No en vano, el sistema de frenado de un coche es casi tan importante como el sistema de dirección o el motor. En muchos aspectos, la seguridad tanto del conductor como de los pasajeros depende del buen funcionamiento y la eficacia de los frenos. Los expertos están convencidos de que un propietario competente no sólo debe ser capaz de seleccionar las piezas de recambio, sino también de comprender las peculiaridades del funcionamiento de cada uno de los sistemas del coche. Intentemos averiguar cómo funcionan los frenos en los coches modernos.
Un breve repaso a la historia
Empecemos desde lejos. 1902. Un caballero inglés, William Lanchester, patenta el dispositivo de frenado de disco. Fue uno de los primeros prototipos realmente funcionales de un freno para coches pequeños. Desgraciadamente, el dispositivo hacía mucho ruido al funcionar. Poco después, Louis Renault introdujo frenos de tambor más avanzados. Pero la historia no acabó ahí, sino que no había hecho más que empezar.
Hasta la década de 1950, los ingenieros experimentaron con los frenos de automóviles. Los talentosos ingenieros Walter Chrysler y William Lockheed perfeccionaron seriamente los frenos para automóviles y se beneficiaron de la popularidad de estos dispositivos. A medida que aumentaba la velocidad de los coches (resultado directo de los avances tecnológicos), también crecía la necesidad de sistemas de frenado más avanzados. Los sistemas hidráulicos de la época, aunque resultaron muy eficaces, fueron sustituidos por los frenos de disco. Los experimentos continuaron y, en la segunda mitad del siglo XX, el mundo conocía varios mecanismos de frenado. Entre ellos figuraban:
- Tambor;
- Disco;
- Estaca;
- Cinta;
- Eléctrico;
- Hidráulico;
- Mecánica, también conocida como fricción;
- Con ruedas.
Con la llegada de los discos perforados y ventilados, aumentó la eficacia de los sistemas equipados con estos mismos discos. Los cilindros multipistón se introdujeron un poco más tarde. Por cierto, la necesidad de estos cilindros era muy alta: los discos del sistema de frenado eran cada vez más grandes, lo que significaba que se necesitaban pastillas más grandes, que no eran fáciles de presionar contra los discos.
Y eso es lo que tienen hoy los turismos (en su mayor parte, claro): un par de frenos de disco delanteros y un par de frenos de tambor en las ruedas traseras. El sistema de tambor ha demostrado su eficacia en vehículos pesados. En gran parte gracias al genio de los ingenieros alemanes de Bosch, el mundo conoció los sistemas antipatinaje y antibloqueo de los frenos, y luego no estuvo lejos de la aparición de los sistemas de estabilidad direccional. En comparación con los frenos del siglo XX, los frenos actuales son más grandes, más silenciosos, más maniobrables y capaces de decelerar incluso coches muy grandes y pesados. Y, por supuesto, tienen una larga vida útil.
¿Y el resto de los sistemas de frenado? Los frenos de cinta sólo se utilizan en unidades individuales, mientras que los frenos eléctricos, bastante complejos, siguen siendo objeto de pruebas y ensayos exhaustivos. Los frenos eléctricos se instalan a menudo en camiones y remolques, pero el paso a los frenos totalmente eléctricos está aún muy lejos. Sin embargo, algunos vehículos eléctricos sí utilizan este sistema.
Diseño de sistemas de freno comunes
La forma más fácil de entender los sistemas de frenado es ver un ejemplo real. Recomendamos a los automovilistas que, al menos una vez, observen el aspecto de los conductos de freno y desmonten las pinzas de freno para ver su "relleno". Mientras tanto, vamos a describir el sistema de frenos y sus componentes.
