En 1917, un mecánico inventó un nuevo tipo de frenos que se operaba hidráulicamente. Un par de años más tarde mejoró su diseño e introdujo el primer sistema moderno de frenos hidráulico. Aunque no era fiable del todo debido a problemas con el proceso de fabricación, fue adoptado en la industria automotriz con algunos cambios. Ese hombre se llamaba Malcolm Loughhead y, además se patentar el freno de disco, también se convertiría en uno de los fundadores de Lockheed Corporation.
Hoy en día, debido a los avances en los materiales y la fabricación mejorada, los frenos de disco son mucho más efectivos y fiables. La mayoría de los vehículos modernos tienen frenos en las cuatro ruedas, operados por un sistema hidráulico. Estos pueden ser de disco o de tambor, pero dado que el delante donde los frenos juegan un papel más importante, raro es el coche que no tiene un juego de discos al frente. ¿Por qué? Porque durante una detención, todo el peso del coche recae hacia adelante y, por ende, sobre las ruedas anteriores.
Partes de un freno de disco
Como la mayoría de las piezas de las que está formado un coche, un sistema de frenado es un mecanismo hecho de múltiples componentes para que el conjunto funcione de forma adecuada.
Los principales en un freno de disco son:
- Pastillas: Están ubicadas dentro de la pinza a ambos lados del disco para que puedan deslizarse lateralmente, hacia el disco y alejándose del mismo. Una pastilla de freno consiste en una pastilla de material de fricción moldeada a una placa de respaldo metálica. En muchas pastillas de freno, las calzas reductoras de ruido están unidas a la placa. Si alguna de ellas está desgastada o cerca de ese límite, o tienen algún daño, todas las pastillas del eje deben reemplazarse.
- Pinzas: En su interior contiene el pistón que presiona las pastillas. Hay dos: fijas y flotantes. Las primeras, a menudo se instalan en deportivos y coches de lujo. La mayoría de los vehículos que circulan hoy en día tienen pinzas de freno flotantes, y la casi todas cuentan con uno o dos pistones en el lado interior. Los compactos y SUV suelen tener pinzas de un pistón, mientras que los SUV y camiones más grandes tienen pinzas de doble pistón delante y de un pistón detrás.
- Discos: Están montados en el buje y giran de forma solidaria a la rueda. Durante el frenado, la energía cinética del vehículo se convierte en calor debido a la fricción entre las pastillas y el disco. Para disipar mejor, la mayoría de los vehículos tienen discos ventilados en las ruedas delanteras. Los discos traseros también se hacen ventilados en los más pesados, mientras que los más pequeños tienen discos sólidos (no ventilados).
En cuanto al material, debido a las altas temperaturas que pueden alcanzar los frenos de disco, a menudo están hechos de hierro fundido por la capacidad de los materiales para soportar el calor extremo, la facilidad de fabricación y el bajo coste de producción. Dicho esto, algunos discos de freno están hechos de compuestos a base de carbono, cerámica y aleaciones, pero tienden a ser más caros. Este tipo de sistemas tan solo quedan reservados a vehículos de alto rendimiento, donde hay que garantizar una detención eficaz a velocidades muy elevadas.
Tipos de discos de freno
Una vez comprendido los básicos de los sistemas de discos de freno es interesante resumir por puntos que tipos de discos de freno encontramos en los coches ya que, a mayor gama, mayores y mejores discos de freno encontraremos en los vehículos que veamos por la calle. En este listado iremos poco a poco relatando las virtudes y características de los discos más simples hasta los discos carbocerámicos que podemos encontrar en las gamas más altas de los coches premium del mercado.
Discos de freno convencionales
- Material: Acero fundido.
- Uso: Aptos para la mayoría de los vehículos de uso diario.
- Características: Duraderos y asequibles, proporcionan un frenado eficiente en condiciones normales de conducción.
Discos ranurados
- Material: Acero fundido.
- Uso: Mejora del rendimiento en condiciones de conducción intensiva.
- Características: Las ranuras ayudan a evacuar el calor y los gases generados durante el frenado, mejorando así la eficiencia y reduciendo el riesgo de deslizamiento.
Discos perforados
- Material: Acero fundido.
- Uso: Mejora de la refrigeración y rendimiento en condiciones de conducción más exigentes.
