Como as Equipes de F1 Fabricam Peças de Carbono?

As equipes de Fórmula 1 fabricam peças de fibra de carbono por meio de um processo altamente controlado que começa com o design digital e termina com a cura em autoclave. A maioria dos componentes é feita de fibra de carbono pré-impregnada, que é disposta em moldes, selada a vácuo, curada sob pressão e calor, depois aparada e testada antes de ser usada na pista. Algumas peças podem ir do conceito à instalação em apenas 45 horas.

A fibra de carbono é essencial na F1 moderna. Ela combina peso baixo com resistência extrema, tornando-se ideal para tudo, desde o chassi e asas até braços de suspensão e dutos de freio. As peças devem suportar altas cargas, temperaturas e forças aerodinâmicas enquanto permanecem leves o suficiente para otimizar o desempenho.

Como a fibra de carbono da F1 é feita?

As peças de fibra de carbono da Fórmula 1 são feitas a partir de folhas de pré-impregnado, fibras de carbono pré-impregnadas com resina, que são cortadas com precisão, dispostas em moldes, depois curadas em um autoclave sob calor e pressão. Esse processo cria componentes rígidos e leves capazes de suportar cargas extremas na pista.

Fibra de carbono pré-impregnada: a base da construção na F1

As equipes de F1 usam fibra de carbono pré-impregnada porque permite uma consistência no teor de resina e controle preciso sobre resistência, peso e espessura. O material chega em rolos e é armazenado em temperaturas baixas para retardar a cura. Cada folha é cortada em uma forma específica usando máquinas automatizadas, seguindo especificações exatas de modelos CAD.

Essas peças são então dispostas em moldes numa orientação de fibra definida. A direção de cada camada afeta a resistência e flexibilidade da peça final. Múltiplas camadas são usadas para reforçar zonas de estresse específicas.

Moldagem, cura e acabamento

O molde, muitas vezes feito da própria fibra de carbono, é moldado para combinar com a peça final. Uma vez que o pré-impregnado é disposto, o molde é selado em um saco de vácuo e colocado em um autoclave. Lá, ele cura sob pressão (tipicamente até 6 bar) e calor (entre 120°C e 180°C), solidificando a resina e unindo as fibras.

Após a cura, o componente é resfriado, removido do molde, aparado, inspecionado e testado. Muitas equipes podem concluir esse processo em menos de 48 horas. Essa velocidade permite que entreguem atualizações aerodinâmicas entre as corridas.

As equipes de F1 fabricam suas próprias peças?

As equipes de Fórmula 1 são obrigadas a projetar e fabricar componentes-chave de seus carros internamente, mas têm permissão para obter outras peças de fornecedores ou equipes parceiras. Esse modelo permite que as equipes continuem sendo construtoras enquanto gerenciam os custos e a complexidade.

O que as equipes devem construir por conta própria?

De acordo com os Regulamentos Técnicos da FIA, as equipes devem projetar e possuir a propriedade intelectual de todos os Componentes Listados da Equipe (LTC). Estes incluem:

• A célula de sobrevivência e a estrutura de rolagem primária
• Estruturas de impacto dianteiro
• Componentes aerodinâmicos
• Sensor do tanque de combustível e bolsa de combustível
• Troca térmica primária
• Aplicações de equipe do SECU

As equipes devem demonstrar total propriedade e controle sobre o processo de design dessas peças. Isso é essencial para a integridade competitiva e está alinhado com o status da F1 como um campeonato baseado em construtores.

Quais componentes podem ser compartilhados ou terceirizados?

Os regulamentos permitem Componentes Transferíveis (TRC). Estes são itens que podem ser compartilhados entre equipes, geralmente quando existem parcerias técnicas. Exemplos incluem:

• Câmbios e sistemas de embreagem
• Partes da suspensão interna e pilares
• Sistemas de direção assistida
• Sistemas de escape após a turbina
• Certos componentes hidráulicos e de combustível

Por exemplo, a Haas obtém diversos componentes da Ferrari, enquanto a Red Bull e a Visa Cash App Racing Bulls expandiram sua colaboração para incluir mais peças e infraestrutura compartilhada.

E as peças padronizadas?

