¿Por qué se recalientan los frenos?
Posted by Josep Camós en 23/01/2007
Al final montaré una sección para responder a búsquedas infructuosas de Google. Claro, porque a mí me sabe mal encontrar que alguien busca en la red “por qué se recalientan los frenos” y les salgo yo explicando cosas que no tienen nada que ver. Cuestión de calidad de la información que se encuentra hoy en día en internet. Y de dispersión mental de algunos autores de blogs, supongo.
¿Por qué se recalientan los frenos? Comenzaremos hablando de energía a un nivel simple y seguramente plagado de incorrecciones, pero lo más didáctico posible. Como sabes, la energía no se crea ni se destruye: se transforma. Podemos ver pasar energía en forma de aire en movimiento, llámalo viento si quieres. Aplicamos esta energía a un molino, dejamos que el viento golpee las aspas y estas comiencen a girar en torno a un eje. Así hemos obtenido energía mecánica cinética a partir de la energía eólica. Pero no toda la energía eólica se transformará en energía cinética. Es casi imposible el aprovechamiento total de la energía cuando esta se transforma. Veamos un ejemplo de esta pérdida o disipación:
Si repentinamente deja de soplar el viento, la energía cinética del molino en movimiento tenderá a disiparse por efecto del rozamiento de las aspas contra el aire y por efecto del rozamiento del mismo molino sobre su eje. Ese rozamiento, además de frenar el molino, habrá calentado los cuerpos que se hallaban en fricción (el eje del molino y el bastidor de las aspas). Es decir, parte de la energía cinética se habrá disipado en forma de energía calorífica. ¿No crees que la fricción de dos cuerpos disipe calor? Frotate las manos y me lo cuentas. A eso se le llama disipación del calor por conducción. Ahora imagínate que tenemos prisa por detener el eje de las aspas del molino. Y ponemos un taco de madera que presione, que friccione, el eje para detenerlo cuanto antes. Hala, ya sabes por qué se calientan los frenos. Ah, pero no he explicado por qué se recalientan. Que no es lo mismo.
Tradicionalmente se montaban frenos de tambor en las ruedas de los coches. En este sistema un tambor gira solidario con la rueda. Al frenar se accionan dos zapatas interiores que presionan las paredes del tambor hasta frenarlo. Uno de los mayores problemas de este sistema de frenos consiste, precisamente, en el recalentamiento. Si hemos visto que la energía cinética se disipa en forma de energía calorífica, un tambor cerrado es idóneo para acumular calor. Con el calor, el tambor se dilata y se aleja de las zapatas que deben frenarlo. La cutresolución para estos casos consiste en pisar más a fondo.
Pero hay otra consideración: cuando la energía cinética no puede seguir transformándose en calor porque el tambor y las mordazas son ya incapaces de acumularla en su interior, ¿qué ocurre? Exacto: se corta la transformación de energía cinética, es decir, los frenos no frenan. Para ponerle a este momento de terror un nombre chachi, diremos que se produce el fenómeno fading. En cualquier caso, la madre del cordero está ahí: si la energía no puede transformarse en calor, se queda como estaba: en movimiento. Por todo eso se recalientan los frenos y dejan de frenar. Fin del post. Y ahora, la propina: el freno de disco.
Quizá porque el freno de tambor presentaba alto riesgo de fading, la industria automovilística hizo evolucionar el freno hacia un sistema compuesto por un disco y unas mordazas. Para entendernos, parecido al freno de tu bicicleta. Parecido también a este que ves aquí:
Como habrá quedado claro, uno de los enemigos de los frenos es la acumulación de calor. Por eso el freno de disco presenta dos ventajas cruciales sobre el freno de tambor: la superficie de fricción con la pastilla de frenado queda al aire, refrigerándose de forma continua por convección. Además, en caso de sobrecalentamiento la dilatación del disco no lo aleja de la pastilla, sino que lo acerca. ¿Qué más se puede pedir? Pues que no se sobrecaliente el disco, ¿verdad? Bueno, ya se intenta. Por eso hay discos ventilados. Son más gruesos que los normales y tienen unos canales por los que el aire fluye de forma forzada, aprovechando el movimiento de la misma rueda. Ojo, que esos canales no son los orificios que vemos en las ruedas de las motos. Échale un vistazo a estas fotos de la Wikipedia:
De todas formas, como siempre, hay que recordar que las leyes de la Física son las que son. Por tanto, el hecho de que un disco esté ahuecado para su refrigeración no significa que no puedan sobrecalentarse tanto la pastilla como el disco y perder su eficacia (llámale fading, llámale susto, llámale castañazo). Lo mejor es tener presente la máxima de que el mejor conductor es aquel que apenas usa los frenos, no porque vaya muy rápido, sino precisamente porque no los necesita.
(Gracias, brother, por tu colaboración en la mejora del post)
meneame.net escribió
¿Por qué se recalientan los frenos?
