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7/25/2019 Sistema-de-frenos_F1.pdf

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Sistema de FrenosFormula1

Estudiantes de automocin


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Indice:

- Bsicos de los Frenos y Funcionamiento

- Sistema de Refrigeracin de los Frenos

- Conductos L


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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 quesuele encontrarse en los coches de carretera. Un turismo habitual utiliza un disco defrenos de hierro fundido, con una pastilla de frenos orgnica. En cambio, en un F1,se utiliza el mismo material para el disco y la pastilla, y este material se conoce por elnombre de carbono-carbono. Este es un material muy distinto al de la fibra decarbono que se utiliza para el resto del coche.

El carbono-carbono es en esencia carbono puro y extremadamente ligero (aprox. el50% del peso del material standard) y tambin posee un nivel ms alto de friccin enunas temperaturas adecuadas de operatividad. Llega aproximadamente al 0.6 encomparacin del 0.3 de los materiales convencionales.

Discos de carbono

Fabricar los discos de carbono-carbono conlleva un largo proceso en el que se hande invertir cientos de horas de trabajo y en el que los materiales se calientan hastalos 2500C de temperatura. La complejidad del proceso tambin explica la otra grancaracterstica 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 depastillas (ocho) alcanza los 2400 dlares. Y est previsto que el equipo utilice unos200 discos a lo largo del ao y el doble en cuanto al nmero de pastillas.


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Esquema partes freno de F1

Cuando determinamos el funcionamiento de los frenos, lo hacemos en funcin dedos parmetros: agarre y consistencia. El agarre es la friccin inicial que seexperimenta cuando el piloto presiona el pedal del freno y stos an no estn en latemperatura idnea para operar. La consistencia se mide en funcin precisamente dela consistencia de esa friccin durante el periodo en el que el freno est presionado.Los frenos carbono-carbono poseen unas propiedades muy particulares: surendimiento es relativamente pobre por debajo de una temperatura de 400C, pero

es ptimo cuando se mueve alrededor de los 650C.

Los discos de carbono alcanzan altsimas temperaturas


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Lamentablemente, mientras que los frenos convencionales sufren el desgastehabitual de cualquier material de friccin, un freno de carbono no slo acusa estedesgaste sino que tambin sufre un proceso conocido por oxidacin. La oxidacin,

en trminos coloquiales, se da cuando la superficie del freno se va quemando, y atemperaturas que rondan los 600C ese proceso se acelera y se convierte en elprincipal motivo de desgaste del freno.

Teniendo en cuenta que durante una carrera las temperaturas de los discos de frenopueden llegar a los 1200C, es evidente que el la oxidacin es un factor muysignificativo en el proceso de desgaste de los frenos. En las rectas, por supuesto, losconductos de los frenos hacen llegar aire a los frenos para que la temperatura caigapor debajo del nivel de oxidacin, pero como estas altas temperaturas se mantienendurante un tiempo relativamente extenso, paradjicamente el aire que se utiliza pararefrigerarlos 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 detodos 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 secontrola a travs del tamao de los conductos, y para un circuito con frenadas tanimportantes como el de Montreal, nos vemos obligados a utilizar los conductos msgrandes de la temporada. Moverse de los conductos de refrigeracin ms pequeosa los ms grandes puede suponer una prdida de hasta el 1.5% de la eficaciaaerodinmica, lo que representa tambin una prdida de 1 kph en velocidad punta.

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 frenospara poder controlar las temperaturas de stos y conseguir un correcto equilibrioentre un alto rendimiento y un ndice aceptable de desgaste.

Cuando un piloto experimentado se pone por primera vez al volante de un coche deF1, normalmente y casi sin excepcin, su primer comentario tiene que ver con lapotencia y la eficacia de los frenos. Un coche moderno de F1 puede alcanzar 5.5gbajo frenada cuando un coche de carretera probablemente no alcanzara 1g.

