Los frenos de disco se encuentran en todos los coches de la actualidad, generalmente en las ruedas delanteras, aunque existen modelos y marcas que prefieren este sistema en las 4 ruedas.
Al ser un sistema tan común en la industria automotriz, es necesario conocer un poco más de los frenos de disco, cómo funciona, sus componentes y mantenimiento. Comencemos.
¿Qué Son Los Frenos De Disco?
El freno de disco consta de un disco de acero que se encuentra entre dos piezas conocidas como pastillas, que están hechas de un compuesto blando y resistente a la fricción. Estas pastillas se encuentran alojadas en la pinza de freno.
Su función es recibir la presión hidráulica proveniente del pedal de freno, moviendo las pastillas hacia el disco para frenarlo. Este disco está unido directamente a la rueda, por lo que, el sistema también frena a la rueda, deteniendo el coche.
Antes de su invención, el sistema de freno de los coches era el de frenos de tambor, un sistema que se acciona de forma hidráulica o mecánica, activando unas zapatas de compuesto blando que se presionan a un tambor o cuenco metálico.
La principal ventaja de los frenos de disco es que su tiempo de reacción es mucho más corto, achicando la frenada en comparación al sistema de tambor. También tiene una mayor capacidad de enfriamiento, perdiendo muy poca potencia de frenado por el calor.
Otra gran ventaja es su mantenimiento sencillo y rápido, ya que tiene menos componentes. Puedes ver una comparación entre el sistema de disco y el sistema de tambor, aquí: Frenos de disco y Frenos de tambor. Comparación.
¿Cómo Funcionan Los Frenos De Disco?
Una vez que el vehículo está en movimiento, tiene energía cinética, una energía que depende de la masa y la velocidad del cuerpo en movimiento. Para detener el coche, el freno se encarga de absorber esta energía.
El conductor aplica los frenos, el pedal presuriza el circuito hidráulico, que empuja los pistones de la pinza contra las pastillas de freno. Estas pastillas son presionadas contra el disco, reduciendo la velocidad de este, y en consecuencia del vehículo.
El disco de freno se calienta al absorber la energía cinética del coche. Aunque la pastilla de freno también aumenta de temperatura, tiene una función aislante y no permite que los componentes cercanos se calienten, especialmente el líquido de frenos.
Finalmente, el disco disipa esta energía en el aire exterior, por medio de sus aletas, ranuras y perforaciones.
Evolución De Los Frenos De Disco
El sistema de frenos de disco se está utilizando de forma común en los coches desde la década de los 50, aunque su uso era extendido en aviones. No se implementó con anterioridad, ya que los fabricantes lo consideraban muy ruidoso.
Pero con la llegada de nuevos materiales, se empezaron a fabricar más silenciosos y más eficientes.
Las pastillas comenzaron a fabricarse de una pasta muy resistente a la fricción, compuesta de varios materiales, que poco a poco se ha ido perfeccionando hasta nuestros días. En la actualidad, una pastilla común está compuesta de merlán, grafito, resinas, caucho y fibras de aramida, entre otros componentes.
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Así también han evolucionado los discos, que antes eran completamente macizos y pesados, y en la actualidad son perforados y mucho más livianos. La pinza o caliper también ha evolucionado, permitiendo sistemas con dos pistones y siendo más liviana que sus antecesoras.
En las carreras deportivas, los coches tienen frenos de disco cerámico, altamente resistente al calor y desarrollado exclusivamente para estas condiciones extremas. Los sistemas convencionales tienen discos de acero aleado muy resistente al calor y a la fricción.
En cuanto a la electrónica, los frenos de disco se han integrado perfectamente al sistema ABS, evitando que las ruedas se bloqueen por completo en la frenada. Este sistema se encuentra en todos los coches actuales como parte de sus condiciones de seguridad.
También se le han agregado en algunos modelos, sensores de temperatura del disco y sensores de desgaste de la pastilla, controlados directamente por el ECM.
Partes del freno de disco
Como ya lo adelantamos, este sistema tiene pocos componentes, básicamente son tres:
- El disco.
- Las pastillas.
- La pinza.
1. La pinza o caliper
La pinza es un componente fabricado en fundición que se encuentra fijado al soporte y se aloja en la parte superior del disco de freno. El disco gira libremente en un espacio dentro de la pinza, destinado para él. La pinza cubre ambos lados del disco, a la vez que aloja las dos pastillas de freno.
En la pinza se encuentra el pistón de freno y los conductos de fluido hidráulico que se comunican con el sistema hidráulico general del freno del coche. La función principal de la pinza es permitir que el pistón presione ambas pastillas de freno contra el disco.
Los pistones tienen una tapa de goma, conocida como contrapolvo, cuya función es evitar que la suciedad llegue al cilindro. Dentro del cilindro hay un anillo de goma, su función es devolver el pistón a la posición de reposo cuando se paran los frenos.
El funcionamiento de la pinza comienza cuando se presiona el pedal. El líquido de frenos a presión provoca una fuerza que empuja las pastillas contra el disco. Cuando se suelta el pedal del freno, los retenedores de los cilindros se encargan de llevar los pistones a la posición de reposo.
A medida que se desgasta la pastilla de freno, el desplazamiento del pistón es mayor. La posición de reposo del pistón se va reajustando a medida que las pastillas se desgastan.
Tipos de pinzas
Existen tres tipos de pinzas:
- La pinza fija: Los componentes de esta pinza no se mueven, solo los pistones. Por lo general, las pinzas fijas tienen dos pistones que accionan las pastillas. Son muy utilizadas en frenos de alta exigencia. Estas pinzas son grandes, así que no las verás en coches pequeños.
