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Los componentes del sistema de frenos: Cuáles son y cómo funcionan

El elemento de seguridad más importante de un coche es su sistema de frenos y las partes que lo constituyen. Todos los coches usan frenos para regular su velocidad, disminuyéndola y deteniendo el vehículo de manera controlada. Cuando se pisa el pedal de freno, la fricción entre los componentes cuidadosamente diseñados es capaz de detener muy rápidamente a un vehículo de una tonelada de peso.

A medida que se pisa el pedal de freno, una gran presión hidráulica aprieta el material de fricción contra una masa de rotación en cada rueda. Esta fricción hace que tu coche disminuya su velocidad, generando calor como subproducto. Muchas de las piezas de un sistema de frenos están diseñadas para desgastarse con el tiempo, y deben ser reemplazadas. Cuando esto ocurra, encontrarás las piezas de repuesto que necesites para toda clase de marcas y modelos de los principales fabricantes a nivel mundial si visitas Trodo.

Diez piezas del sistema de frenos que hay que conocer

La mayoría de los sistemas de frenos están diseñados de manera similar, aunque sus componentes pueden variar significativamente dependiendo del vehículo. Los vehículos de alto desempeño pueden tener pastillas y discos de freno de mayor tamaño, y los camiones y subcompactos (o utilitarios) suelen tener frenos de tambor. Sin importar el tipo de vehículo que tengas, es buena idea saber cómo funcionan estas piezas comunes de los sistemas de frenos.

Pastillas de freno

La práctica totalidad de los vehículos de pasajeros tienen discos de freno en las ruedas delanteras, y muchos también en las traseras. Las pastillas de freno van montadas dentro de la pinza de freno. El material de fricción suele estar compuesto de acero, cobre, grafito y otros tipos de virutas metálicas unidas con resina y después fijadas a una placa de apoyo de acero sólido. La mayoría de las pastillas de freno caben en la palma de la mano de un adulto.

Cuando se pisa el pedal de freno, la pinza de freno aprieta a las pastillas de freno contra las superficies interna y externa del disco. La fricción es el fenómeno principal que hace que un coche pueda decelerar y eventualmente detenerse. Esta fricción genera una inmensa cantidad de calor. ¡Las pastillas de freno comunes suelen operar entre los 38ºC y los 343ºC! A causa de la fricción, las pastillas de freno se desgastan con el tiempo y deben ser reemplazadas. El desgaste de las pastillas se mide en kilómetros recorridos, y típicamente deben reemplazarse a los 60.000 km.

Zapatas de freno

Los tambores de freno son un tipo de freno aún más básico, en el que un cilindro presiona a dos zapatas hacia afuera para que rocen contra la parte interior de un tambor de freno. Al igual que con las pastillas de freno, la fricción hace que la rueda disminuya su velocidad de rotación, deteniendo eventualmente al vehículo. El material de fricción es el mismo que el de las pastillas de freno: virutas metálicas unidas, fijadas a una placa de apoyo. Sin embargo, en vez de tratarse de una pequeña superficie plana, las zapatas de freno son curvadas.

Cuando se pisa el freno, el líquido de frenos fuerza a los pistones del cilindro a moverse hacia afuera, moviendo a las zapatas de freno como una palanca. Estas presionan contra la superficie interior del tambor, haciendo que tu coche se detenga. Como se usan casi exclusivamente en las ruedas traseras, que solo reciben el 30% de la fuerza de frenado, duran aproximadamente el doble que las pastillas: unos 120.000 km.

¿Sabías que los primeros tambores de freno se lanzaron en el año 1900 en un modelo Maybach? Es un diseño que ha superado la prueba del tiempo.

Disco de freno

Los discos y las pastillas de freno van siempre juntos. El disco de freno está montado en el buje de la rueda, y tiene una forma similar a la de un sombrero de copa plano. El "ala" del sombrero es donde las pastillas de freno aprietan para generar fricción. Es un participante pasivo en el sistema de freno.

Los discos de freno se suelen fabricar de hierro colado o acero inoxidable. Son increíblemente resistentes y dan impresión de ser pesados al tacto. El calor generado por la fricción del frenado puede superar los 200ºC, así que muchos discos de freno frontales ─que es de donde proviene el 70% de la fuerza de frenado─ suelen tener rendijas de ventilación en el centro del "ala". Si bien están hechos de hierro o acero sólido, aun así se desgastan y se corroen, y típicamente deben reemplazarse cada dos o tres juegos de pastillas de freno.

Los discos de freno se introdujeron décadas después que los tambores de freno, en 1955 en el Citroën DS.

