In che modo la carta di un panino può mettere “fuori-uso” i freni di una monoposto di Formula 1

19/04/2021

Brembo spiega i motivi per cui la ventilazione dei freni delle monoposto di Formula 1 è un aspetto così delicato e cruciale per i team.

Ogni monoposto di Formula 1 è il risultato di migliaia di ore di studio, di innumerevoli calcoli al computer, simulazioni e test, nonché di diverse sessioni in galleria del vento, necessarie per ottimizzare sino al più piccolo componente. In questo senso i sistemi frenanti non fanno eccezione e Brembo sottopone a durissimi e sofisticatissimi test e simulazioni tutti i componenti dei sistemi frenanti forniti alle scuderie di Formula 1.

Nonostante tutti i calcoli e i test statici e dinamici, la storia delle corse è però ricca di eventi inaspettati che hanno generato un problema non previsto, compromettendo la buona riuscita di un Gran Premio. Nella maggior parte dei casi la causa scatenante è stata di ragione esterna e indipendente dal team, come per esempio un componente che si stacca da un’altra monoposto. A volte invece i guasti sono stati generati da fattori non legati alle altre auto in pista: è il caso dell’ un’invasione di un’animale o anche di un oggetto proveniente dalle tribune. Ne sa qualcosa l’Alpine Renault che ha fermato Fernando Alonso dopo soli 33 giri del GP Bahrain 2021 per evitare guai peggiori alla sua A521.

Tutta colpa della carta di un panino che si è incastrata nelle prese d’aria dei freni posteriori della vettura, generando un surriscaldamento che ha finito con il minare il funzionamento dell’impianto frenante. Che qualcosa non andasse per il verso giusto se ne sono accorti gli ingegneri ai box, attraverso la telemetria e hanno optato per il ritiro in quanto continuare avrebbe rappresentato un azzardo per l’incolumità del pilota e anche dei suoi colleghi.

La storia della Formula 1 e lo stesso Alonso non sono nuovi a episodi del genere: nel 2015 durante il GP di Spagna con la McLaren, proprio Alonso fu costretto ad abbandonare la gara al 25° giro, dopo momenti di paura - “i freni posteriori non sembravano funzionare più - aveva comunicato il pilota al box. Il malfunzionamento era stato provocato da una visiera a strappo che si è era infilata nella presa d’aria: il piccolo pezzettino di plastica trasparente era stato ritrovato nel fondo della vettura. E due anni fa per lo stesso motivo Carlos Sainz dovette fare una sosta supplementare durante il GP del Canada, a causa, nuovamente, di una visiera finita nel brake duct facendo aumentare le temperature oltre il range di esercizio.

Grazie a molteplici sensori posizionati in svariati punti della monoposto vengono rilevati centinaia di parametri fisici i cui valori sono trasmessi al box in tempo reale. Naturalmente i dati sono criptati in modo che ciascun team disponga solo dei propri e non anche di quelli della concorrenza.

Servendosi dei sensori, i team conoscono in ogni istante la temperatura di dischi e pinze. Sulla base di questi dati, partono eventuali segnalazioni al pilota per la modifica del brake balance della monoposto o della gestione dell’impianto: questa comunicazione avviene quando si registrano anomalie rispetto alle previsioni.

L’importanza delle prese d’aria dei freni

Ma come funzionano le prese d’aria dei freni e cosa succede in caso di ostruzione accidentale?

Intorno ai corner ruota di Formula 1 abbiamo visto svilupparsi nel tempo delle brake duct in carbonio sempre più sofisticate, con prese d’aria, flap e deviatori di flusso progettati ad hoc e in grado non soltanto di raffreddare l’impianto frenante, ma di svolgere anche funzioni aerodinamiche.

Questo perché, ripulendo l’aria dalle turbolenze che si generano con il moto rotante della gomma si può ridurre la resistenza all’avanzamento della monoposto o aumentarne il carico aerodinamico.

In presenza dell’ostruzione di anche solo una delle prese d’aria, il disco e le pastiglie si troverebbero a lavorare costantemente a temperature superiori rispetto a quelle di funzionamento ottimale.

Ne conseguirebbe un loro ossidamento e nell’arco di una manciata di intense frenate la temperatura del materiale d’attrito andrebbe ad impennarsi vorticosamente.

L’accidentale mancanza di adeguata ventilazione può mandare quindi in crisi prima il fluido freni e poi il materiale d’attrito. Oltre a consumarsi molto velocemente, il materiale d’attrito inizierebbe a bruciarsi, erodendo parte del disco, mentre il fluido freni andrebbe in ebollizione, generando il fenomeno del vapour lock. Se la monoposto continuasse a girare e il pilota quindi spingesse maggiormente sul pedale del freno, l’usura raggiungerebbe i fori di ventilazione fino a portare il disco al rischio di esplosione.

Più stabili le pinze freno perché l’alluminio con cui sono realizzate fonde a 700°C. Le pinze Brembo a 6 pistoni hanno una soglia di garanzia di 210°C, inferiore alla temperatura minima di esercizio per i dischi, il cui range d’utilizzo è tra i 350°C e i 1.000°C. 

A differenza di dischi e pastiglie, che raggiungono temperature elevatissime anche nelle condizioni di impiego più esasperate come il GP del Canada, il cui layout comporta tante staccate, tutte decise e molto ravvicinate, le pinze Brembo non superano mai i 200°C.

Il rompicapo della temperatura ottimale

Sul circuito Gilles-Villeneuve così come sulle piste di Abu Dhabi, Città del Messico e Singapore diventa basilare il ruolo delle prese d’aria dei freni perché la sequenza di staccate violente senza spazi adeguati -cioè lunghi rettilinei - per far rifiatare gli impianti frenanti richiede l’indirizzamento di grandi quantitativi al loro interno.

Contrariamente, in tracciati come Silverstone, Suzuka o Interlagos c’è il rischio opposto, ossia il mancato raggiungimento della temperatura ideale di funzionamento dei freni, con conseguente rischio del fenomeno di vetrificazione - glazing - del materiale d’attrito. In simili condizioni i freni hanno bisogno di meno aria e le prese d’aria vengono “parzializzate” riducendo di fatto il flusso d’aria veicolato sui freni. Sulla carta queste scelte appaiono logiche ma il corner ruota di un’auto di Formula 1 include tanti elementi, ciascuno dei quali ha esigenze diverse dalle altre. Inoltre bisogna considerare l’incidenza sul funzionamento degli pneumatici, così come la temperatura di esercizio della power-unit e la resistenza all’avanzamento sui dritti.

Insomma, un vero e proprio equilibrismo, a cui si aggiunge un’ulteriore variabile, il numero dei fori di ventilazione dei dischi freno: progettati attraverso il calcolo CFD (Computational Fluid Dynamics) sono il risultato di uno studio sinergico tra il produttore dei dischi e i costruttori delle monoposto.

A seconda delle prese d’aria in uso in una stagione o modificate per un determinato GP, i team scelgono la versione di disco che reputano migliore. Per l’anteriore Brembo mette a disposizione le alternative Very High Cooling con 1480 fori, le High Cooling da 1250 fori e le Medium Cooling da 800 fori.

Per ciascuna di queste opzioni i team possono inoltre scegliere la variante con lavorazione sul diametro esterno del disco, il cosiddetto groove, che crea una sezione divergente all’aria: con essa l’efficienza di raffreddamento del materiale risulta superiore. Al posteriore invece Brembo offre due opzioni di dischi, High Cooling - 1250 fori - e Medium Cooling, da 800 fori.