F1 – Freando a mais de 300 km/h

Equipe Renault

O primeiro grande desejo de um piloto de Fórmula 1 é que seu carro acelere rápido para atingir a maior velocidade possível. O segundo é que seja possível parar este bólido. E frear os F-1 modernos tem se provado algo extremamente difícil. Por exemplo, há um trecho no Canadá no qual, em apenas 2,5 segundos, o carro vai de 300 km/h a apenas 60 km/h. Além disso, a energia produzida pela frenagem de um carro de Fórmula 1 em uma reta de alta velocidade é suficiente para acender uma lâmpada de 100 Watts por seis horas.

Por esses motivos, são empregados materiais de alta tecnologia e muito dinheiro no desenvolvimento nos sistemas de freios. Veja mais detalhes nesta matéria assinada por Pat Symonds, diretor-executivo de engenharia da Renault.

Assim como nos aviões militares, o material dos freios dos carros de Fórmula 1 difere bastante do encontrado em carros de rua. Um veículo normal usa um disco de ferro fundido com pastilhas metálicas adicionadas de materiais de atrito (fibras sintéticas, resinas e partículas metálicas). Em um carro de F1, o mesmo material é utilizado tanto no disco quanto na pastilha. Conhecido como carbono-carbono, ele também é muito diferente dos compósitos de fibra de carbono usados no restante do F1.

O carbono-carbono é essencialmente uma forma pura de carbono e, ao mesmo tempo, extremamente leve (cerca de 50% do peso de materiais comuns). Possui também um coeficiente de atrito mais alto caso trabalhe na temperatura correta. Este coeficiente chega a 0,6, enquanto materiais usados em freios comuns atingem apenas 0,3.

Fabricar discos de carbono-carbono é um processo longo que exige centenas de horas e materiais aquecidos a temperaturas de 2.500ºC. A complexidade do processo também explica a outra grande propriedade dos discos e pastilhas de carbono-carbono: o custo elevado. Um jogo de quatro discos sai por 4.500 euros, enquanto o kit de oito pastilhas custa 2.400 euros. Uma equipe usa mais de 200 discos por ano, e o dobro desta quantidade em pastilhas.

Quando se abordam os parâmetros de frenagem, leva-se em consideração dois fatores em especial: bite (ou mordida, em português) e consistência. Bite é o atrito inicial que acontece quando o piloto começa a pressionar o pedal de freio – e os freios ainda não estão na temperatura ideal de funcionamento. Consistência é a medida de quão constante é o atrito enquanto ocorre a frenagem.

Freios de carbono-carbono possuem qualidades bem específicas. Seu desempenho é relativamente pobre quando abaixo de 400ºC, mas eles atingem máxima performance acima de 650ºC. Infelizmente, enquanto freios convencionais se desgaste por meio do mecanismo normal de qualquer sistema de fricção, um freio de carbono também sofre desgaste pelo processo chamado de oxidação.

Em termos mais simples, esta oxidação é uma espécie de queima da superfície do disco. A degeneração se acelera a temperaturas acima de 600ºC, tornando-se o principal mecanismo de desgaste. Levando em consideração que em uma frenagem as temperaturas dos discos chegam a 1.200ºC, conclui-se que a oxidação é um processo importante no desgaste dos freios de um carro de Fórmula 1.

Nas retas, os dutos de ventilação dos freios levam ar fresco para o sistema e assim a temperatura cai abaixo dos níveis de oxidação. Mas, por outro lado, com os freios estando ainda a altas temperaturas, este mesmo ar que os refrigera pode causar danos por carregar altos índices de oxigênio – principal elemento que acelera o processo de degradação.

Sistema de freios da F1

Os freios de todos os carros de corrida são refrigerados pelo ar, que é forçado através de condutores e direcionado tanto para a superfície do sistema quanto para os dutos de ventilação dos discos. A quantidade de ar é controlada usando-se condutores de diferentes tamanhos. Para pistas onde ocorrem fortes frenagens, são usados dutos maiores.

Quando é necessário trocar os dutos de maiores dimensões pelos menores, há uma perda de 1,5% de eficiência aerodinâmica do carro. Isso representa algo como reduzir em 1 km/h a velocidade do veículo. Aliás, o tamanho dos dutos não é orientado apenas por objetivos aerodinâmicos: condutores pequenos são usados em pistas que demandam frenagens mais brandas, de maneira a controlar a temperatura dos freios e alcançar o correto equilíbrio entre alto desempenho e níveis de desgaste aceitáveis.

Quando um piloto conduz pela primeira vez um carro de F1, quase sem exceção, seus primeiros comentários se referem à eficiência dos freios. Um Fórmula 1 moderno pode atingir 5,5 g (1 g equivale a uma vez à força da gravidade) nas freadas, enquanto um carro de rua de alto desempenho talvez não chegue a 1 g.

Além disso, os F1 não usam freios assistidos, de forma que o piloto deve pressionar o pedal com muita força para produzir a pressão necessária (até 100 bar). Claro, quando os freios são acionados a 330 km/h o carro conta com muita downforce (força aerodinâmica que empurra o carro contra o solo) e, conseqüentemente, não é possível travar as rodas.

Porém, à medida em que o bólido reduz a velocidade, o downforce e a aderência dos pneus também são menores – mas os freios entram em sua faixa de funcionamento ideal. Assim, a capacidade de transmitir força frenante eficientemente para o piso reduz à medida em que a capacidade de frenagem aumenta.

Caso um piloto mantivesse uma forte pressão sobre o pedal por um longo período, as rodas logo travariam. Por isso, o piloto precisa modular a pressão que aplica sobre o pedal para tentar manter as rodas na combinação ótima entre frenagem e aderência – ou seja, impedindo o travamento.

Ao contrário dos motoristas de carro de passeio, um piloto de corrida freia o mais próximo possível da curva para tentar reduzir seus tempos de volta. À medida que o carro experimenta a combinação da força frenante com a força de contorno de curva, fica fácil travar a roda dianteira do lado interno da curva. Isso faz o carro sair de frente e tender a sair do traçado ideal. Então, novamente o piloto precisa modular sua frenagem de maneira a evitar o problema.

Também é interessante notar que, enquanto o F1 produz altos níveis de downforce, ele também conta com cerca de 2,5 vezes o arrasto de um carro de rua normal na velocidade máxima. Por isso, no F1, o simples levantar do pé do acelerador – sem frear – já produz uma desaceleração de cerca de 1 g.

Alcançar isoladamente o máximo desempenho de frenagem é relativamente fácil para as equipes, assim como minimizar os danos à performance aerodinâmica. Mas o grande truque é fazer as duas coisas simultaneamente. É isso que tira o sono de alguns dos melhores engenheiros do mundo.

O mais difícil

Ferando Alonso no Canadá

O Grande Prêmio do Canadá é um dos maiores desafio para o sistema de freios dos carros de F1. As setenta voltas pelos exigentes 4.361 m do Circuito Gilles Villeneuve são compostas por retas muito velozes seguidas por chicanes e curvas fechadas.

O trecho mais severo é a chicane L’Épingle (O Grampo, em português), onde os carros chegam a 300 km/h e têm de reduzir para 60 km/h. Caso contrário, é impossível passar por esta chicane.

Freando na Chicane L’Épingle

Circuito de Montreal

1 – Piloto aciona o freio

2 – Uma forte pressão no pedal é necessária para que os discos atinjam rapidamente a temperatura ideal.

3 – A pressão exercida no pedal deve ser reduzida à medida que os níveis de downforce caem em velocidades menores