Pastillas de freno Ferodo ECO Friction – Información de interés y algunos detalles técnicos del sistema de frenos

por Mario Garcés | 12 Ago 2016 | Engendro Mecánico | 0 Comentarios

He asistido a una presentación de Ferodo donde nos han dado a conocer unas pastillas de freno cuya principal novedad es la composición del material de fricción (popularmente conocido como ferodo) con bajo contenido en cobre. Su comercialización comenzó hace aproximadamente un año y medio.
Estas pastillas pertenecen a la denominada gama de Equipo Original y son las que habitualmente se encuentran en la mayoría de los coches que salen de fábrica (troqueladas con el logotipo de la marca de coche), en los departamentos de recambios de las marcas (selladas y empaquetadas con el logotipo de la marca de coche) y en los talleres y tiendas de recambios (únicamente selladas con los logotipos del fabricante, aunque son idénticas por composición y características, como más adelante detallo). Paulatinamente, Ferodo irá sustituyendo con la gama de Equipo Original Ferodo ECO Friction a la anterior gama de Equipo Original.
El catálogo de pastillas de freno para turismos es amplio y existen gamas de pastillas específicamente diseñadas para un uso muy exigente (como deportivas y de competición), cuyos cauces de comercialización no siempre son los mismos que los de las pastillas convencionales sino mediante distribuidores especializados, ya que son pocos los conductores que demandan pastillas tan específicas. Entre las pastillas de Equipo Original, las diferencias de precio son menores entre sí y pueden deberse en parte a su calidad y en parte a la política comercial de cada marca.
Entre las pastillas instaladas en un automóvil que sale de fábrica y otras de Equipo Original compradas en una tienda de recambios (ambas suministradas por Ferodo) tan solo existen diferencias en el marcaje y el envasado de las mismas. Los forros de freno (el material de fricción, propiamente dicho) se fabrican conjuntamente en una misma línea y posteriormente se separan en función de a dónde se destinen para colocarlos en soportes con referencias y nomenclaturas distintas. Por ejemplo, actualmente las pastillas Ferodo ECO Friction son las pastillas de freno con las que salen de fábrica los Mercedes-Benz Clase C, aunque con logotipo y referencia de recambio original Mercedes-Benz.
Según Ferodo, algunos de los requerimientos más importantes para el diseño de pastillas en la actualidad y de cara al futuro, son la adaptación a los cada vez más comunes frenos de estacionamiento eléctricos (cuyos requerimiento principal, según Ferodo, es una fricción estática alta y estable en el aparcamiento en pendientes), al aligeramiento de las pinzas de freno y a la mayor oferta de vehículos eléctricos e híbridos que requieren sistemas de frenado estables ante la frenada regenerativa (que no se produzcan vibraciones ni chirridos en estas condiciones).

La novedad que Ferodo presenta es que en la composición de las ECO Friction hay una menor proporción de cobre que en las pastillas a las que sustituyen. En las pastillas Ferodo ECO Friction hay, como máximo, un cinco por ciento de contenido en cobre, mientras que en las pastillas de su gama precedente el porcentaje es de aproximadamente un 15 % de media entre toda la gama de composiciones diferentes (actualmente Ferodo dice que cuenta con 52 formulaciones distintas de Equipo Original). La idea de esta introducción es adelantarse a las normativas reguladoras que se harán vigentes en el futuro, que son fruto de un acuerdo firmado en junio de 2015 (enlace) por la Agencia de Protección medioambiental de los Estados Unidos (EPA, Environmental Protection Agency), agencias estatales estadounidenses y las asociaciones de la industria automotriz, donde se concentran la gran mayoría de fabricantes de automóviles, para reducir la cantidad de cobre que se emite al entorno, así como también la concentración de mercurio, plomo, cadmio, fibras de asbesto y sales de cromo.
En 2021, la exigencia para los fabricantes de pastillas de freno será que su composición tenga como máximo un 5% de cobre y para 2025 un 0,5 % (es decir, un 90% menos). Las Ferodo ECO Frictrion no son las únicas pastillas de freno del mercado en las que se ha reducido el nivel de concentración de cobre, ya que otros fabricantes como Wagner, Performance Friction o Bosch tienen gamas de pastillas de características similares.

