Viru+: El sistema de frenado de un Formula 1 (Parte I)
10 abr 2015  
Ferrari red brake disc

He estado repasando todas las viru+ que he realizado hasta la fecha. He tratado de explicar de la manera más sencilla posible muchos conceptos ingenieriles y facetas técnicas de este deporte tan tecnológicamente avanzado. Pero, no he caído en la cuenta hasta ahora, no he realizado ninguna viru+ específica del sistema de frenado de los Formula 1. Si que realicé sobre el brake by wire, pero no profundicé en el sistema de frenado propiamente dicho.

Bien, para empezar voy a definir que se entiende por sistema de frenado. El sistema de frenado de un automóvil es aquél destinado a disminuir la velocidad o detener completamente el vehículo. Para ello se vale de un dispositivo llamado freno. Un freno, desde el punto de vista termodinámico, es un transformador de energía. El freno transforma energía cinética (de rotación de la rueda) en energía calorífica (la cuál se disipa al ambiente) y genera rozamiento. Los frenos, por lo general, son considerados como actuadores o dispositivos pero de nuevo, desde la termodinámica, se les puede considerar máquinas ya que transforman energía aportándoles un trabajo mecánico.
Esto es, transforman energía cinética en calorífica mediante el aporte de presión del circuito hidráulico.

Como no quiero liarte mucho, voy a explicar como es el sistema actual de frenado usado en la Formula 1. Empiezo por lo más importante, los discos de freno. Pero antes de entrar en materia, te expongo a que tipo de solicitaciones van a estar sometidos los frenos, así entenderás porqué se hacen del material con el que se hacen.

Para empezar, la frenada de un Formula 1 es realmente brutal. Dependiendo del circuito, se pueden llegar a registrar deceleraciones desde 350 km/h hasta 70 km/h en cuestión de muy pocos segundos (en Monza sucede esto en la primera chicane), lográndolo en tan sólo 120 m. Gracias también a la gran carga aerodinámica que genera un F1, dicho sea de paso. Esto supone una deceleración aproximada de unas 5,5 G y la sensación para el piloto es que él pesa 5,5 veces más. Un F1 puede pararse completamente desde 200 km/h en tan sólo 2,9 s, esto es en aprox. 65 m. de distancia. Te digo que un vehículo de calle necesita una distancia parecida para pararse completamente a una velocidad apenas por encima de 100 km/h.

Estas frenadas brutales del Formula 1 podrían hacer que el disco pase de una temperatura de 350º C al iniciar el proceso a unos 1000º C al finalizarlo. De ahí que cualquier material no sirva para estos menesteres. Los discos de fundición de hierro y las pastillas de material orgánico usadas en la calle quedarían inservibles en pocas curvas. Así que hay que buscar otro material mucho más resistente a la temperatura. ¿Cúal? Los composites son la solución.

Ya lo expliqué en su día, pero vuelvo a recordar que un material composite es aquél formado por dos o más materiales unidos de manera heterogénea. Tienen dos componentes principales: material de cohesión y material de refuerzo. El material de cohesión envuelve al material de refuerzo, llamados matríz y refuerzo respectivamente. Los materiales composites se usan para obtener lo mejor de las propiedades de cada material por separado, juntarlos y superarlos en conjunto. Se obtienen materiales mucho más resistentes y con menor peso que si se hiciese por separado. Un ejemplo de composite es el hormigón armado: Por un lado está la matríz de hormigón y, como refuerzo, los redondos de tetracero o acero corrugado. Para hacer al hormigón igual de resistente por separado, necesitarás mucho más espesor que con los refuerzos. Te pongo un ejemplo gráfico del hormigón armado (una viga de hormigón pretensada), para que veas porqué es un material compuesto:viga-hormigon-pretensada-prefabricada-59282-2894489Como verás, es la unión heterogénea de dos materiales distintos, es decir del hormigón (matríz) y del acero (refuerzo).

Bien pero, ¿qué tiene que ver esto con los frenos de un Formula 1? La respuesta la encontrarás en el material con que se fabrican los discos de freno y las pastillas. Los discos y las pastillas de freno están fabricados en fibra de carbono, pero no la que conoces que se usa para el chasis y la carrocería. Esta fibra se realiza de manera distinta. Es un composite de matríz carbono y refuerzo de fibra de carbono, denominados discos de carbono-carbono, también llamados discos carbocerámicos. Es un compuesto muchísimo más resistente a las altas temperaturas y que mantiene sus propiedades intactas por más tiempo a esas altas temperaturas, además de ser mucho más ligero y resistente que los convencionales de fundición. Para fabricarlos te diré que se emplean alrededor de 150 días, de procesos químicos y físicos distintos y complejos. Esta tardanza en su fabricación es en parte responsable de que, si hay un error de elección en el material de los discos, sea muy difícil reemplazarlos durante un Gran Premio, e incluso varios si van muy seguidos. Te enseño a continuación un disco de freno carbocerámico y su pinza de freno, normalmente se fabrican en aluminio (aguantan la oxidación muy eficazmente, además de disipar el calor mucho mejor).

carbon disc with calliper by Brembo

La FIA obliga, por normativa, a que los discos tengan unas medidas concretas. Tienen un diámetro exterior de 278 mm. y un espesor máximo de 28 mm. Insisto en el espesor máximo, porque se usa en pocos circuitos. Sólo en los GP de gran exigencia para los frenos, estilo Canadá. Ya sabes que el peso en la Formula 1 es primordial y cualquier gramo de menos es bienvenido.

De momento lo dejo aquí, pero en la siguiente parte verás como funciona exactamente el freno para poder disminuir la energía cinética de la rueda.

Jero → http://www.twitter.com/jeroitim

Comentarios

  1. […] Continúo con la viru+ que comencé sobre el sistema de frenado de un Formula 1. Si quieres volver a leer o aún no has leído la primera parte, pincha aquí. […]

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *

Normas de participación
No necesitas estar registrado para comentar las noticias, pero tu mensaje puede tardar un poco en ser validado.
El tono de tu comentario debe ser respetuoso. No se admitirán insultos, descalificaciones, faltas de respeto, comentarios sexistas o racistas ni contenidos publicitarios. No abuses de mayúsculas o abreviaturas.
El objeto de lo que escribas será comentar la noticia, no de lo que dicen el resto de usuarios. Si no estás de acuerdo, razona porqué crees que se equivocan.
Los administradores podrán eliminar aportaciones que no cumplan estas reglas