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Frenos

Freno de F1

El apartado de Frenos abarca las siguientes lecciones:

1.4.1. Bsicos de los Frenos y Funcionamiento

1.4.2. Sistema de Refrigeracin de los Frenos

1.4.2.1. Conductos L

1.4.2.2. Tapacubos

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Frenos RB5

Los coches de Frmula Uno, al igual que los aviones militares y algunos de los ms

modernos aviones de pasajeros, utilizan un material de frenos muy diferentes al que sueleencontrarse en los coches de carretera. Un turismo habitual utiliza un disco de frenos de

hierro fundido, con una pastilla de frenos orgnica. En cambio, en un F1, se utiliza elmismo material para el disco y la pastilla, y este material se conoce por el nombre de

carbono-carbono. Este es un material muy distinto al de la fibra de carbono que se utilizapara el resto del coche.

El carbono-carbono es en esencia carbono puro y extremadamente ligero (aprox. el 50% delpeso del material standard) y tambin posee un nivel ms alto de friccin en unas

temperaturas adecuadas de operatividad. Llega aproximadamente al 0.6 en comparacin del0.3 de los materiales convencionales.

Discos de carbono

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Fabricar los discos de carbono-carbono conlleva un largo proceso en el que se han de

invertir cientos de horas de trabajo y en el que los materiales se calientan hasta los 2500Cde temperatura. La complejidad del proceso tambin explica la otra gran caracterstica de

las pastillas y los frenos de disco carbono-carbono: su coste. Un juego de discos de freno(cuatro) cuesta 4500 dlares, mientras que un juego de pastillas (ocho) alcanza los 2400

dlares. Y est previsto que el equipo utilice unos 200 discos a lo largo del ao y el dobleen cuanto al nmero de pastillas.

Esquema partes freno de F1

Cuando determinamos el funcionamiento de los frenos, lo hacemos en funcin de dosparmetros: agarre y consistencia. El agarre es la friccin inicial que se experimenta cuando

el piloto presiona el pedal del freno y stos an no estn en la temperatura idnea paraoperar. La consistencia se mide en funcin precisamente de la consistencia de esa friccin

durante el periodo en el que el freno est presionado. Los frenos carbono-carbono poseenunas propiedades muy particulares: su rendimiento es relativamente pobre por debajo de

una temperatura de 400C, pero es ptimo cuando se mueve alrededor de los 650C.

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Los disco de carbono alcanzan altsimas temperaturas

Lamentablemente, mientras que los frenos convencionales sufren el desgaste habitual de

cualquier material de friccin, un freno de carbono no slo acusa este desgaste sino quetambin sufre un proceso conocido por oxidacin. La oxidacin, en trminos coloquiales,

se da cuando la superficie del freno se va quemando, y a temperaturas que rondan los

600C ese proceso se acelera y se convierte en el principal motivo de desgaste del freno.

Teniendo en cuenta que durante una carrera las temperaturas de los discos de freno puedenllegar a los 1200C, es evidente que el la oxidacin es un factor muy significativo en el

proceso de desgaste de los frenos. En las rectas, por supuesto, los conductos de los frenoshacen llegar aire a los frenos para que la temperatura caiga por debajo del nivel de

oxidacin, pero como estas altas temperaturas se mantienen durante un tiemporelativamente extenso, paradjicamente el aire que se utiliza para refrigerarlos contiene una

cantidad de oxgeno que acelera el proceso de desgaste.

El otro factor a tener en cuenta es el de la refrigeracin de los frenos. Los frenos de todos

los coches de competicin son refrigerados insuflando aire por sus conductos yrepartindolo a travs de los respiraderos radiales del disco, as como tambin por lasuperficie de los discos y las pastillas. La cantidad de aire que llega a los frenos se controla

a travs del tamao de los conductos, y para un circuito con frenadas tan importantes comoel de Montreal, nos vemos obligados a utilizar los conductos ms grandes de la temporada.

Moverse de los conductos de refrigeracin ms pequeos a los ms grandes puede suponeruna prdida de hasta el 1.5% de la eficacia aerodinmica, lo que representa tambin una

prdida de 1 kph en velocidad punta.

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De hecho, el tamao de los conductos no slo se mide por objetivos aerodinmicos: los

conductos ms pequeos se utilizan en circuitos que exigen menos a los frenos para podercontrolar las temperaturas de stos y conseguir un correcto equilibrio entre un alto

rendimiento y un ndice aceptable de desgaste.

Cuando un piloto experimentado se pone por primera vez al volante de un coche de F1,normalmente y casi sin excepcin, su primer comentario tiene que ver con la potencia y la

eficacia de los frenos. Un coche moderno de F1 puede alcanzar 5.5g bajo frenada cuandoun coche de carretera probablemente no alcanzara 1g. Adems, los coches de F1 no

utilizan servo, as que el piloto tiene que presionar el pedal muy fuerte para provocar lapresin del freno (por encima de los 100 bar). Por supuesto, cuando se pisan los frenos enun coche que rueda a 330 kph, el monoplaza tiene una alta carga aerodinmica y las ruedas

no se bloquean. Sin embargo, cuando el coche va bajando de velocidad, el apoyoaerodinmico desaparece y por lo tanto el agarre del neumtico se ve reducido, pero

tambin los frenos alcanzan su nivel ptimo: de este modo, la capacidad para frenar lafuerza del coche disminuye, pero la eficacia de los frenos se incrementa.

