Los frenos son probablemente uno de los elementos de los coches más infravalorados. Todo el mundo quiere más potencia, correr más y acelerar más rápido, pero son pocos los que se detienen –el chiste era necesario– a pensar en la importancia que tiene pararse a tiempo. De hecho, y en contra de la opinión generalizada, frenar mejor es correr más. Teniendo esto cuenta, resulta lógico pensar que el sistema de frenado es más importante de lo que parece, por lo que hemos pensado que sería interesante repasar cómo funcionan exactamente los frenos de un coche, así como su evolución a lo largo del tiempo.
El principio que se esconde detrás de la idea de frenar un vehículo es en realidad bastante simple, ya que se basa en los conceptos de aceleración y deceleración, que definen lo que ocurre cuando un objeto pasa de estar en movimiento a detenerse y viceversa. En el caso de los automóviles, el fenómeno de desaceleración se da cuando activamos los frenos a través del pedal, que utilizan la fricción para detener las ruedas del coche.
Cuando una rueda está en movimiento genera energía cinética. Lo que ocurre cuando frenamos es que el sistema genera fricción, lo que transforma la energía del movimiento en energía térmica, es decir, en calor. Una vez que toda la energía cinética pasa a ser térmica, el coche se detiene, por lo que la conclusión que podemos sacar de aquí es que para frenar es necesario que haya alguna clase de rozamiento. Esto es algo común a todos los vehículos, que se diferencian en algunos casos en cómo se aplica exactamente la fricción. Y para entenderlo, hagamos un pequeño repaso de historia.
Los primeros frenos que existieron eran simplemente piezas de madera que ejercían presión sobre las ruedas a través de un mecanismo externo. Cumplían su cometido, pero el inconveniente era que la vida útil de la rueda se reducía drásticamente. La solución fue acoplar algo a la rueda y adaptar el mecanismo para que la desaceleración se produjese sobre ese componente.
En 1900, el fabricante de coches Maybach instala un tambor en las ruedas de uno de sus coches para que sirviese de asistencia durante la frenada. De esta manera, el neumático no se veía afectado y se desgastaba menos, ya que lo que se detenía era el tambor. ¿Y cómo funciona exactamente un freno de tambor? En realidad es un mecanismo muy sencillo. Dentro del tambo, que está «conectado» a la rueda, hay dos zapatas resistentes al calor. Cuando presionamos el pedal, las zapatas se desplazan hacia afuera, entrando así en contacto con las paredes interiores del tambor. Esto provoca que haya fricción, produciéndose así el fenómeno del que hablábamos al principio.
Pero en sus inicios, este mecanismo presentaba a una serie de problemas. El primero es que las zapatas se accionaban a través de un cable conectado al pedal de freno. Lógicamente, por aquel entonces los cables no estaban tan optimizados como ahora, y requerían de mucho mantenimiento para evitar que se rompiesen –cosa que podía pasar perfectamente–. Además, el cableado restaba precisión al sistema, por lo que podía ocurrir que las ruedas se detuviesen de forma desordenada por falta de tensión en los cables. Ya os podéis imaginar el resultado.
Para resolver este problema, surgieron los frenos hidráulicos, que utilizan un fluido a presión para accionar los mecanismos de frenado. Cuando pisamos el pedal, un émbolo ejerce presión sobre el cilindro maestro, que a su vez envía el líquido comprimido a través de los latiguillos a las cuatro ruedas al mismo tiempo. Este sistema permite aumentar sustancialmente la seguridad, ya que es raro que los conductos que conducen el fluido se rompan, por lo que requieren de menos mantenimiento y, además, no necesitan que se ejerza mucha fuerza sobre el pedal para ser efectivos.
