Carbón

En Le Mans y en Italia, Brembo nos dio información sobre los frenos de carbono-carbono utilizados en los mejores prototipos actuales. Son salvajes.

Quita las ruedas del Ferrari 499P ganador de Le Mans y allí encontrarás frenos que parecen extraños. Lo mismo ocurre con todos los hipercoches contra los que compite, los coches LMP2 y la maquinaria de Fórmula 1. Todos ellos utilizan frenos "carbono-carbono" que funcionan con muchos de los mismos principios que los frenos de disco de los automóviles de carretera convencionales, pero por lo demás son tan diferentes como pueden ser.

El hierro fundido ha sido durante mucho tiempo el material elegido para los discos de freno por la misma razón que es excelente para las sartenes: no es un gran conductor de calor. También es barato. Obviamente, cuando la pastilla de freno toca el rotor del freno, la fricción resultante genera calor. No todo el calor generado por la almohadilla se transfiere al propio rotor, pero el calor que se transfiere permanece. Esto significa que es sencillo mantener un disco de hierro fundido en un buen rango operativo. En otras palabras, no hace demasiado calor ni demasiado frío.

Los frenos de carbono-carbono, que no son los frenos de carbono-cerámica que se ven en los automóviles de carretera de alto rendimiento, se desarrollaron para un proyecto sin costo, el Concorde. El ahorro de peso fue la máxima prioridad durante el desarrollo del Concorde y, según un artículo escrito por los ingenieros de Dunlop, el uso de frenos de carbono-carbono en lugar del acero común en los aviones ahorró más de 1320 libras. La alta velocidad de despegue del avión supersónico de 250 mph también hizo necesarios frenos potentes.

Pronto, los frenos de carbono-carbono migraron a la Fórmula 1. Brabham fue el primero en experimentar con frenos de carbono a mediados de los años setenta. Los equipos comenzaron con una especie de rotor compuesto de acero al carbono y luego con discos totalmente de carbono. No fue hasta 1982 que un auto de F1 con frenos de carbono ganó un Gran Premio: Nelson Piquet conduciendo un Brabham BT49B en Brasil. Pero sus ventajas eran obvias y, a finales de la década, los frenos de carbono-carbono eran omnipresentes en la F1.

Brembo invitó a R&T a Le Mans y a su fábrica de productos de carreras, aproximadamente a una hora de Milán, para conocer sus frenos de competición para autos deportivos. Las regulaciones GT prohíben el uso de frenos de carbono-carbono, por lo que todos los GT4, GT3 y GTE que compiten en todo el mundo usan discos tradicionales de hierro fundido, pero tanto las clases Hypercar como LMP2 emplean estos sistemas más sofisticados.

Brembo no es el único proveedor, pero entre ella y su filial AP Racing, la compañía estima que alrededor del 90 por ciento de los coches en la parrilla tenían al menos uno de sus componentes.

La clase Hypercar en el Campeonato Mundial de Resistencia (WEC) de la FIA y la Clase GTP de IMSA consisten en prototipos construidos según dos conjuntos de regulaciones diferentes, LMH y LMDh. Por ello, Brembo ofrece un sistema de frenos diferente para cada uno. Al igual que en el Concorde, los rotores de carbono-carbono ahorran mucho peso. Los rotores LMH pesan 6,6 libras, los rotores LMDh pesan 7 libras y los rotores LMP2 pesan solo 6,2 libras. Compare esto con los rotores de hierro fundido utilizados en la clase GTE, que pesan 24 libras. Ok, no es exactamente el mismo ahorro de peso logrado con el Concorde, pero todo es relativo. El avión pesaba 173.500 libras vacío; un Le Mans Hypercar pesa 2271 libras.

Todos los autos de carreras modernos tienen requisitos de peso mínimo, por lo que no es necesario ahorrar cada gramo posible, pero los rotores de freno son un lugar particularmente útil para reducir el peso. Cortar tanto la masa no suspendida como la rotacional ayuda al automóvil a acelerar, manejarse, andar y, sí, detenerse mejor.

Las propiedades térmicas de los discos de carbono-carbono son diferentes a las de las unidades tradicionales de hierro fundido e incluso a las de carbono-cerámica. Los frenos de carbono-carbono no funcionan realmente en frío, pero soportan más calor que los frenos de hierro fundido. Por otro lado, el carbono-carbono es incluso mejor que el hierro fundido para mantenerse dentro de una ventana operativa ideal.

Si bien los automóviles LMH y LMDh utilizan la misma composición de materiales en sus rotores y pastillas, existen algunas diferencias clave. Los coches LMDh tienen un motor eléctrico intercalado entre el motor y la caja de cambios, por lo que todo el frenado regenerativo proviene del eje trasero. Los autos LMH, excepto los privados no híbridos, tienen motores eléctricos en el eje delantero, por lo que toda la regeneración proviene del frente. En esencia, esto significa que los rotores delanteros de un automóvil LMDh deben hacer más trabajo, mientras que los anclajes delanteros de un automóvil LMH tienen algo de ayuda híbrida. Esto define los requisitos de refrigeración para cada uno.

