Cada coche de Fórmula 1 es el resultado de miles de horas de estudio, innumerables cálculos por ordenador, simulaciones y pruebas, así como varias sesiones en el túnel de viento necesarias para optimizar hasta el más mínimo componente, a pesar de que el reglamento establece límites de uso: un máximo de 1.200 ocupaciones del túnel de viento, con 960 pruebas y 240 horas de simulación de viento.
Los sistemas de frenos no son una excepción, y Brembo somete todos los componentes suministrados a los equipos de Fórmula 1 a rigurosas y sofisticadas pruebas y simulaciones. Existen pruebas para medir la presión de la pinza, otras en las que se evalúa junto con el par: estas pruebas se realizan aplicando un 50 por ciento más de fuerza que el valor máximo previsto en el diseño. En el banco dinámico diseñado por Brembo, se prueba todo el sistema de frenos, incluida la caja de pedales y las suspensiones, simulando una carrera. Si los sensores dan un resultado positivo, el freno queda homologado y puede fabricarse en serie y entregarse a los equipos para todo el campeonato. A pesar de todos los cálculos y pruebas estáticas y dinámicas, la historia de las carreras es rica en imprevistos que han causado problemas no contemplados, que perjudican el éxito de un Gran Premio.
En la mayoría de los casos, la causa desencadenante era externa e independiente de las acciones del equipo, como el desprendimiento de un componente de otro coche: famosa es la cámara que se desprendió del Ferrari de Jean Alesi en el GP de Italia de 1995 y golpeó el brazo de suspensión del coche gemelo, obligando a Gerhard Berger a retirarse.
A veces, sin embargo, los fallos se debían a factores ajenos a otros coches en la pista: como la invasión de un animal o un objeto procedente de las gradas. El Alpine Renault sabe algo de esto, ya que en 2021, en el GP de Baréin, detuvo a Fernando Alonso tras solo 33 vueltas para evitar males mayores a su A521.
Todo por culpa de un envoltorio de bocadillo que se atascó en las tomas de aire de los frenos traseros del coche francés, provocando un sobrecalentamiento que acabó minando el funcionamiento del sistema de frenos.
Los ingenieros en boxes se dieron cuenta de que algo iba mal a través de la telemetría y optaron por la retirada, ya que continuar habría sido jugarse la seguridad del piloto y de sus compañeros.
La historia de la Fórmula 1 y del propio Alonso no son nuevos en este tipo de episodios: en 2015, durante el GP de España con McLaren, Alonso se vio obligado a abandonar la carrera en la vuelta 25 tras unos momentos de susto - "los frenos traseros parecían no funcionar más", había comunicado el piloto a boxes.
La avería fue causada por un visor rompible, que se había introducido en la toma de aire: el pequeño trozo de plástico transparente fue encontrado en la parte inferior del coche. Lo mismo ocurrió en el GP de Bélgica 2022, con Charles Leclerc como víctima: el visor penetró en la toma de aire del freno delantero derecho en la primera vuelta, produciendo humo, pero, afortunadamente, la parada posterior en boxes permitió retirarlo.
Gracias a los múltiples sensores colocados en varios puntos del coche, los equipos conocen en todo momento la temperatura de los discos y las pinzas. A partir de estos datos, se envían alertas al conductor para que modifique el equilibrio de frenado del coche o gestione el sistema: esta comunicación se produce cuando se registran anomalías en comparación con las predicciones.
La importancia de las tomas de aire del freno
Pero, ¿cómo funcionan las tomas de aire de los frenos y qué ocurre en caso de obstrucción accidental? En las esquinas de las ruedas de los monoplazas de Fórmula 1, hemos visto desarrollarse con el tiempo conductos de freno de carbono cada vez más sofisticados, con tomas de aire, aletas y deflectores de flujo diseñados ad hoc, que no sólo refrigeran el sistema de frenos, sino que, también, desempeñan funciones aerodinámicas.
