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POWER BRAKES - Fr enag ens com R api dez e Seg ur ança
Já para se trabalhar com temperaturas elevadas sem diminuição do poder de frenagem, podemos usar fluídos REPOTENCIAMENTO DO SISTEMA DE FREIOS de freio com classificação superior ao utilizado Antes de qualquer modificação no sistema de freios de um veículo é originalmente (DOT 4,5 ou 6), pastilhas com composto necessário que se enumere e se priorize as deficiências do sistema especial para altas temperaturas, flexíveis com original perante o restante das modificações do veículo (motor, revestimento de aço (tipo “aeroquip”), além de discos e pastiilhas de fifibra de carbon past carbonoo ou cerâm cerâmiica. suspensão, rodas, pneus, câmbio etc). Basicamente existem três pontos onde o sistema original pode ser Porém alguns destes ítens têm algumas desvantagens também, como as pastilhas especiais e discos de fibra de deficiente, tanto em veículos modificados ou mesmo originais: carbono, que quando frios não oferecem boa aderência, - potência ou o altíssimo custo dos discos de fibra de carbono e - equilíbrio cerâmica. - resistência ao aquecimento Na verdad erdadee toda modi odifficação em qu qual alqu quer er um dest destes es 3 iten tens, s, prinnci pri cipal palm men ente te os dois dois prim primei eiros, ros, não não pode ser fei feita ta isol isoladam adamen ente, te, e Agora podemos juntar todas estas informações para forçosamente obriga a se executar mudanças nos outros também. reponteciar o sistema de freios de um veículo em todos os Porém para se entender cada um deles, será feita uma explicação seus pontos deficientes. isolada para no final juntarmos tudo novamente e chegarmos a um Podemos tomar como exemplo o reponteciamento realizado com o kit Powerbrakes VW10001, que é resultado fi final nal satisfatório. composto por discos de 284 x 22mm, pinças dianteiras de 54mm e cilindros de roda traseiros de 17mm, tomando 1. POTÊNCIA DE FRENAGEM como base um veículo VW Gol 00/01, que originalmente A necessidade de aumento da potência de frenagem é separada possu possuíía di discos scos ven enti tillados de 239 x 20m 20mm m, pi pinnças de entre os eixos dianteiro e traseiro. 48mm e cilindros de roda de 14mm. O aumento de potência na dianteira é necessário quando a Primeiramente foi necessário identificar quais os pontos velocidade atingida pelo veículo é muito maior que a original e/ou mais deficientes no sistema original, já que o veículo teve quando o veículo sofreu modificações em pneus e suspensões que sua velocidade aumentada de 170km/h para 200km/h resultem em maior aderência dos pneus com o solo, já que todo com alterações no motor. veículo consegue travar as rodas a 100km/h, porém a 200km/h o A deficiência mais evidente e prejudicial era a facilidade freio original pode não ser potente o suficiente para proporcionar a para o aqu aqueci ecim men ento to ex excessi cessivvo veri erifficada em qu qual alqu quer er desaceleraçã desa celeraçãoo que os pn pneus conseguiriam conseguiriam suportar sem sem travar. fre renagem nagem for for te te acima de 150km/h ou em seqüências de Já na traseira esse aumento de potência se faz necessário para frenagens com desacelerações acima de 8m/s², quando se acompanhar o aumento da dianteira, para se restabelecer o verificou uma perda total da potência de frenagem por equilíbrio ou para se corrigir uma deficiência que exista no freio fading das pastilhas, com a temperatura dos discos original do veículo, que não é incomum que exista. chegando a mais de 600°C, conforme podemos verificar O aumento da potência da frenagem pode ser conseguido de várias nos gráficos abaixo, notando-se que a partir da 17ª formas: frenagem a