Desde que se abandonaron los frenos de tambor para dar paso a los frenos de disco, con muchas más ventajas, estos discos han ido evolucionando mucho, tanto en el propio diseño, como también en los materiales. Así que, vamos a echar un vistazo a los discos de freno disponibles, y sus ventajas o desventajas.
También las pastillas de freno han sufrido cambios desde su invención, para adaptarse a estos discos y a las nuevas exigencias de los vehículos, aunque esto lo dejamos para otro artículo…
¿Qué son los frenos de disco?
Los discos de freno fueron ideados por el ingeniero británico Frederick William Lanchester, quien obtuvo la patente en 1902. Su idea revolucionaria consistía en un disco metálico que rotaba junto a la rueda y que, al ser presionado por unas pastillas, generaba fricción y detenía el vehículo. Sin embargo, en aquel momento, los frenos de tambor eran mucho más simples y baratos, por lo que no tuvieron demasiado éxito entre los coches de calle. Los primeros en usarlo fueron los vehículos de carreras, pasando a las primeras unidades de producción en masa en la década de los 50s, como el Citröen DS de 1955 para sus ruedas delanteras, o el Mercedes-Benz Clase S de 1970 que los incluyó no solo en las ruedas delanteras, sino en las cuatro ruedas.
En este tipo de frenos, cuando pisas el freno, unas pastillas se presionan contra este disco, generando fricción y, por lo tanto, deteniendo la rueda, que va unida a dicho disco. Hay que decir que estas pastillas suelen fabricarse también en varios materiales, como: las semimetálicas, con 65% de metal como el acero o el hierro, y el resto de metales como el grafito u otros compuestos inorgánicos; bajo contenido en metal, que generan menos polvo que las semimetálicas, con más contenido en materiales orgánicos; las de origen orgánico como el Kevlar, vidrio o carbono y bajo porcentaje en metal (<15%), siendo más silenciosas, ligeras y resistentes; las cerámicas (mica, feldespatos, carbonatos, barita,…) con compuestos cerámicos y otros materiales ligados, las cuales son muy duraderas por su resistencia al desgaste.
Independientemente de los materiales, estos discos de freno tienen ventajas muy claras frente a los de tambor, que seguimos viendo en algunos vehículos más antiguos, especialmente para el eje trasero. Entre las ventajas tenemos:
- Mayor capacidad para disipar el calor generado por la fricción, evitando la pérdida de eficacia.
- Debido al diseño, tienen mayor potencia de frenado frente a los de tambor, lo que permiten detener el vehículo más rápidamente.
- Menor desgaste y menos costes de mantenimiento a largo plazo, aunque sean más caros de fabricar.
- Permiten aportar una mayor sensibilidad al conductor, algo que los de tambor no ofrecían, por lo que el control es ahora más fino.
- Son menos propensos a bloquearse, además ayudados ahora por el ABS.
Tipos de discos de freno
En cuanto a los tipos de discos de freno, podemos diferenciarlos por los materiales en los que están fabricados, ya que el material va a marcar la diferencia entre unos y otros, tanto en lo que respecta a la fiabilidad, como al rendimiento:
Discos de metal (acero, aluminio, titanio)
Los materiales utilizados en la fabricación de estos discos desempeñan un papel crucial en su rendimiento y durabilidad, como mencioné antes. Comenzamos por los discos de freno fabricados en metales como el acero, el aluminio y el titanio, analizando sus características, ventajas y desventajas:
- Hierro fundido: esta fundición es muy barata, pero pobre en cuanto a rendimiento y fiabilidad en comparación con otros tipos de discos.
- Acero: son muy comunes, debido a que es un material más barato, y ofrece una alta resistencia y durabilidad. Al ser un metal, también tiene una buena capacidad de disipación de calor, lo cual es positivo. No obstante, no todo es positivo, también sufren más la corrosión y son pesados.
- Aluminio: estos discos son más caros, pero aportan ligereza y disipación de calor muy buena, dada la conductividad térmica de este metal. Eso los hace más eficientes que los de acero, y puede prevenir sobrecalentamiento. En contra tenemos su menor resistencia.
- Titanio: es un metal extremadamente ligero y resistente a la corrosión, además de ser muy fuerte para prevenir el desgaste, y tiene una alta conductividad térmica. Por tanto, este tipo de discos de freno ofrecen lo mejor del acero y lo mejor del aluminio en uno solo, siendo ideales para aplicaciones de alto rendimiento o deportivos. Evidentemente, son mucho más caros.
Discos cerámicos
Los discos de freno cerámicos representan una evolución significativa en la tecnología de frenado, ofreciendo un rendimiento superior en comparación con los tradicionales. Su composición única, basada en materiales cerámicos y fibras de carbono, les confiere propiedades excepcionales que los hacen ideales para aplicaciones de alto rendimiento, como vehículos deportivos y de competición.
Estos discos aportan una alta rigidez, resistencia al desgaste, y también una excelente capacidad para soportar altas temperaturas, aunque no disipan tan bien el calor como los metales, dado a que la cerámica ofrece una menor capacidad de conductividad térmica. No obstante, suelen incluir canales o perforaciones internas para mejorar la refrigeración, por tanto, se diferencian de los frenos metálicos, que suelen ser simples discos macizos.
También son ligeros, al menos más ligeros que los de hierro fundido convencionales, lo que reduce las masas no suspendidas del vehículo y mejora su agilidad y maniobrabilidad. Algo vital para el motorsport. Así mismo, son bastante más estables a nivel térmico que los de metal, es decir, tienen una dilatación térmica inferior, lo que evita que se expanda y puedan generar inconsistencia en la frenada. Incluso ofrecen menor ruido y vibraciones. Pero este tipo de frenos se pagan, ya que son más caros y los procesos de fabricación más complejos, además de presentar fragilidad a golpes y requerir pastillas de freno específicas.
Discos de fibra de carbono
Los discos de freno de fibra de carbono representan la vanguardia en tecnología. Estos componentes, utilizados principalmente en vehículos de alto rendimiento y competición, ofrecen propiedades excepcionales que los diferencian significativamente de los discos de freno tradicionales.
Una de las ventajas es su ligereza, incluso más ligeros que el aluminio o titanio, pero con gran resistencia a la tracción y rigidez. También soportan muy altas temperaturas, y se diseñan con canales en el interior, no solo para ahuecarlo y hacer que pese menos aún, sino también por cuestiones de refrigeración del disco.
Existe una variante de estos discos de freno, los reforzados con SiC, o carburo de silicio. Este tipo aumenta la dureza y resistencia al desgaste frente a los que son de fibra de carbono puro, además de tener un mejor rendimiento a altas temperaturas, sin agregar un peso extra considerable. Por eso son los empleados en los coches más exigentes, como los de Fórmula 1 y los prototipos avanzados del WEC, entre otras categorías similares. Los superdeportivos de calle de muy alta gama también pueden incluirlos.
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