AMERICAN BLACK

Seguro que te has planteado alguna vez la opción de mejorar tu coche. Bajo la carrocería aparecen muchos componentes y sistemas susceptibles de ser optimizados; pero, sin duda alguna, una de los más delicados, uno de los que más quebraderos de cabeza puede darte si no haces una buena elección, si no los cuidas bien, si no los comprendes, son los frenos.

Si tus neumáticos se gastan por el centro, ya sabes cuál es la solución. Si tu coche va blando de suspensiones, ya sabes cuál es la solución. Si tu coche no corre… pero ¿y si tu coche no frena, o vibra o cada día lo hace de una forma? ¿Sabes cuál es la solución? Lo primero es cuestionarte todo lo que oigas sobre frenos (venga de quien venga) y, sobre todo, estudiar y comprender cómo funcionan los frenos, porque no puedes solucionar un problema sin comprenderlo en toda su complejidad. Huye, por tanto, de aquellos que con frases sentenciosas te dicen: “tienes los discos alabeados” o “eso se arregla cambiando el líquido de frenos”. Vale, eso puede funcionar con el usuario medio, para el coche de tu padre o para aquel que va a trabajar a diario con el coche. La solución es llevarlo al concesionario oficial y decir: “Esto no frena”. Pero para el que cambia juegos de pastillas día sí y día también, para el que los discos de freno de verdad son consumibles hay algo más. Otros problemas que no son tan sencillos ni tan fáciles de ver y solucionar. Añadiré, para más información, que nos vamos a centrar exclusivamente en frenos de disco metálico; por tanto, omitiremos los frenos de tambor y también los compuestos de carbono. En esta primera parte -tengo que decir que va a ser la más pesada de leer- vamos a tratar y a aprender a identificar los posibles fallos y problemas que nos podemos encontrar en nuestros frenos. Esta serie de artículos pretende ser una guía útil sobre los frenos basado en documentos técnicos y en experiencias personales (muchas de ellas no muy buenas). Quizá sea esa la razón que me permite escribir con cierta autoridad sobre la materia: cuando has probado muchas cosas, algunas que funcionan y otras que no, y, por fin -después de gastar mucho dinero-, encuentras soluciones, vas aprendiendo a identificar los problemas por los síntomas. La dificultad radica en que en la mayoría de los casos los síntomas nos “llegan” a través del volante y los pedales y por ahí también “llega” información de muchos otros componentes, por lo que es complicado aislar el problema y no confundir síntomas. Por ello, antes de empezar a volverte loco con posibles problemas y sus respectivas soluciones, daré por hecho: Que tus ruedas están en buen estado, equilibradas y a presión correcta. Que tu sistema de suspensión no tiene holguras, especialmente en rótulas y tacos de goma, que los bujes y rodamientos están en buen estado y que se le ha hecho al coche un alineado correcto.

¿ Te extraña que vibre? Una vez que hemos revisado estos elementos, si se encuentran en buen estado, es el momento de empezar con los frenos. Seguro que sabes de alguien que ha cambiado los frenos de su coche por unos que cuestan un auténtico dineral porque decía que con los de origen su coche no frenaba. ¿Qué encierra esta afirmación? ¿Qué entendemos por: “no frena”? Si haciendo una prueba nos ponemos a 200 Km/h y pisamos hasta el fondo el pedal del freno -entra en acción el ABS- y detenemos el coche pero la frenada ha sido demasiado larga (en metros), el problema no es que tus frenos no sean lo bastante buenos. Si el ABS está trabajando –salvo error del sistema- quiere decir que estás frenando al límite de adherencia del neumático y, por tanto, si quieres frenar en menos metros sólo tienes que poner ruedas con mayor adherencia que, además, también te harán ir más rápido en curva. También puedes optar por un neumático de mayor sección o de mayor diámetro. Problema solucionado, y mucho más barato que comprarse unos Brembo Serio Oro con pinzas de 6 pistones.

