13 de dezembro de 2017
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Conheça o funcionamento do sistema hidráulico dos freios a disco para bicicletas

Os freios e disco de acionamento hidráulico são um verdadeiro divisor de águas na história do mountrain bike, ao estabelecer novos paradigmas de confiabilidade, eficiência e modulação.

Embora amplamente utilizados nas modernas bicicletas de MTB, os freios a disco são um verdadeiro bicho de sete cabeças para muitos ciclistas, principalmente no que diz respeito ao seu funcionamento e cuidados a serem observados.

Nas próximas linhas explicaremos como é o princípio de funcionamento dos freios a disco, quais são seus principais componentes internos e o que devemos fazer para prolongar ao máximo sua vida útil.

Sistema hidráulico

O princípio de funcionamento de qualquer sistema hidráulico consiste basicamente em gerar movimento ou força através da utilização de um fluido incompressível, resultando no que chamamos de força mecânica.

De acordo com o Princípio de Pascal, uma força aplicada para operar os freios (através do pressionamento das manetes) é multiplicada no processo. O fator de amplificação desta força é determinado pelo tamanho dos pistões em cada extremidade do sistema. No caso dos freios a disco hidráulicos, o pistão da manete que empurra o fluido através do sistema é menor que o pistão que empurra as pastilhas contra o rotor (disco), fazendo com que a força aplicada pela mão do ciclista nas manetes seja multiplicada, ajudando-o a frear de forma fácil e eficiente.

Os Componentes

Brake Force One

Agora que passamos a compreender o princípio de funcionamento dos freios hidráulicos vamos dar uma olhada nos diferentes componentes de seu conjunto e conhecer suas funções específicas. Basicamente, um sistema de freios a disco hidráulico possui as seguintes partes:

  • Cilindro mestre, situado nas manetes;
  • Conduítes ou mangueiras;
  • Fluido hidráulico;
  • Pistões, situados nas pinças de freio;
  • Pastilhas;
  • Rotor.

Montado na manete do freio, o Cilindro Mestre é acionado diretamente pela mesma, produzindo a força necessária para forçar o fluido hidráulico em direção aos pistões, responsáveis por empurrar as pastilhas de freio contra o rotor.

Além das dimensões do cilindro mestre e dos pistões, outro fator que influencia no nível de esforço necessário para a frenagem é a dimensão e ergonomia da alavancas da manete.

O acionamento da manete é dividido em três fases:

  • Ponto morto – Ocorre na fase inicial do acionamento, quando a manete força o selo principal a empurrar o fluido hidráulico do reservatório em direção às mangueiras e aos pistões
  • Ponto de acionamento – Neste ponto, o fluido começa a empurrar os pistões em direção às pastilhas
  • Contato e modulação – As pastilhas entram em contato com o rotor, dando início ao processo de frenagem. O controle da pressão exercida pelas pastilhas sobre o rotor é chamada modulação e é exercida pelo ciclista, embora alguns freios permitam uma melhor modulação e controle sobre a frenagem que outros modelos.

Sistema aberto ou fechado?

O design dos freios Avid elixir é do tipo fechado
O design dos freios Avid elixir é do tipo fechado

Os modernos sistemas de freios a disco podem ser do tipo aberto ou fechado. ao contrário do que o nome possa sugerir, ambos são totalmente selados.

Um modelo do tipo aberto possui um reservatório em seu interior que permite que o fluido seja adicionado ou removido do sistema de forma automática durante a utilização. Durante o calor gerado pela frenagem, o reservatório é inundado pelo fluido hidráulico. Uma membrana flexível em seu interior se contrai ou expande-se, compensando a mudança na pressão do sistema, evitando que a manete fique mole ou dura demais.

Além disso, um sistema aberto proporciona uma quantidade extra de fluido para empurrar os pistões e compensar o desgaste das pastilhas.

Um sistema fechado também possui um reservatório, embora a ausência de uma membrana que compense o fluxo do fluido faça com que qualquer tipo de ajuste da distância dos pistões deve ser realizada manualmente.

As mangueiras

As linhas de conexão de um sistema hidráulico são as suas mangueiras, que são encarregadas de transmitir a força aplicada no cilindro mestre para os pistões das pinças.

Uma mangueira hidráulica de boa qualidade reúne boa flexibilidade, resistência a choques mecânicos e corrosão e, principalmente, resistência à expansão.

Tubulações de baixa qualidade tendem a expandir-se durante o processo de frenagem, ‘roubando’ a energia que deveria ser aplicada aos pistões da pinça de freio.