El cobre es un excelente conductor térmico y eléctrico. La primera propiedad es la que lo convierte en un material conveniente para la fabricación de pastillas de frenos porque lo hace adecuado para su empleo como disipador de calor. El problema es que se trata de un metal que puede ser perjudicial para el medio ambiente y para la salud, por lo que es muy conveniente limitar su empleo en componentes cuyo desgaste arroje partículas al entorno. Una pastilla de freno pierde material que es arrojado al ambiente conforme se desgasta, con la particularidad de que además lo hace en forma de partículas microscópicas que son fácilmente transportadas por el aire al quedar en suspensión o por las corrientes de agua al verterse.
Por secreto industrial Ferodo no da a conocer la composición con la que elabora estas nuevas pastillas y cuál o cuáles han sido los componentes sustitutivos del cobre. Sí dice que con estas pastillas cumple con los criterios de homologación que los fabricantes le exigen a un nivel idéntico o mejor a las pastillas previas porque, en general, tienen idéntica o mejor capacidad de frenado, son más duraderas (de una media de 35 000 o 40 000 km de duración pasan a una media de 50 000 km). y menos contaminantes. Los principales componentes de los forros de uso convencional son fibras (actúan como aglutinantes, por ejemplo fibra de vidrio, aramida o lana de roca), materiales de base mineral (aportan resistencia a la abrasión y a cizallamiento, como carbonatos, mica o talco), materiales de base metálica (aumentan el coeficiente de fricción y mejoran la capacidad de evacuación de calor, como latón, cobre o bronce), lubricantes (evitan el gripado entre disco y pastilla con elevadas temperaturas, como grafito o coque), aglomerantes orgánicos (ayuda a la polimerización del resto de componentes al alcanzar altas temperaturas. Las resinas fenólicas son las más comunes y son las responsables del característico olor que desprenden los forros de frenado cuando se calientan) y elementos abrasivos (aumentan el coeficiente de fricción y limpian las superficies de contacto; en las pastillas de alto rendimiento se emplea la lana de acero).