Una vez solucionada la limitación por adherencia con mejores neumáticos, puede aparecer otro problema propiamente de frenos –que quizá ya tuviéramos antes sin poder llegar a detectarlo–: que nuestros frenos no tengan la fuerza suficiente para detener el coche con la deceleración máxima que permite nuestro neumático. Mayor adherencia significa que podemos conseguir frenadas más fuertes -con más deceleración-, más esfuerzo para nuestro sistema de frenos significa más calor y más calor significa que podemos hacerlos fallar. Así que recuerda esto: no son los frenos lo que detienen tu coche, son las ruedas, y cuanto mejor es tu rueda más puedes frenar, es decir, más puedes exigirle a tu sistema de frenos, pero tus frenos tienen un límite.

El funcionamiento del sistema de frenos al nivel más básico posible consiste en que: nosotros apretemos el pedal del freno, que está conectado a una bomba hidráulica que presiona el líquido de frenos hasta las pinzas de freno, donde se encuentran los pistones que, a su vez, empujan las pastillas, que es el elemento de fricción fijo, contra el disco, que es el elemento de fricción móvil. A mayor presión sobre el pedal del freno, mayor fuerza de las pastillas sobre el disco y mayor deceleración.

Sabiendo que a nivel físico la frenada es transformar la energía cinética (rotación del disco, es decir, de la rueda, es decir, movimiento de la masa del vehículo completo) en calor (cantidades ingentes de calor) y que la energía ni se crea ni se destruye sino que se transforma, tendremos dos variables principales en un proceso de frenado: Energía a transformar en calor, relacionada cuadráticamente con la velocidad de inicio y fin de la frenada y linealmente con la masa del vehículo. A más velocidad y más masa, mayor energía tendrán que disipar los frenos en forma de calor. Tiempo en que ha de efectuarse la frenada. A menor tiempo disponible para una misma frenada, es necesario disipar una mayor cantidad de energía por segundo, es decir, la potencia de frenado será mayor. Y disipar una mayor potencia de frenado con el mismo disco de freno se consigue con mayor fricción e implica irremediablemente mayor temperatura del mismo. Son el calor y la temperatura quienes producen gran parte de los problemas que nos encontramos en los frenos. Empezaremos viendo algunos de los problemas más comunes.

El Fade La pérdida de eficacia de frenada debido al estrés térmico se denomina -del inglés- fade o -del castellano- fatiga. Existen tres tipos de fade: 1. Fade de pastilla: cuando frenamos, debido a la fricción, la pastilla desprende material y, además, se van evaporando ciertos componentes cuya función es mantener el material de fricción unido. Cuando la temperatura del disco y la pastilla excede la capacidad térmica máxima de trabajo, la pastilla pierde eficacia debido en gran parte a la rápida evaporación de estos componentes y, como consecuencia, el pedal del freno se vuelve duro y con un tacto muy sólido, pero el vehículo no se detiene. Antes de que todo esto suceda, un olor muy característico es desprendido por el sistema de frenos. La única solución es usar más freno motor o bajar el ritmo si estamos rodando en circuito, por ejemplo. 2. Fade por ebullición del líquido de frenos: cuando la temperatura del sistema de frenos aumenta, ésta se transmite de la pastilla de freno a la pinza mediante conducción térmica y, si la temperatura es lo bastante alta como para hacer hervir el líquido de frenos, se forman burbujas en el mismo. Como los gases son compresibles, el pedal de freno se vuelve blando y esponjoso y el recorrido del pedal de freno se incrementa considerablemente. Antes de llegar hasta el punto de que el pedal de freno se venga hasta abajo, este nos va avisando de forma progresiva. Incluso cuando esto sucede todavía deberías ser capaz de parar el coche bombeando sobre el pedal, pero habremos perdido toda capacidad de modular la frenada. 3. Green fade (fade de rodaje): cuando montamos pastillas nuevas, los primeros ciclos frío-calor a los que las sometemos hacen que los elementos más volátiles se evaporen. Este proceso se da a lo largo de toda la vida de la pastilla pero es en la fase de rodaje cuando más pronunciado es este fenómeno. La capa de gases evaporados es tan consistente que se interpone entre la pastilla y el disco, reduciendo el coeficiente de fricción a valores muy bajos. Una vez que la pastilla ha sido rodada no vuelve producirse este fenómeno a menos que superemos la temperatura óptima de trabajo como ya vimos en el apartado 1.

