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En la F1 nada es lo que parece: Los frenos II
#1
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.

[Imagen: d02ita242.jpg]

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.

Enviado por: Chip Power a Safety-Car.Net
Allá por el 2003
#2
Grand aporte ayuda a este fan site ser aun mas grande de lo que es ahora mismo .gracias
#3
Muchas gracias Admin, interesantísimo artículo.



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