LOS FRENOS EN UN FORMULA UNO
Los coches de Fórmula Uno, al igual que los aviones militares y algunos de los más modernos aviones de pasajeros, utilizan un material de frenos muy diferentes al que suele encontrarse en los coches de carretera. Un turismo habitual utiliza un disco de frenos de hierro fundido, con una pastilla de frenos orgánica. En cambio, en un F1, se utiliza el mismo material para el disco y la pastilla, y este material se conoce por el nombre de carbono-carbono - un material muy distinto al de la fibra de carbono que se utiliza para el resto del coche. El carbono-carbono es en esencia carbono puro y extremadamente ligero (aprox. el 50% del peso del material standard) y también posee un nivel más alto de fricción en unas temperaturas adecuadas de operatividad. Llega aproximadamente al 0.6 en comparación del 0.3 de los materiales convencionales.

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 2500°C de temperatura. La complejidad del proceso también explica la otra gran característica de las pastillas y los frenos de disco carbono-carbono: su coste. Un juego de discos de freno (cuatro) cuesta 4500 dólares, mientras que un juego de pastillas (ocho) alcanza los 2400 dólares. Y está previsto que el equipo utilice unos 200 discos a lo largo del año y el doble en cuanto al número de pastillas.

Cuando determinamos el funcionamiento de los frenos, lo hacemos en función de dos parámetros: agarre y consistencia. El agarre es la fricción inicial que se experimenta cuando el piloto presiona el pedal del freno y éstos aún no están en la temperatura idónea para operar. La consistencia se mide en función precisamente de la consistencia de esa fricción durante el periodo en el que el freno está presionado. Los frenos carbono-carbono poseen unas propiedades muy particulares: su rendimiento es relativamente pobre por debajo de una temperatura de 400°C, pero es óptimo cuando se mueve alrededor de los 650°C. Lamentablemente, mientras que los frenos convencionales sufren el desgaste habitual de cualquier material de fricción, un freno de carbono no sólo acusa este desgaste sino que también sufre un proceso conocido por oxidación. La oxidación, en términos coloquiales, se da cuando la superficie del freno se va quemando, y a temperaturas que rondan los 600°C 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 pueden llegar a los 1200°C, es evidente que el la oxidación es un factor muy significativo en el proceso de desgaste de los frenos. En las rectas, por supuesto, los conductos de los frenos hacen llegar aire a los frenos para que la temperatura caiga por debajo del nivel de oxidación, pero como estas altas temperaturas se mantienen durante un tiempo relativamente extenso, paradójicamente el aire que se utiliza para refrigerarlos contiene una cantidad de oxígeno que acelera el proceso de desgaste.

El otro factor a tener en cuenta es el de la refrigeración de los frenos. Los frenos de todos los coches de competición son refrigerados insuflando aire por sus conductos y repartiéndolo a través de los respiraderos radiales del disco, así como también por la superficie de los discos y las pastillas. La cantidad de aire que llega a los frenos se controla a través del tamaño de los conductos, y para un circuito con frenadas tan importantes como el de Montreal, nos vemos obligados a utilizar los conductos más grandes de la temporada. Moverse de los conductos de refrigeración más pequeños a los más grandes puede suponer una pérdida de hasta el 1.5% de la eficacia aerodinámica, lo que representa también una pérdida de 1 kph en velocidad punta. De hecho, el tamaño de los conductos no sólo se mide por objetivos aerodinámicos: los conductos más pequeños se utilizan en circuitos que exigen menos a los frenos para poder controlar las temperaturas de éstos y conseguir un correcto equilibrio entre un alto rendimiento y un índice aceptable de desgaste.