Los discos de freno están hechos de fundición gris, que contiene entre un 2 y un 4,5 % de carbono disuelto. Esta es la elección de la gran mayoría de fabricantes de vehículos, ya que tiene unas buenas cualidades mecánicas y es muy barato. Pero para que las piezas funcionen correctamente deben ser fabricadas mediante fundición bajo un estricto control del proceso químico y del enfriamiento. Las funciones de este minucioso control de fabricación son: minimizar la distorsión, dotarlo de buenas características para el desgaste, absorber vibraciones y garantizar una mayor resistencia al cracking. ¿Cómo y por qué fallan los discos? Hay muchas formas de hacer que un disco pase de ser un elemento de vital importancia en un vehículo a servir de pisapapeles. Un servidor –desgraciadamente- ha experimentado unas cuantas de ellas. Vamos allá. Cracking

El cracking se produce principalmente por ciclos frío-calor que acaban debilitando la fundición del disco. El proceso exacto de cómo sucede este fenómeno es muy debatido pero se cree que cuando el disco es calentado por encima de los 900 ºC la matriz molecular del hierro se dilata dejando cierta libertad a las partículas de carbono y, al enfriarse el metal, el carbono se enfría más despacio y adopta una nueva posición dentro de la matriz creando tensiones internas que acaban debilitando el metal y produciendo su fallo. Una forma muy fácil de conseguir esto es hacernos un buen tramo de montaña a buen ritmo, frenando duro, e inmediatamente parar y lavar el coche con agua fría. En cualquier caso, para minimizar la distorsión, es aconsejable tanto calentar como enfriar los discos de forma progresiva. El cracking, fenómeno que se ve en la superficie del disco si hacemos una inspección visual, es también fácil de identificar por una pulsación en el pedal del freno. El motivo de dicha pulsación es que la pastilla, al pasar sobre la grieta, “salta” ligeramente enviando pulsaciones a través de el sistema hidráulico hasta nuestro pie. Esto sucede siempre (independientemente de la velocidad del vehículo) y la cadencia de la pulsación es mayor cuanto más rápido vamos. Imperativo: cambiar discos si sucede esto.

Microfisuras (heat checking o crazing) Las microfisuras son las precursoras del craking y, al igual que este fenómeno, también están producidas por estrés térmico. A diferencia del craking, no suponen un detrimento de la capacidad de frenada del vehículo y en competición son un fenómeno común (incluso esperado) que no supone mayor inconveniente que la necesidad de ser monitorizados para asegurarnos de que no evoluciona a grietas mayores. Discos doblados Cuando sentimos vibración tanto en el pedal del freno como en el volante y si tras una primera inspección no vemos que el disco presente cracking (roturas), tendemos a afirmar que el disco está “doblado”. Si hacemos mediciones sobre distintos puntos del disco y, en efecto, podemos observar variaciones en el grosor, no tiene por qué deberse a –error muy común– que el disco esté doblado (el 99% no lo están), sino que se da un fenómeno denominado -en inglés- TV (thickness variation) o variación del espesor. Material mal transferido a la superficie del disco De nuevo, lo primero que debemos hacer es asegurarnos de que buje, suspensiones, neumáticos, etc estén en perfectas condiciones. Una vez que comprobamos estos aspectos, para entender qué es un –mal llamado- disco doblado y cómo se produce, hay que explicar antes un par de fenómenos físicos que tienen lugar en la frenada. Ya hemos comentado que la fricción es el mecanismo que convierte la energía cinética en calor. Adentrándonos un poco más en ello diremos que existen dos tipos de fricción: La fricción abrasiva se produce mediante la rotura de las capas de elementos cristalinos entre el disco y la pastilla (principalmente la pastilla, si fuera el disco…). El polvo gris que se desprende y que a menudo mancha nuestra llanta está producido por la fricción abrasiva. La fricción adherente es algo más compleja de explicar. Es el fenómeno por el cual una fina capa de material de fricción de la pastilla de freno se transfiere y se adhiere a la superficie del disco de freno. La capa de material de fricción, uniformemente transferida al disco es lo que en realidad fricciona contra la pastilla. Las capas intermoleculares de material transferido al disco se rompen como efecto de la conversión de energía cinética en energía térmica. Éstas se rompen continuamente y se vuelven a formar de nuevo un instante después para volver a romperse de nuevo y así sucesivamente, de tal forma que la superficie del disco apenas toca contra la pastilla y, gracias a esto, los discos tienen una vida mucho más larga.