Existem também os Componentes de Fornecimento Padrão (SSC) que todas as equipes devem usar. Esses são fornecidos por um fabricante designado para garantir paridade entre os carros no grid. Eles incluem:

• Unidade de controle eletrônico padrão e sistema de telemetria
• Sistemas de freio e monitores de pressão dos pneus
• Câmeras de TV, luzes traseiras e gravador de dados de acidente

Além disso, os Componentes de Código Aberto (OSC) são projetos disponibilizados para todas as equipes. Estes incluem partes como a coluna de direção, mecanismo de DRS e pinças de freio.

Por que isso importa para as peças de fibra de carbono

Enquanto a maioria das equipes fabrica seus próprios componentes estruturais e aerodinâmicos de fibra de carbono para manter o sigilo competitivo e desempenho, o ecossistema de partes da F1 é uma combinação regulada de independência e cooperação. Cada componente se enquadra em uma categoria específica, equilibrando inovação com controle de custos.

Qual tipo de carbono é usado na F1?

As equipes da Fórmula 1 utilizam compósitos de fibra de carbono grau aeroespacial, projetados para os mais altos níveis de desempenho, rigidez e economia de peso. Este carbono é muito diferente do usado em aplicações de consumo como bicicletas ou acabamentos automotivos. Ele deve atender propriedades mecânicas exigentes, resistência térmica e confiabilidade sob cargas extremas.

Fibra de carbono pré-impregnada: o padrão da indústria

As equipes da F1 usam principalmente fibra de carbono grau aeroespacial, conhecida por sua relação excepcional entre peso e resistência, rigidez e resistência ao calor e estresse. Esta fibra normalmente é pré-impregnada com resina epóxi, permitindo controle preciso da orientação das fibras e conteúdo de resina durante a fabricação.

As folhas de carbono pré-impregnadas são cortadas, dispostas em moldes e curadas sob pressão e temperatura elevadas em um autoclave. O resultado é um laminado leve e de alta resistência, adaptado à aplicação.

Principais tipos de fibras e reforços

As equipes de F1 usam uma variedade de fibras avançadas, incluindo:

• Fibras de módulo padrão para partes estruturais gerais
• Fibras de módulo intermediário e alto onde a rigidez é priorizada (como suspensões ou aletas aerodinâmicas)
• Tecidos de microfita (spread tow) que reduzem peso e melhoram o acabamento superficial
• Tows 3K, 6K ou 12K, que se referem ao número de filamentos por feixe na malha, afetando o equilíbrio entre força e flexibilidade

Essas fibras são combinadas com sistemas de resina epóxi formulados especialmente para resistência ao impacto, estabilidade térmica e ambientes com alta vibração.

Carbono de alto módulo vs. módulo padrão

Os engenheiros da F1 escolhem tipos de fibra de carbono com base em suas necessidades estruturais específicas. O carbono de alto módulo oferece rigidez superior, tornando-o ideal para peças que devem resistir à flexão, como o monocoque ou braços de suspensão. Já o carbono de módulo padrão fornece um equilíbrio entre flexibilidade e força e é mais usado em carrocerias ou superfícies aerodinâmicas.

Tecidos unidirecionais e tecidos trançados

A fibra de carbono para peças de F1 está disponível em diferentes tramas e orientações. O pré-impregnado unidirecional tem fibras alinhadas em uma direção, permitindo controle preciso da força em caminhos de carga específicos. A fibra trançada, com fibras entrelaçadas em ângulos, oferece resistência multidirecional e é frequentemente usada em áreas visíveis como carrocerias e asas, tanto por desempenho quanto por apelo visual.

Considerações térmicas e de impacto

Alguns componentes são feitos usando materiais híbridos, combinando fibra de carbono com fibras de aramida como Kevlar ou Zylon. Esses materiais aumentam a resistência ao impacto e são usados em áreas propensas a detritos ou cargas de colisão. Zylon também é obrigatório em certas estruturas da cabine para melhorar a proteção do piloto.

A fibra de carbono usada na F1 deve atender a exigentes padrões de desempenho e segurança. Fornecida por fabricantes especializados, ela é armazenada e manipulada sob controle rigoroso antes da fabricação.

Alternativas sustentáveis em desenvolvimento

Embora a fibra de carbono tradicional ainda seja o padrão de desempenho, equipes como a McLaren já testaram compósitos de fibras naturais, como resina reforçada com linho, em componentes não críticos para reduzir o impacto ambiental. A fibra de carbono reciclada também está em desenvolvimento, enquanto a F1 caminha para maior sustentabilidade.