desaceleração ficou tão baixa que ficou impossível continuar o teste. Vale ressaltar que neste teste - aumento do diâmetro do pistão das pinças ou cilindros de roda o veículo já estava usando fluído com classificação DOT5, traseiros, ou aumento do número de pistões de cada pinça para qu quee o mesm esmoo não fosse o fator lim limitan tante, te, para qu quee pudésse pu déssem mos real realmen ente te ach achar o lilimite do si siste stem ma. se P = A/F onde P= pressão do fluído A= área do pistão da pinça F= força aplicada nas pastilhas pela pinça então F = P x A se A = 3,14 x D²xN/2 onde D= diâmetro do(s) pistão pi stão(ões) (ões) das pin pinças N= nú números de de pistõe pistõess http://www.power br akes.eng .br /pag es/teste.html
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então F = P x 3,14 x D²xN/2 Portanto se aplicarmos a mesma pressão no circuito (mesma força no pedal de freio) e aumentarmos apenas o diâmetro do pistão das pinças, então: se F1 = P x 3,14 x D1²xN1/2 e F2= P x 3,14 x D2²xN2/2 dividindo-se F2 por F1, temos: F2/F1 = D2²xN2/D1²xN1 como Fatr = F x Aatr x K onde Fatr = força de atrito entre pastilhas e discos Aatr = área de atrito das pastilhas K = coeficiente de atrito entre pastilhas e discos F = força aplicada nas pastilhas pela pinça Então o percentual de aumento da força de atrito entre as pastilhas e os discos será proporcional ao aumento da força aplicada nas pastilhas. O mesmo raciocínio se aplica também entre as lonas e os tambores. O segundo ponto deficitário foi em relação à potência de frenagem. Em frenagens fortes acima de 150km/h, mesmo Qualquer força aplicada em um movimento circular gera um antes de ocorrer o superaquecimento, a modulação do “momento de força”, que pode ser comparado ao principio da pedal não era a ideal, com dificuldade para se frear no alavanca, onde quanto maior for a distância entre o ponto onde está limite do travamento da rodas, indicando a falta de sendo aplicada a força (no caso a Fatr das pastilhas com os discos) potência. e o ponto de articulação (no caso o centro dos discos) menor Definidas estas duas prioridades, partiu-se para a poderá ser esta Fatr para se executar o mesmo trabalho (no caso definição das soluções: frear o veículo). Portanto mantendo-se a mesma força e aumentando-se o diâmetro 1. aumento do diâmetro, largura e peso dos discos de 239 x 20mm e 4,3kg para 284 x 22mm e 6,3kg. dos discos, a potência de frenagem será aumentada: - Aumento do diâmetro dos discos de freio
M = Fatr x (D/2 – Lp/2) onde M = momento de força Fatr = força de atrito entre pastilhas e discos D = diâmetro dos discos Lp = largura das pastilhas
O peso aumentou 46% e a área 41% (A2/A1= (3,14xD2²/2)/(3,14xD1²/2), onde D2= 284mm e D1= 239mm), o que melhorou substancialmente a capacidade de dissipação de calor do sistema, conforme podemos verificar no gráfico abaixo:
então M2/M1 = [Fatr x (D2/2 – Lp/2)]/[Fatr x (D1/2 – Lp/2)] logo M2/M1 = (D2 – Lp)/(D1 – Lp) - aumento da área de atrito das pastilhas como Fatr = F x Aatr x K onde Fatr = força de atrito entre as pastilhas e os discos Aatr = área de atrito das pastilhas F = força aplicada nas pastilhas K = coeficiente de atrito entre pastilhas e discos
Esse aumento do diâmetro dos discos também resultou em um acréscimo de 23% na potência de frenagem da dianteira:
Portanto, se aumentarmos a área de atrito em 20%, a força de atrito Mpb/Mor = (284-43)/(239-43) = 1,23 onde 43mm é a largura da pastilha também será aumentada em 20%, por exemplo. http://www.powerbrakes.eng.br/pages/teste.html
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- aumento do coeficiente de atrito entre pastilhas e discos
2. aumento do diâmetro do pistão das pinças dianteiras de 48mm para 54mm.