A pesar de que en 1950 prácticamente todos los coches utilizaban frenos hidráulicos, el sistema de tambor seguía presentando algunos problemas. Uno de ellos era que el uso continuado de estos provocaba que se calentasen en exceso. ¿Y qué tiene esto de malo? Si las zapatas alcanzan temperaturas extremas, van a tener dificultades para transformar la energía cinética en calor, y por tanto la rueda no va a detenerse, así que los ingenieros decidieron diseñar frenos mejores. Para ello, se pusieron como objetivo mejorar el coeficiente de rozamiento.
Existen varias formas de mejorar el rozamiento, como por ejemplo la utilización de diferentes materiales. En el caso de las zapatas, se buscaban componentes que permitiesen que estas fuesen suficientemente resistentes como para parar una rueda, pero no tanto como para dañar el tambor. Otro aspecto que puede modificarse para mejorar la fricción es elevar la presión ejercida, que en este caso se consigue apretando las zapatas contra la pared del tambor. Por último, también puede incrementarse la superficie de fricción para mejorar el coeficiente ya mencionado.
Teniendo en cuenta todos estos parámetros, se llegó a la conclusión de que había que sustituir los frenos de tambor por otro sistema, y de esta manera nacieron los frenos de disco. Estos están formados por un rotor, una pinza que lo rodea y unas pastillas que se encuentran dentro de esta. La labor de la pinza es comprimir las pastillas de freno contra el disco para generar la famosa fricción. Esta geometría del sistema de frenado tiene un punto muy positivo, y es que es mucho más fácil refrigerarlo que el freno de tambor, porque se encuentra expuesto al aire. En este caso ocurre igual que antes: cuanto más grande sea la combinación del disco y la pinza, mayor es la fricción y la disipación de calor es más sencilla.
Al igual que muchos otros avances de la industria del automóvil, los primeros frenos de disco se utilizaron en coches de Fórmula 1 en 1951. Más tarde, en 1953, Citroen decidió incorporarlos a sus coches de producción y, desde entonces su uso se ha ido generalizando. Aun así, hoy en día se utilizan tanto los frenos de disco como los de tambor. Esto se debe a que, cuando frenamos, gran parte del peso se desplaza hacia delante, por lo que los frenos delanteros son los que hacen el 70% del trabajo. Por esta razón muchos coches actuales utilizan sistemas de tambor en los ejes traseros – porque son más baratos– y de disco en los delanteros.
Volviendo a los discos, seguro que muchos habéis oído hablar de los discos rallados, perforados o ventilados. El objetivo de estos ajustes es favorecer liberación del calor o de la energía térmica. Dependiendo de la geometría del disco, el aire se moverá de una manera u otra. Los ventilados, por ejemplo, tienen en espacio hueco en el centro que permite que el aire entre por dentro del disco. En algunos casos, este hueco viene acompañado por unos álabes que expulsan el calor y el aire hacia afuera. Esto se combina muchas veces con discos perforados, que ayudan a liberar los gases y las partículas producto de la fricción con las pastillas de freno. Los discos rallados cumplen la misma función y además ayudan a limpiar las pastillas.
Además del tipo de disco, otro aspecto que determina el rendimiento de los frenos es, de nuevo, el material utilizado para fabricarlos (y la marca que los fabrica). Los coches de calle suelen utilizar discos de hierro fundido y pastillas de freno semi-metálicas, ya que es raro que superen los 200º C. En cambio, los discos de competición pueden alcanzar e incluso superar temperaturas cercanas a los 500º C, por lo que es necesario utilizar otros materiales más resistentes al calor y menos propensos a deformarse. En estos casos, los discos suelen ser carbocerámicos y las pastillas sinterizadas (no se utilizan aditivos sintéticos) porque trabajan mejor a altas temperaturas.
Ahora que ya sabéis cómo funcionan los frenos de un coche y su evolución a lo largo del tiempo, seguro que veis más claro la importancia de tener un buen sistema de frenado en vuestro coche. No lo olvidéis: los frenos son los responsable de que no os comáis un árbol cuando vais de ruta por alguna carretera el fin de semana.
Fuente: Donut Media
