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A Engenharia Mecânica nos Desportos Motorizados 1/25

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

A Engenharia Mecânica nos Desportos Motorizados

A razão para as grandes velocidades na Fórmula 1

Projeto FEUP 2018/2019

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Coordenador geral: Nuno Portela Coordenador de curso: Teresa Duarte

Equipa 1M08_01:

Supervisor: José Ferreira Duarte Monitor: Marta Couto

Estudantes & Autores:

Ana Rita Ribeiro [email protected] Francisco Coutinho [email protected]

António Ferreira [email protected] Guilherme Mendes [email protected]

Carolina Costa [email protected] Teresa Ribas [email protected]

mailto:[email protected]


Resumo

Este trabalho, realizado no âmbito da unidade curricular “Projeto FEUP”, tem como

objetivo principal retratar alguns dos aspetos da Engenharia Mecânica presentes nos

desportos motorizados, mais especificamente na Fórmula 1.

Ao longo deste projeto, pretende-se atingir alguns objetivos, tais como aplicar os

conhecimentos adquiridos ao longo das palestras realizadas na semana intensiva inicial e

transmitir conhecimento sobre a mecânica presente em vários elementos de um carro de

Fórmula 1.

Este trabalho, focar-se-á em descobrir como é que um carro pode atingir grandes

velocidades sem ser através do estudo do motor. Assim, este relatório encontra-se focado no

funcionamento e estudo da aerodinâmica, dos pneus, do chassis, e do sistema de travagem.

Assim, pretende-se ao longo deste relatório explicar o funcionamento dos constituintes

ditos anteriormente, tal como relatar a sua evolução.

Palavras-Chave

• Fórmula 1

• Chassis

• Aerodinâmica

• Pneus

• Sistema de travagem

• Velocidade

• Aderência


Agradecimentos

Gostaríamos, primeiramente, de agradecer ao nosso supervisor, Professor José

Ferreira Duarte, e à nossa monitora, Marta Couto, por terem disponibilizado parte do seu

tempo para nos ajudar a realizar este relatório.

Em seguida, gostaríamos de agradecer a todos os que colaboraram na primeira

semana de formação intensiva dedicada a esta unidade curricular, já que nos transmitiram

conhecimentos essenciais à realização deste relatório e de qualquer outro trabalho que irá

ser realizado ao longo da nossa vida académica.


Índice

Lista de figuras ............................................................................................................... 5

1. Introdução ................................................................................................................... 6

2. Aerodinâmica .............................................................................................................. 7

2.1 História/Evolução da aerodinâmica na Fórmula 1 .................................................. 8

2.2 Princípios/ Estudo da aerodinâmica .................................................................... 10

3. Pneus ....................................................................................................................... 12

3.1 Evolução ............................................................................................................. 12

3.2 Vários tipos de pneus .......................................................................................... 14

4. Chassis ..................................................................................................................... 16

4.1 Vários tipos de chassis ........................................................................................ 17

5. Sistema de travagem ................................................................................................ 20

5.1 História/Evolução do sistema de travagem .......................................................... 20

5.2 Vários tipos de sistema de travagem ................................................................... 20

6. Conclusão ................................................................................................................. 23

Referências bibliográficas ............................................................................................. 24


Lista de figuras

Figura 1 - Representação das forças ............................................................................. 7

Figura 2 - Modelo 2E de Jim Hall .................................................................................... 8

Figura 3 - Movimento de um fluído dentro de um cano descrevendo o princípio da

conservação de energia ...................................................................................................... 10

Figura 4 - Carro anos 50 ............................................................................................... 12

Figura 5 - Carro com pneus “sliks” ................................................................................ 13

Figura 6 - Carro após a mudança das dimenções dos pneus ....................................... 13

Figura 7 - Chassis de um carro de Fórmula 1 ............................................................... 16

Figura 8 - Chassis em escada ...................................................................................... 17

Figura 9 - Chassis cruciforme ....................................................................................... 17

Figura 10 - Chassis tubular ........................................................................................... 18

Figura 11 - Chassis monocoque ................................................................................... 19

Figura 12 - Chassis combinado .................................................................................... 19

Figura 13 - Disco ventilado ........................................................................................... 20

Figura 14 - Disco perfurado .......................................................................................... 20

Figura 15 - Disco com ranhuras .................................................................................... 20

Figura 16 - Disco misto ................................................................................................. 20

Figura 17 - Funcionamento de um travão de tambor .................................................... 21

Figura 18 - Funcionamento de um travão de disco ....................................................... 22


1. Introdução

No âmbito da unidade curricular “Projeto FEUP” do 1.º ano do Mestrado Integrado de

Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, foi realizado o

presente relatório, pela equipa nº1 da turma 1M08, cujo tema é “Engenharia Mecânica nos

desportos motorizados”.

