Detalles sobre discos, tambores, zapatas y sistemas hidráulicos: Cómo los frenos te protegen.
Los frenos son tan importantes como el motor de cualquier coche y son esenciales para garantizar la seguridad durante la conducción. El principio básico de los frenos es simple: quitar la energía cinética de un vehículo en movimiento y convertirla en energía térmica a través de la fricción para detener el coche. Todos los frenos siguen el mismo principio, pero diferentes sistemas logran esta fricción de distintas maneras.
El tipo de sistema del coche y las piezas que utiliza están determinados por muchos factores. Aunque todos los sistemas son ligeramente diferentes, aquí hablaremos de los sistemas que un coche podría tener, cómo funcionan y sus componentes principales. ¡Es muy importante entender el sistema de frenos de tu coche y el sistema de frenado del vehículo, así que sigue leyendo!
Componentes del sistema de frenos
Antes de hablar sobre el tipo de sistema que utiliza un coche para frenar, vale la pena mencionar los componentes principales, especialmente si estás considerando reparar o reemplazar piezas del sistema de frenos. El tipo de piezas que utiliza el sistema de frenos a menudo está determinado por la marca y modelo del coche, las velocidades que puede alcanzar, y el precio y la edad del vehículo. Los sistemas de frenos utilizan tambores o discos e incluyen pastillas de freno.
Frenos de tambor
Los frenos de tambor son la forma más antigua de detener un coche. El tambor está montado en el interior de la rueda y dentro de él hay dos almohadillas resistentes al calor. Cuando se pisa el pedal, las almohadillas se empujan hacia afuera, presionando contra el tambor, lo que hace que el tambor detenga la rueda. La fricción generada entre las almohadillas y el tambor convierte la energía cinética en energía térmica.
Este tipo de frenos se usaba comúnmente en los coches hasta la década de 1980. A medida que los coches se volvieron más potentes, los frenos de tambor no pudieron hacer frente al desafío de detenerlos. En condiciones severas de frenado frecuente, se calientan mucho, y si se calientan demasiado, no pueden convertir la energía cinética en calor y dejan de funcionar. Después de la década de 1980, muchos coches comenzaron a utilizar frenos de disco en su lugar.
Sin embargo, esto no significa que los frenos de tambor no se utilicen en absoluto. Siguen siendo adecuados y cumplen su función. Dado que la mayor parte de la presión se aplica a los frenos delanteros cuando un coche se detiene, a menudo se utilizan como frenos traseros. Los frenos de tambor son más baratos de fabricar y más fáciles de mantener, por lo que a menudo se encuentran en coches de nivel básico y modelos económicos.
Frenos de disco
Los frenos de disco han “reemplazado” a los frenos de tambor como la opción más popular en la mayoría de los coches. Los frenos de tambor empujan hacia afuera, lo que no genera tanta presión como apretar la rueda. Por eso, los expertos diseñaron un sistema que aprieta en lugar de empujar. También descubrieron que una mayor superficie significa más fricción, lo que es esencial para mejorar el frenado a alta intensidad. La combinación de algo que aprieta y una gran superficie llevó a la adopción de los frenos de disco.
Los frenos de disco son un mecanismo para ralentizar o detener la rotación de una rueda de su movimiento. El disco de freno suele ser de hierro fundido, aunque en algunos casos puede ser de compuesto de carbono o cerámica. Está conectado a la rueda o al eje. Para detener la rueda, un material de fricción en forma de pastillas de freno se fuerza contra ambos lados del disco. La fricción ejercida sobre la rueda del disco hace que se ralentice o se detenga.
Algunos discos están modificados para enfriarse más rápido y mantenerse más eficientes. Esto a menudo se logra permitiendo que entre aire, por lo que modificaciones como perforar el centro, dejar pequeños espacios en el perímetro exterior o agregar aletas permiten que el aire acceda al disco, lo que en última instancia significa un sistema de frenos más eficiente.
Pastillas de freno
Ya sea que un coche use discos o tambores, el componente principal incluido en el disco o tambor son las pastillas de freno (a veces llamadas “zapatas”). Estas son las que generan la fricción. Aunque se utilizan muchos materiales diferentes para las pastillas de freno, las pastillas comunes están hechas de material orgánico (usando vidrio, kevlar, carbono, etc.), cerámica, semimetálico o totalmente metálico. Todos los materiales utilizados están diseñados para absorber la mayor cantidad de calor posible.
Las pastillas de freno orgánicas son muy silenciosas y no desgastan el disco, pero se desgastan más rápido y necesitan ser reemplazadas con más frecuencia. Las pastillas de cerámica también son muy silenciosas y duraderas, y tienen un poder de frenado mucho mayor que las pastillas orgánicas. Las pastillas semimetálicas superan incluso la capacidad de las pastillas de cerámica, pero las escamas metálicas en el material compuesto desgastan más el disco, por lo que es necesario reemplazar los discos de freno con más frecuencia. Finalmente, están las pastillas de freno totalmente metálicas.
Estas son las que usan los coches de carreras. Tienen un poder de frenado increíble, pero son ruidosas y desgastan el disco como hielo derritiéndose bajo el sol. Es probable que tu coche incluya pastillas de freno sintéticas o de cerámica, y ambas son buenas opciones para la conducción diaria.
