Cómo el papel de un bocadillo puede dejar “fuera de servicio” los frenos de F1

19/04/2021

Y es que la ventilación de los frenos de los coches de Fórmula 1 es un asunto muy delicado.

Cada monoplaza de Fórmula 1 es el resultado de miles de horas de estudio, innumerables cálculos de ordenador, simulaciones y pruebas, así como de varias sesiones en el túnel del viento, que sirven para optimizar hasta el más mínimo componente. Los sistemas de frenos no son una excepción. Y Brembo somete todos los componentes de los sistemas de frenos que suministra a los equipos de Fórmula 1 a pruebas y simulaciones muy rigurosas y sofisticadas.

A pesar de todos los cálculos y pruebas estáticas y dinámicas que se realizan, la historia de las carreras está repleta de acontecimientos inesperados que han causado problemas imprevistos e impedido ganar un Gran Premio.

En la mayoría de los casos, la causa era externa y ajena al equipo, como, por ejemplo, una pieza que salió despedida de otro coche. En cambio, hay otras ocasiones, en las que las averías se deben a factores completamente ajenos a los demás coches del circuito. Como la entrada de algún animal o incluso un objeto procedente de las gradas. De eso sabe bastante Alpine Renault, que se vio obligado a retirar a Fernando Alonso en la vuelta nº 33 del GP de Bahrein, para no agravar aún más la situación de su A521.

La culpa fue del papel de un bocadillo que se atascó en las tomas de aire de los frenos traseros del coche, generando un sobrecalentamiento que acabó minando el funcionamiento del sistema de frenos. A través de la telemetría, los ingenieros en boxes se dieron cuenta de que algo no iba bien y optaron por retirarse, ya que continuar habría supuesto un riesgo para la seguridad del piloto y de sus compañeros.

No es la primera vez que ocurre algo así en la historia de la F1 ni tampoco al propio Alonso. En 2015, durante el GP de España, disputado con McLaren, ya se vio obligado a abandonar la carrera en la vuelta número 25. Tras unos momentos de pánico, el piloto comunicó a boxes: «era como si los frenos traseros hubieran dejado de funcionar». Esta vez, la avería fue causada por la tira de la visera que se atascó en el conducto de freno: la pequeña pieza de plástico transparente la encontraron en los bajos del coche. Y hace dos años, Carlos Sainz tuvo que hacer una parada extra durante el GP de Canadá por la misma razón: una tira de la visera acabó en el conducto de freno, provocando un peligroso aumento de la temperatura.

Gracias a los múltiples sensores situados en varios puntos del monoplaza, se detectan cientos de parámetros físicos y sus valores se transmiten a boxes en tiempo real. Obviamente, todos los datos están encriptados para que cada equipo pueda acceder solo y exclusivamente a sus datos y no a los de la competencia.

Gracias a los sensores, los equipos pueden saber en todo momento la temperatura de los discos y las pinzas. Sobre la base de estos datos, el piloto recibe instrucciones para que modifique el equilibrio de los frenos del coche o la gestión del sistema. Y esta comunicación se realiza cuando se presentan anomalías imprevistas.

La importancia de las tomas de aire de los frenos

Pero, ¿cómo funcionan las tomas de aire de los frenos y qué ocurre si se obstruyen accidentalmente?

En torno a las ruedas de la Fórmula 1 se han ido desarrollando conductos de freno de carbono cada vez más sofisticados, con tomas de aire, flaps y desviadores de flujo diseñados ad hoc, que, además refrigerar el sistema de frenos, también desempeñan funciones aerodinámicas. Esto se debe a que, al despejar el aire de las turbulencias generadas por el movimiento de rotación del neumático, se puede reducir la resistencia al avance del coche y aumentar su carga aerodinámica.

Si se obstruye, aunque solo sea una de las tomas de aire, el disco y las pastillas trabajan constantemente a temperaturas superiores a la temperatura óptima de funcionamiento, lo que provoca su oxidación y hace que, en tan solo unas cuantas frenadas intensas, la temperatura del material de fricción se disparare.

Por lo tanto, por algún imprevisto, si falla la ventilación, el líquido de frenos puede verse afectado en primer lugar y, a continuación, el material de fricción.

Además de consumirse muy rápidamente, el material de fricción empezaría a quemarse, erosionando parte del disco, y el líquido de frenos entraría en ebullición, generando el fenómeno conocido como vapour lock. Si el coche siguiera rodando y el piloto siguiera pisando a fondo el freno, el desgaste llegaría a los orificios de ventilación, con el riesgo de explosión del disco.

Las pinzas de freno son más estables porque el aluminio con el que están fabricadas se funde a 700°C. Las pinzas Brembo de 6 pistones tienen un umbral de garantía de 210°C, que es inferior a la temperatura mínima de funcionamiento de los discos, cuyo rango de uso está comprendido entre 350°C y 1.000°C.

A diferencia de los discos y las pastillas, que alcanzan temperaturas extremadamente altas incluso en las condiciones más extremas, como el GP de Canadá, donde el trazado requiere muchas apuradas de frenada, todas muy bruscas y muy seguidas, las pinzas Brembo nunca superan los 200°C .

El enigma de la temperatura óptima 

En el Circuito Gilles-Villeneuve, así como en las pistas de Abu Dhabi, Ciudad de México y Singapur, las tomas de aire de los frenos revisten una importancia fundamental, ya que las apuradas de frenadas son muy seguidas y no hay suficiente distancia (es decir, rectas largas) entre una y otra para que los sistemas de frenos puedan recuperarse, por lo que es necesario dirigir una gran flujo de aire hacia el interior de los mismos.

En cambio, en circuitos como Silverstone, Suzuka o Interlagos existe el problema contrario, es decir, los frenos no alcanzan la temperatura ideal de funcionamiento, con el consiguiente riesgo de cristalización (glazing) del material de fricción. En estas condiciones, los frenos necesitan menos aire y las tomas de aire se "parcializan", reduciendo el flujo de aire que se dirige a los frenos.

Sobre el papel, estas opciones parecen lógicas, pero el lado rueda de un coche de Fórmula 1 incluye muchos elementos, cada uno de ellos con diferentes necesidades. Además, hay que tener en cuenta el impacto en el funcionamiento de los neumáticos, así como la temperatura de funcionamiento de la unidad de potencia y la resistencia al avance en las rectas.

En definitiva, un auténtico ejercicio de malabarismo, al que se añade una variable más, el número de orificios de ventilación de los discos de freno. Los orificios se proyectan mediante cálculos CFD (Computational Fluid Dynamics) y son el resultado de un estudio sinérgico entre el fabricante de discos y los constructores de los monoplazas.

Dependiendo de las tomas de aire que se utilicen durante la temporada o que se modifiquen para un determinado GP, los equipos eligen la versión de disco que consideran más adecuada. Para el delantero, Brembo ofrece las alternativas Very High Cooling con 1480 orificios, High Cooling de 1250 orificios y Medium Cooling de 800 orificios.

Para cada una de estas opciones, los equipos también pueden optar por la versión con mecanizado en el diámetro exterior del disco, el llamado groove, que crea una sección divergente al aire. Gracias a ella, aumenta la eficacia de refrigeración del material. Para el trasero, en cambio, Brembo ofrece dos opciones de discos: High Cooling con 1.250 orificios y Medium Cooling con 800 orificios.