Como as peças de fibra de carbono são testadas e validadas

Antes de qualquer componente de fibra de carbono ser instalado em um carro de Fórmula 1, ele passa por testes rigorosos para garantir segurança, confiabilidade e desempenho em condições extremas. Esses testes são parte crucial do ciclo de desenvolvimento, confirmando que a peça resistirá às exigências das corridas de alta velocidade.

Simulações e modelagem

O processo de validação começa no mundo virtual. Engenheiros usam análise de elementos finitos (FEA) para simular como cada componente de fibra de carbono responderá a diferentes tensões. Isso inclui torção, compressão e forças de cisalhamento, assim como os efeitos do calor, vibração e fadiga ao longo do tempo. Essas simulações digitais ajudam a otimizar o layout das fibras e a espessura antes que qualquer material seja fisicamente fabricado.

A modelagem térmica garante que o componente possa suportar as altas temperaturas geradas por freios, motores e sistemas de escape. O teste de vibração ajuda a prever como os componentes reagem às oscilações constantes de um carro de F1 em movimento, principalmente aqueles montados próximos à suspensão ou unidade de potência.

Testes reais de impacto e fadiga

Após as simulações, a peça é construída e testada em condições reais. Testes de carga estática replicam as tensões que a peça enfrentará no carro. Os engenheiros aplicam pressão controlada em áreas-chave e usam sensores de deformação para medir a distorção e verificar se ela permanece dentro da faixa segura.

Simulações de colisão e testes de impacto são especialmente importantes para peças críticas à segurança, como o monocoque ou as estruturas de impacto frontal. Essas peças devem absorver grandes quantidades de energia sem falhar catastroficamente, protegendo o piloto durante um acidente.

Para garantir a durabilidade a longo prazo, os componentes também passam por testes de ciclo de vida. Isso simula o desgaste ao longo de vários fins de semana de corrida, permitindo que as equipes identifiquem pontos de falha e melhorem a longevidade das peças.

Do que eram feitos os carros de F1 antes da fibra de carbono?

Antes da introdução da fibra de carbono nos anos 1980, os carros de Fórmula 1 eram construídos principalmente com ligas de alumínio e, em décadas anteriores, tubos de aço. Esses materiais ofereciam resistência, mas penalizavam o peso em comparação aos compósitos modernos.

Estruturas tubulares de aço: a era inicial

Nas décadas de 1950 e 1960, a maioria dos carros de F1 usava chassi do tipo spaceframe em aço. Esses eram feitos soldando tubos de aço em uma estrutura triangular, proporcionando rigidez razoável e facilidade de reparo. No entanto, eram pesados e ofereciam proteção limitada em acidentes.

Monocoques de alumínio: um grande avanço

O final dos anos 1960 trouxe os chassis monocoque de alumínio, iniciados com o revolucionário Lotus 25 em 1962. Em vez de uma estrutura tubular, o carro usava uma casca leve de alumínio com reforços internos, melhorando a rigidez e reduzindo o peso. Esse design tornou-se padrão na F1 por quase duas décadas.

Por volta do final dos anos 1970, estruturas tipo favo de mel em alumínio foram amplamente adotadas, oferecendo melhor absorção de energia e rigidez. Esses monocoques eram mais fortes e leves que os quadros de aço, mas ainda assim inferiores aos compósitos.

A revolução da fibra de carbono

Tudo mudou em 1981, quando a McLaren introduziu o MP4/1, o primeiro carro de F1 com monocoque totalmente em fibra de carbono. Projetado por John Barnard, ele demonstrou imediatamente um salto em proteção contra colisões e desempenho estrutural. A sobrevivência do carro em um forte acidente em Monza validou o novo material, e o restante do grid adotou a tecnologia.

Hoje, alumínio e aço ainda são usados em componentes secundários ou pontos de reforço, mas a fibra de carbono se tornou o material definidor da construção moderna da Fórmula 1.

Por que a fibra de carbono é boa para os carros da F1?

A fibra de carbono é ideal para carros de Fórmula 1 porque combina alta rigidez, resistência à tração, baixo peso, excelente resistência química e estabilidade em altas temperaturas. Essas propriedades permitem construir componentes incrivelmente fortes e leves, tornando o carro mais rápido, seguro e eficiente na pista.

Construção leve aumenta o desempenho

Um carro mais leve acelera mais rápido, freia com mais eficácia e muda de direção com maior agilidade. A fibra de carbono pesa significativamente menos que metais tradicionais ao mesmo tempo que oferece resistência estrutural superior, permitindo reduzir o peso total do carro sem comprometer a segurança.

