«Un coche de 30000 euros con frenos de tambor es de risa.» O: «Más te vale no tener que frenar de golpe.» Este tipo de comentarios son bastante frecuentes desde que se lanzó al mercado un coche eléctrico, de Volkswagen, montado sobre la plataforma MEB y que prometía revolucionar el mercado. Seguro que a estas alturas ya sabes de qué coche se trata: se trata del Volkswagen ID3.
Aunque fue el primer coche en montar la plataforma MEB, lo cierto es que todos los coches desarrollados hasta la fecha sobre dicha plataforma (Volkswagen ID3 e ID4, Skoda Enyaq y el nuevo Cupra Born) comparten una característica que está dando mucho de que hablar. Hablamos de los frenos de tambor posteriores.
La misión principal de un freno es la disipación de energía, energía que se disipa en forma de calor. A la hora de diseñar un freno, se exige una serie de requerimientos mínimos, que son tres:
- Estabilidad en la frenada. Si la fuerza de accionamiento del freno es constante, su par de frenada debe serlo también.
- Dosificación de la energía a disipar. La respuesta del freno debe ser lo suficientemente sensible como para poder disipar el par de frenado dentro de un amplio rango.
- Mantenimiento reducido. Debe garantizar periodos largos entre revisiones y permitir operaciones sencillas de mantenimiento.
Actualmente, existen dos sistemas diferentes de frenada por fricción: los frenos de disco y los frenos de tambor, cada uno de los cuales tiene sus ventajas e inconvenientes. En cuanto a los frenos de disco, su principal ventaja es la mayor evacuación del calor generado. El calor se transmite generalmente por convección, por lo que el disco, al estar más expuesto, ofrece una mayor disipación. También ofrecen una mayor sensibilidad.
En cuanto a los frenos de tambor, podemos destacar como principal ventaja su mayor superficie de fricción. Esto hace que, para una misma fuerza de accionamiento, el par de frenada sea superior. Además, se encuentran más protegidos, lo que reduce el mantenimiento. Otra ventaja de los frenos de tambor es que son más baratos.
Metiéndonos de lleno en cálculos ingenieriles, para calcular el par de frenado debemos hacer lo siguiente. Llamaremos Fa a la fuerza de accionamiento proporcionada por el pistón, u al coeficiente de rozamiento entre el disco-pastilla y zapata-tambor, rd al al radio medio del disco donde se aplica la fuerza de fricción y rt al radio medio del tambor donde se aplica la fuerza de fricción. Por lo tanto:
- En el caso de un freno de disco, el par de frenado Td es Td = Fa * u * rd
- En el caso de un freno de tambor, el par de frenado Tt es Tt = Fa * u * rt
Si aplicamos matemáticas, vemos que podemos obtener un freno de tambor y un freno de disco con el mismo par de frenado. El freno de disco tendrá una fuerza de accionamiento mayor y el freno de tambor tendrá una superficie de fricción más amplia, o un coeficiente de rozamiento más elevado.
Hasta ahora, teniendo en cuenta los tres requerimientos básicos que se le exigen a un freno, se puede observar que ambos sistemas son eficaces, y el uso de uno u otro dependerá de las condiciones dinámicas del vehículo. A la hora de dimensionar un freno, ¿Qué debo tener en cuenta?
Si vamos a 120km/h, nuestro coche tendrá una energía cinética determinada. A 70km/h, tendrá otra diferente. Si queremos reducir de 120 a 70km/h, necesitamos disipar energía, y serán los frenos los encargados de disiparla. Cuanto mayor sea la deceleración requerida, mayor será la energía a disipar. Esta carga térmica será la que nos condicione a seleccionar un sistema de frenado de altas prestaciones, o un sistema más modesto.
A la hora de la frenada, la inercia del vehículo provocará una transferencia de carga, la cual será de un 80% sobre el eje delantero y un 20% sobre el eje trasero. Ya podemos obtener una conclusión: los frenos traseros realizarán menos trabajo durante la frenada, siendo los principales los delanteros. Si los frenos delanteros trabajarán más, se calentarán más, por lo que deberán evacuar mejor el calor. Si los frenos traseros trabajarán menos, se calentarán menos, por lo que la necesidad de evacuar calor no es tan crucial. Por lo tanto, en los frenos traseros podemos priorizar alguna otra característica, como un mantenimiento reducido.
En el caso de los coches eléctricos, entra en juego un tercer tipo de frenada: la frenada regenerativa. Esta frenada regenerativa, asociada al motor eléctrico, añade una deceleración extra al vehículo. Si esta frenada regenerativa es lo suficientemente potente, el uso de los frenos de fricción no será necesario. En el caso de los coches MEB, el motor eléctrico se encuentra situado sobre el eje posterior, añadiendo más potencia de frenada a este eje. Como resultado, los frenos de fricción traseros trabajarán aún menos.
Habiendo llegado hasta aquí, vamos a obtener conclusiones sobre los polémicos frenos de tambor empleados en la plataforma MEB:
- En primer lugar, tenemos claro que podemos fabricar un freno de tambor y uno de disco con el mismo par de frenado, siendo más barato el de tambor.
- En segundo lugar, los frenos delanteros serán los que más calor generen y más potencia requieran debido a la transferencia de carga en la frenada, por lo que la decisión de montar frenos de disco es obligatoria.
- En tercer lugar, la frenada regenerativa hará que los frenos traseros se usen relativamente poco, por lo que nos interesa que su mantenimiento y durabilidad sean claves. Según afirma VW, los frenos de tambor de su gama ID durarán toda la vida útil del coche.
- En cuarto lugar, si queremos ofrecer un coche al mejor precio posible, debemos prescindir de elementos costosos que no nos vayan a aportar beneficio. La filosofía Just in time de Toyota define esto como Muda.
Por lo tanto… ¿Debe montar el VW ID3 o ID4 frenos de disco traseros teniendo en cuenta el tipo de coche que son? ¿Me preocupa realmente el freno de tambor o sólo me preocupa la estética de mi coche y el «qué dirán»?
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