Las ruedas de fibra de carbono podrían ser el próximo impulso para la gama EV

Carbon Revolution de Australia puede no ser el fabricante de ruedas más conocido del mundo, pero se encuentran entre los más interesantes. La mayoría de las marcas que se conocen y venden en gran volumen como BBS, Rial y OZ fabrican sus ruedas con aleaciones de metal, principalmente aluminio. Carbon Revolution utiliza compuestos de fibra de carbono. Hasta la fecha, han suministrado principalmente sus ruedas excepcionalmente ligeras para máquinas de alto rendimiento como el Ford GT, el Shelby GT350 y el Ferrari 488 Pista. Ahora buscan expandirse a vehículos más convencionales, especialmente aquellos que funcionan con baterías.

Los compuestos de fibra de carbono no son un concepto particularmente nuevo. Se han utilizado en la industria aeroespacial durante muchos años antes de que McLaren introdujera este material ligero y de alta resistencia en la Fórmula Uno en 1981 y en la carretera en la década de 1990 en la legendaria F1. En 2013, BMW hizo el primer uso de una estructura compuesta de carbono en un modelo de volumen relativamente alto por primera vez con el i3.

Sin embargo, el enfoque presentado por Carbon Revolution con un enfoque en las ruedas puede resultar más rentable y ofrecer una mayor ventaja de eficiencia que lo que hizo BMW. Dado el costo y la masa de las baterías, maximizar la eficiencia energética es fundamental para que los vehículos eléctricos obtengan la mayor autonomía con la menor cantidad de batería.

Reducir la masa de cualquier tipo es un camino directo para mejorar la eficiencia simplemente reduciendo la carga de trabajo en el sistema de propulsión y el almacenamiento de energía (también conocido como la batería). Pero no todas las reducciones masivas tienen el mismo impacto. Sabemos acerca de la inercia de la segunda ley de movimiento de Newton. En una forma muy simplificada, se reduce a que un objeto en reposo permanecerá en reposo o un objeto en movimiento continuará moviéndose a menos que se aplique una fuerza desequilibrada.

Pero la inercia tiene vectores direccionales asociados. Acelerar un vehículo requiere una fuerza en la dirección en la que desea moverse. En el caso de una rueda, en realidad hay varias direcciones importantes, horizontal, vertical y de rotación.

Debe superarse la inercia vertical para seguir los contornos de la carretera, como baches o baches. A medida que las ruedas se hacen más grandes, lo que parecen estar haciendo inexorablemente por motivos estéticos, se vuelven muy pesadas y la calidad de conducción se degrada rápidamente porque la rueda no puede acelerar hacia arriba o hacia abajo lo suficientemente rápido para seguir la carretera, transmitiendo así esas fuerzas a la cabina.

Hay que vencer la inercia horizontal para acelerar, frenar o dirigir el vehículo. Sin embargo, eso se logra girando las ruedas del motor o motores, por lo que se debe superar la inercia rotacional. Una vez más, cuanto mayor sea el diámetro de la rueda, mayor será la inercia rotacional y esto resulta ser un factor más importante en la eficiencia EV que solo la masa total de la rueda. Si dos ruedas de diferentes tamaños tienen la misma masa, la que tenga el peso más alejado del centro consumirá más energía para impulsarse.

Ahí es donde las llantas de fibra de carbono pueden ser un gran beneficio para los vehículos eléctricos gracias a una reducción de masa del 40 al 50 % en comparación con una llanta de aleación de tamaño similar. Según el CEO de Carbon Revolution, Jake Dingle, las ruedas de carbono en un SUV típico pueden ahorrar hasta 130 libras de masa que se mueve verticalmente y gira. Dada la gran cantidad de baterías que pueden pesar hasta 1,600 libras en el Ford F-150 Lightning o más de 2,900 libras en el GMC Hummer, esa es una reducción notable que mejoraría el rango de conducción.

Pero hay más beneficios para las ruedas compuestas de carbono. En comparación con el aluminio o el acero, las fibras reticuladas de la estructura compuesta amortiguan los impactos de la carretera que se transmiten más directamente a través del metal. El resultado es hasta 5 dB menos de ruido de la carretera en la cabina. Dado que los vehículos eléctricos no tienen un motor para enmascarar otros sonidos ambientales, reducir esos sonidos en la fuente ayuda a mantener el silencio sin agregar más aislamiento acústico.

Las ruedas compuestas de carbono también ofrecen más flexibilidad en la forma que no es posible con aluminio fundido o forjado. Esto puede permitir ruedas con formas más aerodinámicas que reducen la resistencia y, por supuesto, mejoran la eficiencia.

En un EV, el uso de una rueda de mayor diámetro pero más estrecha puede ayudar a reducir la resistencia aerodinámica mientras se mantiene una zona de contacto razonable para el neumático en la carretera. Eso es lo que hizo BMW con el i3. Si esas ruedas más grandes y estrechas estuvieran hechas de compuesto de fibra de carbono en lugar de aluminio, habrían tenido un efecto aún más positivo en el alcance.

Las ruedas de Carbon Revolution se fabrican a través de un proceso de moldeo por transferencia de resina que no requiere una disposición manual de las fibras como se haría para algo como la estructura de un automóvil deportivo de alto rendimiento. Las fibras secas son significativamente más económicas que las fibras preimpregnadas con resina utilizadas en otros procesos y no requieren curado en autoclave. La empresa está realizando ingeniería simultánea de sus productos y procesos para aumentar la capacidad de producción y automatizar muchos de los pasos.

Si bien las ruedas de fibra de carbono aún tienen un precio superior significativo en la actualidad, se está reduciendo a medida que aumentan los volúmenes. Este año, la empresa proyecta una producción de alrededor de 50,000 llantas y, con 1 millón de unidades, espera paridad de valor con las llantas de aleación. El primer programa de SUV de Carbon Revolution se lanzará a fines de 2022 y Dingle espera alrededor de 15 programas de vehículos durante los próximos seis años con una expansión significativa de la producción a mediados de la década.