En las descripciones breves de los sistemas de frenado, suele haber dos nombres principales: mecanismo y actuador. El primer elemento es el responsable de generar el par de frenado (liberación de la velocidad y parada total). La gran mayoría de los frenos son de fricción, es decir, funcionan por rozamiento. El mecanismo de frenado parece bastante complicado al principio, pero resulta ser un sistema relativamente sencillo y extremadamente fiable, con una larga vida útil. El mecanismo consta de:
- Pinzas. Los cilindros de freno se colocan en las ranuras de las pinzas, que presionan las pastillas sobre el disco/tambor;
- Discos de freno. Un sistema resistente que funciona en condiciones extremas de alta presión y temperatura. Los discos se refrigeran, por cierto, exclusivamente por flujo de aire. Los frenos de disco modernos tienen una pinza móvil que evita el desgaste irregular de las pastillas;
- Tambores de freno. Componentes clave del sistema de frenos de tambor. Mientras que en los frenos de disco, el disco es comprimido por las pastillas, en cambio, éstas se desencajan al engranar con las paredes del tambor. El tambor es relativamente complicado y no tan eficaz como un freno de disco, pero es fiable. El freno de tambor se utiliza en los ejes traseros;
- Pastillas de freno. Elementos inicialmente fijos equipados con pastillas de fricción y, opcionalmente, sensores de desgaste. El principal "consumible" del sistema de frenado de los turismos.
Igualmente interesante es el accionamiento del sistema de frenado, es decir, el elemento de control del mecanismo de frenado. Existen varios sistemas de accionamiento diferentes:
- Mecánica. Actualmente se utiliza en el freno de estacionamiento. Es un sistema de palancas, varillas y cables. En algunos modelos de coche, el freno de estacionamiento no se acciona mediante una palanca, sino mediante un pedal o un sistema electrónico;
- Hidráulico. Es el principal sistema de accionamiento de los frenos del vehículo. Se compone del pedal de freno, el servofreno y los cilindros, el regulador de presión y las mangueras y tuberías especiales (circuito de trabajo);
- Neumático. Este sistema se utiliza en camiones. Como su nombre indica, utiliza la fuerza del aire comprimido. Incluye el pedal, el compresor, el depósito de aire, la válvula, el cilindro de freno y el muelle y la varilla;
- Sistema de accionamiento combinado. Sistema bastante complejo que incorpora varios tipos de actuadores. Ejemplo: electroneumáticos en algunos camiones.
También hay que mencionar el sistema de tuberías que los propietarios de vehículos de accionamiento hidráulico pueden encontrar debajo del vehículo. El líquido de frenos circula por los tubos de freno, a través de los cuales se puede transmitir la fuerza a cada uno de los mecanismos de frenado. Los tubos de freno son relativamente largos y, por lo tanto, están hechos de metal (cobre, menos frecuentemente acero). Los latiguillos de freno tienen una función similar: transmiten la fuerza generada en el sistema hidráulico a los cilindros de freno, que actúan sobre las pastillas.
Funcionamiento del sistema de frenado
Ahora que el lector tiene más o menos claro de qué elementos se compone el sistema de frenado, entendamos cómo funcionan estos elementos en tándem. Tomemos como ejemplo el sistema hidráulico más común:
- Cuando se pisa el pedal de freno, se acumula presión en el sistema. La fuerza se transmite al cilindro principal del freno. También entra en acción el servofreno, que se encarga de generar una fuerza adicional;
- El líquido de frenos fluye a presión a través de un sistema de tuberías hasta los cilindros de freno de las ruedas. Si hay muy poco líquido de frenos, se puede suministrar desde un depósito de expansión especial;
- Los pistones de los cilindros de las ruedas se engranan: las pastillas de freno entran en contacto con los discos o tambores. El coche empieza a frenar.
La presión en el sistema de frenado puede alcanzar los 15 Megapascales. Hay que tener en cuenta que cuanto más fuerte pise el conductor el pedal del freno, más duro funcionará todo el sistema. También hay que tener en cuenta que los elementos más vulnerables, a primera vista, del sistema de frenado -los tubos- están duplicados. Si un tubo tiene una fuga, otro asumirá su función. Esto reduce considerablemente el riesgo de fallo total del sistema de frenado debido a fugas.
Cuando levante el pie del pedal de freno, no tiene que preocuparse de si el pedal volverá a su posición original. Aquí es donde entra en juego un muelle especial. El cilindro maestro del freno y las pastillas de freno, que se retraen mediante elementos de muelle independientes, también volverán a su posición original. El líquido de frenos también se desplazará hacia atrás y la presión del sistema disminuirá con él.