Analogamente ao aumento da área de atrito das pastilhas e utilizando-se da mesma fórmula, se utilizarmos discos e/ou pastilhas Fpb/For = 54x54/48x48 = 1,26 (geralmente o material da pastilha consegue ser modificado com mais facilidade) que possuam coeficiente de atrito 20% maior, Esta modificação resultou em um acréscimo de mais 26% na potência de frenagem da dianteira. também a força de atrito será 20% maior, por exemplo. - aumento da pressão do circuito de freio como P = F/A então F = P x A onde P = pressão do circuito F = força de acionamento das pastilhas/lonas A = área do pistão das pinças/cilindro de roda então F2/F1 = P2/P1 Portanto, aumentando-se a pressão em 20%, a força de acionamento das pastilhas ou lonas também será aumentada em 20%, por exemplo, e conseqüentemente também a força de atrito entre pastilhas e discos. Esse aumento de pressão geralmente é utilizado para o repotenciamento do freio traseiro, e pode ser conseguido regulando-se o corretor de frenagem em outra posição ou trocando-se ou eliminando-se as válvulas redutoras de pressão do freio traseiro, que terão seu funcionamento explicado mais adiante.
Portanto, o aumento total da potência do freio dianteiro foi de 55%(1,23 x 1,26 = 1,55), o que nos forçou a fazer uma terceira modificação, para se restabelecer o equilíbrio da frenagem. 3. Aumento do diâmetro dos cilindros de roda traseiros de 14mm para 17mm. Fpb/For = 17x17/14x14 = 1,47 Assim tivemos 47% de aumento da potência de frenagem da traseira, conseguindo-se um bom equilíbrio com as modificações na dianteira, conforme se pode verificar no gráfico abaixo, onde se pode notar que se conseguiu um aumento da desaceleração mesmo entes do sistema original superaquecer:
2. EQUILÍBRIO DE FRENAGEM O freio traseiro nunca pode travar antes do dianteiro, pois senão o veículo se desequilibra e fica sem controle direcional na frenagem. Por outro lado, caso a potência de frenagem da traseira seja menor que a capacidade dos pneus traseiros transmiti-la ao solo, o freio dianteiro ficará muito sensível ao travamento e a desaceleração do veículo será menor do que poderia ser. Ainda em relação ao freio traseiro, poderia ser usado Esse desequilíbrio pode ser ocasionado por vários fatores, como ainda o cilindro de 19mm disponível no mercado caso se aumento da frenagem do freio dianteiro, diminuição do balanço opte por pastilhas especiais com maior coeficiente de longitudinal da carroceria promovido por rebaixamento e/ou atrito, ou se as suspensões do veículo tenham sido endurecimento da suspensão (ocorre menos transferência de peso modificadas resultando em menor transferência de peso para a dianteira e conseqüentemente o freio traseiro poderia ter para a dianteira em frenagens. mais potência sem risco de travamento), aumento de peso na parte traseira do veículo ou mesmo falha no projeto original do veículo. 4. OUTRAS CONSIDERAÇÕES Existem basicamente 4 sistemas de correção de frenagem para a traseira utilizados nos veículos atuais: - freio a disco traseiro- quando é realmente necessário? - “direto”: a pressão que chega ao freio traseiro é sempre a mesma O sistema de freio a disco é muito mais eficiente que o a que para o dianteiro. Ex.: VW Gol tambor, porém para a traseira ele realmente só vai ser - válvulas redutoras de pressão: a partir de uma determinada necessário e influir na melhora do sistema caso não se pressão (geralmente 25 ou 30 Bar) há uma diminuição de 30% na consiga o aumento da potência no tambor para pressão que exceder este valor para a traseira. acompanhar a dianteira mesmo com a troca dos cilindros Ex.: Palio, Corsa etc de roda, regulagem do corretor de frenagem, retirada das - corretor de frenagem: varia a pressão enviada para a traseira válvulas corretoras de frenagem ou mesmo com o uso de conforme a altura do veículo. tambores de maior diâmetro vindos de outros modelos da Ex.: Parati, Palio weekend etc marca, ou caso a perda de frenagem por - EBD: corretor eletrônico de frenagem para a traseira que funciona superaquecimento ocorra antes no freio traseiro que no em conjunto com o ABS (apenas os sistemas mais modernos), que dianteiro. http://www.powerbrakes.eng.br/pages/teste.html
