Não basta acelerar

Muitos dizem que o que diferencia um carro de F1 de outras categorias é a capacidade de ser extremamente veloz em circuitos mistos. Isso indica um elevado refinamento em sistemas que definem a dinâmica veicular dos bólidos. Neste espaço, já falamos de amortecimento de massa e difusores aerodinâmicos. Chegou a hora de conhecermos o sistema de frenagem da Fórmula 1.

O sistema de freios em um carro de Fórmula 1 pode parecer complexo, mas na realidade seu funcionamento é muito parecido com o de um carro de passeio. Quando o piloto aciona o pedal do freio, o fluido do sistema é comprimido, fazendo com que pistões hidráulicos empurrem as pinças em direção ao disco. O contato entre o material das pastilhas localizadas nas pinças e o disco proporciona o atrito necessário para realização da frenagem.

Por outro lado, algumas características especiais diferenciam os sistemas de competição dos “de rua”. A principal delas é o tipo de material utilizado nos discos e pastilhas. Enquanto um carro de passeio possui discos de ferro fundido e pastilhas de material orgânico, na F1 ambos os componentes são feitos de compósitos carbono-carbono – um composto diferente da fibra de carbono utilizada no restante do veículo. Esse material consiste em uma matriz de carbono reforçada com a própria fibra de carbono, e além de ser 50% mais leve que os materiais convencionais, apresenta maiores coeficientes de atrito em determinadas temperaturas de operação. Para efeito de comparação, um sistema de freios com carbono-carbono apresenta um coeficiente de atrito máximo de 0,6, enquanto os materiais convencionais não ultrapassam 0,3.

Por outro lado, os compósitos carbono-carbono possuem características bastante particulares. Sistemas de freio com este tipo de material possuem baixa performance em temperaturas inferiores a 400°C, apresentando uma performance ideal a cerca de 650°C. Além disso, ao contrário dos sistemas convencionais, os sistemas carbono-carbono não têm o atrito como principal mecanismo de desgaste, mas sim a oxidação. Este mecanismo é ainda mais acelerado em temperaturas acima de 600°C. Levando em conta que durante a frenagem se atinge temperaturas na casa dos 1200°C, nota-se que a oxidação é bastante importante. Pode-se, obviamente, canalizar o ar frontal para resfriar os freios, porém a própria presença do oxigênio do ar potencializa o efeito de desgaste. Desta forma, nota-se que um freio de carbono pode falhar de maneira espetacular, como ocorrido com Hamilton na Alemanha em 2014.

httpv://youtu.be/9MdhUl-7xIs

Um aspecto do sistema de freios da F1 no qual não existe um consenso é no posicionamento das pinças de freio. Enquanto algumas equipes optam por colocá-las o mais baixo possível para obter ganho em dinâmica veicular (abaixando o centro de gravidade), outras optam por localizá-la de maneira a facilitar a purga do sistema (um procedimento muito mais comum do que se pensa).

Finalmente, a refrigeração dos freios é de extrema importância. Além de manter o sistema na temperatura ideal, a utilização de dutos para direcionamento de ar auxilia na aerodinâmica do veículo como um todo, proporcionando ganhos de até 1,5%. Uma outra maneira de manter o sistema na temperatura ideal é a utilização de discos ventilados, chegando a apresentar até 1000 “furos” em alguns casos.

A aplicação das novas unidades de potência em 2014 implicou em novas restrições ao design do sistema. Primeiramente, o peso mínimo dos carros aumentou para 691kg, aumentando a distância de frenagem necessária para cada curva e. Por consequência, o tempo em que os freios ficam ativados é maior do que se tinha anteriormente. Ainda, do ponto de vista de frenagem o ERS (Energy Recovery System) funciona como um segundo freio-motor quando no modo de recuperação de energia, possibilitando reduzir diâmetro e espessura dos discos de freio traseiros em comparação ao que se tinha no passado. Além do ganho em massa, o tempo de resposta também é reduzido.

Por fim, a presença do ERS implica na utilização do sistema Break by Wire (ou BBW). Isto significa que o pedal do freio nos F1 atuais não possui ligação direta com os freios traseiros. Ao contrário, o comando do pedal é enviado à central eletrônica, que então controla os freios traseiros (os freios dianteiros continuam trabalhando do modo clássico). Isso é necessário pois a quantidade de energia possível recuperar é limitada pela capacidade de armazenamento da bateria. Quando este limite é atingido, o ERS pára de recuperar a energia e o seu efeito de freio-motor cessa imediatamente. Com isso, de maneira instantânea o modo principal de frenagem passa a ser o único atuante. Do ponto de vista do piloto, isto é o equivalente a “perder” o freio por alguns milésimos de segundo, causando uma perda de uniformidade de frenagem.

Em outras palavras, toda vez que se pisasse no pedal, não se teria certeza do que poderia acontecer, tornando o carro extremamente imprevisível. Dessa maneira, o BBW atua para evitar este problema e automaticamente balancear a frenagem convencional e a frenagem do ERS quando não é mais possível recuperar energia. A calibração deste sistema é extremamente complexa, e está por trás das grandes dificuldades apresentadas pelas equipes ao longo do primeiro ano de implantação. Aqui é importante registrar que, com a entrada do BBW, os únicos parâmetros do carro que o piloto controla mecanicamente nos dias atuais são o ângulo de esterço das rodas dianteiras e a pressão aplicada nos freios dianteiros. Todo o resto é controlado via central eletrônica.

Para finalizar, alguns números curiosos sobre os freios da F1 atual:

– Em uma temporada completa, cada carro chega a utilizar 10 conjuntos de pinças, até 240 discos e 480 pastilhas de freio

– Cada conjunto de discos custa U$4500,00. Um conjunto de pastilhas pode custar mais de U$2400,00.

– O processo de manufatura dos discos carbono-carbono pode levar mais de 100 horas, e envolve operações que aquecem o material a 2500°C.

Abraços e até a próxima.

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