¿Cómo frenaban las personas hace mil años? La evolución del sistema de frenos
Se dice que hace mil años, cuando los antiguos conducían carruajes tirados por caballos, dependían esencialmente del esfuerzo manual para todo: bombeaban para repostar, tiraban para girar, tocaban el claxon con la boca y frenaban con las piernas... bueno, las piernas del caballo. Con el tiempo, después de innumerables lecciones aprendidas con sangre y lágrimas, la gente se dio cuenta de que, al bajar una pendiente, confiar únicamente en las piernas del caballo no solo cansaba al animal, sino que también ponía en peligro al conductor.
Así nació el primer sistema de frenos. La gente utilizaba un trozo de madera como pastilla de freno para crear fricción con la rueda y proporcionar fuerza de frenado. Aunque a veces la madera echaba humo al frenar, era suficiente para los vagones que se movían a baja velocidad. De hecho, hoy en día se pueden ver sistemas de frenos con estructuras similares. Los frenos de llanta de bicicleta, por ejemplo, han evolucionado desde el pulido de la superficie del neumático hasta el pulido de la llanta de la rueda, pero el principio sigue siendo similar.
Desde que surgió la máquina de vapor en el siglo XVIII, la fuerza motriz de los vehículos pasó de la humana y la animal a la de las máquinas, y la velocidad aumentó, pero los sistemas de frenos apenas sufrieron cambios. A principios del siglo XX, ya se tratara de un carruaje tirado por caballos, un tren o uno de los primeros automóviles, el sistema de frenos funcionaba de forma similar a los utilizados en los carruajes anteriores. ¿El resultado? Incluso en terreno llano, seguían ocurriendo accidentes. Afortunadamente, en 1900, un genio llamado Wilhelm Maybach diseñó el primer freno de tambor para automóviles. ¿Le suena familiar? Incluso hoy en día, algunos camiones y automóviles de pasajeros de gama baja siguen utilizando frenos de tambor.
Por coincidencia, tan solo dos años después, en 1902, otro genio, Frederick William Lanchester, diseñó el primer freno de disco, que es el sistema de frenado que se utiliza en más del 80% de los coches actuales, incluido el Xiaomi SU7. Se podría pensar que los frenos de disco aparecieron mucho más tarde que los de tambor, pero no es así. Los frenos de disco tienen mayores requisitos en cuanto a los materiales de las pastillas de freno. Los primeros discos estaban hechos de hierro y las pastillas de cobre, que se desgastaban rápidamente. Imagínese emprender un viaje familiar por carretera con aperitivos, cerveza, naipes y tres juegos de pastillas de freno: decepcionante, ¿verdad? Así que, debido a las limitaciones en la tecnología de los materiales, los frenos de disco no se hicieron populares.
Sin embargo, los frenos de tambor también tienen sus problemas. Su diseño limita inherentemente la disipación de calor, lo que los hace propensos a la degradación térmica. Esto sigue siendo así incluso para los frenos de tambor modernos. Pero a medida que la tecnología de los materiales mejoró, los frenos de disco comenzaron a ganar atención nuevamente. Las primeras pastillas de freno estaban hechas de amianto, pero el amianto tenía un defecto fatal: no era respetuoso con el medio ambiente. Las fibras de amianto del desgaste podían inhalarse y causar daños irreversibles en los pulmones, por lo que las tejas de amianto, que alguna vez fueron comunes en mi infancia, ya no se usan. Además, el amianto es un mal conductor del calor, por lo que era difícil enfriarse después de la fricción del frenado.
Más tarde, se desarrollaron pastillas de freno semimetálicas, que sustituyeron el amianto por lana de acero para aumentar la dureza. Pero ahora la conducción del calor era demasiado buena. La temperatura subía rápidamente y el sistema de frenos permanecía caliente, lo que hacía que las piezas de goma, como las juntas y las mangueras, envejecieran más rápido. Las altas temperaturas también vaporizaban el agua del líquido de frenos, lo que hacía que los frenos se sintieran blandos. Además, la fricción metal con metal provocaba ruido a bajas velocidades y los frenos se oxidaban fácilmente cuando llovía.
Debido a estos inconvenientes, se desarrolló una nueva generación de pastillas de freno: las de materiales poco metálicos. Como sugiere el nombre, estas pastillas tenían menos contenido de metal. Si bien no eran tan duraderas, su rendimiento de frenado era mejor que el de las pastillas semimetálicas y eran más silenciosas, por lo que se suelen utilizar en automóviles que priorizan la comodidad. Finalmente, surgieron las pastillas de freno de base cerámica, que utilizan fibras de cerámica como refuerzo. Estas pastillas de gama alta son resistentes al calor, ofrecen una fricción estable y reducen el ruido. Además, como no tienen metal, no dejan polvo de freno difícil de limpiar en las ruedas. ¿La desventaja? Son caras.
Pero los frenos cerámicos no son los más caros. Existe una opción de un nivel aún más alto: los frenos a base de carbono. Estos vienen en dos variedades: carbono-cerámica y carbono-carbono. Uno es un compuesto de fibras de carbono y cerámica, mientras que el otro está hecho completamente de carbono. Ambos ofrecen una excelente conductividad térmica, resistencia a altas temperaturas, gran fuerza de frenado y peso ligero, lo que los hace más duraderos. Es por eso que los frenos a base de carbono se encuentran típicamente en autos de carrera, autos deportivos de alta gama y aviones. Sin embargo, para los conductores cotidianos, no son realmente relevantes debido al costo.
Después de todo este debate sobre los frenos de disco, es posible que se pregunte si los frenos de tambor aún tienen posibilidades de volver a ponerse de moda. La respuesta es no, simplemente están superados. Los frenos de tambor son pesados, tienen una mala disipación del calor y son menos eficaces a la hora de proporcionar un frenado rápido y continuo. Tampoco son compatibles con la tecnología moderna como el ABS. Dicho esto, los frenos de tambor tienen sus puntos fuertes. Una ventaja es su gran fuerza de frenado. De las dos zapatas de freno, una sigue la rotación del tambor de freno mientras que la otra va en contra. Al frenar, la zapata que se mueve en contra de la rotación crea un efecto de frenado automático, apretando el freno a medida que se presiona con más fuerza. Esta es una ventaja estructural. Los frenos de tambor también son rentables, ya que su diseño no ha requerido cambios significativos en los últimos años. Aparte de las actualizaciones en los materiales de fricción, han seguido siendo relativamente económicos de producir.