Sistemas de frenos mecánicos
Los frenos mecánicos fueron el primer tipo de sistema de frenos instalado en los automóviles cuando comenzaron a producirse en masa en el siglo XX. Estos sistemas incluían una serie de poleas, cables, levas y otros dispositivos que aplicaban fricción a un tambor de freno para detener el coche. Cuando se pisaba el pedal, se tiraba de un cable de freno, que a su vez empujaba el tambor contra la rueda para detener el vehículo.
Estos sistemas de frenos tenían muchos problemas. Por un lado, requerían mucho mantenimiento, ya que para que los frenos funcionaran, las líneas de freno y todas las demás partes móviles tenían que mantenerse en perfecto estado. También era fácil que los cables de freno se rompieran si se aplicaba demasiada presión o si la fuerza necesaria para detener el vehículo era demasiado grande, lo que era muy peligroso. El sistema también requería mantenimiento por su precisión. Si una palanca se desalineaba o la tensión del cable no era perfectamente correcta, se aplicaban diferentes presiones de frenado a diferentes ruedas, lo que hacía que el coche fuera muy difícil de controlar.
Todos estos problemas hicieron que, para finales de la década de 1950, los frenos mecánicos fueran raros en los coches, siendo reemplazados por frenos hidráulicos.
Dicho esto, la mayoría de los coches todavía tienen una forma de freno mecánico, a saber, el freno de estacionamiento. Además de los frenos hidráulicos principales, los coches suelen tener un freno de estacionamiento mecánico que utiliza una palanca y un brazo dentro del tambor de freno para ayudar a detener el coche. Estos se accionan por cable desde la palanca del freno de estacionamiento dentro del coche. Un trinquete en la palanca del freno de estacionamiento mantiene los frenos aplicados una vez que se han activado. Un botón libera el trinquete y suelta la palanca. Todos los coches tienen un sistema de freno de estacionamiento (a veces eléctrico y no mecánico) que actúa sobre dos ruedas (normalmente las traseras). Dado que este sistema mecánico solo está destinado a mantener el coche en su lugar cuando está estacionado, no para detenerlo, un sistema mecánico es suficiente.
Sistemas de frenos hidráulicos
El sistema de frenos más común en los coches modernos es el sistema de frenos hidráulico, y es casi seguro que tu coche está equipado con frenos hidráulicos. Los coches suelen tenerlo en las cuatro ruedas, y el sistema hidráulico puede utilizar discos de freno o tambores de freno.
A diferencia de los antiguos sistemas de frenos mecánicos, los sistemas hidráulicos utilizan fluido para aplicar presión a los frenos. El fluido hidráulico se almacena en las líneas de freno y se utiliza para transmitir la presión o la fuerza desde el pedal o la palanca de freno para detener el vehículo. El fluido de frenos, o fluido hidráulico, es una sustancia no compresible que puede funcionar a altas temperaturas y presiones.
En este tipo de sistema de frenos, la fuerza mecánica proviene de que el conductor pise el pedal de freno. Esta fuerza empuja el fluido de frenos a través de las líneas y, al ser no compresible, avanza hacia el sistema de frenos. En un dispositivo conocido como cilindro maestro, esta fuerza se convierte en presión hidráulica y se envía a las pinzas de freno o a los segmentos del tambor (dependiendo del tipo de sistema).
Cada pinza de freno contiene una serie de pistones (hasta 6), y la presión hidráulica fuerza a la pinza a bloquearse contra el disco o tambor. Las pastillas de freno montadas en la pinza de freno generan fricción cuando rozan contra el disco o tambor de freno, lo que finalmente detiene el coche.
Los sistemas de frenos hidráulicos también tienen ventajas distintas.
En primer lugar, la fuerza generada por un sistema de frenos hidráulico es mayor en comparación con los antiguos sistemas de frenos mecánicos utilizados en los coches. Estos eran bastante primitivos y dependían de palancas, linkages o levas, y no transmitían tanta fuerza como los sistemas hidráulicos. Los sistemas mecánicos también podían perder eficiencia con el tiempo a medida que las partes móviles se degradaban.
El riesgo de que una línea hidráulica de frenos se dañe es muy bajo y requiere poco mantenimiento, lo que contrasta con los frenos mecánicos. También son increíblemente rápidos, responden bien al pedal, y la fuerza aplicada a los frenos necesita ser muy pequeña para ejercer presión sobre los tambores o discos.
Los sistemas hidráulicos tienen muchas menos partes móviles que los sistemas mecánicos, lo que también reduce el desgaste de estas partes y el mantenimiento asociado o resultante. Esto hace que el sistema sea más barato y confiable que los sistemas mecánicos. Los sistemas mecánicos también podían variar mucho en diseño y construcción de un coche a otro, lo que a menudo hacía que las reparaciones fueran difíciles. Los sistemas hidráulicos tienen un diseño relativamente simple y son fáciles de ensamblar, lo que facilita el mantenimiento.
Sistema de frenos servo
A menudo llamado freno de potencia, o servo freno o booster de frenos, el sistema de frenos servo está diseñado para proporcionar potencia adicional para reducir la fuerza necesaria para frenar y funciona junto con los frenos hidráulicos.
El servo de freno funciona creando un vacío parcial