- La pinza flotante: El caliper flotante ocupa menos espacio en la región de la rueda, ideal para coches pequeños. Otra ventaja es el enfriamiento de los componentes, ya que el aire fluye entre ella fácilmente.
- La pinza deslizante: Otra pinza con movimiento, pero esta vez, a través de pasadores guías. El lado exterior de la pinza se desliza contra el disco de freno en reacción a las fuerzas generadas cuando la pastilla interior se empuja contra el disco.
2. El disco de freno
El disco de freno tiene dos funciones principales, la transmisión de la fuerza mecánica y la disipación del calor producido durante esta operación. En términos generales, un freno de disco de un coche puede soportar unos 700 °C.
Sin embargo, la forma en que el freno alcanza esta temperatura es donde surgen los problemas, ya que el funcionamiento del freno es un ciclo intermitente de cambios de temperatura, a veces aumentando, a veces disminuyendo.
Esto por sí solo produce uno de sus principales problemas, la fatiga térmica. Además, los ciclos de carga y descarga constantes durante su uso diario, hace que el sistema sufra problemas de desgaste constantemente.
Por ello, el disco de freno es fabricado comúnmente en hierro fundido gris, un material con una gran resistencia a las temperaturas, al esfuerzo mecánico y a la fricción. Además, es barato. También verás discos de freno fabricados en acero aleado especial y en cerámica, pero son costosos.
El acero es capaz de soportar un estrés termomecánico mucho mayor, en comparación al hierro fundido gris. Generalmente se utiliza en coches deportivos. Asimismo, los frenos compuestos de cerámica tienen una gran capacidad de absorción de energía térmica.
El disco de freno está diseñado para alojarse en el cubo de la rueda mediante tornillos o tuercas. La mayoría de los discos de freno tienen una sección central elevada para adaptarse al cubo.
Tipos de disco de freno
Se conocen dos tipos de discos de freno, clasificados por sus aletas de ventilación internas:
- Disco de freno macizo: Usado en coches pequeños que no requieren frenos con ventilación extra. Al ser macizos, tienen mayor vida útil que los ventilados, aunque son más pesados.
- Disco de freno ventilado: Contiene aletas en su perfil que permite un flujo de aire interno para enfriarse. Es más ligero y puede soportar mayores temperaturas, siendo utilizado en aplicaciones de peso.
Ambos tipos de discos pueden encontrarse con ranuras y perforaciones que permiten un mayor enfriamiento, menos peso y eliminan las vibraciones.
3. Las pastillas de freno
Las pastillas están hechas de materiales compuestos y tienen diferentes tipos de materiales, cada uno de estos tiene características estratégicas para el buen funcionamiento del inserto.
Su función es tener contacto directo con el disco, presionándolo para detenerlo, mediante la fricción. Este proceso genera calor, por ello, la pasta debe ser también resistente al calor.
La pasta de la pastilla de freno actúa como aislante, protegiendo al pistón, las gomas y al propio líquido hidráulico de las altas temperaturas que se generan en el disco.
Tenemos un post completo sobre las pastillas de freno, aquí: Pastillas de freno. Cómo Funcionan, Partes, Tipos.
Mantenimiento De Los Frenos De Disco
Debido a su bajo número de piezas, el sistema de frenos de disco tiene un mantenimiento simple y rápido. El principal servicio de mantenimiento es la sustitución de pastillas de freno y el cambio de líquido de frenos.
Cambio de las pastillas de freno
La primera señal de la necesidad de reemplazar las pastillas de freno es un mayor recorrido en el pedal del freno. A medida que las pastillas se desgastan, su grosor disminuye, por lo que se necesita más líquido de frenos para empujar la pastilla contra el disco.
En casos extremos, el desgaste consume toda la pasta de fricción y llega hasta la placa metálica. Cuando esto ocurre, raya el disco de freno, algo que siempre debes evitar.
Puedes revisar la siguiente guía para cambiar las pastillas de freno.
Cambio del líquido de freno
El líquido de frenos es un medio para transmitir la fuerza aplicada al pedal. Su incompresibilidad se pierde según el tiempo de uso porque es higroscópico, es decir, absorbe el agua contenida en el aire.
Esto da como resultado puntos de concentración de agua en el sistema, lo que provoca que el pedal del freno se vuelva esponjoso. Purgar el líquido de frenos viejo y llenarlo con líquido nuevo es el servicio más importante del sistema de frenos, ya que está directamente relacionado con su desempeño.
Te recomendamos que no mezcles fluidos de frenos de diferentes tipos y marcas.
Cambio del disco de freno
El disco de freno también debe ser reemplazado, pero su frecuencia de reemplazo es más larga. Aunque más resistente al desgaste, el disco también se desgasta con la fricción.
A medida que se activa el sistema, el disco va perdiendo material, hasta debilitarse por ello. Sin embargo, una falla mecánica del disco sería catastrófica. Para evitar tal evento, el grosor del disco se verifica utilizando un indicador de cuadrante y una base.
El objetivo es verificar variaciones en la superficie del disco. Esta medición también detecta problemas de deformación del disco, que provocan vibraciones en el pedal del freno.
Es común que algunos talleres ofrezcan servicios de cepilladoras de discos, con el objetivo de rectificar la superficie. No hay problema en ello siempre que se respete el espesor mínimo de seguridad indicado por el fabricante.
Si el rectificado pasa de este espesor, el disco ya no sirve, ya que no resistirá las condiciones de trabajo.
Puedes revisar la siguiente guía para cambiar el disco de freno.
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Pensamientos Finales
Como habrás notado, el sistema de frenos de disco es muy sencillo, además de ser muy eficiente en su función. Todos los coches tienen frenos de disco en las ruedas delanteras, y algunos otros en las ruedas traseras también. Así que, si llegaste hasta acá, ya conoces un poco más de tu propio coche.