Cuando un piloto experimentado se pone por primera vez al volante de un coche de F1, normalmente y casi sin excepción, 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 cuando un coche de carretera probablemente no alcanzaría 1g. Además, los coches de F1 no utilizan servo, así que el piloto tiene que presionar el pedal muy fuerte para provocar la presión del freno (por encima de los 100 bar). Por supuesto, cuando se pisan los frenos en un coche que rueda a 330 kph, el monoplaza tiene un alta carga aerodinámica y las ruedas no se bloquean. Sin embargo, cuando el coche va bajando de velocidad, el apoyo aerodinámico desaparece y por lo tanto el agarre del neumático se ve reducido, pero también los frenos alcanzan su nivel óptimo: de este modo, la capacidad para frenar la fuerza 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 tardarían en bloquearse, así es que el piloto debe ir modificando su presión sobre el 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 también en curva para intentar obtener un buen crono. Como el coche en ese momento experimenta la fuerza de la frenada y también de la curva, es fácil poder llegar a bloquear la rueda delantera interior. Esto provocaría subviraje, así que el piloto nuevamente debe modular su frenada para evitar este fenómeno. También es interesante destacar que si bien un coche de F1 cuenta con unos altos niveles de apoyo aerodinámico, también sufre una fricción 2.5 mayor que la de un coche normal, así que en velocidad punta, si levantas el pie del acelerador sin tocar los frenos eso puede provocar una desaceleración en torno a 1g.

Conseguir un buen rendimiento de los frenos es sencillo, pero eso penaliza siempre la aerodinámica, así que de lo que se trata en un Fórmula Uno es de encontrar el máximo rendimiento por parte de los frenos pero reduciendo también lo máximo posible la pérdida de eficacia aerodinámica. 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 - así es que resulta vital contar con un rendimiento de los frenos, pero también con una alta eficacia aerodinámica. Además, cuando la configuración del coche es de baja carga aerodinámica, normalmente se muestra más nervioso en la frenada, exactamente lo que un piloto no desea cuando está intentando ganar confianza y estabilidad en la desaceleración. Manejar todos estos factores, tanto desde el punto de vista del ingeniero como del piloto, es una de las claves para poder completar con éxito el GP de Canadá.

MUY INTERESANTE :quesi

Lectura altamente recomendada, esta mu clarito todo y muy bien explicado :quesi

yo lo entendi el otro dia q lo explicaron bien en pole position
un programa de 1 min de duracion q echan los miercoles en tele5 despues de acabar los serrano a eso de las 11:45

Esta bien ese programa, pero es muy corto........... :queno Como se nota q a España no le gusta la F1!!!!!!!!!!!!!Podian hacer mas programas así

Ta bien, pero yo ya me sé todos los repostajes de memoria! :cabreo3 Los frenos, el sonido, los neumaticos...Y atentos a la pole position! :cuniaaao :cuniaaao :cuniaaao
Taria mejor que lo hicieran más largo (y menos repetitivo) pero menos da una piedra :quesi

YAQUI MUY BIEN EXPLICADO, LOS COCHES DE f1 POCO TIENEN QUE VER CON LOS QUE VEMOS POR LAS CALLES PORQ. COMO FRENES DENTRO DE LA CURVA ADIOOOOSSS... :quesi

No se si siguen hacien MAS QUE COCHES... solian hacer reportajes buenos... Aunque siempre nos quedara Motor a fons... eso si... en TVC

Yo sí que veo ( cuando puedo) el programa MAS QUE COCHES, y como dice Pepet, los reportajes son bastante buenos; tocan distintos temas relacionados con el mundo del motor ( ya sea... hacer mencion a las competiciones de motor que tienen lugar actualmente y a las que no se les presta mucha atención por parte de las cadenas televisivas, tecnologia, los ultimos modelos en turismos y motos......) pero lo malo de este programa es que lo emiten de madrugada los viernes ( a las 3 +- y en adelante) y que cuando emiten otro programa ( dedicado al mundo del tunning) su tiempo de emisión se reduce.
¿ Por qué narices cambiaron su horario de emision?? :confundio Antes creo que lo echaban al mediodia...... los domingos?? ya no me acuerdo bien, pero en vez de tanto programa de marujeos podían volver a ponerlo en un horario más " normal ".
Si no recuerdo mal... creo que algun dia han echado un reportaje sobre los frenos de los monoplazas de F1 y que en uno de los previos de un GP, tv5 emitió.

Bueno, buscando información para empezar a pensar mi TR (aquí en CAtaluña, trabajo que se tiene que hacer en Batx) y he encontrado esto, que creo que nos puede ser útil :quesi
En la F1 nada es lo que parece: Los frenos

Aunque todos nos llevaríamos un buen susto si nos fallaran los frenos del coche, pocos somos conscientes de la tremenda importancia que una buena frenada tiene para poder ir deprisa.