Para ambas clases, el espesor (ancho de la pastilla más el rotor) también está definido por la normativa. Los frenos LMDh son un poco más gruesos. Gianluca Zonca, director de marketing de Brembo Racing, dijo a R&T que el material carbono-carbono de Brembo es tan bueno ahora que la empresa podría fabricar frenos mucho más finos que fácilmente podrían durar toda una carrera de Le Mans (más de 3.700 millas en los prototipos), pero su oferta están construidos según los requisitos de tamaño. Entonces son más grandes.

Los calibradores en sí son arte industrial. Brembo los fabrica a partir de aluminio macizo y, según las especificaciones, pesan entre cinco y seis libras. Las pinzas LMP2 pesan menos de cinco libras, como resultado de su menor carga de enfriamiento. Los tres prototipos de pinzas están niquelados y cada uno utiliza seis pistones para sujetar las pastillas de carbono-carbono. Brembo también utiliza el mismo proceso de fabricación para sus pinzas de Fórmula 1, que en 2022 fueron utilizadas por todos los equipos menos uno en la parrilla. (Ese equipo usó pinzas AP Racing).

Además, como en la F1, los coches LMH y LMDh utilizan un exclusivo sistema de montaje estriado en el que los rotores son accionados por un sombrero de titanio. Zonca explicó que esto ayuda aún más a la refrigeración al mejorar el flujo de aire a través del centro del disco.

En Italia vimos cómo se fabrican estos frenos y todos los demás productos Brembo Racing. Un disco de carbono-carbono tarda alrededor de cuatro meses en convertirse de fibras de carbono individuales en un producto listo para ser atornillado a un auto de carreras. Se dan forma a capas delgadas de tejido de fibra de carbono similar a una tela, y una máquina de agujas las une para crear la forma básica del disco. Luego, el material pasa por una variedad de procesos de carbonización a calor extremo, hasta 4532 grados Fahrenheit, en lotes de alrededor de ocho. Cada lote de discos recibe un nombre en clave, por lo que se puede realizar un seguimiento durante todo el proceso, si surge algún problema. Una vez hecho todo esto, cada rotor se coloca en una máquina de cinco ejes que perfora todos los orificios de enfriamiento individuales, cada uno de los cuales es revisado por un técnico.

Lo sorprendente es que la fábrica donde se fabrican los discos esté llena de máquinas, pero no de personas. Los procesos automatizados para formar el disco llevan tanto tiempo que no se necesita mucho personal en un momento dado.

Hay más gente en el edificio donde se mecanizan las pinzas y se ensamblan los componentes. Alrededor de 40 personas divididas en dos turnos trabajan en el taller de carreras de Brembo, controlando la calidad y ensamblando a mano todos los componentes de freno que ofrece la compañía, que incluyen todos los productos de carreras GT y de rueda abierta, componentes de motocicletas y los frenos CCM-R que se ofrecen en un número de vehículos de carretera de alta gama.

Los componentes terminados pueden tardar semanas si el taller está particularmente ocupado, pero vale la pena para garantizar la calidad. Los componentes más antiguos también se envían al taller para su revisión y reconstrucción. Los mejores equipos envían pinzas después de cada fin de semana de carrera para que las reconstruyan, y esto, por supuesto, es caro.

Al abordar los frenos de carbono-carbono, no es "olvidar todo lo que sabes sobre frenos", porque todavía estamos hablando de pastillas que sujetan los discos para reducir la velocidad del auto, pero está cerca. Los frenos de carbono-carbono parecen extraños porque, bueno, lo son.

Chris Perkins, entusiasta de los automóviles desde la infancia, es un nerd de la ingeniería de Road & Track y apologista de Porsche. Se unió al personal en 2016 y desde entonces nadie ha encontrado una manera de despedirlo. Estaciona un Porsche Boxster en la calle en Brooklyn, Nueva York, para horror de todos los que ven el auto, incluido el propio autor. También insiste en que no es una persona convertible, a pesar de tener tres.

La tecnología que hizo la revolución híbrida de Toyota

Por qué más voltaje produce mejores vehículos eléctricos

Frenar es muy complicado

Toyota es realmente bueno escuchando a los entusiastas

El Race V-8 de Cadillac es un monstruo en un mundo turbo

Para construir un auto pequeño, Mercedes hizo un motor extraño

El Porsche 911 GT3 RS cambia las reglas del juego en la pista

¿Por qué hay tantos malditos cargadores?

No necesitamos todos los vehículos eléctricos baratos, ¿de acuerdo?

NASCAR necesitaba que Chicago fuera un éxito

Nadie cargó mi Chevy Volt durante una década

Se suponía que los motores rotativos cambiarían el mundo