Las pastillas de freno son un componente de los frenos de disco utilizados en aplicaciones automotrices y de otro tipo. Las pastillas de freno están compuestas de placas de respaldo de acero con material de fricción adherido a la superficie que mira hacia los rotores de freno de disco.
Las pastillas de freno convierten la energía cinética de un vehículo en energía térmica mediante la fricción . El freno contiene dos pastillas de freno con sus superficies de fricción orientadas hacia el rotor. [1] Cuando los frenos se aplican hidráulicamente , la pinza sujeta o aprieta las dos pastillas juntas sobre el rotor giratorio para desacelerar y detener el vehículo. Cuando una pastilla de freno se calienta debido al contacto con el rotor , transfiere pequeñas cantidades de su material de fricción al disco, dejando una capa gris opaca. La pastilla y el disco de freno (ahora ambos tienen el material de fricción) se "pegan" entre sí, proporcionando la fricción que detiene el vehículo.
En los frenos de disco, normalmente hay dos pastillas de freno por disco y ambas funcionan juntas. Estos se mantienen en su lugar y son accionados por una pinza fijada al cubo de la rueda o al montante de suspensión . Las pinzas de carreras, sin embargo, pueden utilizar hasta seis pastillas, con diferentes propiedades de fricción en un patrón escalonado para un rendimiento óptimo. Dependiendo de las propiedades del material, el peso del vehículo y las velocidades a las que se conduce, las tasas de desgaste de los discos pueden variar. Por lo general, las pastillas de freno deben cambiarse periódicamente (dependiendo del material de las pastillas). La mayoría de las pastillas de freno están equipadas con un método para alertar al conductor cuando es necesario hacerlo. Una técnica común es fabricar una pequeña ranura central cuya eventual desaparición por desgaste indica el final de la vida útil de una pastilla. Otros métodos incluyen colocar una tira delgada de metal blando en una ranura, de modo que cuando se exponen (debido al desgaste) los frenos chirrían audiblemente. También se puede incrustar una lengüeta de desgaste de metal blando en el material de la pastilla que cierra un circuito eléctrico cuando la pastilla de freno se desgasta, encendiendo una luz de advertencia en el tablero.
El concepto de pastillas de freno o frenos de disco como alternativa a los frenos de tambor existía al menos desde una patente de FW Lanchester en 1902. [2] Sin embargo, debido al alto costo y las ineficiencias en comparación con los frenos de tambor, no se implementaron comúnmente. hasta después de la Segunda Guerra Mundial . [3] Una vez que la tecnología de los frenos de disco mejoró, el rendimiento de los frenos superó rápidamente al de los frenos de tambor. La diferencia de rendimiento se mostró más notablemente en 1953, cuando un Jaguar equipado con pastillas de freno ganó la carrera del Gran Premio de Resistencia de las 24 Horas de Le Mans . [3] [4] El éxito del Jaguar se atribuye comúnmente a los frenos de disco del automóvil, que permitieron a los conductores acercarse a las curvas más rápido y frenar más tarde que sus oponentes, lo que finalmente llevó a su victoria. Todavía en 1963, la mayoría de los automóviles que usaban frenos de disco eran de fabricación europea, y los automóviles estadounidenses adoptaron la tecnología a fines de la década de 1960, después de la invención de las pinzas fijas que hicieron que la instalación fuera más barata y compacta. [3]
Los frenos de disco ofrecen un mejor rendimiento de frenado en comparación con los frenos de tambor . Proporcionan una mejor resistencia al " desvanecimiento de los frenos " causado por el sobrecalentamiento de las pastillas de freno y también pueden recuperarse rápidamente de la inmersión (los frenos húmedos son menos efectivos). A diferencia de un freno de tambor, un freno de disco no tiene efecto de autoservo: la fuerza de frenado siempre es proporcional a la presión aplicada sobre la palanca del pedal de freno. Sin embargo, muchos sistemas de frenos de disco tienen servoasistencia ("Brake Booster") para reducir el esfuerzo del pedal del conductor. [ cita necesaria ]
Las pastillas de freno de disco son más fáciles de inspeccionar y reemplazar que las pastillas de freno de tambor.
Existen numerosos tipos de pastillas de freno, dependiendo del uso previsto del vehículo, desde muy blandas y agresivas (como en aplicaciones de carreras) hasta compuestos más duros, duraderos y menos agresivos. La mayoría de los fabricantes de vehículos recomiendan un tipo específico de pastilla de freno para su vehículo, pero los compuestos se pueden cambiar (ya sea comprando una marca diferente de pastilla o actualizándola a una pastilla de alto rendimiento en la gama del fabricante) según los gustos personales y los estilos de conducción. Siempre se debe tener cuidado al comprar pastillas de freno no estándar, ya que los rangos de temperatura de funcionamiento pueden variar, como que las pastillas de alto rendimiento no frenan de manera eficiente cuando están frías o que las pastillas estándar se desvanecen al conducir con fuerza. En los automóviles que sufren un desgaste excesivo de los frenos , el problema se puede minimizar instalando pastillas de freno más agresivas y de mejor calidad.
