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INTRODUÇÃO TECNICA

 

 

 

SISTEMA DE FREIOS- INTRODUÇÃO

 

 

Vamos entender primeiramente o que o sistema de freios de um veículo faz.

 

Basicamente ele transforma a energia cinética do veículo em calor (a energia não se perde, ela se transforma):

 

EC = M * V² / 2

 

M = massa do veículo

 

V = velocidade do veículo

 

O atrito entre as pastilhas e discos tem uma curva em função da temperatura assim (varia conforme o composto):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pode-se verificar que cada composto tem uma temperatura ideal de trabalho e uma temperatura limite a partir da qual o atrito vai cair muito (deixa a sensação de pedal duro e seria esse o fading pelas pastilhas).

 

O sistema deve ser capaz de dissipar o calor gerado sem deixar atingir essa temperatura de fading, e idealmente deixar na platô do gráfico onde a pastilha apresenta o maior atrito.

 

DISSIPAÇÃO DE ENERGIA

 

As 2 principais formas de dissipação de energia do sistema de freios são por convecção (disco/ar) e por radiação (disco/ambiente sem depender do ar), e as fórmulas são as seguintes:

 

Qconv = Kconv * Adisco * (Tdisco – Tar)

 

Kconv = constante de dissipação por convecção

 

A = área do disco de freio

 

T = temperaura em º celsius

 

 

 

Qrad = Krad * Adisco * T * T * T * T (a temperatura é elevada a quarta potência)

 

Krad = constante de dissipação por rediação

 

A = área do disco de freio

 

T = temperatura do disco em º kelvin

 

Em temperaturas mais baixas a maior parte da dissipação de calor é feita por convecção, e nas temperaturas mais altas a radiação é responsável por até 80% da dissipação.

A quantidade de calor dissipado por radiação é bem maior que por convecção, e é por esse motivo que a temperatura final dos discos de freio é menor quando se freia com mais força, pois freando dessa forma a dissipação passa logo para a fase em que a radiação predomina, e o total do calor é dissipado mais rapidamente.

 

Nos carros modernos que possuem controle de estabilidade normalmente o controle de tração usa primeiramente (antes de cortar o motor) os freios para segurar as rodas para que não destracionem, o que faz com que os discos aqueçam ainda mais, e quando se aciona os freios para frear mesmo o carro eles já estão em temperaturas bem altas, necessitando ainda mais de uma maior dissipação.

 

O aumento da dissipação pode ser feito através do uso de pastilhas que trabalhem em temperaturas maiores ou através do aumento do diâmetro dos discos (e consequentemente da área de dissipação).

 

A escolha do modelo das pastilhas e sua curva de atrito e o diâmetro dos discos utilizados é uma equação a ser resolvida pelo preparador, e pode ter várias opções para o mesmo resultado.

 

Se for utilizar pastilhas que suportem temperaturas muito altas, além do menor atrito e maior desgaste dos discos em temperaturas mais baixas, causa um esforço muito maior nos discos devido a maior temperatura de trabalho, o que pode ocasionar mais facilmente trincas ou quebras.

Dependendo das temperaturas alcançadas, os discos precisam ser flutuantes (não são os de 2 peças fixos, mas flutuantes de verdade, em que a parte externa deslize sobre o centro de aluminio livremente conforma a dilação do material) para que não apresentem trincas no funcionamento.

 

Por outro lado, discos maiores são mais pesados (usando o mesmo material), e muitas vezes tem a limitação do diâmetro das rodas, e o preparador deve escolher o menor diâmetro que seja suficiente para sua necessidade (a dissipação suficiente para manter a temperatura desejada) para ter o melhor desempenho.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EXEMPLO:

 

UM CARRO TEM DISCOS ORIGINAIS DE 239MM E O LIMITE DE FADING DAS PASTILHAS ORIGINAIS É DE 400ºC, E A VELOCIDADE MÁXIMA NO FINAL DA RETA DE INTERLAGOS É DE 160 KM/H (DADOS COMUNUS A MAIORIA DOS CARROS PEQUENOS COM MOTOR 1.6 DO MERCADO).

FORAM FEITAS MODIFICAÇÕES NO MOTOR E A VELOCIDADE NO FINAL DA RETA FOI PARA 190 KM/H.

QUAIS AS POSSÍVEIS SOLUÇÕES PARA QUE O VEÍCULO TENHA UM FREIO CONFIÁVEL?

Obs.: esse é um cálculo simplificado só para se chegar a uma solução aproximada, mas com uma razoável precisão. Note que em carros como esses (sem pretenção esportiva e motores pouco potentes) nem sempre os freios originais são suficientes para se andar em um autódromo mesmo com a potência original, ao contrário de carros mais esportivos originalmente, onde os freios já são melhor dimensionados de fábrica.

 

Primeiro vamos calcular o aumento na energia cinética do veículo, mentendo o mesmo peso original:

 

Ecprep/Ecorig = 190 * 190 / 160 * 160 = 1,41

 

Portanto a energia cinética vai ter um aumento de 41% com essa alteração de velocidade.

 

A quantidade de calor dissipado terá que ser aumentada em pelo menos 50/60%, para se incrementar a deficiência original mais o aumento da velocidade.

Para tanto podemos usar pastilhas com limite de fading a 450ºC, o que vai gerar o seguinte aumento na dissipação de calor:

 

- primeiro vamos calcular o aumento da dissipação por convecção (vamos admitir uma temperatura ambiente de 30ºC):

 

Qpast.esp / Qpast.orig = (450 – 30) / (400 – 30) = 1,13 ou 13% de aumento

 

- agora vamos ver o aumento de dissipação por radiação (a temperatura em º kelvin é o valor em º C + 273) :

 

Qpast.esp / Qpast.orig = 723 * 723 *723 * 723 / 673 * 673 * 673 * 673 = 1,33 ou 33% de aumento

 

- como nessas temperaturas a proporção de dissipação é de cerca de 30% por convecção e 70% por radiação, então o aumento da dissipação de calor será:

 

Qtotalpast. Esp = 0,3 * 13 + 0,7 * 33 = 27 % de aumento de dissipação

 

Poderia se usar uma pastilha que tivesse um limite maior ainda para chegar nos 50% de aumento, mas é bem provável que seria muito dura para um uso misto e os discos originais de ferro fundido não flutuantes ficariam muito sujeitos a empenamento/trincas/quebras. Então uma solução seria aumentar a área de dissipação com a adoção de discos maiores:

 

- usando-se discos com 280mm de diâmetro o aumento de dissipação seria:

 

Q280 / Q239 = 280 * 280 / 239 * 239 = 1,37 ou 37% de aumento de dissipação

 

Portanto usando-se pastilhas com composto mais resistente em connunto com os discos maiores o aumento de dissipação seria de 64%, o que deve ser mais que suficiente para um bom desempenho dos freios nessa situação.

 


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