Los sistemas de frenado de los turismos convencionales están diseñados, en general, para trabajar de forma estable en el entorno de los 300 ºC con picos de temperatura cercanos o ligeramente superiores a 500 ºC (al descender un puerto de montaña usando con insistencia los frenos se pueden superar los 600 ºC). Los frenos para vehículos deportivos de alto rendimiento, con componentes de mayor calidad, pueden trabajar de forma estable en torno a 500 ºC y soportar temperaturas por encima de 700 ºC en momentos puntuales. En torno al 80 % de la temperatura se evacua a través del disco de freno y el 20 % restante a través de las pastillas y las pinzas. A diferencia de los equipos convencionales, en los que se realizan pruebas de sonido y confort, con las pastillas de freno deportivas el pliego de condiciones de diseño no incluye mediciones acústicas ni de confort (por esta razón, su funcionamiento es más ruidoso y suelen aparecer chirridos y chasquidos con relativa frecuencia).
Hemos hecho una serie de frenadas a fondo para comparar, desde 80 km/h hasta cero, en un circuito de pruebas y con cuatro coches: dos Volkswagen Golf y dos Fiat 500, idénticos entre sí. Un coche de cada modelo estaba equipado con pastillas de freno «convencionales» y las dos unidades restantes con las pastillas ECO Friction. En el caso del Volkswagen Golf «de serie», las pastillas montadas eran Ferodo porque Volkswagen emplea como proveedor a este fabricante y en el caso del Fiat 500 de serie eran de «una marca de la competencia» puesto que ambos coches se trajeron con sus frenos de fábrica y Fiat no emplea Ferodo en su gama 500.
Los resultados obtenidos no pueden ser considerados determinantes porque no hemos empleado un criterio de medición preciso ya que éramos muchos conductores, unos más habituados que otros a realizar frenadas de emergencia. Para reproducir un estudio realista es necesario que todas las frenadas se hagan con idéntica presión sobre el pedal de freno, algo que solo se puede hacer con maquinaria precisa y es imposible de reproducir con conductores. Así, la media de las distancias de frenado obtenidas han diferido en 0,4 m en el caso del Golf a favor del compuesto convencional (24,60 frente a 25,06 m) y en un resultado casi idéntico en el caso del Fiat 500 (26,27 m frente a 26,23 m).
Son de particular interés los datos de temperaturas medidas mediante termopares instalados junto a las pastillas de freno durante las pruebas de frenado que realizamos. Estos datos ponen de manifiesto la relación directa entre el tamaño de los discos y las pastillas y su capacidad para evacuar calor, aunque desconocemos en qué modelo están mejor refrigerados. Pese a que el Volkswagen Golf es un turismo más pesado que el Fiat 500 (359 kg de diferencia, 940 frente a 1299 kg, según las versiones comparadas durante la prueba; ficha técnica comparativa), sus frenos se calentaban menos en cada frenada y el pedal mantenía un tacto más consistente al aumentar la temperatura. Las temperaturas de referencia de los frenos en los Volkswagen Golf fueron las siguientes: al inicio del test, la mínima fue de 32 ºC, la media de 204 ºC y la máxima de 255 ºC; al finalizar, la mínima era de 142 ºC, la media de 240 ºC y la máxima de 287 ºC. En los Fiat 500 todas las temperaturas de referencia fueron superiores: al inicio del test la mínima era de 40, la media de 233 y la máxima de 300 ºC; al final del test la mínima era de 220, la media de 327 y la máxima de 380 ºC. Entre frenada y frenada, la temperatura de los frenos del Golf ascendía en torno a 20 ºC, mientras que en el Fiat lo hacía en torno a 30 ºC por ejercicio.


Las conclusiones de las pruebas de homologación realizadas por Ferodo aparecen en los gráficos que siguen a este párrafo. Las pruebas de frenado las llevan a cabo en el circuito de MIRA Technology Park (Reino Unido) y se hacen de la siguiente forma: se calcula la distancia media de frenado de seis aplicaciones por velocidad, con pastillas y discos en perfecto estado. A diferencia de las pruebas hechas por nosotros donde el equipo de frenos permanece inalterado, los test se hacen solo con los frenos delanteros de la forma que se describe a continuación. Las distancias de frenado y las diferencias en metros son mayores.
• Pastillas probadas en frenadas de 100 km/h a 0 y 115 km/h a 0.
• Únicamente con funcionamiento del sistema de frenos delantero. El sistema de frenos trasero queda anulado. La presión aplicada en el pedal es limitada y consistente en todos los materiales, por debajo del límite de bloqueo del ABS, por lo que el ABS no afecta a los resultados.
• Todos los test han estado supervisados y certificados con carácter independiente por la entidad MIRA Ltd.