Tambor de freno

Un tambor de freno actúa en tándem con las zapatas en el sistema de freno. Como su nombre sugiere, tiene la forma de un tambor hecho de metal rígido. Se desliza sobre los espárragos de las ruedas y está fijado tras la rueda, rotando como una sola masa. Los tambores de freno están hechos de hierro o acero colado y su superficie interior está maquinada para resultar perfectamente lisa en donde se toca con las zapatas. También sirve para proteger el cilindro de la rueda, el ajustador y el resto de las piezas de frenado.

Dentro de un tambor de freno, las zapatas se extienden para disminuir la velocidad de rotación de la rueda. Eventualmente se desgastan, aunque los tambores de freno frecuentemente se pueden maquinar y reutilizar si no han llegado al final de su vida útil.

La fricción entre las zapatas y el tambor genera calor. La temperatura de operación de los tambores de freno oscila entre los 70ºC y los 80ºC.

Pinza de freno

Las pinzas de freno solamente se usan en sistemas de freno con discos. Los latiguillos de freno llevan líquido hidráulico de frenos hacia la pinza, donde obligan a un pistón a extenderse. Entre el pistón y el disco está la pastilla de freno, y la pinza mantiene otra pastilla en posición al otro lado de la superficie del disco.

Cuando el pistón se extiende, las pastillas de freno aplican fricción uniformemente en ambas caras del disco. Cuando la presión disminuye, el pistón se retrae hacia dentro de la pinza y el disco puede volver a girar. Es muy raro que una pinza falle, excepto si el pistón se extiende demasiado. ¡Esto solamente ocurre cuando las pastillas de freno están completamente desgastadas!

Bombín de freno y componentes

Con un propósito muy similar al de la pinza, los bombines de freno se usan solamente para aplicaciones de frenos de tambor. Son pequeños componentes metálicos cilíndricos que se extienden y se retraen a causa de la presión hidráulica de frenado. Estas piezas contienen dos pistones, uno en cada extremo, y extienden simultáneamente ambas zapatas de freno hacia afuera.

Los pistones y la carcasa están diseñados para durar toda la vida útil del vehículo, pero los sellos se desgastan eventualmente. Cuando comienzan a tener fugas de líquido de frenos, es hora de cambiarlos.

Cilindro maestro de embrague

El centro de control del sistema de freno de tu coche es el cilindro maestro de embrague. Al nivel más básico, el cilindro maestro de embrague convierte la energía mecánica en presión hidráulica que aplica los frenos en las cuatro ruedas. Suele incluir una válvula de dosificación que desvía más presión de freno hacia las ruedas delanteras que hacia las traseras, para ayudar a controlar mejor el coche.

El cilindro maestro de embrague tiene un depósito en la parte superior ─generalmente de plástico─, donde se almacena líquido de frenos. Un pistón dentro de la carcasa metálica comprime el líquido de frenos cuando se pisa el pedal de freno, obligándolo a fluir dentro de las tuberías de freno que llegan hasta cada rueda. Cuando se afloja la presión en el pedal, el líquido regresa al cilindro maestro de embrague.

Servofrenos

Si alguna vez ha escuchado el término "frenos asistidos", este se refiere al uso de los servofrenos. Casi todos los coches que se pueden ver en la carretera tienen un servofreno adaptado, cuyo único propósito es reducir el esfuerzo necesario para aplicar los frenos.

El servofreno es una gran cámara de vacío, con dos subcámaras internas separadas por un diafragma. Cuando se pisa el pedal de freno, una barra se extiende para empujar al pistón del cilindro maestro de embrague. Al mismo tiempo, se abre la entrada de aire del lado del pedal, y la presión de vacío en el cilindro maestro de embrague reduce la fuerza necesaria para aplicar los frenos. Cuando se suelta el pedal, un muelle la regresa a su posición original y las cámaras de vacío se normalizan.

Sensores de rueda ABS

En 1929 se usaron por primera vez los sistemas antibloqueo de ruedas (ABS) en aviones. No fue hasta 1978 que Mercedes-Benz comenzó a usarlo en coches y lo popularizó. Una de las piezas clave de un sistema ABS es el sensor de rueda ABS, o simplemente sensor ABS. Es un sensor de efecto Hall que usa una rueda de referencia para determinar la posición basándose en el voltaje y frecuencia medidos.

Para coches con frenos ABS, cada una de las ruedas tiene adaptado un sensor de rueda ABS, ya sea en el buje o cerca de este. El sensor envía una señal al freno antibloqueo o módulo ABS, donde compara las velocidades de cada una de las cuatro ruedas para determinar si alguna de ellas está girando más rápido que las demás. En caso afirmativo, esto indica que la rueda está girando sobre hielo, tierra o agua, y necesita ser controlada con la aplicación de los frenos.

Típicamente, los sensores de velocidad de rueda en sí no presentan fallos, pero los cables sí pueden agrietarse o romperse, y es posible que ocurra corrosión en el conector. ¡De estas nueve piezas del sistema de frenos, los sensores ABS son, y por mucho, los más modernos en su diseño e implementación!