Incluso en el mundillo de las carreras, muchas veces se presta más atención a sacar unos caballos más al motor, lo que resulta carísimo, en lugar de asegurar una frenada limpia y estable en todas las condiciones posibles.

Los frenos suelen ser siempre los grandes olvidados en competición. Todos hablamos de la potencia de los motores, del peso... pero solemos olvidar lo importante que para poder ir deprisa son los frenos.

De apariencia casi insignificante, su importancia es enorme y el trabajo que realizan increible, pues tienen que parar un peso de 600 kilos lanzado a más de 300 por hora hasta 60 o a veces menos en poco más de 50 metros.

En Fórmula 1 se utiliza la fibra de carbono, tanto para los discos, como para las pastillas. Se fabrican a partir de fibra de carbono molida y luego se moldean. Por simple que parezca, el tiempo de fabricación de cada pastilla es de unos 3 meses. La mayor parte del tiempo se la llevan los procesos de consolidación de las fibras.

Estas se meten en un anillo, y se comprimen y preparan. De cada anillo se obtienen 4 pastillas mediante corte. Este proceso dura varias semanas en un horno, en el que se realiza un proceso de depósito de vapores de carbono. Los gases pasan a través de las fibras y después las pastillas se cortan y moldean a la forma deseada.

La forma curva se diseña para ajustarse exactamente a la forma exterior de los discos y tiene dos acabados uno exterior, que se trata con un antioxidante para evitar que la humedad entre en el interior de la pastilla y la cara en contacto con el disco que se trata mecánicamente para obtener la maxima fricción.

Los frenos de carbono, empezaron a usarse en la F1 a finales de los 70 y pasaron a ser un estandar en los 80, tras el inevitable proceso de desarrollo. Las ventajas eran obvias desde el principio, mucha mas consistencia en la frenada a lo largo de una carrera y mayor resistencia al calentamiento que los discos de acero y pastillas de amianto que se usaban entonces.

Pero la mayor ventaja de los frenos de carbono es el peso. Representan un ahorro de entre 6 y 8 kilos. Y este ahorro es de masa no suspendida con lo que la ganancia es mayor aún.

Otra ventaja es que necesitan muy poca preparación tras el montaje (no necesitan ser rodadas o muy poco), ya que las 3 partes (2 pastillas y un disco por rueda) son del mismo material por lo que no necesitan trabajo de acoplamiento. Solo hay que preocuparse del desgaste.

Otra ventaja es que el rango de temperatura de trabajo es mucho mayor, pudiendo llegar a los 900 ó 1000 grados centígrados en momentos de máxima exigencia. Es entonces cuando brillan al ponerse al rojo.

Esta temperatura se alcanza en frenadas puntuales y varía dependiendo del circuito. La temperatura media mas alta se alcanza en el circuito de Montreal donde la temperatura se mantiene en torno a los 600 grados. En Silverstone o Suzuka, la temperatura media ronda los 400 grados. Para bajar la temperatura, los mecánicos ponen ventiladores electricos en los conductos de aireación y aún así llevan guantes antitérmicos para trabajar en los coches.

Por supuesto, como todo en F1, su duración es mucho menor que la de unas pastillas de calle. Se utiliza un juego por carrera, que luego se utiliza en una o dos sesiones de test, en total no superan los 800 km, cuando unas pastillas de calle vienen a durar unos 20.000 kms.

Sin embargo su capacidad para frenar es increible. Pueden ofrecer una deceleración en torno a los 4G al aplicar los frenos a alta velocidad, antes de que el piloto tenga que suavizar la presión en el freno, pues en caso contrario al bajar la velocidad y con ella disminuir la carga aerodinámica, se bloquearían las ruedas.

También es impresionante el precio, pero este es un tema de menor importancia en la F1.
Especificaciones Técnicas:

Peso: 290g
Dimensiones: Largo 165mm; grueso 25mm; ancho 45mm.
Material: Fibra de Carbono.
Número por temporada: Ocho van siempre en el coche (2 por rueda) y se usan unas 600 a lo largo del año.