 
Algunas características de los sistemas de freno y consejos sobre su mantenimiento:
Los técnicos de Ferodo nos dieron una serie de recomendaciones sobre la instalación y el mantenimiento adecuado de los sistemas de freno para evitar ruidos, vibraciones y desgastes prematuros, tres de las principales causas por las que atienden con frecuencia cuestiones técnicas de los talleres. También nos comentaron detalles sobre las características de desarrollo y los intervalos de mantenimiento de muchos fabricantes en relación a los frenos de los coches que fabrican y que con muy poca frecuencia se cumplen por los propietarios, en parte por desconocimiento y en parte por evitar gastos.
Hay fabricantes que recomiendan actualmente el cambio de los discos de freno a partir de los 50 000 km (por ejemplo Mercedes-Benz), el equivalente a lo que suelen durar «un juego y medio de pastillas» porque por encima de esta cifra los discos se encuentran con frecuencia fuera de las cotas de tolerancia aceptadas, deformados o ambas cosas. La razón, según los técnicos de Ferodo, es la de que el material de fricción de las pastillas es más agresivo con los discos en la actualidad (una de las razones por las que son más eficaces) y la composición de los discos no ha evolucionado proporcionalmente hacia una durabilidad mayor.
Sí es común encontrar con cada vez más frecuencia discos ranurados, perforados o ranurados y perforados en turismos de relativa poca potencia. Ambas características tienen su origen en el uso para competición y son prescindibles en el uso normal en carretera: las ranuras ayudan a mantener limpias las superficies de fricción pero aumentan el desgaste de las pastillas; los orificios están diseñados para disipar los gases que se generan entre disco y pastilla a muy altas temperaturas, difícilmente alcanzables en un uso convencional. Los discos de freno comunes son de fundición de hierro de una sola pieza. También existen discos de fundición de hierro de dos piezas, en los que el núcleo es de aluminio para reducir el peso y evitar la transmisión de calor al buje. Por último existen los discos de freno de material cerámico.
Algunas de las razones por las que se pueden deformar o presentar un desgaste irregular los discos de freno se deben a ciertas características de diseño, al tipo de pinza de freno y con frecuencia a las malas costumbres del conductor. Por diseño, puede suceder que se desgasten irregularmente los discos en aquellos coches que tienen una dirección que permite cierta inclinación de las ruedas para disminuir el radio de giro. Este diseño, común en modelos de BMW y Mercedes-Benz, propicia que con el paso de los kilómetros, por efecto de la gravedad las pastillas se apoyen más tiempo en una de las caras de cada disco y se genere una diferencia de desgaste entre el exterior y el interior del mismo.
Las pinzas de freno también pueden influir: las de tipo flotante (aquellas en las que parte de la pinza se desplaza transversalmente para ejercer presión; imagen) pierden eficacia con el uso debido al rozamiento interno de sus piezas y una de las pastillas puede quedar más cercana al disco que la otra; por el contrario, las pinzas de freno fijas (habituales en coches deportivos; imagen) favorecen que la distancia entre las pastillas y el disco sea siempre constante e idéntica, por lo que no se producen diferencias de presión a ambos lados del rotor.
Entre las malas costumbres de los conductores, una de las más comunes y de las que menor consciencia se tienen (el conductor normal, que no gusta de circular a altas velocidades ni de realizar frenadas intensas, no suele tener consciencia de que su conducción pueda ser agresiva con los frenos) es la de abusar de frenadas largas y suaves, principalmente en ciudad. La típica situación de avanzar cientos de metros con una leve presión en el pedal de freno antes de llegar a un semáforo en rojo hace que la temperatura del equipo de frenos se pueda elevar intensamente. Esta costumbre puede favorecer que los discos se acaben deformando en un plazo relativamente corto de tiempo y de kilómetros. No emplear el freno motor adecuadamente en los descensos de puertos de montaña y abusar del freno en retenciones prolongadas también produce calentamientos extremos del equipo de frenos.
Los técnicos de Ferodo han hecho una particular insistencia en la importancia de respetar los pares nominales de apriete de todos los tornillos y tuercas de fijación del sistema de rodaje (llantas, bujes, pinzas y, en general, de todas las piezas del vehículo). Las ruedas y todo el conjunto de elementos que intervienen en la rodadura de un automóvil tienen una frecuencia natural de resonancia en la que intervienen directamente los pares de apriete. Si estas fuerzas de apriete se modifican, las frecuencias de resonancia cambian y puede ocurrir que aparezcan vibraciones acompañadas de ruido en sistemas de frenado aparentemente en perfecto estado.
Es también de suma importancia que las superficies de fricción estén limpias, por lo que durante su montaje han de ser limpiadas tanto las pastillas como los discos de freno, para evitar depósitos de suciedad y polvo que se cristalice con las primeras frenadas y aumente las posibilidades de que se produzcan chirridos durante la frenada. En estas circunstancias, los pasos de rueda actúan como un resonador que amplifica aún más estas frecuencias y favorece que se conviertan en ruidos molestos.

Mario Garcés Gutiérrez