Las características más importantes que se tienen en cuenta a la hora de seleccionar el material de una pastilla de freno son las siguientes:
Otro requisito material que se tiene en cuenta es el grado de compresibilidad de las pastillas de freno; Si son demasiado comprimibles, el recorrido del freno o el desplazamiento del líquido servofreno pueden ser excesivos. [7] El material de las pastillas de freno también debe ser poroso para minimizar el efecto que tiene el agua sobre el coeficiente de fricción. [7]
El asbesto se añadió como ingrediente común a las pastillas de freno después de la Primera Guerra Mundial, cuando la velocidad de los automóviles comenzó a aumentar, porque las investigaciones demostraron que sus propiedades le permitían absorber el calor (que puede alcanzar los 500 °F) y al mismo tiempo proporcionar la fricción necesaria para detener un vehículo. [8] Sin embargo, a medida que los graves riesgos para la salud relacionados con el amianto comenzaron a hacerse evidentes, fue necesario encontrar otros materiales. Las pastillas de freno de amianto han sido reemplazadas en gran medida por materiales orgánicos sin amianto (NAO) en los países del primer mundo. [9] Hoy en día, los materiales de las pastillas de freno se clasifican en una de las cuatro categorías principales, de la siguiente manera:
La resina de fenol formaldehído se utiliza frecuentemente como agente aglutinante . El grafito puede servir como material de fricción y como agente aglutinante. [11] Otro material de fricción comúnmente utilizado es el silicato de circonio . [9] Un productor italiano está investigando el uso del cemento como aglutinante barato y que consume menos energía. [12] La siguiente tabla describe la composición de una pastilla de freno común. [9]
Hay factores ambientales que gobiernan la selección de materiales de pastillas de freno. Por ejemplo, el proyecto de ley SSB 6557 [13] adoptado en el estado de Washington en 2010 limita la cantidad de cobre que se permite utilizar en materiales de fricción, para eventualmente eliminarse a cantidades mínimas, debido al impacto negativo de los altos niveles de cobre en vida acuática. Para su sustitución se han desarrollado diferentes combinaciones de materiales, aunque todavía no se dispone de un sustituto directo. [14] Se están estudiando otros materiales, como compuestos elaborados con antimonio.
Los vehículos tienen diferentes requisitos de frenado. Los materiales de fricción ofrecen fórmulas y diseños específicos para aplicaciones. Las pastillas de freno con un mayor coeficiente de fricción proporcionan un buen frenado con menos presión del pedal del freno, pero tienden a perder eficiencia a temperaturas más altas. Las pastillas de freno con un coeficiente de fricción menor y constante no pierden eficiencia a temperaturas más altas y son estables, pero requieren una mayor presión en el pedal del freno.
Las pastillas de freno deben revisarse al menos cada 5000 millas para detectar desgaste excesivo o desigual. Aunque el desgaste de las pastillas de freno es único para cada vehículo, generalmente se recomienda reemplazar las pastillas de freno cada 50,000 millas. [6]
El mal funcionamiento de las pastillas de freno puede tener muchos efectos en el rendimiento de un vehículo. El siguiente cuadro describe algunos problemas comunes que pueden ser causados por un mal funcionamiento de las pastillas de freno: [8]
La Oficina Nacional de Estándares (NBS) comenzó a realizar pruebas de material de frenos en los EE. UU. en 1920. Luego, la configuración de prueba se compartió con los fabricantes que los querían para que pudieran comenzar a probar sus propios productos. [15] Con el tiempo, la NBS continuó desarrollando nuevos instrumentos y procedimientos para probar pastillas y revestimientos, y estas normas finalmente se convirtieron en las normas para el Código de seguridad para frenos y pruebas de frenos del Comité Estadounidense de Normas de Ingeniería. [15]
La prueba SAE J661 se utiliza para determinar la fricción de diferentes materiales de pastillas de freno probando un revestimiento cuadrado de 1 pulgada (25 mm) con un tambor de freno. Esta prueba arroja valores para los coeficientes de fricción tanto en caliente como en frío, que luego se combinan con designaciones de letras. [7] La siguiente tabla describe qué letra corresponde a cada rango del coeficiente de fricción. Un ejemplo de designación sería "GD", donde "G" es el coeficiente normal, mientras que "D" representa calentado. [7]
Existen diferentes sistemas para la catalogación de pastillas de freno. El sistema más utilizado en Europa es el sistema de numeración WVA . [dieciséis]
El sistema de catalogación utilizado en Norteamérica y reconocido en todo el mundo es el sistema de numeración de piezas estandarizado para frenos y revestimientos de embrague emitido por el Friction Materials Standards Institute (FMSI). La misión de FMSI es "mantener y mejorar este sistema de numeración de piezas estandarizado para todos los vehículos de carretera que se utilizan en América del Norte". [17]
Un tipo de pastilla de freno utilizada en frenos de llanta .
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