Pero, ¿y si se produce una avería en el sistema? Los ingenieros han previsto esta opción. El coche dispone de lo que se conoce como sistema de frenado de reserva. Se activa en caso de frenada de emergencia o de frenada de urgencia cuando falla el sistema de frenado principal. "La "pieza de repuesto" puede formar parte del sistema de servicio o ser una unidad independiente.
Más información sobre el freno de estacionamiento
El freno de estacionamiento más sencillo, conocido popularmente como freno de mano, consta de una palanca con un mecanismo de trinquete y de uno a tres cables. Por lo general, el freno de mano es inherentemente un complemento del sistema de frenado hidráulico de trabajo, aunque en algunos vehículos (GAZ-13 y GAZ-21) funciona conjuntamente con el freno de la transmisión. En los vehículos con frenos neumáticos, pasan a primer plano los llamados acumuladores de freno de muelle.
En los vehículos con los frenos de disco más habituales actualmente se pueden utilizar diversas variantes del freno de estacionamiento:
- Tambor;
- Tornillo;
- Cam.
El mecanismo de tambor estándar se utiliza en sistemas con frenos de disco equipados con varios pistones. En los mismos frenos se utilizan frenos de mano menos complejos, aparentemente de tornillo, pero con un solo pistón. Se acciona mediante un tornillo roscado. La rotación del tornillo se realiza mediante una palanca que está conectada a un cable. El pistón se mueve a lo largo de la rosca, presionando así las pastillas contra el disco de freno. En los frenos de mano de leva, el movimiento del pistón lo proporciona un empujador, cuyo accionamiento está conectado a la leva. La leva está conectada a la palanca mediante un cable, igual que en un freno de mano de tornillo. El empujador empieza a moverse cuando se gira la leva.
No existen dificultades particulares para accionar el freno de mano de cualquier diseño, pero es importante que el automovilista sea consciente de que este dispositivo debe tratarse con cuidado. Por ejemplo, no es aconsejable conducir con el freno de mano puesto, ya que esto provoca un sobrecalentamiento y un rápido desgaste de los discos y las pastillas de freno. Los vehículos con cambio automático disponen de un modo de estacionamiento, pero debe utilizarse junto con el freno de mano. Permite utilizar el mecanismo de estacionamiento durante más tiempo. En segundo lugar, con el freno de mano echado, el conductor reduce la posibilidad de que el coche salga rodando cuando está aparcado en un espacio muy reducido.
Averías en el sistema principal de frenos
Como el sistema de frenos está formado por muchos componentes, también puede tener muchos fallos. A grandes rasgos, se dividen en fallos del servofreno (detallados en este material), fallos del mecanismo de freno y fallos del actuador. Todos ellos, por supuesto, se discuten individualmente. Empecemos por los fallos de los frenos de disco:
- Almohadillas dañadas, excesivamente desgastadas o sucias;
- Desgaste o deformación de los propios discos;
- Herrajes de montaje de la pinza de freno desgastados y sueltos.
En los dos primeros casos, los elementos se sustituyen lo antes posible. En el tercer caso, la limpieza de los componentes y la sustitución de algunos elementos de sellado suelen ayudar. Las juntas no son difíciles de encontrar: se incluyen en los económicos kits de reparación de pinzas de freno. En cuanto al actuador de freno, hay más fallos y a veces son difíciles de localizar:
- Los pistones del cilindro maestro o del cilindro esclavo están atascados;
- Latiguillos de freno dañados u obstruidos;
- Entrada de aire en el sistema debido a fijaciones sueltas;
- Fugas de líquido de frenos en uno o los dos cilindros mencionados a la vez.
En los amplificadores de vacío, los fallos pueden deberse a una manguera de vacío dañada, a un vacío insuficiente en el colector o a una válvula de seguimiento defectuosa. Todos estos elementos deben sustituirse en caso necesario. De hecho, el amplificador de vacío es prácticamente irreparable.
