El complicado arte de frenar en la Fórmula 1, explicado

Aunque los motores de Fórmula 1 acaparan la mayor parte de la atención, el sistema de frenos es casi igual de importante para el rendimiento puro. Veamos algunas cifras. Una buena salida para un F1 sería aquella en la que el coche recorriera unos 90 metros en cuatro segundos, aunque lo habitual está entre 70 y 80 metros. Esa salida perfecta supone una aceleración de alrededor de 1,2G, que además sería bastante constante. Sin embargo, la frenada resulta todavía más impresionante.

Al aproximarse a la Rettifilo de Monza, un Fórmula 1 reduce su velocidad de 336 km/h a 89 km/h en 2,75 segundos, y en apenas 350 metros. Esto supone una deceleración media dos veces superior a la aceleración que experimenta en la salida, pero, lo que es más importante, no es constante: los picos de deceleración alcanzan aproximadamente las 5,5G.

Los elementos básicos del sistema de frenos no han cambiado sustancialmente en los últimos años. Los discos se fabrican universalmente en carbono desde principios de la década de 1980. No se trata del mismo material compuesto de fibra de carbono que se utiliza en el chasis, sino de carbono puro, en el que las fibras se carbonizan y densifican dentro de una matriz sólida de carbono capaz de trabajar a unos 1.200 ºC, aproximadamente la misma temperatura que la lava fundida.

Del mismo modo, las pinzas se mecanizan a partir de una aleación especial de aluminio y litio, el material elegido desde que hace algunos años se prohibió el uso del berilio por motivos de salud.

Las fibras se carbonizan y densifican dentro de una matriz sólida de carbono capaz de trabajar a unos 1.200 ºC, aproximadamente la misma temperatura que la lava fundida.

Aunque los componentes principales siguen siendo similares, el diseño al detalle ha continuado evolucionando, especialmente en lo relativo a la refrigeración. Los discos cuentan con numerosos orificios de refrigeración de pequeño diámetro, mientras que las pinzas incorporan todo tipo de complejas formas mecanizadas para aumentar su superficie y favorecer la disipación del calor.

La evolución más importante es el sistema brake-by-wire, necesario debido a la recuperación de energía híbrida. Este sistema puede recuperar hasta 350 kW de energía, una aportación considerable dentro de los aproximadamente 2.000 kW de potencia total de frenado.

La recuperación de energía se produce al convertir el motor eléctrico del sistema híbrido en un generador y utilizarlo para cargar la batería. Si la batería está descargada, no hay ningún problema. Pero si está completamente cargada, el sistema no puede almacenar más energía y, por tanto, hay que limitar la regeneración.

De eso se encarga el sistema brake-by-wire. En los frenos delanteros, el funcionamiento es completamente convencional. Es decir, el piloto pisa el pedal del freno, lo que genera presión en los conductos de freno delanteros, haciendo que las pastillas presionen contra el disco y reduzcan la velocidad del coche.

En el eje trasero, la situación es ligeramente diferente. Sigue generándose una presión en el circuito de freno trasero, pero puede entenderse más como una demanda de frenada que como una presión física que llega directamente a las pinzas traseras. Un sensor de presión mide el esfuerzo que el piloto ha aplicado al sistema y la electrónica decide entonces cómo se produce la deceleración en el tren trasero.

Esta puede ser una combinación de tres efectos: la frenada convencional mediante discos y pastillas, el freno motor natural cuando el acelerador está cerrado y la recuperación de energía mediante el motor eléctrico del sistema híbrido.

Aunque los componentes básicos siguen siendo familiares, el brake-by-wire supone un gran avance

Foto de: Alessandro Martellotta / Alessio Morgese / NurPhoto via Getty Images

La necesidad de contar con un sistema de este tipo también abre una oportunidad para mejorar el rendimiento del coche. En la mayoría de vehículos, la proporción del esfuerzo de frenada entre el eje delantero y el trasero se establece en un valor constante aproximadamente proporcional al reparto de pesos entre ambos ejes.

