Uno de los mejores discos de freno que nos podemos encontrar son los frenos cerámicos. Sus cualidades están muy por encima de los frenos convencionales que llevan la mayoría de los coches.
Entre sus ventajas están: su mayor resistencia, un peso menor y una gran durabilidad. Aunque existen muchas otras virtudes que la mayoría desconoce. En cuanto a sus desventajas, a parte de su elevado coste, que hace que solo los veamos en algunos deportivos, también hay algún que otro contra que hace que más de uno se arrepienta de haberlo comprado.
Tipos de frenos
Un freno de disco se compone esencialmente de las pastillas de la pinza y del disco. Un disco de freno es un implemento bastante simple. Su función es transformar la energía cinética del movimiento lineal del coche en calor cuando es sujetada por la pinza y las pastillas de freno (a través de la fricción). El material utilizado para la construcción de un disco debe tener la capacidad de absorber y disipar el calor, al tiempo que debe tener suficiente resistencia mecánica para soportar la fuerza de sujeción de la pinza y el par de frenado. También debe transmitir una cantidad adecuada y controlable de fricción al interactuar con las pastillas de freno.
En la fabricación de frenos existen tres tipos, aunque en este artículo nos centraremos en dos de ellos:
- Metálicos, confeccionados en hierro macizo.
- Carbocerámicos o cerámicos (compuestos por una una matriz cerámica)
- Carbono puro (utilizados en competición)
Ventajas de los frenos cerámicos
Es de sobra conocido que el rendimiento de los frenos cerámicos es superior al de los de acero. No importa si son perforados, rayados u otros diseños para mejorar sus capacidades, los cerámicos siempre estarán muy por encima.
Su principal cualidad es que tienen una mayor resistencia a la temperatura, así que no muestran síntomas de estar exhaustos cuando se les da un uso intensivo. Por eso es prácticamente imposible que se alabeen por experimentar un shock térmico muy brusco. De ahí que lo equipen los coches pensados para circuito, superdeportivos o, como un extra, en coches de alto rendimiento. Puedes ver unos frenos cerámicos en acción en la prueba del Audi RS3 Sedán:
Por ese motivo, y por otras propiedades de su material, también son más duraderos que los frenos convencionales. Tanto es así, que se suele decir que duran más de 300.000 km. Sin embargo, esta cifra es engañosa porque, según el uso que se le dé y el tipo de coche que sea, su duración se puede reducir mucho. Además, ni mucho menos estamos hablando de 300.000 km en circuito, sino más bien con una conducción normal.
Como añadido, su peso es la mitad que el de los de acero. Lo que aporta otra ventaja extra a los coches deportivos que los llevan, que precisamente necesitan reducir su peso todo lo posible. Esta ventaja se acentúa incluso más en algunos casos, porque algunas marcas utilizan materiales ligeros como el aluminio o el titanio para reducir el peso de otras partes del freno.
Los frenos cerámicos también pueden reducir las distancias de frenado en algunos casos. Aunque esto es así principalmente porque pierden mucha menos capacidad de frenado al calentarse.
La ventaja que la mayoría desconoce tiene que ver con el medio ambiente. Los frenos cerámicos producen mucho menos polvos finos al funcionar. Unas partículas muy pequeñas que se quedan en suspensión en el aire y que afectan a la salud de las personas e incluso reducen su esperanza de vida.
Desventajas de los frenos cerámicos
Verás que esta lista es mucho más corta que la de las ventajas, pero no hay que olvidar que los frenos cerámicos también tienen sus contrapartidas. La primera y más obvia es el precio, que es mucho mayor que el de los discos de frenos normales.
La desventaja que algunos compradores desconocen cuando se decanta por montar frenos cerámicos es que chirrían con cierta frecuencia. Un sonido que puede ser algo molesto en coches que se usen para algo más que para correr. Por ejemplo, en la línea RS de Audi o los modelos M de BMW.
De qué están hechos los frenos cerámicos
Aunque se suelen llamar frenos cerámicos para simplificar, es más correcto llamarlos discos de compuesto cerámico. La palabra compuesto hace alusión a que el material cerámico, el silicio, se combina con fibra de carbono para aumentar su resistencia. De ahí que se llamen también frenos carbocerámicos.
Para ser más exactos la fibra de carbono se compacta en gran medida, pero deja unos poros por los que entra el carburo de silicio derretido creando una matriz cerámica en el interior. El resultado es un compuesto extremadamente duro y resistente a la abrasión y la temperatura.
Cómo se fabrican
Para crear el interior de los discos cerámicos se mezcla fibra carbono con una resina, se mete en unos moldes con la forma del disco y se compacta con una prensa con una fuerza de 20 toneladas mientras se calienta a 200ºC. Con esto se consigue que la fibra de carbono se compacte y que la resina se convierta en plástico.
Tras enfriar los discos, se eliminan las partes rugosas y se le hacen unos agujeros de ventilación, para acto seguido calentarlos de nuevo en un horno durante dos días. Allí se elevará su temperatura hasta los 1.000 grados de forma progresiva para producir una alteración química que convierte el plástico en carbono.
El siguiente paso es añadir polvo fino de silicio al disco y meterlo de nuevo en el horno durante otras 24 horas. Allí se calentará gradualmente hasta llegar a los 1.700ºC, para derretir el polvo fino de silicio y convertirlo en carburo de silicio. Un material extremadamente duro que se filtra por los microporos del disco.