- Características: Los agujeros permiten una mayor disipación de calor, evitan la acumulación de gases y agua en la superficie de frenado, mejorando así la eficacia del frenado.
Discos compuestos (composite)
- Material: Combinación de acero y materiales compuestos.
- Uso: Mejora del rendimiento en vehículos deportivos.
- Características: La combinación de materiales proporciona una mayor resistencia al calor y reduce el peso del conjunto, mejorando la capacidad de frenado y la respuesta.
Discos carbocerámicos
- Uso: Aplicaciones de alto rendimiento y competición.
- Características: Extremadamente ligeros, ofrecen una excelente resistencia al calor y al desgaste.Ideales para coches de alto rendimiento como el Alfa Romeo Giulia QV o el Porsche Taycan ya que reducen el peso no suspendido, mejoran la respuesta del freno y proporcionan una mayor durabilidad en momentos de conducción más adaptados al circuito que a la carretera.
¿Cómo funcionan los frenos de disco?
Los frenos de disco son similares a los frenos de una bicicleta. Cuando se aplica presión sobre la maneta, esta tira de un cordel de metal que aprieta dos zapatas contra el aro de la llanta de la bici, causando fricción con las almohadillas de goma. De manera similar, en un coche, cuando se aplica presión sobre el pedal del freno, esto fuerza a los líquidos que circulan a través de pistones y tubos a apretar las pastillas de freno. En un freno de disco, las pastillas aprietan el disco en lugar de la rueda, y la fuerza se transmite hidráulicamente en lugar de a través de un cable.
La fricción entre las pastillas y el disco ralentiza el vehículo, haciendo que el disco se caliente mucho. La mayoría de los coches modernos tienen frenos de disco en ambos ejes, aunque en algunos modelos de motorización escueta o con algunos años a sus espaldas, se mantienen los frenos de tambor detrás. De cualquier forma, cuanto más fuerte presione el conductor el pedal, mayor será la presión dentro de las líneas de freno y más fuerte las pastillas apretarán el disco. La distancia que han de recorrer las pastillas es pequeña, de sólo unos pocos milímetros.
¿Necesitan mantenimiento los frenos de disco?
Como resultado de la fricción, las pastillas de freno necesitan mantenimiento o, de lo contrario, pueden aparecer problemas como chirridos o crujidos y una potencia de frenado que no debería de ser la óptima. Si no se solucionan los problemas, puede derivar en una inspección técnica (ITV) suspensa. El tipo de servicio más común requerido para los frenos de disco es poco más que cambiar las pastillas.
Estas, generalmente, tienen una pieza de metal llamada indicador de desgaste. Cuando el material de fricción está en las últimas, el indicador entrará en contacto con el disco y emitirá un chirrido. Esto significa que es hora de meter unas nuevas pastillas de freno. Verificar el desgaste requerirá de algunas herramientas y tiempo, además de asegurar que el apriete de los pernos de las ruedas sea correcto. Para algunos puede ser demasiado, así que, si deseas ahorrar tiempo, lo mejor es acudir a un taller de confianza.
¿Cada cuánto tiempo hay que cambiar los frenos de disco?
Incluso en situaciones de conducción normales, los frenos de disco soportan mucho estrés y, con el tiempo, será necesario sustituir determinados componentes. Las pastillas necesitan ser reemplazadas con mayor frecuencia, aunque el cuándo es algo indeterminado.
Eso depende de tus hábitos de manejo particulares, así como del material del que estén hechas, pero varía entre los 40.000 y 120.000 kilómetros. Los discos suelen durar entre 80.000 y 120.000 km (y a veces más), mientras que las pinzas y los pistones deberían de durar toda la vida útil del vehículo.
Ventajas y desventajas de los frenos de disco
Ventajas:
- Son más ligeros que los frenos de tambor.
- Tienen mejor enfriamiento (la superficie de frenado está directamente expuesta al aire).
- Ofrecen mejor resistencia a la decoloración.
- Proporcionan una distribución uniforme de la presión.
- La sustitución de las pastillas de freno es una tarea relativamente sencilla.
- Por diseño, son frenos autoajustables.
Desventajas:
- Son más caros que los frenos de tambor.
- Se requiere una mayor presión del pedal para detener el vehículo (por ello es necesario un servofreno).
[NOTA: Artículo publicado originalmente el 24/10/2020, corregido y ampliado]
Fuente: Autofácil, Your Mechanic