Ojalá les sirva y no resulte muy extenso....
Freno de disco
En los automóviles, los frenos de disco suelen encontrarse dentro de las ruedas.
El freno de disco es un dispositivo cuya función es detener o reducir la velocidad de rotación de una rueda. Hecho normalmente de acero, está unido a la rueda o al eje. Para detener la rueda dispone de unas pastillas que son presionadas mecánica o hidráulicamente contra los laterales de los discos. La fricción entre el disco y las pastillas hace que la rueda se frene. Los frenos de disco son utilizados en automóviles, motocicletas y algunas bicicletas.
Historia
Los experimentos con los frenos de disco comenzaron en Inglaterra sobre 1890. El primer automóvil con frenos de disco fue patentado por Frederick William Lanchester en su fábrica de Birmingham en 1902, aunque tuvo que pasar medio siglo para que esta innovación se utilizara ampliamente. Los primeros diseños de frenos de disco modernos comenzaron en el Reino Unido sobre 1940 y 1950. Ofrecían mucho mejor rendimiento en la frenada que los frenos de tambor: tenían mucha mejor resistencia al sobrecalentamiento (fadding) y no perdían su eficacia al sumergirlos en agua, importante en los vehículos todo-terreno. Además son mucho más fiables que los frenos de tambor debido a su simplicidad mecánica, tiene menos piezas y son más sencillos de ajustar.
Inicialmente los frenos de disco fueron introducidos en los vehículos deportivos que demandaban una mayor capacidad de frenada. Algunos estaban colocados dentro del vehículo, junto al diferencial, pero la inmensa mayoría de los actuales se colocan dentro de las ruedas. Los posicionados dentro del vehículo permiten disminuir la masa suspendida y el calor transmitido a las ruedas, importante en la alta competición.
En la actualidad los frenos de disco han sido introducidos prácticamente en la totalidad de los vehículos, si bien se siguen utilizando los frenos de tambor en el eje trasero en las gamas bajas, como forma de reducir costes y simplificar el funcionamiento del freno de mano. Dado que la mayoría del esfuerzo de frenada se produce en el eje delantero, esta solución ofrece un compromiso razonable entre coste y seguridad.
Mecanismo y componentes
Sistema de frenado de un sólo pistón.
El líquido de frenos circula por el circuito hidráulico hasta presionar el pistón y empujar la pastilla contra el disco (azul). La presión contra el disco hace que la pastilla se aleje del pistón, empujando la otra pastilla contra el disco. El rozamiento entre las pastillas y el disco frena la rueda.
Discos de freno
Freno de disco.
Existen diferentes tipos de discos de freno. Algunos son de acero macizo mientras que otros están rayados en la superficie o tienen agujeros que los atraviesan. Esto últimos, denominados discos ventilados, ayudan a disipar el calor. Además, los agujeros ayudan a evacuar el agua de la superficie de frenado. Las ranuras sirven para eliminar con más facilidad el residuo de las pastillas. Algunos discos están perforados y rayados.
Mordazas (Calipers)
La mordaza es el soporte de las pastillas y los pistones de freno. Los pistones están generalmente hechos de acero aluminizado o cromado. Hay dos tipos de mordazas: flotantes o fijas. Las fijas no se mueven, en relación al disco de freno, y utilizan uno o más pares de pistones. De este modo, al accionarse, presionan las pastillas a ambos lados del disco. En general son más complejas y caras que las mordazas flotantes. Las mordazas flotantes, también denominadas "mordazas deslizantes", se mueven en relación al disco; un piston a uno de los lado empuja la pastilla hasta que esta hace contacto con la superficie del disco, haciendo que la mordaza y con ella la pastilla de freno interior se desplacen. De este modo la presión es aplicada a ambos lados del disco y se logra la acción de frenado.