Dentro deste tema, falar-se-á sobre a Fórmula 1 e destacar-se-á os principais

componentes, para além do motor, que permitem que estes carros pratiquem elevadas

velocidades nas suas corridas. Essas componentes serão: Aerodinâmica; Pneus; Chassis;

Sistema de Travagem;

O objetivo deste relatório é transmitir, de uma forma nítida e explícita, a importância

dos componentes referidos acima, fazendo uma definição de cada componente, seguida de

uma breve contextualização histórica e por fim falar-se-á da parte mais técnico-científica.

A Fórmula 1, atualmente, é a categoria mais popular do desporto motorizado. Surgiu

em 1950 como um campeonato mundial de pilotos, e em 1958 passou a contar também com

um campeonato de construtores. Estes campeonatos tiveram origem na competição chamada

“Grande Prémio” que acontecia na Europa já antes da Segunda Guerra Mundial.

Ao longo da história houve enormes mudanças no desporto, quer nos carros e na sua

segurança quer nos circuitos e nas regras. Por diversas vezes ao longo da história, as regras

foram alteradas com a finalidade de aumentar a segurança e a competitividade nas pistas.

Também foram feitas diversas alterações em circuitos, como melhorias nos “guard rails”, nas

áreas de escape e colocação de chicanes.

“Atualmente, cada corrida é designada por Grande Prémio de Fórmula 1, seguido do

nome do país em que a prova se realiza. As corridas acontecem em autódromos e em alguns

circuitos de rua da Europa, da Ásia, da Oceânia e da América.” [1]

A Fórmula 1 é gerida pela FIA (Federação Internacional de Automobilismo).

“A FIA é uma associação não lucrativa originalmente criada em 1904 e representa

interesses sobre automobilismo e usos de automóveis.” [2]


2. Aerodinâmica

Qual é um dos principais objetivos quando se desenha um carro de Fórmula 1? Criar

carga aerodinâmica, designada por “downforce”, para aumentar a aderência ao piso e

também minimizar a resistência do ar.

Um carro de Fórmula 1 moderno tem muito mais similaridades com um avião do que

com um carro normal de produção. A aerodinâmica através dos anos tornou-se a chave do

sucesso e as equipas, além de gastarem milhões de euros neste item de desempenho,

passam a maior parte das temporadas a tentar melhorá-lo. O desenho aerodinâmico do carro

tem duas preocupações básicas: a criação de aderência que empurre o carro para baixo

minimizando as forças laterais que empurram o carro para fora da linha ideal em curvas, e ao

mesmo tempo minimizar o arrasto e a turbulência em retas, que diminuem a velocidade do

carro.

"A aerodinâmica de um carro de Formula 1 é provavelmente a força mais potente que nós

geramos com o carro e é provavelmente a área mais importante para o desempenho de um

carro de Formula 1" [3]

A aerodinâmica é a ciência que estuda o movimento do ar e a força que este exerce

sobre um corpo sólido nele imerso.

Esta é fundamental para o deslocamento de qualquer tipo de automóveis e outros tipo de

veículos, com o objetivo dos mesmos se deslocarem com menor resistência de ar possível,

atingindo, deste modo, uma maior velocidade instantânea, conseguindo utilizar a menor

quantidade de combustível possível.

Figura 1- Representação das forças [4]


Para estudar a aerodinâmica é necessário primeiro ter em conta as principais forças que

atuam sobre um automóvel quando este se desloca num meio gasoso (figura 1):

Forças aerodinâmicas: Forças não aerodinâmicas:

- “Downforce” - Peso

- Arrasto - Força exercida pelo motor nas rodas motrizes

A “downforce” é a força vertical descendente originada pelas características

aerodinâmicas do carro. Esta força tem como objetivo melhorar a performance do carro numa

curva, pois ao aumentar a força vertical exercida sobre o mesmo, aumenta-se a aderência ao

piso.