Por supuesto, no todos los propietarios realizan una comprobación exhaustiva de los sistemas antes de salir a la carretera y luego deciden si pueden conducir el coche. La mayoría de las averías sólo pueden descubrirse durante la conducción. Y eso es a lo que tienes que prestar atención:
- Al frenar, el coche se desvía mucho de la línea recta. En este caso, compruebe todos los soportes, la suspensión y asegúrese de que el disco y las pastillas de freno no estén dañados mecánicamente. Haga revisar también en un taller los latiguillos de freno, el cilindro de freno de servicio y el cilindro maestro;
- Se oye un ruido fuerte al frenar. A menudo se dice que los frenos chirrían. Esto ocurre cuando las pastillas de freno están muy desgastadas o sucias. Los discos de freno con rozaduras en la superficie tienen el mismo efecto. Hay que tener en cuenta que el ruido puede deberse a pastillas de freno de baja calidad: aunque proporcionan frenada, deben sustituirse;
- Al frenar, el pedal vibra. En primer lugar, deben comprobarse los cojinetes de los bujes, los discos de freno y las fijaciones de las pinzas de freno;
- Debe aplicarse una fuerza considerable sobre el pedal. Debe comprobarse inmediatamente el servofreno de vacío. En raras ocasiones, la causa es un pistón agarrotado en el cilindro de freno, y aún más raramente, pastillas de freno críticamente desgastadas;
- Hay que aplicar muy poca fuerza sobre el pedal. En este caso, compruebe los latiguillos de freno y asegúrese de que no sale líquido del cilindro maestro de freno.
Como puede ver, hay bastantes desviaciones del funcionamiento normal. En cada caso, el sistema debe diagnosticarse y repararse lo antes posible. La práctica demuestra que, en la gran mayoría de los casos, los componentes defectuosos del sistema de frenos deben sustituirse por otros nuevos en lugar de reparar los antiguos.
Selección de nuevos componentes del sistema de frenos y recorrido por las marcas
Seleccionar piezas nuevas para el sistema de frenos no es demasiado difícil. El único problema es la selección de latiguillos y tubos no originales: no se guiará por los códigos, sino por la geometría de la pieza y los datos de compatibilidad disponibles para su modelo de coche. En otros casos, puede buscar piezas por cualquiera de los siguientes criterios:
- Código de la pieza. Si conoce los códigos de las piezas originales, podrá encontrar fácilmente los códigos de piezas similares. Las tiendas online modernas son muy útiles en este sentido;
- Código VIN. Durante mucho tiempo, la búsqueda por este código se consideró la más rápida y fiable, pero con el desarrollo de los catálogos electrónicos y la compilación de extensas bases de datos cruzadas, es posible prescindir por completo del uso del código VIN;
- Datos del vehículo. En el caso del sistema de frenos, se trata únicamente de la marca, el modelo y el año de fabricación. A veces pueden ser necesarios los datos del motor. Los datos del vehículo suelen buscarse en tiendas de recambios en línea.
Pero también en este caso es importante tener en cuenta que, al comprar piezas de freno no originales, el automovilista corre el riesgo de no obtener la calidad que podría haber esperado. Y en el caso, por ejemplo, de los discos, tambores y pastillas de freno, la calidad es muy importante. Si al automovilista le interesa comprar buenas piezas para los frenos, debería prestar atención a las siguientes empresas: ATE, Lucas-TRW, Zimmerman, Textar, NK Sumitomo, Remsa, Raybestos (pero sin índice R en los catálogos). Sorprendentemente buenas, pero baratas opciones se pueden encontrar en los catálogos de Bosch, Rider, Mintex. La mejor opción es el original, pero en la mayoría de los coches europeos ya se mencionan ATE y Lucas-TRW componentes, por lo que no tiene mucho sentido pagar de más por el original. También hay que tener en cuenta que los componentes básicos del sistema de frenado se seleccionan de acuerdo a las peculiaridades de la conducción. Algunas personas son más adecuados para los frenos deportivos, otros prefieren los frenos clásicos para la conducción urbana
Conclusión
Los vehículos actuales están equipados con un sistema de frenado bastante complejo pero extremadamente fiable. Su mantenimiento es relativamente sencillo y el mercado actual ofrece multitud de soluciones de componentes. Nunca deben ignorarse las averías de los frenos, ya que no sólo reducen el confort de marcha, sino también la seguridad.