Las mordazas flotantes pueden fallar debido al enclavamieto de la mordaza. Esto puede ocurrir por suciedad o corrosión, cuando el vehículo no es utilizado por tiempos prolongados. Si esto sucede, la pastilla de freno de la mordaza hará fricción con el disco aún cuando el freno no esté siendo utilizado, ocasionando un desgaste acelerado de la pastilla y una reducción en el rendimiento del combustible.
Pistones y cilindros
Los pistones cuentan con una fijación que va alrededor y sellos que impiden el escape de la presión ejercida por el líquido de frenos, a través del cual son accionados. La mordaza lleva un conducto por el cual entra el líquido de frenos y eso hace que la mordaza empuje la pastilla contra el disco y, a la vez, que se corra la mordaza para frenar con ambas y se logre uniformizar el frenado y el desgaste.
Pastillas de freno
Las pastillas están diseñadas para producir una alta fricción con el disco. Deben ser reemplazadas regularmente, y muchas están equipadas con un sensor que alerta al conductor cuando es necesario hacerlo. Algunas tienen una pieza de metal que provoca que suene un chirrido cuando están a punto de gastarse, mientras que otras llevan un material que cierra un circuito eléctrico que hace que se ilumine un testigo en el cuadro del conductor.
Hasta hace poco tiempo las pastillas contenían amianto, que ha sido prohibido por resultar cancerígeno. Por lo tanto, al trabajar con vehículos antiguos se debe tener en cuenta que no se debe inhalar el polvo que pueda estar depositado en las inmediaciones de los elementos de frenada. Actualemente las pastillas están libres al 100% des este material, ya que fue catalogado como cancerígeno.
Daños en los discos de freno
Los discos se pueden sufrir diferentes daños: alabeado, rayado, rotura y cristalización.
-Alabeado
El alabeado se produce por un sobrecalentamiento de la superficie de frenado que provoca una deformación en el disco. Esto provoca vibraciones en la frenada y una disminución en la potencia de frenado. El alabeado puede ser prevenido con una conducción menos exigente con los frenos, aprovechando el freno motor con un uso inteligente de la caja de cambios para reducir la carga del freno de servicio. Pisar el freno continuamente provoca una gran cantidad de calor, por lo que debe evitarse. para verificar se mide con micrómetro (el espesor) y con un comparador de dial o carátula (para medir la deformación).
-Rotura
La rotura está en todos los tipos de discos, en los que pueden aparecer grietas entre los agujeros (para los ventilados y super ventilados), y grietas en la superficie de fricción que tiene el disco.
-Rayado
Es producido cuando las pastillas de freno no están bien instaladas o son de material mas duro que el material proveniente de los discos, esto al frenar provoca un rayado en el cual hace que el disco, en la superficie de fricción se deforme. la solución para este problema es el rectificado de ambos discos.
-Cristalización
El disco se cristaliza cuando al momento de frenar, el material de fricción del disco con las pastillas, generan una mayor temperatura (ejemplo, al frenar desenganchado en la bajada de una cuesta), provocando que el disco se queme, quedando de un color azulado. para este daño, hay que reemplazar el disco de freno por uno nuevo.
Freno de tambor
El freno de tambor es un tipo de freno en el que la fricción se causa por un par de zapatas o pastillas que presionan contra la superficie interior de un tambor giratorio, el cual está conectado al eje o la rueda.
Los frenos de tambor modernos se inventaron en 1902 por Louis Renault, aunque un tipo de freno similar pero menos sofisticado ya se había usado por Wilhelm Maybach un año antes. En los primeros diseños las zapatas eran dirigidas mecánicamente; a mediados de los años '30 se introdujo un sistema hidráulico por medio de aceite, si bien el sistema clásico se siguió utilizando durante décadas en algunos modelos.