O arrasto é a força originada pela resistência oferecida pelo ar face ao movimento do

carro. Esta depende do formato do veículo, da viscosidade do ar e da velocidade a que este

se desloca.

O peso é a força exercida pelo planeta Terra sobre o automóvel e depende da massa de

todas as partes do carro e da massa do condutor.

2.1 História/Evolução da aerodinâmica na F1

Em 1966, o norte-americano Jim Hall, introduziu no seu modelo 2E uma espécie de uma

asa de avião invertida (aerofólio), instalada numa posição bastante elevada sobre o conjunto

traseiro do seu protótipo desportivo. A sua criação foi um sucesso enorme que rapidamente

ganhou adeptos na Fórmula 1. (figura 2)

Figura 2- Modelo 2E de Jim Hall [5]


Em 1968 na Bélgica, a Ferrari foi a primeira equipa de Fórmula 1 a usar aerofólios, na

pista de Spa-Francorchamps com o Ferrari 312. Logo nos meses a seguir, muitas equipas

começaram a colocar aerofólios nos seus carros, exagerando bastante a altura destes,

enquanto não se definia um regulamento para os aerofólios. Apenas em 1969 no GP da

Espanha, o carro de Jochen Rindt, da Lotus, teve um acidente exatamente por causa dos

altos aerofólios e, a partir deste evento, estes aerofólios elevados foram proibidos. Nas

seguintes corridas foram definidos aerofólios com apenas 20 centímetros acima do topo do

pneu, no seu ponto mais alto.

No início dos anos 1970, Colin Chapman e o projetista Maurice Philipe equiparam o Lótus

72 com um bico em forma de cunha, spoilers de lâminas múltiplas e radiadores nas laterais

do carro, encobertos pelos painéis laterais, a fim de tirar o máximo proveito do ar para a

fixação do carro o mais perto do solo possível. Graças a esse uso revolucionário da

aerodinâmica, Emerson Fittipaldi foi campeão em 1972 e a Lótus 72 tornou-se referência para

todos os carros de Fórmula 1.

Em 1976, quando o Lotus 72 entrava em declínio, Colin Chapman teve uma nova ideia

inovadora. Para isolar o ar que passa sob o carro, criou abas laterais de plástico ou alumínio,

que seguiam os movimentos do chassis e mantinham a diferença de pressão. Essas

“minissaias”, que se aproximavam do solo, faziam que o ar passasse mais rápido sob o carro

do que sobre o chassi, proporcionando mais estabilidade, aderência, velocidade.

A partir do princípio da asa invertida, Colin projetou o chamado “carro-asa”, que

praticamente tocava o chão e provocava um grande ganho aerodinâmico graças ao que ficou

conhecido como “efeito solo”. Graças a esta inovação, a Lotus venceu 5 provas do

campeonato de 1977.

O sucesso do “carro-asa” fez com que quase todas as equipas passassem a usar as

“minissaias” e o “efeito solo”, fazendo com que as velocidades disparassem e recordes

fossem quebrados a cada corrida. A FIA, preocupada com os riscos decorrentes desse

aumento das médias de velocidade, resolveu, em 1982, banir as “minissaias” e, em 1982,

proibir artifícios aos quais as equipes recorreram para continuar a criar o “efeito solo”.

Uma nova grande revolução aerodinâmica na F1 só voltou a ocorrer em 2009, com a

criação, pelo engenheiro Ross Brawn, da Brawan GP, do difusor duplo, componente

aerodinâmico que aumentava o fluxo de ar sob o carro e, portanto, a pressão aerodinâmica

(downforce) e a aderência. O difusor duplo acabou por ser proibido pela FIA em 2011.