La rotura de estas capas (tanto en el disco como en la pastilla) crea calor. El problema viene cuando la pastilla de freno alcanza –y supera- su límite térmico efectivo, porque entonces transfiere material de fricción al disco de forma irregular y no continua. Ese asentamiento de material de fricción en la superficie del disco es el que produce la variación de espesor que podemos medir (TV: thickness variation) y que es responsable del ruido y de la vibración cuando frenamos. Esto también puede sucedernos cuando paramos por completo el coche con los frenos muy calientes y mantenemos el pedal del freno apretado (a pesar de estar parados). En este caso la pastilla transfiere material a un solo punto del disco (el punto en que el disco está enfrentado a la pastilla) y esto crea la variación de espesor que origina el ruido y la vibración antes mencionados. Este fenómeno es fácilmente identificable (se ve) y se conoce como pad imprinting, es decir, dejamos la huella de la pastilla “impresa” en el disco. Para doblar –sí, doblar de verdad- un disco en buenas condiciones hay que llevarlo hasta tal temperatura que prácticamente se deshace. No obstante, en el caso de que el disco esté muy gastado y su espesor esté cerca del mínimo estipulado por el fabricante, al tener menos masa, posee menor rigidez estructural y trabaja siempre a mayor temperatura con lo que son más sensibles a los excesos. Aun así, lo más probable es que si el disco está doblado, aparte de la alta temperatura, tengamos algún otro problema como buje en mal estado, mal montaje, mal equilibrado de neumáticos, etc. Pero repito, es mucho más fácil producir la variación de espesor como consecuencia de una pastilla sobrecalentada transfiriendo material de forma irregular que llevar un disco en buenas condiciones hasta el extremo de alabearse. Este es un fenómeno por el cual, debido a un mal montaje del disco, este se ve obligado a trabajar soportando esfuerzos transversales a la superficie de fricción, (una de las pastillas empuja el disco y la otra no, consiguiendo un apoyo no uniforme) lo que al final acaba doblándolo con desastrosas consecuencias. El disco, al no friccionar perfectamente paralelo contra la pastilla, trabaja a diferentes temperaturas en unos puntos que en otros produciendo calentamientos anormales, tensiones estructurales de origen térmico, distorsión, variación de espesor de disco e incluso rotura. Coloración

En ocasiones vemos que un disco está azulado o amoratado en vez de tener el característico color gris. Esto significa que el disco está trabajando a demasiada temperatura; si es el único síntoma (sólo coloración), no es necesario cambiarlo, pero sería conveniente revisar el tipo de pastilla utilizado y si los pistones de la pinza vuelven correctamente a su posición una vez que soltamos el pedal del freno. Un mal rodaje también puede ocasionar esta coloración. Vuelvo a hacer hincapié en el asunto de los discos doblados. Un disco azulado ha estado trabajando por encima de su rango de utilización y, sin embargo, puede perfectamente no estar doblado, lo que refuerza la teoría de que para doblarlo hace falta algún otro problema a parte de trabajar a altas temperaturas.