As mangueiras utilizadas em sistemas de freios hidráulicos são compostas por pelo menos três camadas distintas:

Camada interna – É nesta camada onde o fluido percorre seu caminho. Para que o material utilizado  em sua composição não reaja ou seja corroída pelo fluido de freio, suas paredes internas são revestidas de PTFE (conhecido pelo nome comercial de Teflon).

Mangueira

Malha de Kevlar ou aço – Para evitar a expansão da mangueira devido à pressão, é necessário que a mesma possua um esqueleto que impeça sua deformação sem perder a flexibilidade.

Embora alguns fabricantes ainda utilizem fios de aço inoxidável trançados em forma de malha, o material atualmente mais utilizado como esqueleto das mangueiras hidráulicas é o kevlar, material utilizado em coletes a prova de bala, extremamente leve, resistente e mais flexível que a malha de aço.

Camada externa – Composta geralmente de material plástico, protege malha de kevlar de desfiamentos que poderiam inutilizá-lo. além disso, protege o quadro da bicicleta contra abrasões.

A alma do sistema – O fluido hidráulico

Fluidos hidráulicos

Um bom fluido hidráulico para utilização em freios deve combinar duas características básicas: incompressibilidade e alto ponto de ebulição.

A incompressibilidade irá garantir que a energia utilizada nas manetes não seja perdida em seu caminho em direção às pinças dos freios. Por outro lado, um fluido de baixo ponto de ebulição irá se transformar em vapor durante as altas temperaturas alcançadas durante frenagens mais fortes, o que pode resultar em falha e graves acidentes.

Sistemas de freios hidráulicos utilizam basicamente dois tipos de fluido: DOT ou óleo mineral, cada um com suas próprias características de eficiência e ponto de ebulição.

DOT

A norma de regulamentação das especificações dos fluidos hidráulicos DOT foram criadas pelo Departamento de Transporte dos Estados Unidos (Department of Transportation), de onde vem a sigla. Fluidos hidráulicos DOT são comumente encontrados em freios das marcas SRAM, Avid, Formula, Hayes e Hope.

Fluidos DOT são classificados de acordo com uma série de critérios de performance, onde a temperatura mínima de ebulição é o principal fator.

Os fluidos de freio sintéticos DOT 3, 4 e 5.1 utilizam em sua composição compostos a base de glycol e possuem como característica serem higroscópicos, ou seja, absorvem a umidade com o tempo de uso. Isto resulta na diminuição do ponto de ebulição, fazendo com que o fluido passe a ferver em temperatura menor que a especificada, podendo comprometer o sistema de frenagem.

Por isso é importante realizarmos a troca dos fluidos de freios pelo menos uma vez ao ano.

Diferença no aspecto do fluido DOT novo (a esquerda) e o velho, contaminado, a direita)
Diferença no aspecto do fluido DOT novo (a esquerda) e o velho, contaminado, a direita)

A tabela abaixo mostra os diferentes pontos de ebulição dos fluidos DOT disponíveis no mercado, onde percebe-se claramente a diminuição de sua eficiência após um ano de uso.

Tipo de fluido D.O.T Ponto de ebulição (Novo) Ponto de ebulição após 1 ano de uso
D.O.T. 3 205ºC 140ºC
D.O.T. 4 230ºC 155ºC
D.O.T. 5 260ºC 180ºC
D.O.T. 5.1 270ºC 190ºC

Fluido do tipo DOT 5 (não confundir com o DOT 5.1!) possui uma formulação bem diferente dos outros DOTs, já que utiliza em sua composição o silicone no lugar do glycol. Como o silicone é hidrófobo, ele acaba repelindo a umidade.

Embora esta característica aumenta a sua confiabilidade em relação aos demais tipos , o DOT 5 também possui desgaste e precisa ser trocado em determinados períodos.

Atenção!!! O DOT 5 não é compatível com os fluidos DOT 3, DOT 4 e DOT 5.1.

Via de regra, dois tipos de fluidos para freios jamais devem ser misturados. Qualquer contaminação, por menor que seja, pode não apenas comprometer a performance, mas também inutilizar de forma permanente o conjunto de freios, ao corroer os componentes internos do mesmo.

Exija de seu mecânico a utilização de kits de sangria específicos para cada marca de freio e tipo de óleo utilizado.

Óleo mineral

Óleo Mineral

Alguns fabricantes, como a Shimano, a Magura e a Tektro utilizam óleo mineral como fluido hidráulico.

Entre as vantagens em sua utilização, destaca-se o fato que os óleos não absorvem umidade, o que aumenta a sua autonomia de uso. além disso, ao contrário dos DOTs, óleos minerais não são corrosivos e são ambientalmente menos agressivos.