A procura de novas formas de melhorar a aerodinâmica dos carros é uma constante

preocupação por parte dos engenheiros da Fórmula 1. Como qualquer parte do carro

contribuir para o arrasto criado pelo ar, qualquer alteração nessas partes pode fazer a

diferença entre uma vitória e uma derrota. [6]


2.2 Princípios/ Estudo da aerodinâmica

Ao desenhar e criar algumas componentes de um carro é necessário ter em conta a

diferença de pressão, estudada através do princípio de Bernoulli.

O princípio de Bernoulli, também denominado como equação de Bernoulli ou Teorema de

Bernoulli descreve o comportamento de um fluido movendo-se ao longo de uma linha de

corrente e traduz para os fluidos o princípio da conservação da energia. (figura 3)

“Para efeito de cálculo, neste teorema a viscosidade (do fluido) bem como o atrito (de

dentro da tubulação, por exemplo) não é considerado, tornando um fluido ideal.” [7]

[9]

“Assim, Daniel Bernoulli concluiu que a energia de um fluido é a somatória das Energias

Cinética, de Fluxo e Potencial Gravitacional. ” A partir da conclusão retirada, Bernoulli divulgou

a seguinte expressão:

[10]

Figura 3- Movimento de um fluído dentro de um cano descrevendo o princípio da conservação de energia [8]


O formato da asa de um carro de Fórmula 1 faz com que o ar que passe por baixo dela

tenha uma velocidade maior do que o ar que passa por cima dela. Isso acontece porque a

parte de baixo é curva, aumentando a distância percorrida pelo ar e consequentemente sua

velocidade. Utilizando o princípio de Bernoulli temos que, sendo a velocidade do ar (fluido)

maior na parte de baixo da asa, a pressão é menor e na parte de cima, como a velocidade do

ar é menor, a pressão é maior. Desta diferença de pressão surge a força de aderência do

carro. Quando a força de aderência do carro atinge um valor maior do que o da força do peso,

este fica “colado” à pista e consegue fazer curvas com forças laterais 3,5 vezes o seu próprio

peso.

Curiosidade - “Muitas vezes diz-se que um carro de Fórmula 1 tem downforce suficiente

para andar no teto de um túnel. De facto, sim, no que diz respeito à downforce, nem sequer

teria dificuldades: o carro, que tem um peso de cerca de 800kg, gera downforce suficiente

para andar no teto de um túnel a partir do momento em que atinge uma velocidade de 100

km/h. Agora, conseguiria mesmo andar de cabeça para baixo? Provavelmente não. Ao

contrário do motor num avião de corrida, um carro de F1 não foi desenhado para trabalhar

invertido, visto que as bombas, galerias de lubrificação e outras peças precisam de uma boa

dose de gravidade para funcionar como deve ser.” [11]


3. Pneus

Os pneus são constituídos pelo aro de metal e o revestimento de borracha, podendo

estes definir o sucesso ou o fracasso numa corrida. Assim, a escolha dos pneus irá depender

do tipo de pista, das condições atmosféricas e dos vários problemas que podem ocorrer ao

longo da corrida.

Durante toda a história da Fórmula 1 existiram inúmeros acontecimentos que revelaram

a importância dos pneus no sucesso do carro ou do piloto.

3.1 Evolução

Ao longo dos anos, os pneus utilizados na Fórmula 1 têm vindo a evoluir, tentando

satisfazer novas necessidades e atingir novos objetivos.

No início do século XX, os pneus utilizados eram feitos de madeira com dimensões

bastante semelhantes as rodas de uma bicicleta, sendo também lisos, fracos e pouco

duradouros.

A partir dos anos 50, começaram a ser efetuados estudos de modo a aumentar o

desempenho dos carros, com o intuito de adquirir uma maior aderência e obter uma maior

área de contacto com o piso, iniciando uma nova fase de fabricação de pneus. (figura 4)

O final da década de 60 ficou marcada por uma nova mudança na tecnologia dos

pneus de corrida, sendo ainda altos e estreitos e fabricados com a mesma técnica.

Nos anos seguintes, os engenheiros voltaram a focar o seu estudo na aderência do

carro a cada pista, especificamente na elasticidade dos pneus face à carga vertical ou lateral,

variando algumas das características de forma a adaptar-se à pista.