Las zapatas eran un elemento que había que ajustar regularmente hasta que en los años 50's se introdujo un sistema de autoadaptación que hacía innecesario el ajuste manual. En los años 60 y 70 se empezaron a dejar de fabricar coches con frenos de tambor en el eje delantero. En su lugar se fue introduciendo el freno de disco y actualmente todos los vehículos de gama media y alta los incorporan. Esto es debido a que los frenos de tambor con zapatas internas tienen poca capacidad de disipar el calor generado por la fricción, lo que hace que se sobrecalienten fácilmente. En esos casos los materiales se vuelven más endebles y es necesario presionar con más fuerza para obtener una frenada aceptable.
Actualmente los frenos de tambor se siguen utilizando en los vehículos de gama baja debido a su menor coste sobre los frenos de disco.
Los Frenos de Disco y Tambor
Si hacemos una revisión histórica veremos que antes de los años 60 la mayoría de vehículos utilizaba frenos de Tambor en las cuatro ruedas, a finales de esa década hubo un cambio importante, la incorporación de frenos de “Disco” para las ruedas delanteras. ¿Qué propició este cambio?, pues simplemente la eficiencia de este tipo de frenos en cuanto a la reducción drástica del mantenimiento ya que no necesita ajuste o “graduación” a diferencia de los sistemas de tambor de la época. Otras ventajas también fueron asociadas al sistema, tales como su simplicidad, control de temperatura, fácil mantenimiento, reducción de piezas y costos.
Hoy en día vemos alguna tendencia a utilizar frenos de disco sobre las ruedas traseras, sin embargo, muchos fabricantes aún se mantienen fieles a los frenos de tambor traseros… a raíz de esto nace la interrogante: Si el sistema es más eficiente… ¿por qué no es de uso común en todos los vehículos actuales? La respuesta está en “la ley de inercia”, se debe a que mientras más rápido necesitamos detener el vehículo más peso recae sobre las ruedas delanteras y menos queda sobre las ruedas traseras!
Sí, este efecto es fácilmente demostrable en frenadas de Emergéncia donde sentimos que el frente del vehículo “baja” mientras la parte trasera “sube”; así se evidencia el movimiento centro de gravedad gracias a la inercia producida por la deceleración de un cuerpo.
Gracias a este efecto podemos concluir que mientras más fuerte presionamos el pedal de frenos más fuerza requerimos en la frenada de las ruedas delanteras (60% a 90% de las fuerzas que detienen al vehículo se generan en las ruedas delanteras). Para el caso de las ruedas traseras se requiere un control muy exacto de la presión que llega a las mismas, de manera contraria las mismas se trabarían con mucha facilidad deslizando sobre el pavimento y con alta posibilidad de perder el control de la direccionabilidad del vehículo.
Para evitar el exceso de frenado de las ruedas traseras existen diferentes mecanismos como válvulas reguladoras y/o compensadoras de presión que trabajan bajo diferentes principios físicos dependiendo del diseño y fabricante. También existen otros sistemas de control electrónico que buscan el mismo fin, tales como los sistemas RABS y ABS (“Sistema Antibloqueo de Ruedas Traseras” y “Sistema Antibloqueo de Ruedas” según sus acrónimos en inglés).
No es de mayor importancia si el vehículo posee frenos de Disco o Tambor en las ruedas traseras. Todos los vehículos en la actualidad vienen muy bien calculados para frenadas efectivas bajo diferentes condiciones, sin embargo, debe recordar que situaciones como pavimento mojado, neumáticos lisos, repuestos no originales y otras variables dificultan o disminuyen la eficiencia del frenado.
La necesidad de “el freno de estacionamiento” complica la simplicidad de los diseños de frenos de discos traseros, los mismos requieren mayor cantidad de elementos mecanizados, influyendo en costo. Quizás el mejor efecto logrado por los sistemas de disco traseros en vehículos de uso común es más estético que funcional, logrando transmitir una “sensación” de seguridad que puede ayudar a definir al comprador sobre “el mejor producto”. Los discos traseros son más justificados para los vehículos de verdadero “alto rendimiento” ya que brindan una mejor disipación de calor, lo cual es conveniente en competición.
No se engolosinen......
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