Por outro lado, não existe uma regulamentação que padronize suas características físico-químicas, como ocorre com a norma DOT. Devido a isto, existe o risco de que um freio da marca X possa não funcionar bem e até mesmo danificar-se caso seja utilizado com um óleo mineral da marca Y, já que sua performance e ponto de ebulição pode variar de marca para marca.

Para evitar este tipo de problema, fabricantes como a Shimano e a Magura produzem suas próprias marcas de óleo mineral.

Embora a autonomia de utilização de óleos minerais seja sensivelmente maior que os fluidos DOT, eventuais infiltrações de água no sistema – seja através de vazamentos, condensação ou devido a juntas de conexão gastas -, farão com que esta água fique represada em algum ponto do sistema de freios, podendo congelar ou ferver, causando falhas nos freios.

Atenção!!! Uma vez aberta a embalagem original, o fluido DOT deverá ser utilizado em um prazo máximo de 1 ano, caso contrário, a umidade existente no ar irá inutilizá-lo.

Já os óleos minerais, que são hidrófobos, não apresentam este problema.

Pinça de freio

Instalados em cada roda da bicicleta, as pinças abrigam em seu interior os pistões e as pastilhas, que são empurrados em direção ao rotor quando a manete do freio é acionada pelo ciclista.

Atualmente, a maioria das montagens de pinça são instalados no quadro ou garfo da bicicleta de forma fixa, embora ainda se encontrem alguns modelos flutuantes. Sua construção pode ser em uma única peça (monobloco) ou em duas peças opostas, mantidas unidas através de parafusos.

Vista "explodida" de um freio Haues com design de pinça em duas peças
Vista “explodida” de um freio Haues com design de pinça em duas peças

Pistões

Os pistões são componentes cilíndricos abrigados no interior das pinças. embora a grande maioria dos modernos freios a disco possuam dois pistões em cada pinça, muitos modelos possuem apenas um, enquanto que alguns modelos são oferecidos com quatro pistões por pinça.

É importante salientar que não é o número de pistões no interior da pinça que irá determinar a potência de frenagem, já que 4 pequenos pistões podem oferecer a mesma potência que 2 pistões de tamanho maior.

Pistões de pinça de freios a disco podem ser utilizados de forma oposta ou apenas em um único lado, de acordo com o design do freio. Em um sistema oposto, os pistões dos dois lados são acionados simultaneamente com o aperto da manete, empurrando as pastilhas contra o rotor.

Já o sistema de pistão em um único lado empurra o mesmo contra um disco flutuante em direção a pastilha do outro lado, que é fixa.

Pastilhas

Pastilhas

A escolha correta das pastilhas pode significar uma enorme diferença entre uma grande eficiência e uma performance sofrível. Com a enorme disponibilidade de tipos e marcas de pastilhas de reposição disponíveis no mercado, o risco de realizar a compra errada é muito grande.

Vamos conhecer agora os diferentes materiais utilizados nas pastilhas de freios e suas características.

Orgânica – As pastilhas de freio orgânicas utilizam resinas sintéticas no lugar dos elementos metálicos, adicionadas a materiais como grafite e aramida. Por não conter partículas metálicas em sua composição, são menos agressivas com os rotores (discos) e com o meio ambiente, além de serem mais silenciosas.

Por outro lado, as pastilhas orgânicas se desgastam mais rápido e possuem menor performance, se comparadas aos demais modelos, principalmente em situações de chuva e lama.

Semi-metálica – Este tipo de pastilha utiliza uma mistura de semi-metais como grafite e silício com partículas de metais macios como cobre e bronze em sua composição.

A adição destes elementos aumenta sensivelmente não apenas a durabilidade das pastilhas como também sua performance. Além disso, sua dissipação de calor é melhor que nos modelos orgânicos, evitando assim o aumento da temperatura que é transferida dos pistões da pinça para o fluido hidráulico.

Algumas desvantagens de seu uso incluem o maior ruído durante a freada e o maior desgaste dos rotores.

Sinterizada – A sinterização é o processo no qual pós metálicos (cobre, aço, bronze etc.) e/ou semi-metálicos (cerâmica, grafite etc.) são compactados por pressão e submetidos a temperaturas elevadas, ligeiramente menores que a sua temperatura de fusão. Este processo cria uma peça sólida de grande durabilidade, boas características de dissipação de calor e melhor performance em situações de chuva e/ou lama.

Por outro lado, são bastante ruidosas de necessitam um maior período de queima que os demais modelos para funcionarem melhor.