Si el piloto mantuviese el pedal del freno pisado a fondo durante demasiado tiempo, las

ruedas no tardaran en bloquearse, as es que el piloto debe ir modificando su presin sobreel pedal del freno para intentar evitar que las ruedas lleguen a un punto en el que se

bloquean. A diferencia de cuando se circula por carretera, donde lo ideal es frenar en recta,un piloto de carreras tiene que frenar tambin en curva para intentar obtener un buen crono.

Como el coche en ese momento experimenta la fuerza de la frenada y tambin de la curva,es fcil poder llegar a bloquear la rueda delantera interior. Esto provocara subviraje, as

que el piloto nuevamente debe modular su frenada para evitar este fenmeno. Tambin esinteresante destacar que si bien un coche de F1 cuenta con unos altos niveles de apoyo

aerodinmico, tambin sufre una friccin 2.5 mayor que la de un coche normal, as que envelocidad punta, si levantas el pie del acelerador sin tocar los frenos eso puede provocar

una desaceleracin en torno a 1g.

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Frenos del Williams del 2005

Conseguir un buen rendimiento de los frenos es sencillo, pero eso penaliza siempre la

aerodinmica, as que de lo que se trata en un Frmula Uno es de encontrar el mximorendimiento por parte de los frenos pero reduciendo tambin lo mximo posible la prdida

de eficacia aerodinmica. Y es en ese punto donde el circuito de Montreal nos plantea su

mayor exigencia, ya que combina curvas lentas y chicanes con largas rectas ? as es queresulta vital contar con un rendimiento de los frenos, pero tambin con una alta eficaciaaerodinmica. Adems, cuando la configuracin del coche es de baja carga aerodinmica,

normalmente se muestra ms nervioso en la frenada, exactamente lo que un piloto no deseacuando est intentando ganar confianza y estabilidad en la desaceleracin. Manejar todos

estos factores, tanto desde el punto de vista del ingeniero como del piloto, es una de lasclaves para poder completar con xito un gran premio de F1, como por ejemplo el GP de

Canad.

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18 08 2010

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Sistema de Refrigeracin de los Frenos

Antes de nada, hemos de saber que la nica manera legal de refrigerar los discos de freno

en un F1, es usando el flujo de aire limpio como elemento enfriador y refrigerador. Paraexplicar este sistema de refrigeracin, empezaremos por el principio.

Todos sabemos, que a pesar de que la fibra de carbono puede soportar altas temperaturas, larefrigeracin es fundamental para garantizar que los frenos sigan desempeando su funcina lo largo de las ltimas vueltas de una carrera. Para que esto ocurra, el objetivo principal

de todo ingeniero, es intentar que la temperatura de estos se mantenga alrededor de los650C, ya que esta es la temperatura idnea, a la cual funcionan perfectamente este tipo de

frenos.

Temperatura idnea de los frenos en F1

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Para lograr esto, los discos de freno de un formula 1 presentan una serie de conductos, para

facilitar la entrada de aire en el interior de la rueda proporcionando un flujo de aireconstante en el sistema de frenos, que logre refrigerar los mismos.

Partes de un disco de freno de F1 (en ingls)

Algunos, si no, la mayora de los equipos de hoy en da disean sus conductos de los frenos(3) divididos en dos partes separadas. Una, la ms pequea, es una entrada de aire que

proporciona la refrigeracin en la zapata (2).

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Frenos de F1

La segunda y ms grande dirige una corriente de aire hacia el centro del disco. A partir de

ah, las molculas de aire fluyen a travs de perforaciones de refrigeracin del disco defreno (2) en la parte exterior del disco desde donde puede fluir a travs de los radios de la

rueda y salir de esta.

Perforaciones de los discos de freno de un F1

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Vista lateral del recorrido del flujo por el interior del neumtico (en rojo) y del recorrido del

flujo por la parte superior del neumtico (en verde)

Vista trasera del recorrido del flujo por el interior del neumtico (en rojo) y del recorrido

del flujo por la parte superior del neumtico (en amarillo)

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Por tanto, la nica manera de refrigerar los discos de freno en F1, es la de utilizar el flujo de

aire. Para realizar este procedimiento, se necesita como hemos dicho que el aire d por laparte frontal al coche, y sea en un momento en el que los frenos no estn siendo utilizados.

Por ello, este lugar idneo para refrigerarlos son, sin duda alguna, las rectas. Por eso, en loscircuitos con largas rectas, no existe problema alguno de refrigeracin con estos, pero por

el contrario en circuitos en donde haya pocas rectas y se usen mucho los frenos, existenbastantes problemas con la temperatura de estos, ya que no hay casi tiempo para

refrigerarlos.

Para facilitar an ms este proceso de refrigeracin, muchos equipos idearon diferentessoluciones. Entre ellas caben destacar dos:

- Conductos L

- Tapacubos

Conductos LEs una novedad para ayudar a la refrigeracin de los frenos que, casi todos los

equipos incorporan. Se encuentran en la parte interior de las ruedas delanteras, y son unaserie de tomas de aire en forma de L (una en cada rueda). El objetivo de estas, es recoger

el flujo de aire limpio, y enviarlo al centro de la rueda, donde se encuentra el disco defreno, para refrigerar a este, todo y sacando por el otro lado de la rueda este flujo.

Conductos en forma de "L", situados en la parte interior de la ruedas delanteras, para

refrigerar los frenos.

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Conductos diseados por Toyota en la temporada 2009

Tapacubos

Tapacubos delanteros

El objetivo principal con el que nacieron los tapacubos era obtener una mayor y mejorrefrigeracin de los frenos, aunque pronto se dieron cuenta de que las mejoras eran tanto de

refrigeracin, como de aerodinmica.

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