As maiores tendências do ano no Fórmula: Tecnologia do sistema de freios
O freio é a área da dinâmica responsável por projetar um sistema de frenagem seguro, estável e que resista às temperaturas e forças a que é submetido. Em veículos urbanos os discos são fabricados com ferro fundido, enquanto as equipes de Fórmula geralmente utilizam diferentes tipos de aço.
A escolha do aço favorece discos de freio com menores espessuras, as quais na Fórmula SAE variam de 3 a 5 milímetros. As propriedades mecânicas são suficientes para resistir às forças aplicadas e à fadiga. Já nas propriedades térmicas, a característica mais importante é a resistência a trincas que ocorrem pelas variações de temperaturas as quais o disco é submetido.
Outro fator importante é a diferença de peso: um veículo de Formula SAE pesa, em média, 300 Kg, enquanto um veículo popular pesa 1.000 Kg aproximadamente. Isso gera menos energia cinética a ser dissipada no carro Fórmula, submetendo o sistema a um menor stress. A vida útil também é diferente: os discos de ferro fundido são projetados para durar mais de 50.000 Km em veículos comerciais, enquanto em veículos de Fórmula SAE a vida média não chega a 500 Km. Assim os discos podem ser otimizados de forma a aliviar o peso, já que não necessitam de tamanha robustez.
Na Fórmula 1 os discos são feitos de carbono, mas devem ser utilizados a uma temperatura adequada, cerca de 650°C, caso esta não seja alcançada, a eficiência reduz drasticamente. Porém essa temperatura é facilmente atingida, podendo chegar à incandescência aos 1000 °C, devido à alta velocidade alcançada, que gera muita energia. Um veículo de Fórmula SAE atinge velocidades menores, média de 70 Km/h, o que não seria o suficiente para a aplicação dos discos de carbono.
Disco de freio de Fórmula 1
Quanto à fabricação, o ferro fundido é fornecido em tarugos com espessuras definidas, e os processos de fabricação são limitados por ser um material frágil. Já o aço 1045, utilizado pela equipe, é fornecido em varias espessuras, eliminando a necessidade de usinagem para se conseguir a dimensão desejada. Com isso, o desenho final pode ser obtido através de corte a laser ou corte a água. A equipe Fórmula UFMG conta com os patrocínios da RDMEC, para corte a laser, e da JotaLux, para o corte a água. O corte a laser utiliza uma alta temperatura, o que pode introduzir pontos de têmpera, indesejáveis em discos de freio por causa da fragilidade pontual. Assim, nossos discos são cortados a água, uma vez que esse processo tem ótima precisão e não necessita de temperaturas altas, o que garante, então, a eficiência do nosso sistema de frenagem.
Observe nos vídeos abaixo o processo do corte à água pela JotaLux, peças de sistema do freio estão sendo cortadas para o TR-05:
O subgrupo do freio também é responsável pelo projeto do pedal de acelerador e de freio, o acionamento da embreagem é feito com a mão por uma alavanca lateral. Os pedais são fabricados em chapas uma vez que o custo é menor em relação aos tarugos e por poderem ser cortadas na água, um processo mais rápido e barato que a usinagem.
Desenho dos Pedais no SolidWorks
Para garantir a segurança do projeto, as peças são submetidas à análises computacionais. Nos discos são feitas análises de temperatura e de forças, enquanto nos pedais somente a de força, uma vez que devem resistir a uma força crítica preestabelecida.
O pedal de freio deve resistir a uma força de até 200 Kg quando acionado. Isso impacta diretamente na forma com que os alívios são projetados, pois é necessário um projeto robusto e leve. Durante a inspeção técnica na competição, os juízes testam os pedais aplicando a maior carga possível, verificando a segurança do sistema.
Além da regra de carregamento no pedal, tem-se ainda uma prova de avaliação própria do sistema de freio, onde o veículo deve ser capaz de travar as quatro rodas simultaneamente, caso contrário o veículo fica impedido temporariamente de correr. Os veículos podem tentar mais de uma vez o teste de frenagem, podendo fazer ajustes no sistema e retornando para outra tentativa.
Trabalhar no subgrupo do freio é algo desafiador, pois a principal dificuldade é criar um sistema leve, eficiente e altamente seguro, por envolver diretamente a segurança do piloto, não havendo margem para erros.