En un coche de calle, esa proporción es prácticamente fija y, dado que la mayoría de las frenadas se producen en línea recta y de manera relativamente suave, resulta suficiente.

Sin embargo, un piloto de competición busca el máximo rendimiento, y eso implica frenar hasta bien entrada la entrada de la curva, algo que puede generar inestabilidad. También querrá modificar el reparto de frenada en función del tipo de curva y compensar el estado de los neumáticos. Además, dado que un Fórmula 1 no dispone de ABS, también debe minimizar las posibilidades de bloquear una rueda.

Por ello, el volante ofrece al piloto varios controles con los que extraer rendimiento, no solo mediante la fuerza de frenado, sino también a través de la manera en que la frenada modifica el equilibrio dinámico del coche.

El piloto busca una buena mordida inicial, por lo que pisa el freno con mucha fuerza. Sin embargo, a medida que el coche pierde velocidad, también disminuye la carga aerodinámica y, por tanto, el agarre, así que debe ir liberando presión para evitar bloquear una rueda. Todo esto sucede mientras el coche empieza a girar y el peso se transfiere hacia las ruedas delanteras y exteriores. En esas condiciones, el reparto de frenada tiene un enorme impacto sobre el comportamiento del monoplaza.

En general, debido a la aerodinámica y la arquitectura del coche y, hasta cierto punto, a las características de los neumáticos, un Fórmula 1 tiende a ser bastante inestable en la entrada de una curva para después empezar a mostrar subviraje a medida que alcanza el vértice.

Para contrarrestarlo, el reparto de frenada se modifica dinámicamente: se aplica un mayor sesgo hacia el eje delantero durante la entrada en curva y el equilibrio va desplazándose progresivamente hacia atrás a medida que el coche se aproxima al vértice.

Ya hemos visto que el piloto necesita reducir la presión sobre el freno a medida que el coche pierde velocidad, por lo que esa migración del reparto de frenada puede mapearse fácilmente en función de la presión ejercida sobre el pedal.

Un interruptor en el volante permite al piloto seleccionar diferentes mapas de reparto y migración de frenada, que habrá estudiado antes de subirse al coche.

Eso no significa que toda la gestión de la frenada se realice mediante la modulación de la presión. La primera prioridad es recuperar energía para la batería, y el sistema de gestión de frenada de la ECU dará prioridad a esta función siempre que sea posible.

El freno motor también puede mapearse junto con la distribución convencional de la presión de frenado. Todos estos elementos se combinan para proporcionar al piloto la distribución de fuerzas longitudinales sobre los neumáticos que mejor se adapte a sus necesidades para obtener el máximo agarre mientras lleva al límite las fuerzas laterales y longitudinales.

Un interruptor situado en el volante permite al piloto seleccionar entre varios mapas diferentes de reparto y migración de frenada, que habrá estudiado antes de conducir el coche. Los utilizará para compensar las diferentes cargas de combustible y el estado de los neumáticos, o incluso unas determinadas condiciones de viento en una curva concreta.

En ocasiones, especialmente a la entrada de una curva muy lenta, al piloto puede resultarle difícil hacer rotar el coche y conseguir que entre en el viraje. En esas circunstancias puede utilizar un botón adicional, apodado el "freno de mano", que desplaza el reparto de frenada hacia atrás y abre el diferencial para permitir que la parte trasera del coche deslice y ayudar al monoplaza a entrar en la curva.

Como ocurre con la mayoría de aspectos de la Fórmula 1, la frenada parece sencilla desde fuera, pero en la práctica es extremadamente sofisticada. Hoy en día, los frenos son tan importantes como herramienta para modificar el comportamiento del coche como muchos de los métodos más convencionales utilizados para alterar su equilibrio.

Foto de: Steven Tee / LAT Images via Getty Images