Figura 4 - Carro anos 50 [12]


Os pneus utilizados eram idênticos aos de qualquer automóvel de uso rotineiro. Foi

introduzido um novo tipo de pneus, os “sliks”. Estes pneus eram lisos e escorregadios,

segundo alguns pilotos, o que levou a, durante algumas épocas, serem fabricados pneus com

características intermédias. (figura 5)

Na década seguinte, aquando da evolução dos motores para motores turbinados, a

aerodinâmica duplicou a aderência ao solo, originando uma nova preocupação no fabrico dos

pneus. Para responder a essa mudança criaram os pneus radiais que se distinguem por

serem mais flexíveis, facilitam uma melhor tração e travagem. (figura 6)

Com esta mudança, os pneus dianteiros e traseiros passaram a ter dimensões semelhantes.

Contudo, no final do século XX, a Federação Internacional do Automóvel (FIA),

instituiu a introdução obrigatória de sulcos nos pneus, de forma a aumentar a segurança dos

pilotos, com o objetivo de diminuir a área de contacto com o solo. Apesar de não ser da

concordância dos pilotos, graças ao facto de estes acharem que o carro perdia aderência,

esta medida manteve-se em uso até 2009.

Figura 5 Carro com pneus “sliks” [13]

Figura 6 Carro após a mudança das dimenções dos pneus [14]


3.2 Vários tipos de pneus

A partir de 2010 a marca de pneus utilizada passou a ser a Pirelli, sendo que se podem

dividir em 9 tipos. Estes são:

• Hipermacio

Começou-se a produzir este tipo de pneus em 2018, sendo o mais recente da marca

Pirelli. É o tipo mais macio, fazendo com que forneça maior velocidade e aderência ao carro,

no entanto também faz com que o seu tempo de vida seja relativamente curto. Estes pneus

são apropriados para circuitos que exigem muita aderência mecânica.

• Ultramacio

Foi criado para ser um composto de nível baixo de trabalho e igualmente baixa

operabilidade. Tem com o objetivo ser utilizado em circuitos estreitos e com curvas, devido à

importância da aderência nestes. São extremamente macias, aquecendo rapidamente e

contendo uma utilidade bastante limitada. Estes não são destinados a treino de classificação,

mas talvez o virá a ser num futuro próximo.

Curiosidade: As marcações a roxo foram escolhidas como resultado de uma campanha nas

redes sociais, em que os fãs votaram na sua cor preferida.

• Supermacio

Este é terceiro mais macio da gama, ideal para circuitos com várias curvas e destinados

a baixas velocidades. De especial importância para condições climáticas frias em que é

necessária a máxima aderência. Os supermacios beneficiam de um tempo de aquecimento

extremamente rápido, o que os torna ideais, também, para os treinos de classificação

evidenciando, porém, um maior desgaste. É indicado para baixa operabilidade.

• Macio

É um dos pneus mais frequentemente utilizados na linha, que apresenta um equilíbrio

muito bom entre desempenho e durabilidade, com especial ênfase no desempenho. É um

pneu que tende a ser utilizado para fins de velocidade em detrimento de longas distâncias,

mas é capaz de dar às equipas uma vantagem competitiva tanto no início da corrida, quando

o carro está com o depósito cheio, como num “sprint” na fase final da mesma. É indicado para

alta operabilidade.


• Médio

Em teoria, é o pneu mais perfeitamente equilibrado, exemplificando uma combinação

ideal entre o desempenho e a durabilidade. Deste modo, é incrivelmente versátil,

principalmente útil em circuitos cuja tendência é a alta velocidade, alta temperatura e cargas

de energia. É indicado para baixa operabilidade.

• “Ice”

Este é o segundo pneu mais resistente da gama da Pirelli e é indicado para os circuitos

que apresentam as mais altas cargas de energia nos pneus, com curvas rápidas ou

superfícies abrasivas, e que são muitas vezes caraterizados pelas altas temperaturas

ambientes. O composto demora mais a aquecer, oferecendo, por outro lado, máxima

durabilidade, o que frequentemente significa que desempenha um papel fundamental na

estratégia de corrida. Indicado para alta operabilidade.

• Superduro

Apresenta-se como alternativa, caso os carros de 2018 não atinjam as expectativas, mas

o provável é que não sejam usados. O superduro representa um pneu que se localiza no

extremo oposto do espectro relativamente aos ultramacios. Apresenta marcas laranjas: a cor

tradicional dos pneus mais duros da gama da Pirelli.