Rigidez melhora o controle do piloto

A fibra de carbono resiste à flexão sob estresse, melhorando a resposta do chassi e a precisão da suspensão. Essa rigidez aumenta a sensibilidade do piloto ao comportamento do carro, principalmente em curvas de alta velocidade ou frenagens bruscas, facilitando o controle e maximizando os tempos de volta.

Proteção contra colisão integrada

Em caso de acidente, a estrutura em camadas da fibra de carbono é projetada para absorver e dissipar a energia do impacto. Elementos críticos de segurança, incluindo o monocoque (célula de sobrevivência), cabos de retenção das rodas e dispositivos de proteção como o halo, são todos feitos com fibra de carbono por causa de sua capacidade de absorção de impactos.

Projetada para vantagem aerodinâmica

A maleabilidade da fibra de carbono permite aos aerodinamicistas esculpir a carroceria com precisão milimétrica. As equipes usam essa flexibilidade para otimizar o fluxo de ar, minimizar o arrasto e gerar a força aerodinâmica necessária para manter o carro estável em alta velocidade.

A fibra de carbono transformou o projeto e o desempenho dos carros de Fórmula 1. Sua incomparável relação resistência/peso, alta tolerância térmica e resistência à deformação fazem dela o material de escolha em tudo, desde a construção do chassi até os componentes aerodinâmicos. Com regulamentos rigorosos da FIA definindo o que as equipes podem ou não podem fabricar internamente, cada peça de carbono é resultado de um processo rigorosamente controlado que inclui simulações digitais, cura em autoclave e testes extensos.

À medida que os objetivos de sustentabilidade evoluem e a ciência de materiais avança, as equipes da F1 continuam explorando novas formas de produzir carros mais rápidos, seguros e eficientes. Desde componentes com base em linho até fibras recicláveis, o futuro dos compósitos de carbono na Fórmula 1 é tão dinâmico quanto o próprio esporte.

Perguntas Frequentes sobre Peças de Fibra de Carbono da F1

Do que são feitas as peças dos carros de Fórmula 1?

As peças modernas dos carros de F1 são feitas principalmente de materiais compósitos avançados, especialmente fibra de carbono. Outros componentes podem incluir fibras de aramida como Kevlar, misturas termoplásticas e polímeros reforçados. Esses materiais oferecem um equilíbrio ideal entre leveza, rigidez e absorção de energia.

O que é a fibra de carbono e por que ela é usada na F1?

A fibra de carbono é um material compósito feito de fios finos de átomos de carbono entrelaçados em tecido e imersos em resina. Oferece rigidez excepcional, força à tração, resistência química e baixa expansão térmica. Na F1, ela permite estruturas leves e resistentes que melhoram a velocidade, agilidade e proteção em colisões.

Qual a espessura da fibra de carbono nos carros de F1?

A espessura das peças de fibra de carbono varia conforme a aplicação. A maioria dos elementos estruturais usa laminados compostos por várias camadas finas, totalizando geralmente entre 2 a 6 milímetros. Áreas sujeitas a maiores tensões, como o monocoque ou suportes de suspensão, podem ser mais espessas.

Qual o custo da fibra de carbono na Fórmula 1?

A fibra de carbono é um dos materiais mais caros no automobilismo. Um único quilo pode custar centenas de dólares, e um chassi completo pode ultrapassar US$ 650.000. A cada fim de semana de corrida, as equipes podem usar diversos milhares de dólares em novas peças e reparos com fibra de carbono.

A fibra de carbono da F1 pode ser reciclada?

Sim, algumas equipes e fornecedores estão desenvolvendo métodos para reciclar a fibra de carbono. Por exemplo, a McLaren testou fibra de carbono reciclada no Grande Prêmio dos EUA de 2023. Compósitos reciclados oferecem uma alternativa mais sustentável, mantendo parte dos benefícios estruturais do material original.

Quanto de um carro de F1 é feito de fibra de carbono?

Aproximadamente 80% do volume de um carro de F1 é feito de fibra de carbono ou compósitos de carbono. Isso inclui o chassi, assoalho, asas, componentes de suspensão e até elementos de segurança para o piloto, como o halo da cabine e capacetes.

Traduzido do artigo original em inglês “How Do F1 Teams Make Carbon Parts?“