Adems, los coches de F1 no utilizan servo, as que el piloto tiene que presionar elpedal muy fuerte para provocar la presin del freno (por encima de los 100 bar). Por

supuesto, cuando se pisan los frenos en un coche que rueda a 330 kph, elmonoplaza tiene una alta carga aerodinmica y las ruedas no se bloquean. Sinembargo, cuando el coche va bajando de velocidad, el apoyo aerodinmicodesaparece y por lo tanto el agarre del neumtico se ve reducido, pero tambin losfrenos alcanzan su nivel ptimo: de este modo, la capacidad para frenar la fuerza delcoche 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 supresin sobre el pedal del freno para intentar evitar que las ruedas lleguen a un puntoen el que se bloquean. A diferencia de cuando se circula por carretera, donde lo ideal


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es frenar en recta, un piloto de carreras tiene que frenar tambin en curva paraintentar obtener un buen crono. Como el coche en ese momento experimenta lafuerza 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 debemodular su frenada para evitar este fenmeno. Tambin es interesante destacar quesi 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 en velocidadpunta, si levantas el pie del acelerador sin tocar los frenos eso puede provocar unadesaceleracin en torno a 1g.

Frenos del Williams del 2005

Conseguir un buen rendimiento de los frenos es sencillo, pero eso penaliza siemprela aerodinmica, as que de lo que se trata en un Frmula Uno es de encontrar elmximo rendimiento por parte de los frenos pero reduciendo tambin lo mximoposible 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 chicanescon largas rectas ? as es que resulta vital contar con un rendimiento de los frenos,pero tambin con una alta eficacia aerodinmica. Adems, cuando la configuracindel coche es de baja carga aerodinmica, normalmente se muestra ms nervioso enla frenada, exactamente lo que un piloto no desea cuando est intentando ganarconfianza y estabilidad en la desaceleracin. Manejar todos estos factores, tantodesde el punto de vista del ingeniero como del piloto, es una de las claves parapoder completar con xito un gran premio de F1, como por ejemplo el GP deCanad.


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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 yrefrigerador. Para explicar este sistema de refrigeracin, empezaremos por elprincipio.

Todos sabemos, que a pesar de que la fibra de carbono puede soportar altastemperaturas, la refrigeracin es fundamental para garantizar que los frenos sigandesempeando su funcin a lo largo de las ltimas vueltas de una carrera. Para queesto ocurra, el objetivo principal de todo ingeniero, es intentar que la temperatura deestos se mantenga alrededor de los 650C, ya que esta es la temperatura idnea, ala cual funcionan perfectamente este tipo de frenos.

Temperatura idnea de los frenos en F1

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 ruedaproporcionando un flujo de aire constante en el sistema de frenos, que logrerefrigerar los mismos.


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Partes de un disco de freno de F1

Algunos, si no, la mayora de los equipos de hoy en da disean sus conductos de losfrenos (3) divididos en dos partes separadas. Una, la ms pequea, es una entradade aire que proporciona la refrigeracin en la zapata (2).

Frenos de F1


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La segunda y ms grande dirige una corriente de aire hacia el centro del disco. Apartir de ah, las molculas de aire fluyen a travs de perforaciones de refrigeracindel disco de freno (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

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)


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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)

Por tanto, la nica manera de refrigerar los discos de freno en F1, es la de utilizar elflujo de aire. Para realizar este procedimiento, se necesita como hemos dicho que el

aire d por la parte frontal al coche, y sea en un momento en el que los frenos noestn siendo utilizados. Por ello, este lugar idneo para refrigerarlos son, sin dudaalguna, las rectas. Por eso, en los circuitos con largas rectas, no existe problemaalguno de refrigeracin con estos, pero por el contrario en circuitos en donde hayapocas rectas y se usen mucho los frenos, existen bastantes problemas con latemperatura de estos, ya que no hay casi tiempo para refrigerarlos.

Para facilitar an ms este proceso de refrigeracin, muchos equipos idearondiferentes soluciones:


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Conductos L

Es 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, yson una serie de tomas de aire en forma de L (una en cada rueda). El objetivo deestas, es recoger el flujo de aire limpio, y enviarlo al centro de la rueda, donde seencuentra el disco de freno, para refrigerar a este, todo y sacando por el otro lado dela rueda este flujo.

Conductos en forma de "L", situados en la parte interiorde la ruedas delanteras, para refrigerar los frenos.


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Conductos diseados por Toyota en la temporada 2009

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