• Intermediário

Os intermediários são os mais versáteis da categoria ‘pneus de chuva’, dispersando cerca

de 25 litros de água por segundo em velocidade máxima. Podem ser usados em pista

molhada, bem como numa pista que esteja a secar.

• Chuva

Cada pneu em condições extremas consegue dispersar até 65 litros de água por segundo

em velocidade máxima, o que faz com que esses pneus sejam a solução mais eficaz para

cenários de chuva forte. As evoluções mais recentes do Cinturato Blue fazem com que

também seja eficaz numa pista que esteja a secar, tendo sido desenvolvido, igualmente o

aumento da sua durabilidade. O resultado desse trabalho intensivo no pneu de chuva é o

aumento da dirigibilidade numa variedade de condições ampla. No início de 2016, a Pirelli

realizou o primeiro teste específico em pneus para pista molhada em Paul Ricard (circuito),

França, para aprimorar o desenvolvimento dos pneus para chuva mais atuais, tendo

contribuído significativamente para a determinação das últimas evoluções.


4. Chassis

O chassis pode ser visto como o corpo de cada carro, isto é, é a componente responsável

por anexar todas as outras peças, entre elas o motor, as suspensões e as rodas. Desta forma,

na Fórmula 1, encerra em si mesmo uma razão entre o menor peso e uma maior rigidez, isto

é, por um lado a facilidade de atingir uma maior aceleração e por outro a firmeza e segurança

do automóvel, nunca deixando de lado todos os esforços a que está sujeito durante o

movimento. Assim, deve possuir algumas características vitais para um bom desempenho em

pista, como uma flexibilidade reduzida que garanta uma condução segura, mas uma robustez

e solidez que protejam o condutor caso ocorra alguma invasão externa, mesmo num tempo

de vida além do esperado aquando da sua criação. Esta fase de estudo e de investigação

pode ser auxiliada pelo desenho do molde do chassi no computador, permitindo um modelo

mais eficiente na segurança e no desempenho do automóvel em termos desportivos. (figura

7)

Um carro Fórmula 1 é dividido em quatro partes. Olhando-se o carro, destaca-se o motor,

o câmbio, as suspensões e o chassi. O chassis é onde cada uma dessas peças é montada,

sendo, por isso, o corpo do carro, podendo este também ser chamado de monocoque.

O chassis é uma estrutura que suporta os outros componentes e pode ser feita de aço,

alumínio ou outro qualquer material rígido. É sobre o chassi que estão montados a carroçaria,

o motor, o sistema de travagem, a caixa de velocidades, entre outros. A este constituinte do

carro também se pode chamar de Número de identificação do veículo NIV ou Vehicle

Identification Number (VIN).

Figura 7 - Chassis de um carro de Fórmula 1 [15]


4.1 Vários tipos de chassis

Existem 5 tipos de chassis: 1. Chassis em escada

Este foi o primeiro tipo de chassis a aparecer, sendo que foi utilizado até ao início dos

anos 60. Com este tipo de chassis, os carros eram construídos com base no mesmo. A

conceção deste tipo de chassis assemelhava-se a uma escada formadas por duas longarinas

longitudinais entre ligadas por várias travessas. O chassis em escada tinha por objetivo

fornecer resistência à flexão e torção ao veículo. (figura 8)

O chassis em escada tem como vantagens:

• a possibilidade da concessão manual;

• a capacidade de lidar com cargas pesadas;

• a grande variedade de formas e de tipos de carroçaria e de superestruturas.

A desvantagem que este tipo de chassis possui é ter uma rigidez torsional pouco elevada,

graças ao facto de possuir uma geometria em 2D.