En la F1 nada es lo que parece: Los Frenos II

En lo referente a la frenada, los F1 montan sistemas sorprendentemente parecidos a los de los coches de calle. Esto es debido a que el principio de la frenada es sencillo: reducir la velocidad de un objeto a base de quitarle energía cinética.

Los F1 llevan discos de freno, como la mayoría de los coches de calle, que al frenar son atenazados por las pastillas debido a la acción de las pinzas de freno. Incluso los coches de calle montan soluciones tecnológicas avanzadas, ABS, que en F1 no están permitidas.

Las diferencias comienzan con el trabajo que son capaces de hacer unos y otros.

Los frenos de un F1 son capaces de desarrollar una increible cantidad de trabajo, como veremos más adelante, pero esa tremenda capacidad no solo es debida a los materiales, como comenté en el capítulo I de este tema, sino también al tremendo agarre que ofrecen los neumáticos, ya que lo mismo que un exceso de potencia aplicada a la rueda puede hacer que la goma pierda agarre y patine, un exceso de freno hará que la rueda se bloquee al superar los límites de agarre. Al estar prohibidos los sistemas antobloqueo, la frenada se mantiene como una de las características diferenciadoras entre los pilotos de F1.

La reglamentación obliga a que cada coche lleve doble circuito hidraulico con depósito separado para el tren delantero y el trasero, de forma que siempre haya un tren que mantenga la frenada en caso de fallo o rotura. Se permite montar repartidores de frenada, controlados desde el puesto de pilotaje, de forma que el piloto pueda estabilizar la frenada según se reduce la cantidad de combustible. Hasta esta temporada se montaban discos de diferente tamaño para la calificación y la carrera, lo que actualmente no es posible.

La frenada de un F1 es tremendamente efectiva, debido a la combinación de su sistemas de frenos y el agarre que ofrecen los compuestos de goma modernos, pero , ¿comprendemos en toda su extensión el trabajo de los frenos de un F1?

El trabajo de los frenos

Para que un coche, de carreras o de calle, pueda recorrer una parte de un circuito o una carretera lo más rápidamente posible, debe poder hacerlo en el menor tiempo posible y aunque esta afirmación parezca una perogrullada, no lo es, ya que si en esa sección hay frenadas importantes, el tiempo de frenado cobra importancia. Pero vayamos por partes. Indudablemente un coche para ir rápido debe tener una velocidad punta alta:

v=s/t

donde,
v = velocidad en una dirección determinada,
s = distancia o espacio,
t = tiempo.

Esta es la ecuación más simple del movimiento y seguro que todos la conocéis. Habitualmente la usamos con las unidades en km/h, pero en dinámica debemos pasarlo a m/s.

Pero, la ecuación anterior, mide velocidad, ya sea constante o media a lo largo de un recorrido. Si por las características del circuito o carretera, nos vemos obligados a aumentar o disminuir la velocidad a lo largo del recorrido, que es la situación más normal, entonces, para que esta velocidad media sea lo más alta posible, y por tanto el tiempo en recorrer el espacio el menor posible, hay algunas cosas que nuestro coche debe ser capaz de hacer:

1.- Debe tener una buena velocidad punta.
2.- Debe tener buena capacidad de aceleración lineal.
3.- Debe tener buena capacidad de aceleración lateral (en curva), y
4.- Debe tener buena capacidad de frenado (deceleración lineal).

Este último aspecto, es a menudo infravalorado por los especialistas de puesta a punto y es un gran error. ¿Qué objeto tiene tener un coche excelente en todos los aspectos menos en los frenos? Lo único seguro en este caso, es que al llegar al final de una recta, vamos a tener momentos de gran excitación si los frenos no paran el coche adecuadamente.

Aparte de esto, unos buenos frenos dan confianza al piloto, lo que redunda en mejores tiempos por vuelta. Deceleración de un coche Aunque parezca obvio, hay algunos aspectos del frenado que hay que conocer y nada mejor que una explicación para aclarar y fijar conceptos. Primero, necesitamos saber qué es exactamente lo que causa la deceleración de nuestro coche, ya sea al aproximarnos a una curva, un muro o lo que sea. Bueno, es una combinación con diferentes grados de influencia:

a.- Resistencia aerodinámica.
b.- Freno motor.
c.- Resistencia a la rodadura de los neumáticos.
d.- Fricciones internas entre piezas.
c.- Fricción del sistema de frenos.