Ahora llega el momento de hacer unos agujeros extra en la parte interior, que es donde se insertará la copa necesaria para poder montarlos. Luego, se les añade una capa de pintura protectora para aislar el carbono del oxígeno de la atmósfera. Un paso crucial, que evita que el oxígeno permita el quemado del carbono a altas temperaturas. La pintura se cura en otro horno, dejando tras de sí un polvillo blanco.
Por último, un robot pule la superficie de los discos y una cámara analiza el disco a nivel microscópico para asegurarse de que no haya imperfecciones. Una vez que finaliza esta comprobación de calidad, se le añade la copa para poderlo montar el en el coche. Como puedes ver, es un proceso largo en el que todos los pasos sumados superan una semana para fabricar un lote de discos.
Este tipo de material se llama Carbon Fibre-reinforced Silicon Carbide (C-SiC), cuya traducción al español es Fibra de carbono reforzada con Carburo de Silicio.
Tipos de frenos cerámicos
Como ocurre con muchos sistemas e inventos del mundo del motor, cada marca le da un nombre diferente como parte de su campaña de marketing. Sin embargo, en muchos casos las diferencias esenciales entre unos y otros son mínimas o inexistentes en cuanto a su funcionamiento y construcción.
Ese es el caso de los frenos cerámicos, que reciben nombres como Ceramic Composite Material (CCM), Ceramic Matrix Composite (CMC) o Carbon Ceramic Brakes (CCB). Incluso nombres más específicos que incluyen la marca como Porsche Ceramic Composite Brakes (PCCB). Pero, en esencia, estamos ante el mismo tipo de frenos basados en la tecnología antes descrita: Carbon Fibre-reinforced Silicon Carbide (C-SiC).
El tipo de frenos con el que no se debe confundir son los frenos Carbon-Carbon (C/C). Se usan en aeronáutica, transporte ferroviario y la Fórmula 1, porque son incluso más resistentes. Sin embargo, su temperatura de funcionamiento óptima es demasiado alta para ponerla en los frenos de coches de calle. Como su nombre indica, no son frenos cerámicos porque solo tienen carbono tratado de una forma muy específica, que se tardan aún más en fabricar.
¿Merece la pena poner frenos cerámicos?
Los frenos son uno de los elementos más importantes de nuestro coche que pertenecen a la seguridad activa. Unos buenos frenos nos permiten detener antes el coche y, en según que casos, evitar un posible accidente. Por lo que, según este razonamiento, unos frenos cerámicos serán una buena decisión si se dispone de presupuesto. Sin embargo, esto no tiene por qué ser así.
Dadas sus cualidades, solo tiene sentido poner unos frenos cerámicos a un coche si se le va a dar un uso muy intensivo. Es decir, correr en un circuito y practicar una conducción que con otro material más endeble provocaría el sobrecalentamiento de los discos. Una situación extrema que solo se suele dar en competición o en tandas de circuito muy exigentes.
Precio de los frenos cerámicos
Lo más asequible en coches de producción son los modelos que pueden equiparlos como extra por cerca de 10.000 euros. Aunque este desembolso suele incluir piezas de más pistones, modificaciones en el chasis para mejorar su comportamiento dinámico y algunos detalles estéticos.
Si nos vamos al otro extremo, de lo más caro que hay en coches de calle son los discos de frenos carbocerámicos del Bugatti Chiron. Sustituirlos junto con las pastillas y las pinzas de titanio impresas en 3D cuesta más de 50.000 euros.
En resumen
Los frenos cerámicos están fabricados de cerámica reforzada con fibra de carbono. Este composite cerámico, junto al carburo de silicio ofrece una gran resistencia a la abrasión, además de proporcionar una gran dureza.
Los orígenes de los frenos cerámicos vienen de los aviones y también de la competición, ofreciendo unos resultados muy buenos. Este tipo de frenos se caracterizan por tener una muy buena resistencia al fading y, además, pueden llegar a durar hasta cuatro veces más que unos frenos convencionales de acero.
La temperatura que pueden llegar a alcanzar los frenos cuando los utilizamos es de 700ºC, reduciendo su eficacia. Afortunadamente, los frenos cerámicos no tienen este problema y son capaces de repartir el calor por toda la superficie del disco.
En cuanto al peso de los frenos cerámicos se puede decir que son mucho más ligeros que los convencionales. Este tipo de frenos pueden llegar a pesar la mitad, lo que nos proporciona un ahorro de peso importante.
Sin embargo, no todo son ventajas en los frenos cerámicos. Estos frenos tienen un precio muy elevado, haciéndolos muy exclusivos y sólo los vehículos deportivos de marcas como Ferrari o Porsche equipan este tipo de frenos a sus vehículos. El coste de este tipo de frenos puede llegar a superar los 9.000 euros.
La fabricación de un disco de freno cerámico es mucho más lenta que la de uno normal, pudiendo tardar casi un día completo en fabricar un único disco.
La vida útil de los discos de freno cerámicos puede llegar a los 300.000 kilómetros. Por lo tanto, en muchos casos, este tipo de frenos no será necesario sustituirlos durante toda la vida del vehículo.
Imágenes – twin-loc, Andy Durst, Travis Isaacs, Yahya S., The359, Ben Ramirez, Bill Abbott, Razvan Orendovici