curado muy rápido del material y así conseguir que el refuerzo responda de mejor a la matriz.

Profundizar los conocimientos  sobre  la fibra de crin, para encontrar la forma de tejido o no tejido, que permita aprovechar al máximo las propiedades de elongación para diferentes aplicaciones. Adicionalmente se debe lavar bien los tejidos de crin con materiales desengrasantes, que no dañen la fibra, eliminando así tipo de residuo de grasa y dejar secar bien para mejorar la interface.

 

REFERENCIAS

Adamian  R.,  Vasconcellos  H.,  and  Weisz  J. (2009).   Novos   materiais:   Tecnologia   e aspectos econômicos. Editorial Coppe

Ashby   M.   (2011).   Materials   Selection   in Mechanical  Design.  5th   Edition.  Editorial Elsevier.

ASTM,  I.  (1992).  Standard  test  method  for impact  resistance  of  flat,  rigid  plastic specimens by means of a falling dart (tup or falling mass). New York

ASTM,  I.  (2007).  Standard  test  method  for tensile   properties   of   polymer   matrix composite. New York

Astudillo M. (2010). Tecnología del automóvil.

Editorial Paraninfo.

Baillie  C.,  and  Feinblatt  E.  (2014).  “Ethical practices   in   the   processing   of   green composites”.  Natural  Fibre  Composites. Vol.    1,    p.    161    –    175.    https://doi. org/10.1533/9780857099228.2.161

Bautista  C.  y  Mena  P.  (2018).  Investigación de   materiales   compuestos   con   fibra natural   para   la   construcción   de   la carrocería  del  vehículo  de  competición Fórmula   Student Tesis   de   ingeniería, Universidad   de   las   Fuerzas   Armadas ESPE,   Sangolquí,   Ecuador.   Repositorio ESPE.   http://repositorio.espe.edu.ec/xmli/ handle/21000/14956?show=full

Bautista C., Mena P., Paredes M., y Paredes C. (2020).  “Characterization  of  a  Composite Material  Consisting  of  a  Polyester  Resin Matrix with Reinforcement of Horsemane in  Flat  Tissue”.  Materials  Science  Forum, Vol.   995   (2020),   p.   49-55.   http://www. scientific.net/MSF.995.49

Bongarde  U.  and  Shinde  V.  (2014).  “Review on  natural  fiber  reinforcement  polymer composites”.    International    Journal    of Engineering    Science    and    Innovative Technology,  Vol.  3.  http://www.kompozit. org.tr/wp_content/uploads/2020/11/ ISSN_2319_5967_ISO_9001_2008_ Certified-1.pdf

Caiza V., y Vilaña J. (2015). Diseño, simulación, optimización    construcción   de   una carocería de un vehículo tipo formula SAE. Tesis  de  ingeniería,  Universidad  de  las Fuerzas Armadas ESPE, Sangolquí, Ecuador. Repositorio  ESPE.  http://repositorio.espe. edu.ec/xmlui/handle/21000/9415

Callister W., and Rethwisch D. (2007). Materials Science and Engeneering: An introduction. Editorial Reverté.

Celi   J.,    Jaramillo   E.   (2013).   Diseño   y contrucción  del  chasis  y  carrocería  del vehículo  de  competencia  fórmula  SAE 2012.   Tesis   de   ingeniería,   Universidad de      las      Fuerzas      Armadas      ESPE, Sangolquí,   Ecuador.   Repositorio   ESPE. http://repositorio.espe.edu.ec/xmlui/ handle/21000/6131?show=full

Chung D. (2010). Composite Materials: Science and Applications. Editorial Springer.

C.R.O.  (2015).  Los  materiales  para  fabricar carrocerías  de  automóviles.  Recuperado de http://www.recambiooriginal.com/ blog/recambios-originales/carroceria/los-materiales-para-fabricar-carrocerias-de- automoviles/ (accedido el 03/09/2017).

F.S.G.  (2017).  Rules  &  Important  Documents. Recuperado   de      https://www. formulastudent.de/fsg/rules/  (accedido  el 17/08/2017).

Guerrero  V.,  Dávila  J.,  Galeas  S.,  Pontón  P., Rosas N., Sotomayor V., and Valdivieso C. (2011).  Nuevos  materiales:  Aplicaciones estructurales    e    industriales.    Editorial Imprefepp.

LANUM    (2018).    Análisis,    procesamiento evaluación   de   materiales Escuela Politécnica Nacional, Quito.

Levy F. (2006). Compósitos estruturais: Ciência e tecnologia. Editorial Edgard Blücher.

Mohanty   A.,   Manjusri   M.,    Lawrence   D. (2005).  Natural  fibers,  biopolimers  and biocomposites. Editorial CRC Press.

Nagaraja B. and Rekha B.(2013).Acomparative study  on  tensile  behaviour  of  plant  and animal    fiber    reinforced    composites”. International  Journal  of  Innovation  and Applied  Studies,  Vol.  2.  http://www.issr- journals.org/ijias/

Nielsen   L.   (2005).   Composite   Materials: Properties as Influeced by Phase Geometry. Editorial Springer.

Páez, J. (2007). Obtención de compuestos de polipropileno reforzado confibras de abacá mediante moldeo por compresión. Tesis de ingeniería,  Escuela  Politécnica  Nacional, Quito,  Ecuador.  Repositorio  EPN.  https:// bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/352

PINTULAC. (2017). Catálogo y características de   productos.   Recuperado   de   https:// www.pintulac.com.ec/resina-poliester- transparente-sintapol?c=99c01035afc 4a98d6d428fcf29a7a9ee     (accedido     el 27/11/2017).

Shubhra  Q.,  Alam  A.,  Gafur  M.,  Shamsuddin S.,  Khan  M.,  Saha  M.,  Saha  D.,  Quaiyyum M., Khan J. and Ashaduzzaman M. (2010). “Characterizationofplantandanimalbased natural  fibers  reinforced  polypropylene composites and their comparative study”. The Korean Fiber Society, vol 11. https://doi.org/10.1007/s12221-010-0725-1