Interesante explicación, mediante sencillos ejemplos y esquemas, de porqué se calientan los frenos y (tema del meneo) porqué se recalientan.
Ernesto Schuzt escribió
Genial el articulo. Podria funcionar para una colaboracion CPI
Josep escribió
neburzeug escribió
vaya. jo.
Yo siempre habia pensado que lo que realmente pasaba es que alcanzaba tal temperatura que el freno, hecho de ferodo, se “licuaba” o algo asi, vamos, que perdia sus propiedades de friccion por estar en exceso caliente.
Gracias!
Josep escribió
[mode llorica on]
Ernesto, ya que tú no lo aclaras en tu comentario como sería preceptivo cuando explicas cosas a alguien que no tiene por qué conocer tus referentes, me he decidido a buscar el significado de ese CPI que mencionas. Supongo (y sólo supongo) que te refieres a la página Curioso Pero Inútil.
No sé si tus palabras son irónicas, sarcásticas o simplemente descriptivas. En cualquier caso, aprovecharé la circunstancia para explicar que si me decido a explicar estos asuntos es porque confío plenamente en el concepto de conducción en una cámara transparente. Yo también puedo jugar con los referentes que tengo sin detallarlos, ¿verdad?
Para explicitar el párrafo anterior por pura antonimia, voy a poner un ejemplo de lo que significa conducir en una cámara oscura. Supongo que alguien en este desierto de mis predicamentos convendrá conmigo que es más vital saber cómo funcionan los frenos del coche que conduce que un puto iPhone o la gilipollez esa de tocar el piano con las bolas.
Espero que queden claras mis motivaciones, aunque a algunos mis textos puedan parecerles curiosos, pero inútiles. Gracias por existir.
Nota:
Personalmente, comienzo a estar hasta la tapa de balancines de esa horda de personajes que se dedican a hundir el trabajo y las ilusiones de los demás. Tenía razón, el jodido Hobbes… Mucha internet, mucha red social, y al final esto es un patio de vecinas.
[mode llorica off]
Estoy constipado y de mala leche. ¿Se nota?
Fran escribió
Josep:
Felicidades por el post y no te cabrees por lo de CPI
Para muchos decir curiosoperoinutil.com es hablar de uno de los blogs de internet que mejor ayudan a difundir la ciencia y deberias tomarlo como un halago, aunque el nombre de CPI la verdad es que no hace justicia, ni a ellos, ni a tu blog
PD: Tambien creo que es digno de figurar en CPI
Josep escribió
Nada, nada. Fue un acto reflejo. Blame it on the mocos.
willy escribió
esta bien explicado, para los que no sabemos mucho, y se viene de un chilensis mejor chau web on.
pipistrellum escribió
jaja, Yo tampoco comparto mucho la eleccion del nombre. Si no fuera porque algunos articulos hacen que uno se enganche a la primera al blog, le perjudicaria bastante.
Puedes ver los post mejor puntuados (más de 4,5 sobre 5).
El Autor, Remo, trabaja actualmente con satelites y creo que el post mejor puntuado de su historia, contaba en primera persona como Killerrex y Selene, como estrellaron la sonda SMART, cuando llego al final de su vida util.
Siento el mal rato que te has llevado
PD:Casi se me olvida. Segun lei hace poco los agujeros no sirven para disipar el calor, sino para evacuar mejor los gases que se forman por el calor y la friccion y forman una pequeña lamina de gas.
Josep escribió
Gracias por las aclaraciones, pipistrellum, y por el dato de la evacuación de gases.
pipistrellum escribió
De na.
Evacuar gases suele se bueno
Te recomiendo el de la resonancia y el de la barrera del sonido que son tres. Estan todos en esencia
sob escribió
Genial explicación. Tan sólo decir que, cuando el recalentamiento es muy prolongado, es decir, que ya no frena pero seguimos pisando el pedal “a cañón”, se produce otro efecto más, ésta vez sobre los discos, que se llama alabeo. Una vez el disco se ha alabeado, lo notaremos por que al pisar el freno retumba todo el coche, y en especial el volante. Como segundo efecto secundario tenemos la cristalización de pastillas, que no conozco cómo se forma cientificamente hablando, pero sí la suficiente experiencia como para saber que a partir de que se cristalizan, el coche frena casi la mitad, y hace ruido como de frotar dos metales.
Salu2
sob
Rosa Jacas Sala escribió
Me ha parecido estupenda tu explicación de los frenos de tambor y de los de disco. Es justo lo que necesitaba. Después de buscar media mañana…he obtenido tu regalo. Estoy realizando un curso para ser formadora viaria y, para exponer el tema del sistema de frenada de los vehículos queria encontrar fotos o dibujos de los frenos que tu explicas. Muchas gracias. Yo y mis alumnos te lo agradecemos.Hasta pronto.
Josep Camós escribió
Pues nada, Rosa, que aproveche.
Ah, y bienvenida al club.