2. Chassis cruciforme

Este tipo de chassis assemelha-se ao chassis em escada somado com uma estrutura em

cruz, que faz com que a rigidez torcional do conjunto melhore. A estrutura em cruz une as

duas longarinas longitudinais e encontra-se apenas sujeita à flexão. Assim, quanto maior a

rigidez da junta central da cruz, maior a rigidez do chassis. (figura 9)

Figura 8 - Chassis em escada [16]

Figura 9 - Chassis cruciforme [17]


3. Chassis tubular

Este tipo de chassis tem uma geometria 3D, ao contrário dos anteriores que era uma

geometria 2D. No chassis tubular, os tubos são colocados em várias direções para lidar com

as forças que eles precisam de suportar, sendo soldados em conjunto. Estes tubos de secção

quadrada ou de secção circular, sendo que os primeiros têm uma soldadura mais simples e

os segundos fornecem rigidez máxima. (figura 10)

O chassis tubular tem as seguintes vantagens:

• é muito preciso;

• tem alta rigidez torcional;

• tem uma grande variedade de materiais utilizáveis.

No entanto também tem algumas desvantagens, tais como:

• o seu fabrico tem um custo elevado;

• é construído de forma exclusivamente manual,

• para o preparar é necessário uma mão de obra elevada (cortar, serrar e soldar

os tubos).

4. Chassis monocoque

O chassis monocoque é uma única peça que define a forma final do carro. Para o fabricar

é utilizado o processo de soldagem e são produzidos numa linha de produção de fluxo, pelo

que são rápidos de fazer. Para além disto, são pesados já que são feitos de muito metal. No

entanto, têm uma resistência ao impacto muito boa. Normalmente no fabrico deste tipo de

chassis é utilizado o aço. (figura 11)

Figura 10 - Chassis tubular [18]


Este tipo de chassis tem como vantagens as seguintes:

• tem eficiência de espaço, já que o chassis é o envelope externo do carro;

• é bom para ser produzido em massa;

• é barato para se produzir em produção em massa;

• tem maior resistência do conjunto do veículo;

• apresenta uma maior resistência em caso de choque ou de acidente;

• tem uma melhor aderência à estrada.

Apesar de apresentar estas vantagens todas, este tipo de chassis apresenta as seguintes

desvantagens:

• tem baixa rigidez, uma vez que o metal prensado não é tão rígido como os tubos

tubulares;

• tem custos de conceção e fabricação mais elevados.

5. Chassis combinado

Este chassis é uma combinação dos tipos de chassis monocoque e tubular; a célula de

segurança é feita através da construção de chassis monocoque enquanto o resto do chassis

é fabricado de tubos. O chassis combinado possui as vantagens dos dois tipos de chassis e

ainda o facto de ser mais simples e mais barato de produzir sozinho do que o chassis de

monocoque sozinho.

Figura 11 - Chassis monocoque [19]

Figura 12 - Chassis Combinado [20]


Figura 15 - Disco com ranhuras [23]

5. Sistema de travagem

O sistema de travagem num carro de fórmula 1 é indubitavelmente o mais bem preparado

do mundo tendo em conta a constante necessidade de mudanças bruscas de velocidade

durante uma prova. Nesta modalidade, um carro que se desloque a 300 km/h leva

aproximadamente 4s a parar totalmente, se se deslocar a 200 km/h necessita de apenas de

2,9s e se estiver a 100 km/h de 1,4s, números impressionantes apenas conseguidos através

de elaborados sistemas de travagem.

5.1 História/Evolução do sistema de travagem

Inicialmente os travões de tambor eram o sistema mais utilizado na Fórmula 1 (1950)

porém com a evolução dos motores dos carros e o consequente aumento da velocidade

atingida pelos mesmos, passou a ser necessário um maior poder de travagem pelo que, em

1955 o Britânico Tony Brooks conduziu pela primeira vez um Connaught com travões de

disco.

Como a velocidade atingida pelos carros continuou a aumentar, com o passar do tempo,

os primeiros travões de disco tornaram-se ineficientes, pelo que foi necessário criar novos

tipos de discos: discos ventilados (figura 13), discos perfurados (figura 14), discos com

ranhuras (figura 15) e discos mistos (figura 16). Paralelamente a esta evolução, os discos

passaram a ter um volume maior, de forma a garantir um maior poder de absorção de calor,

uma maior área para as pastilhas gerarem fricção e uma maior área por onde pode ser

dissipado o calor.

