2.5 El embrague de fricción en la competición.

Con independencia de los materiales de fricción empleados, los sistemas de embrague específicos para competición automovilística muestran diferencias importantes con respecto a los empleados en automoción, podríamos llamar, civil.

Es importante resaltar que, en competición, priman características como la rapidez de actuación, peso reducido y capacidad de transmisión de pares elevados frente a otras como confort, ausencia de ruido o durabilidad. Es por ello que, aún hoy en día, los embragues utilizados en este campo son los de fricción, frente a hidráulicos, electromagnéticos o centrífugos.

La inmediatez en el proceso de desembragado y embragado necesaria actualmente ha permitido que los sistemas de embrague más utilizados sean los de pilotado electrónico. Es decir, el piloto no necesita accionar el pedal de embrague salvo, en algunos casos, únicamente para la aceleración desde parado. La gestión electrónica controla, a través de la posición de la palanca de mandos, de las revoluciones del motor y la posición del pedal de aceleración, la activación del circuito hidráulico de mando.

Por otra parte, la capacidad de aceleración longitudinal depende en gran medida de la masa e inercias de todo el sistema de transmisión, como puede inferirse del siguiente desarrollo:

Por la segunda ley de Newton, F = m.a, el vehículo sufrirá una aceleración longitudinal que es función de la fuerza de tracción disponible, es decir, la total aportada por el motor menos la fuerza de rodadura, la resistencia aerodinámica y el efecto de pendientes adversas, en su caso. A su vez, ambos valores se relacionan mediante la masa equivalente del vehículo, masa en vacío multiplicada por un coeficiente, llamado factor de masa, que crece con el incremento de las inercias del sistema de tracción: motor, caja de cambios y embrague, árboles de transmisión, diferencial y ruedas. En vehículos de calle, esta masa equivalente puede alcanzar, en primera marcha, valores hasta tres veces superiores a la propia masa del vehículo. La capacidad de aceleración, por tanto, queda muy mermada.

Es obvio, de ese modo, que la disminución del factor de masa es vital con vistas a obtener las mejores prestaciones en aceleración longitudinal del vehículo. Ello implicará la disminución de las inercias de las masas del sistema de tracción.

Figura 12. Volante motor de competición.

Por tanto, donde primen las altas prestaciones, y en competición particularmente, se busca que los componentes del sistema de embrague sean ligeros y del menor radio posible. Ello da lugar a dos acercamientos paralelos.

El primero es la fabricación de los componentes con materiales ultraligeros sin que, por ello, se produzca una pérdida de capacidades resistentes. Más bien al contrario, los pares transmitidos en vehículos de carreras son muy elevados y el sistema de transmisión debe ser capaz de soportarlos. Así, encontramos volantes de inercia fabricados en titanio o acero nitrurado y aligerados, es decir con orificios practicados en zonas de mínimas tensiones con fines de reducir la masa, y carcasas fabricadas en titanio, carbono o kevlar.

Figura 13. Carcasa y disco de embrague de competición.

Además, es usual la división del disco de embrague en segmentos (disco segmentado), como se explica en puntos posteriores del trabajo, con el consiguiente aligeramiento y mejora en la evacuación del calor. La pérdida de área de rozamiento efectiva se solventa con materiales de fricción mejorados y mayores presiones ejercidas. Además, en competición los componentes son cambiados con mucha mayor frecuencia y las expectativas de vida útil de los componentes son mucho menores.

El segundo acercamiento, utilizado en campeonatos como los motociclísticos y la Fórmula 1, es la inclusión de varios discos de fricción. El sistema, así, es llamado multidisco, en contraposición a los dispositivos monodisco.

La siguiente imagen muestra un ejemplo.

Figura 14. Sistema de embrague multidisco en seco.

La inclusión de varios discos de embrague permite aumentar el área de fricción efectiva sin, por ello, aumentar el radio de los discos y, con ello, el tamaño de la carcasa, el volante motor y el plato de presión. Además, la progresión del par transmitido entre disco y disco hasta que todo el conjunto se vuelve solidario permite mayor progresividad en la entrega de dicho par.

A modo de ejemplo, se describe a continuación el sistema de embrague utilizado en la Fórmula 1. Sobra indicar la dificultad en obtener información o imágenes de una disciplina deportiva donde la ingeniería cobra tanta importancia y la información se guarda con tanta cautela.

Figura 15. Componentes del sistema de tracción en un F1.

El sistema, fabricado para la mayoría de equipos de Fórmula 1 por las empresas ZF Sachs y AP Racing, tiene un peso total que no supera los 860 gramos. El diafragma aplica una presión de hasta 1.6 toneladas a los tres discos de fricción de carbono. La carcasa, fabricada en titanio y de 100 milímetros de diámetro, soporta temperaturas que alcanzan los 700 grados centígrados durante los 0.5 segundos en que, como máximo, el sistema electrónico permite deslizamiento entre los discos.

Figura 16. Embrague del equipo Ferrari de F1.

El embrague, por tanto, es uno de los componentes del vehículo que soporta mayores tensiones, además de las enormes vibraciones generadas por el motor, muy ligero y con potencias muy elevadas (el menor peso de los motores de F1 hace que éstos generen vibraciones muy elevadas) y temperaturas, como se ha mencionado, de hasta 700 grados.

Figura 17. Motor de Fórmula 1 del equipo Ferrari con el embrague visible.

Los embragues en Fórmula 1 ponen al límite la resistencia de los materiales más avanzados existentes en la actualidad.

Aquí termina la tercera parte de nuestro especial de embragues. Para leer los demás artículos publicados de este especial podéis consultar el índice de Materiales de fricción empleados en los discos de embrague.

Otros artículos que te interesarán!

Tracción total: descripción, catalogación y análisis (1 de 2)

Diferenciales de deslizamiento limitado, una visión general (1 de 2)