Esto se debe a que, al limpiar el aire de las turbulencias generadas por el movimiento giratorio del neumático, es posible reducir la resistencia aerodinámica del coche o aumentar su carga aerodinámica. En presencia de una obstrucción, aunque solo sea de una de las entradas de aire, el disco y las pastillas se ven obligados a funcionar constantemente a temperaturas superiores a las óptimas de funcionamiento.
Esto provoca su oxidación y, en unos cuantos frenados intensos, la temperatura del material de fricción corre el riesgo de dispararse. Por tanto, la falta accidental de ventilación puede comprometer primero el líquido de frenos y después el material de fricción.
Además de desgastarse muy rápidamente, el material de fricción empieza a quemarse, con lo que parte del disco se erosiona, mientras que el líquido de frenos hierve, generando el fenómeno de bloqueo por vapor. Si el coche sigue circulando en esas condiciones y el piloto pisa con más fuerza el pedal de freno, el desgaste llega a los orificios de ventilación, con el consiguiente riesgo de explosión del disco.
El aluminio utilizado para fabricar las pinzas de freno se funde a 700°C. Sin embargo, las pinzas de seis pistones de Fórmula 1 de Brembo presentan un umbral de garantía de 210°C, que es significativo, pero inferior a la temperatura mínima de funcionamiento de los discos, cuyo rango de uso oscila entre 350°C y 1000°C.
A diferencia de los discos y las pastillas, que alcanzan temperaturas muy elevadas en las condiciones más extremas como en el GP de Canadá, cuyo trazado implica muchos puntos de frenado bruscos y cercanos, las pinzas de Brembo nunca superan los 200°C.
El rompecabezas de la temperatura óptima
En el circuito Gilles-Villeneuve, así como en las pistas de Abu Dhabi, Ciudad de México y Singapur, el papel de las tomas de aire de los frenos se convierte en algo fundamental, ya que la secuencia de frenados violentas sin largas rectas para permitir que los sistemas de frenos se enfríen requiere dirigir grandes cantidades de aire en su interior.
Por el contrario, en circuitos como Silverstone, Suzuka o Interlagos, existe el riesgo contrario, es decir, que no se alcance la temperatura ideal de funcionamiento de los frenos, con el consiguiente riesgo de que se produzca el fenómeno de acristalamiento del material de fricción.
En tales condiciones, los frenos necesitan menos aire, y las tomas de aire están "parcialmente cerradas", reduciendo efectivamente el flujo de aire dirigido a los frenos. Sobre el papel, estas opciones parecen lógicas, pero la esquina de la rueda de un coche de Fórmula 1 incluye muchos elementos, cada uno con necesidades diferentes.
Además, se ha de tener en cuenta el impacto en el rendimiento de los neumáticos, la temperatura de funcionamiento de la unidad de potencia y la resistencia en las rectas.
En resumen, un auténtico ejercicio de equilibrismo, al que se añade una variable adicional: el número de orificios de ventilación de los discos de freno. Diseñados mediante cálculos CFD (dinámica de fluidos computacional), son el resultado de un estudio sinérgico entre el fabricante de discos y los constructores de automóviles.
Dependiendo de las tomas de aire utilizadas en una temporada o modificadas para un GP específico, los equipos eligen la versión de disco que consideran mejor. Para la parte delantera, Brembo había fabricado discos con hasta 1480 orificios, pero desde 2022 se ha establecido un diámetro mínimo de 3 mm, lo que ha reducido el número de orificios de los discos delanteros entre 1000 y 1100.
Los equipos suministrados por Brembo utilizan dos tipos diferentes de discos de carbono: "estría ancha" y "estriado lateral sencillo". En la especificación "estría ancha", el espesor del accionamiento -la parte en contacto con la campana- es igual al espesor del disco, mientras que en la especificación "estriado lateral sencillo", el espesor del accionamiento es inferior al espesor del disco.
Esta segunda solución puede favorecer una estrategia de ventilación diferente para el disco y un mejor empaquetado de la esquina de la rueda, pero a expensas de un esfuerzo mecánico óptimo sobre el carbono, lo que limita las perforaciones posibles para la ventilación. La elección de una solución u otra depende de las necesidades de cada equipo en función del diseño de cada coche.