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envia sempre a máxima pressão até o limite de travamento de cada - quando é necessária a troca do cilindro mestre? roda traseira. O cilindro mestre precisa ser trocado por outro com Ex.: Marea, Alfa Roemo 156 maior diâmetro caso sejam colocadas pinças com Utilizando-se das formas de aumento de potência descritas diâmetro ou número de pistões maiores que as originais a anteriormente, deve-se fazer as alterações no freio traseiro sempre ponto de resultar na mudança da posição do pedal levando em conta o tipo de correção de pressão de cada veículo. superior a cerca de 20mm. Esse abaixamento do pedal é Deve-se levar em consideração também as limitações de cada decorrente do maior volume de fluído que deve ser sistema: enviado às pinças devido aos pistões maiores. - no direto o equilíbrio ideal só se verifica com o veículo com carga mínima e em descida; em todas as outras situações poderia ser - pinças de 4 ou 6 pistões: Na adaptação de pinças de 4 ou 6 pistões deve-se colocada mais potência no freio traseiro. - no com válvula redutora de pressão ocorre algo similar ao verificar antes da compra qual devem ser os diâmetros “direto”, porém com a vantagem de ser enviada mais potência para dos pistões, para que a instalação seja possível tanto a traseira em condição de uso normal, influindo na redução do quanto ao cilindro mestre como se o freio traseiro vai conseguir acompanhar o dianteiro sem alterações mais desgaste do freio dianteiro. - no com corretor de frenagem e no com EBD existe uma melhor profundas (talvez até mesmo adaptar uma pinça dianteira homogeneidade no equilíbrio em todas as condições de uso, com na traseira ou utilizar uma pinça especial importada vantagem para o EBD por trabalhar sempre no limite da máxima também na traseira) . potência possível para a traseira. Para se fazer a comparação dos volumes das pinças originais e as de 4 ou 6 pistões, deve-se levar em conta 3. RESISTÊNCIA AO AQUECIMENTO que o curso do pistão único é o dobro dos das pinças de O aquecimento excessivo do conjunto do sistema de freio pode 4 ou 6, porque um mesmo pistão tem que acionar 2 ocasionar deficiências em 3 pontos principais: pastilhas, portanto: - pastilhas 2 x Du² = 4 x D4p² (p/4 pistões) - fluído - flexível Quando as pastilhas atingem uma certa temperatura (entre 400°C e D4p² = Du²/2 (p/6 pistões = Du²/3) 450°C para pastilhas de rua e entre 450°C e 500°C para as de D4p = Du/1,42 ou no máximo (x 1,40) competição) o seu coeficiente de atrito diminui bastante, fazendo com que o pedal de freio fique mais duro até o ponto que mesmo se onde Du = diâmetro do pistão da pinça original aplicando muito mais força no pedal a desaceleração do veículo D4p = diâmetro dos pistões da pinça de 4 pistões diminua até o veículo ficar praticamente sem freio. Vale ressaltar que este processo ocorre de forma gradual, e que antes de se atingir - assentamento das pastilhas estas temperaturas, quando o processo começa a ocorrer, este O correto assentamento das pastilhas é importantíssimo pode ser evitado aliviando as frenagens por cerca de 500m. para o bom desempenho do sistema, e caso não seja feito Já em relação