Cerâmica – Disponíveis até pouco tempo apenas em freios de carros de corrida, as pastilhas de freio cerâmicas pouco a pouco vem surgindo como uma alternativa também para os freios de bicicleta.

De todos os materiais utilizados em pastilhas de freio, a cerâmica é a que melhor absorve o calor, além de possuir excelente durabilidade, baixo nível de ruído e produzir menos resíduos durante a fricção com o rotor.

Como desvantagem, seu alto preço aliado à falta de oferta de modelos específicos para determinadas marcas de freios tornam as pastilhas cerâmicas uma opção para poucos.

Rotores

Rotor Shimano ICE Tech

O tamanho do disco do freio é um dos fatores determinantes que afetam o poder de frenagem. Quanto maior seu diâmetro, maior será sua potência.

Atualmente são encontrados no mercado rotores com diâmetros entre 140 a 203mm. via de regra, rotores menores são utilizados em bicicletas de XC e rotores maiores são desenhados para as disciplinas mais radicais do MTB, como o All Mountain, o Freeride e o DH.

O design – Além de seu diâmetro, outras medidas são determinantes para a eficiência de um rotor: dureza, espessura e área de atrito.

O material utilizado na fabricação do rotor deve ser duro o suficiente para resistir às agressivas forças aplicadas através da fricção das pastilhas sobre sua superfície. Além disso, sua capacidade de dissipação de calortambém determinará sua eficiência.

Sob nenhuma hipótese os rotores poderão ter alterações em sua espessura. Caso isto ocorra, deverão ser substituídos, já que uma mínima alteração ao longo de sua circunferência trará efeitos indesejados como vibrações e falhas. Pelo mesmo motivo, os rotores precisam estar totalmente alinhados. Qualquer movimento lateral fará com que a superfície do rotor encoste na superfície da pastilha de forma desigual.

Seis parafusos ou CenterLock?

Diferença no padrão de fixação por seis parafusos (esquerda) e CenterLock (direita)
Diferença no padrão de fixação por seis parafusos (esquerda) e CenterLock (direita)

Para que possam funcionar corretamente, os rotores precisam ser fixados nos cubos das rodas, que devem por sua vez serem compatíveis com freios a disco. Atualmente, o mercado utiliza dois sistemas de fixação de rotores, o ISO, que utiliza seis parafusos e o CenterLock, desenvolvido pela Shimano. Ambos sistemas possuem vantagens e desvantagens.

ISO (6 parafusos) – Facilmente encontrado no mercado e compatível com a maioria dos modelos de freios a disco, o sistema ISO surgiu com os primeiros freios a disco para bicicletas.

Utiliza seis parafusos do tipo torx ou allen, que devem ser apertados alternadamente em oposição um ao outro, de forma evitar o risco de deixar o rotor empenado.

CenterLock – O sistema Shimano CenterLock elimina o risco de espanar os furos dos parafusos do rotor por excesso de força, já que não utiliza parafusos, mas sim uma trava em forma anelar. Sua instalação e remoção é muito mais simples e segura que nos modelos com seis parafusos, embora exija o uso de uma ferramenta especial.

Discos de freio CenterLock são levemente mais pesados que os modelos ISO e, via de regra, mais caros e menos compatíveis com as rodas e cubos disponíveis no mercado.

Cuidados básicos

Em um componente de precisão como os freios a disco, alguns cuidados básicos devem ser observados para se estrair dos mesmos o máximo em eficiência e durabilidade:

  • Resista a tentação de tocar os rotores com seus dedos. A gordura existente nas mãos poderá contaminar as pastilhas de freio, reduzindo sua eficiência;
  • Muito cuidado ao lubrificar a corrente de sua bicicleta. Uma única gota de óleo que cais no interior da pinça de freio poderá inutilizar de forma permanente as pastilhas;
  • Álcool isopropílico, encontrado em lojas de componentes eletrônicos e informática é um dos melhores produtos para limpar pastilhas e rotores de freio;
  • Faça a sangria e substituição do fluido de freio pelo menos duas vezes ao ano (em modelos que utilizam fluido DOT) ou ao menos uma vez ao ano, em freios que utilizem óleo mineral. Aproveite e troque também as pastilhas;
  • Fluidos DOT, cuja embalagem foi aberta há mais de uma ano podem estar inutilizados, mesmo se o prazo de validade estiver em dia, já que este tipo de fluido absorve umidade da atmosfera. Para evitar desperdício, adquira embalagens do tipo ‘dose única’;
  • Jamais utilize seringas comuns na sangria dos freios, pois o fluido pode reagir com o êmbolo de borracha da mesma e contaminar o sistema.

Sobre o autor

André Ramos é editor do website MTB Brasília
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