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Frenos a discos

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TECNOLOGIA / FRENOS

Frenos a discos
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El freno a disco requiere en la actualidad una precisión elevada para su fabricación. Disco de freno de alta tecnología – Audi A8.


Hemos visto que, en el freno a disco, así como el mismo experimenta sobrecargas, tensiones o estrés mecánico, también sufre estrés térmico debido a la generación de calor que se produce cuando se concreta una frenada.
Con respecto al estrés mecánico – en el disco– la microfisuración que se produce a posterior de mucho tiempo de funcionamiento, es decir de estrés repetido, es denominado “fatiga”. Está claro entonces que el estrés mecánico puede generar roturas. Cabe puntualizar que el disco, además, recibe flexiones que se producen al frenar en las curvas, y un estrés dinámico cuando vibra el disco.


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El caudal de calor presente es evacuado en los modernos modelos a través de discos ventilados, en especial en las ruedas delanteras.


En cuanto a las sobrecargas térmicas, toda la energía que pierde el automóvil al frenar se encuentra en forma de “calor generado” en la parte disco/pastilla.

El caudal de calor presente al comienzo de la frenada es elevado, y se trata de una potencia (en kW) de importancia. Esta potencia –por ejemplo– disminuye hasta llegar a cero, cuando la desaceleración es constante.

El calor se genera cuando dos superficies entran en contacto, como es el caso de la pastilla y el disco, y, debido al gradiente de temperatura, el calor se difunde en los dos materiales que están en contacto.


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Pastilla de freno: modelo de elementos finitos en donde la parte roja muestra las presiones elevadas.


La distribución del caudal de calor es función de las características físico-químicas de los materiales. En la mayoría de los casos, más del 80 por ciento del calor generado se concentra en el disco, y es debido a ello que debe ser enfriado.

De acuerdo a la máxima cantidad de calor a eliminar, se puede recurrir a otros medios que van a hacer más complicada la forma del disco. Es decir que se puede aumentar “la superficie de intercambio”, como ocurre en los discos ventilados. También se puede aumentar el caudal de aire, mejorando el rendimiento a través del diseño de las aletas.

Se sabe que un aumento excesivo de temperatura de las pastillas genera un deterioro del material, y un aumento de la temperatura del pistón y, por lo tanto, del líquido de frenos. El excesivo aumento de la temperatura del disco tiene asimismo grandes consecuencias: puede darse una transformación de la fundición en la superficie o una defordeformación permanente del disco. Puede que también la pista del disco se curve y tome la forma de un cono, dificultándose el enfriamiento.

Vale considerar que los dos objetivos principales de un disco de freno son:
La transmisión de una importante fuerza mecánica

La dispersión del calor producido
Este último punto supone un funcionamiento entre medianas y altas temperaturas. Sin embargo, desde la teoría, sabemos que hay muchos materiales que pueden cumplir o desempeñar estos dos puntos.

Por una parte, por estabilidad de las prestaciones, por el costo de las materias primas y las posibilidades de producción, la fundición gris es un material usado generalmente. Actualmente, también se utilizan materiales compuestos, con matriz de carbono para discos de freno de automóviles deportivos y de competición. Sus especiales prestaciones y su costo elevado no los hacen aptos para los autos de serie.


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Un aumento excesivo de la temperatura puede generar una deformación permanente del disco.

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