ao fluído de freio, caso a sua temperatura atinja corretamente compromete o funcionamento das pastilhas 205°C para o DOT3, 230°C para o DOT4 e 260°C para DOT5 durante toda a sua vida útil. (DOT3,4,5 ou 6 são classificações dos fluídos de freio quanto ao Cada fabricante tem uma recomendação, mas poder de resistência ao aquecimento), o mesmo irá entrar em normalmente seguem uma regra semelhante a esta: ebulição e virar vapor, e o pedal de freio baixará até chegar ao assoalho e o veículo ficará completamente sem freio. Este fenômeno - pastilhas de rua é menos gradual, e depois que ocorre é necessário que se faça uma 1- 10 a 15 freadas médias de aproximadamente 70km/h a sangria no sistema para o freio voltar a funcionar corretamente. 40km/h; 2- 10 a 15 freadas médias de aproximadamente 60km/h Em relação aos flexíveis, o que pode ocorrer é o aumento do seu até parar; diâmetro interno devido ao aquecimento excessivo do fluído, porém 3- o ideal é não fazer freadas bruscas por isso somente ocorrerá caso o mesmo estiver com suas paredes aproximadamente 200km após o procedimento acima enfraquecidas pelo uso ou algum acidente ou ficar submetido a para se obter o melhor rendimento das pastilhas. temperaturas acima de 250°C por um tempo muito prolongado, deixando o pedal “borrachudo”. - pastilhas de competição Vale lembrar que esta condição de aquecimento somente ocorrerá 1- 8 a 10 freadas médias de 100km/h até 50km/h; em competição e com o uso de fluído DOT 5 ou 6 e em freios mal 2- 8 a 10 freadas médias de 150km/h até 100km/h; dimensionados ou que usem algum outro material (fibra de carbono 3- 1 freada forte (sem travar as rodas) de 180km/h até ou cerâmica) nos discos e/ou pastilhas, que possuem temperaturas 100km/h; normais de trabalho acima de 500/600°C. 4- 4 a 5 freadas médias de 150km/h até 100km/h; http://www.powerbrakes.eng.br/pages/teste.html
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Para se contornar estes problemas, podemos ou diminuir a 5- repetir os passos 3 e 4 mais 3 vezes. temperatura de trabalho do sistema ou usar componentes que Obs.: a distância entre as freadas deve ser de resistam a temperaturas mais elevadas. aproximadamente 500m para que a temperatura das No primeiro caso podemos usar alguns dos recursos abaixo: pastilhas não ultrapasse 300°C. - discos ventilados (caso os originais já não sejam); - discos maiores e mais largos, que aumentam tanto a massa como a - discos perfurados área para dissipação de calor; obs.: para o cálculo da diferença das áreas, pode ser usada a A função dos furos transversais dos discos já foi explicada anteriormente, que é similar à função dos rasgos seguinte fórmula: diagonais. A2/A1 = (3,14xD2²/2)/(3,14xD1²/2) Porém deve ser destacado que efetuar a furação em um disco já pronto e sem ter sido incluído no projeto inicial é - rodas com desenho que favoreça a ventilação dos discos; - pastilhas e pinças maiores, pelos mesmos motivos que os discos; muito arriscado, pois o risco de surgirem trincas é muito grande. - dutos de ventilação direcionados para os discos; - discos perfurados ou riscados, que ajudam no resfriamento das Já a confecção de rasgos com profundidade de no pastilhas por retirarem os gases e o pó que se formam no atrito máximo 1mm não altera a estrutura do material (2mm é normalmente o limite de desgaste dos discos) e tem as entre as pastilhas e os discos. De todos estes itens, alguns têm resultados mais perceptíveis que mesmas vantagens dos furos. outros, sendo que alguns, como os discos perfurados ou riscados, só terão sua influência percebida em competição, onde qualquer décimo de segundo é importante.
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