De toda la lista, durante la conducción solo tenemos control sobre el freno motor, mediante el cambio y la fricción de los frenos. Pero en los coches de carreras el freno motor no es algo que se utilice intencionadamente muy a menudo ya que sobrecarga los motores y aumenta el riesgo de rotura y también debido a la potencia y fiabilidad de los sistemas de frenado actuales. Lo que nos devuelve al tema central.

Entrando en materia, para que un objeto cualquiera, disminuya su velocidad, decelere, y debido al principio de conservación de la energía, debe perder energía. Esta energía proviene del combustible quemado en el motor y almacenada en forma de velocidad. La cantidad de energía que debe disiparse para decelerar de una velocidad a otra inferior, viene determinada por la diferencia de energías cinéticas (debidas al movimiento).

Como sabéis, el principio de conservación de la energía dice que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Lo que expresamos matemáticamente de la siguiente forma:

E = 1/2 mv^2 - 1/2 mu^2

Donde,
E = energía disipada en los frenos expresada en julios (J) m = masa del coche en kilos (kg)
v = velocidad inicial en m/s
u = velocidad final en m/s

Simplificando,

E = 1/2 m(v^2 - u^2)

Nuestro sistema de frenado, utiliza la fricción para convertir la energía cinética del coche a calor y una cantidad casi despreciable de energía sonora, ruido. La energía calorífica se disipa al entorno siguiendo la 2ª ley de la termodinámica, mediante el flujo de aire que al atravesar los frenos y encontrarse a menor temperatura, intercambia calor y se lleva la energía.

Volviendo a las matemáticas y poniendo unos números como ejemplo, se comprende mejor.

Bien, situémonos en Monza con nuestro F1, tras trazar la Curva Grande y acelerando a fondo hacia la variante de la Roggia. Bien, al final de la recta nos aproximamos a la curva a unos 330 km/h y nos damos cuenta de que para entrar en la curva debemos bajar la velocidad. Nos colocamos en el lado derecho de la pista e iniciamos la frenada reduciendo la velocidad a unos 110 km/h.

Veamos el trabajo que han hecho nuestros frenos. Dada la complejidad de los cálculos necesarios para hacerlo, consideremos despreciable la resistencia aerodinámica, que también disipa energía cinética debido al rozamiento con el aire, y las fricciones entre piezas. Con esta aproximación los cálculos son mucho más sencillos y el error cometido despreciable a los efectos de este artículo.

Lo primero, pasamos las velocidades a m/s, para ello multiplicamos por mil y dividimos por 3.600:

330 km/h = 330 x 1000 / 3.600 = 91,66 m/s
110 km/h = 110 x 1000 / 3.600 = 30,55 m/s

Según la reglamentación actual, un F1 debe pesar, como mínimo, 600 kg en la pista. Esto es con piloto y casco, combustible, liquidos… asumamos que el equipo ha calculado el peso correctamente y que estamos al límite del peso. Ya tenemos todos los datos necesarios para calcular la energía disipada al frenar para tomar la Variante de la Roggia.

E = 1/2 m(v^2 - u^2)
E = ½ x 600 x (91.66^2 - 30.55^2)
E = 2.225.771,032 J

Pero como los julios no son una unidad que sea fácil de imaginar, habrá que dar algún ejemplo de lo que se puede hacer con estar tremenda cantidad de energía. Con esa energía se puede mantener encendida una bombilla de 100W durante unas 6 horas. Y sin olvidar, que es una sola frenada y que se desarrolla durante 3-4 segundos, lo que da una idea del tremendo trabajo que se encarga a los frenos de carbono de un F1 actual. O expresado de otra forma y teniendo en cuenta que la potencia es igual al trabajo (energía desarrollada) dividido por el tiempo, tendremos que los frenos están desarrollando una potencia superior a los 700 CV.
Sacado de www.safety-car.net :quesi