O surgimento dos discos de freios foi um importante avanço no mundo da mobilidade, uma vez que podemos citar seu uso em diversas situações. De acordo com informações obtidas no site da National Bicycle History Archive of America Inicialmente o freio a disco foi inicialmente implantado em bicicletas por volta de 1876 pelos ingleses Browett & Harrison e hoje podem ser encontrados nos mais diversos meios de locomoção e transporte de carga como trens, aviões, motos, carros, caminhões, bicicletas, quadriciclos e outros.
O sistema de freios é o responsável por transformar a energia cinética em energia térmica, fazendo com que o veículo desacelere, mas como ele faz isso?
Esta é a função do disco de freio, que gira em conjunto com as rodas, ao ser pressionado por uma superfície de atrito gera calor dissipando a energia cinética (fazendo com que o carro reduza sua velocidade) mas em contra mão aumenta sua temperatura devido ao ato de absorver essa energia em forma de calor. Pronto, mas o que acontece depois? É uma resposta simples para um fenômeno complicado, o disco vai dissipar essa energia, pelas formas de transferência de calor; condução, convecção e irradiação. Não vamos entrar em detalhes aqui sobre como cada forma de transferência de calor funciona, mas explicaremos a principal no caso dos freios, que é por meio da convecção, que é quando um fluido e um corpo entram em contato estando em temperaturas diferentes e então eles trocam calor.
Imaginem a situação em que um carro está a 60 km/h depois de realizar uma frenagem e os discos que inicialmente estavam a 400°C estão em contato constante com uma massa de ar a 26 °C (vento a temperatura ambiente), esse vento que transporta partículas entra em contato com os discos (fluido em contato com um corpo a temperaturas diferentes), o ar absorve calor aumentando sua temperatura e diminuindo a temperatura do disco, conseguindo a reduzir suficientemente antes da próxima frenagem. Em caso de frenagens sucessivas e redução insuficiente de temperatura, podemos entrar no caso do fading, citado na última publicação de freio do blog (recomendação). As geometrias dos discos variam, e isso está diretamente ligada com o que falaremos agora.
Os discos de freio podem assumir as mais diversas geometrias, dependendo do objetivo final da peça, como a absorção maior de energia, autolimpeza, maior dispersão de calor ou até redução de massa e custo. De acordo com a geometria haverá a diferenciação na forma que ele atinge esses objetivos, sendo algumas geometrias mais ou menos eficientes que outras em cada quesito.
Disco sólido simples não ventilado
Estes apresentam um perfil simples, tornando-o fácil de se fabricar, reduzindo assim o seu custo, muito utilizado em carros convencionais que não atingem altas velocidades, sendo normalmente de ferro fundido, que realizam muito bem sua função no quesito preço e eficiência para esses casos.
Figura 1: Disco de freio sólido (altese.com.br)
Disco sólido simples com ventilação com fluxo interno e externo
Estes apresentam geometria sólida simples, mas ambos possuem canal interno entre as interfaces que entram em contato com as pastilhas de freios, este canal permite a passagem do ar, resfriando ambos os lados internos, fazendo assim com que se tenha uma menor temperatura final.
Figura 2: Imagem representativa da comparação entre discos não ventilados e ventilados (BOSCH)
Discos ranhurados
Estes apresentam uma geometria um pouco mais trabalhada em comparação ao disco sólido, pois há a presença de ranhuras em sua superfície, que tem como objetivo melhorar a dissipação de calor. Além de um aspecto mais esportivo, e menor massa.
Figura 3: Disco ventilado com ranhuras (Imagem cortesia KUHN BRAKES)
Discos perfurados
Estes apresentam furos em sua superfície, e como as ranhuras, ajudam a dissipar calor e reduzir massa no disco, além de limpar, evita a formação da lâmina d'água e impurezas na superfície.
Figura 4: A esquerda um disco perfurado e a direita um disco ranhurado. (KUHN brakes)
Discos perfurados e ranhurados
A combinação entre as duas opções anteriores também é utilizada para fabricação de discos de freios.
Figura 5: Disco de freio ranhurado e perfurado (Créditos na imagem)
Discos com geometria aliviada e presença de WAVE
Como o próprio nome diz, o disco wave apresenta ondulações na superfície de seu diâmetro externo, que tem como objetivo sua autolimpeza, geralmente utilizado para veículos para terrenos fora de estrada, como quadriciclos e motos de cross. Devido a quantidade de poeira e sujeira nesses terrenos que poderiam vir a se acumular na superfície do disco e pastilhas, essa geometria atende muito bem esse objetivo, uma vez que os alívios e waves passam retirando material da superfície, o que acarreta consequentemente um maior desgaste das pastilhas de freios.
Figura 6: Disco de freio com geometria aliviada e com waves.
A aplicação desse tipo de geometria nesses veículos de menor porte, se dá também a questão estrutural do disco, uma vez que veículos de menor peso tendem exigir menor carga estrutural no material, fazendo com que sejam possíveis alívios de massa mais trabalhados. Isso está também diretamente relacionado à energia gerada na frenagem, que é substancialmente menor quando comparada a caminhões, carros, aviões e outros, possibilitando que mesmo com essa redução, ainda haverá massa o suficiente para absorver energia da frenagem e realizar a redução de velocidade no veículo.
A presença das waves e dos alívios como mostra a figura, varia de acordo com o objetivo para cada projeto, se baseando em redução de massa como dito anteriormente, na dispersão de calor, na resistência estrutural e no próprio dimensionamento dos sistemas de freios. Nesses tipos de geometrias (personalizadas) o ar agora pode passar entre os espaços abertos do disco trocando mais calor com o corpo, reduzindo sua temperatura mais rapidamente.
REIF, K. Bosch, Brakes, Brake Control and Driver Assistance System: Function, Regulation and Components. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2014;
PUHN, Fred, Brake Handbook, 1st ed. New York: HpBooks, 1987.
Freios automotivos, Princípios de funcionamento – TRW.
História dos freios – Boechat Freios
https://www.instagram.com/kuhnbrakes/
https://www.altese.com.br/freios/disco-de-freio
https://rampagebaja.wixsite.com/rampagebaja/post/o-fading-no-sistema-de-freios
https://www.dreammotors.com.br/MLB-1798912294-disco-de-freio-dianteiro-anker-crf230-crf250f-tornado-xr200-_JM
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