Análise da influência da redução de área na distribuição de calor em um disco de freio por meio de simulação com elementos finitos

O freio a disco é um componente utilizado em um sistema de frenagem para reduzir a velocidade de um veículo. Durante a frenagem o disco de freio é responsável por converter energia cinética em energia térmica, gerando uma quantidade de calor que pode ser prejudicial ao sistema. Dessa forma é preferível a utilização de discos ventilados, possuindo furos ou aletas para permitir o fluxo de ar elevando a sua capacidade de dissipar calor. O objetivo desse artigo é analisar a distribuição de calor no disco de freio no momento da frenagem, verificando de que forma a redução de área na superfície do disco favorece a dissipação de calor, o que influencia diretamente no sistema de frenagem e no desgaste do sistema como um todo. As equações de calor governantes para o disco foram extraídas de literaturas, considerando parâmetros como duração da frenagem, velocidade do veículo, materiais do disco e da pastilha e distribuição da pressão de contato. Os modos de transferência de calor considerados para as percas térmicas foram de condução e convecção. Esta análise térmica em discos de freio foi realizada através de uma simulação computacional utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) em um software comercial ANSYS® Workbench na sua versão estudantil, verificando a distribuição de calor no disco de freio feito em um software de modelagem 3D. Os resultados obtidos foram satisfatórios e demonstram que com a redução da área superficial do disco de freio a temperatura no sistema é reduzida devido ao aumento do fluxo de ar e dissipação de calor, comprovando a eficiência do método computacional proposto e proporcionando a análise térmica em diferentes geometrias de discos de freio que levariam um grande esforço para serem realizadas analiticamente. Este estudo contribui para uma compreensão mais aprofundada do comportamento térmico em um disco de freio à medida que variamos a área de sua superfície.