Figura 14 - Disco Perfurado [22]

Figura 43 - Disco Ventilado [21]

Figura 16 -5 Disco Misto [24]


5.2 Vários tipos de sistema de travagem

Relativamente aos sistemas de travagem temos dois tipos de travões ligados a este

desporto: o travão de tambor e o travão de disco.

• Travão de tambor

Este tipo de travão é constituído pelo tambor, calços e cilindros. Para funcionar é

necessário pressionar o pedal que liberta um líquido dos travões através dos cilindros, que

se encontram fixos. Estes vão obrigar os calços, que giram juntamente com a roda, a entrar

em contacto com o tambor. O travão de tambor apresenta a vantagem de apenas ser

necessário substituir os calços.

• Travão de disco

O travão de disco é constituído: pelo disco, sendo este feito de fibra de carbono,

pinças, feitas de alumínio, e as pastilhas do travão, também feitas de fibra de carbono.

Quando este tipo de travão funciona, o disco do travão acompanha o movimento da roda, ao

passo que a pinça, onde estão colocadas as pastilhas do travão é fixa à suspensão. Deste

modo, ao aplicar pressão local, o líquido dos travões vai pressionar as pastilhas contra o

disco, fazendo perder velocidade por fricção.

Ao contrário do travão de tambor, o travão de disco é caracterizado por ter uma manutenção

mais dispendiosa. No entanto, também apresenta vantagens:

• garante um maior poder de travagem e um maior arrefecimento do disco;

Figura 17 - Funcionamento de um travão de

tambor [25]


• o sistema de travagem é feito de fibra de carbono cujas características

permitem uma grande desaceleração e, devido à sua grande absorção de

calor, uma grande resistência. Para além disso, este material é extremamente

leve pelo que não acrescenta ao peso total do carro mais de 1KG;

• a eficácia do mesmo depende também da aderência dos pneus;

• este sistema de travagem é tão complexo que segundo a empresa norte-

americana HITCO (empresa que fornece discos e pastilhas à Renault) são

necessários cerca de 4 meses para a produção de cada disco do sistema de

travagem utilizado na F1.

Figura 18 - Funcionamento de um travão de Disco [26]


6. Conclusão

Para a realização deste relatório utilizámos informações adquiridas através de uma

intensa pesquisa sobre as características de cada componente escolhido, compreendendo

assim a sua importância.

Podemos concluir que, tal como queríamos inicialmente mostrar, tanto a

aerodinâmica, como os pneus, o chassis e o sistema de travagem estão diretamente ligados

ao funcionamento do carro, interferindo assim nas elevadas velocidades atingidas por estes

ao longo das corridas.

Chegando ao fim deste trabalho, percebemos que um carro funciona como um todo,

sendo necessário todos os componentes para atingir cada objetivo, isto é, neste caso

específico, para chegarmos a uma certa velocidade não é apenas o motor que trabalha, mas

sim um mecanismo conjunto que funciona com o mesmo fim.


Referências bibliográficas

[1] [2] Britannica Digital Learning; 2015; Fórmula 1; Britannica Escola.

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[20] Designer Bira; 16 Abril 2014; Monoformula BK.

http://designerbira.blogspot.com/2014/04/monoformula-bk.html

[21] Disco ventilado de frenos para Tsuru 3; Refaccionaria Mario.

https://refaccionariamario.com/discos-de-frenos/5177-disco-ventilado-de-frenos-para-

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[22] Disco de travão BREMBO XTRA LINE Eixo traseiro, Ø: 230mm, Cheio, Perfurado,

revestido; Topautopecas.

https://www.topautopecas.pt/fabricante/brembo/7887399

[23] Kit Discos Traseros Hiperventilados Ford Mondeo Jaguar Xtype; Mercadolibre.

https://articulo.mercadolibre.com.mx/MLM-626969003-kit-discos-traseros-

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[24] Discos Ranhurados DNYR; Dnyracing.

http://www.dnyracing.com/pt/catalogo/discos-ranhurados-dnyr.html

[25] Nice, Karim; How Drum Brakes Work; How stuff works.

https://auto.howstuffworks.com/auto-parts/brakes/brake-types/drum-brake1.htm

[26] Nice, Karim; How Disc Brakes Work; How stuff works.

https://auto.howstuffworks.com/auto-parts/brakes/brake-types/disc-brake1.htm

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