O Freio a Disco Cerâmico

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FREIO A DISCO CERÂMICO

Bruno Davilla,

Felipe Giongo,

Guilherme Santos,

Lucas Klever,

 Willan Barbosa;

Curso: Engenharia Mecânica;

Professor: Roberto Moreira Schroeder;

Porto Alegre, 18 de Junho de 2015.

Resumo:

O freio cerâmico composto por oxigênio, nitrogênio, carbono, boro e silicone com adição de mais alguns metais é utilizado principalmente em carros esportivos (de maneira geral, carros de alto custo em relação aos populares) e aeronaves, pois possui eficiência de trabalho mesmo em altas temperaturas. A modelagem da mesma, onde necessita de altas temperaturas e pressões para sua fabricação, reflete em um alto custo final do produto. Ao percebemos que, quando os veículos necessitam assiduamente de seu sistema de freios, há um aumento gradativo de temperatura nos mesmos. Com isso, há uma grande perda de frenagem em um sistema composto de ferro fundido entre outros compostos. No momento que implementamos um novo sistema formado de cerâmica, torna-se mais eficaz em diversos pontos, pois, por ser composto de cerâmica, não há encharcamento em toda sua estrutura por meio da água, e, ainda possui uma alta eficiência de frenagem tanto com altas como baixas temperaturas.

Introdução

        Desde que surgiram os primeiros automóveis, os mesmos evoluíram em vários aspectos; os motores ficaram mais eficientes e por consequência mais rápidos, os materiais se tornaram mais leves e resistentes e com a utilização de aço ultra resistentes e alumínio e os freios tornaram-se mais eficazes.

Não se tem certeza de quando foi inventado o freio, porém de acordo com alguns pesquisadores os primeiros meios de locomoção a utilizarem um sistema de freio foram as charretes e os carros de boi, entre os séculos XIX e XX; inicialmente os mesmos eram compostos de objetos de madeiras.

O primeiro automóvel à combustão a ter um sistema de freio foi criado por Karl Benz em 1885 chamado de Band Brake, todavia com o aumento da velocidade dos veículos, sistemas mais eficientes precisaram ser desenvolvidos.

Em 1902 Louis Renault desenvolveu um sistema, chamado de freio tambor, que é utilizado até hoje nos carros mais populares. Esse sistema evoluiu bastante desde sua criação. Porém, como ele funciona em um espaço fechado, o aquecimento resulta em uma grande piora na frenagem do veículo.

Também em 1902 foi patenteado o freio a disco, o mesmo foi criado por Frederick Lanchester que o utilizou em 1910 em um automóvel desenvolvido por ele. Eles podem ser somente utilizados nos carros mais populares, onde são ventilados por pequenas aberturas entre as faces de atrito para um maior resfriamento do tal, além de discos perfurados e ranhurados utilizados em veículos de competição.

Hoje em dia, o sistema mais avançado de freios a disco utilizados em carros de rua são os discos de carbono cerâmica, esses possuem inúmeras vantagens em relação ao de ferro fundido, utilizados nos veículos mais atuais, porém como se trata de uma tecnologia recentemente desenvolvida ainda são muito caros e utilizados em veículos considerados de "luxo".

O Freio Cerâmico

Sabe-se que os freios cerâmicos, em relação aos tradicionais, são extremamente mais eficientes, em diversos aspectos. Apesar de o nome soar estranho, ou até desconhecido, este sistema não é novidade na indústria. Desde o desenvolvimento dos primeiros aviões caças ditos como “modernos”, este sistema já tem sido utilizado em larga escala. O motivo principal para seu uso reside na alta capacidade de frenagem e, para os aviões que necessitam pousar em pouquíssimos metros de um porta aviões, esta foi a solução.

Além disso, este sistema vem sendo testado e comercializado nos carros de ponta das montadoras Porsche e Mercedes.

Em relação ao sistema de freio de ferro fundido, “o princípio continua o mesmo: os discos são "agarrados" por pastilhas e freiam o veículo. O que muda é o material de fabricação dos discos e pastilhas. Como o coeficiente de atrito da cerâmica é maior do que o de ferro fundido, a distância necessária para parar é menor. ” [2]

A revista quatro rodas Brasil apresenta em sua reportagem – contido nas referências do presente trabalho – o seguinte exemplo: o Porsche 911 Turbo, para parar de 240 km/h a zero, o carro equipado com freios de cerâmica ganha 11 metros em cada segundo de freada. “Um ganho de eficiência de 25% em relação a outro equipado com discos de ferro. O material cerâmico consegue atuar de forma contínua, suportando o calor gerado durante o processo de frenagem” [2]

Para este calor gerado durante o processo de frenagem, deu-se o nome de fading, ou seja, quando os freios são exigidos durante um longo tempo.

Vantagens

“Com o uso contínuo do pedal, o sistema superaquece e a distância para imobilizar o carro fica cada vez maior. Isso não é problema para os discos cerâmicos, que podem atingir cerca de 1400 ºC. E, na chuva, as pastilhas, também de um composto cerâmico, mantêm a eficiência, pois não absorvem água.” [1], além de ser anticorrosivo [4].

Além disso, o sistema de freio cerâmico reduz os ruídos durante a frenagem, proporcionando ao motorista / piloto, uma frenagem segura, e constante, livre de qualquer som desagradável, tanto no interior como no exterior do veículo e são bem mais leves. “O peso do Porsche Turbo, por exemplo, é aliviado em vinte quilos quando equipado com eles. Sua durabilidade também é muito maior: em testes, eles chegaram aos 300.000 quilômetros de vida útil, enquanto as pastilhas resistem a 60.000 quilômetros. “ [2]

Composição Química

A cerâmica utilizada nos discos é feita de oxigênio, nitrogênio, carbono, boro e silicone, além de metais como alumínio, zircônio e titânio. [2]

Não foi possível encontrar uma quantidade padrão de elementos utilizados pela indústria, pois cada fabricante deve ter o diferencial de seu produto exatamente ali, na composição química de cada peça, impossibilitando que a mesma seja divulgada.

Processo de Fabricação

Durante o processo de fabricação, os metais são transformados em um pó finíssimo e queimados à temperatura de 1700 graus, transformando-se em cerâmica "técnica", muito mais estável e resistente do que a que é obtida a partir da argila ou do barro, queimado em fornos de alta temperatura. 
        “Comparado aos discos de fibra de carbono empregados em carros de competição, o material cerâmico leva vantagem em dois aspectos. Apesar do preço alto (o conjunto dianteiro da Mercedes custa 6000 dólares), o material cerâmico é ainda bem mais acessível que o de carbono. E apresenta um comportamento eficiente mesmo quando frio, enquanto o de carbono só atua plenamente quando atinge altas temperaturas. ”