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TKART magazine Técnica | Todo sobre la pinza de freno
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Técnica

TODO SOBRE LA PINZA DE FRENO

TKART Staff
11 Enero 2018
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La pinza de freno es un concentrado de ingeniería y tecnología fundamental para cualquier go-kart. Analicemos en detalle su construcción, qué características puede tener y cómo interactúa con los demás elementos del sistema
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¿QUÉ ES?
¿COMO FUNCIONA?
EN LA PRÁCTICA
El sistema de frenado de los karts se compone, principalmente, de un disco de freno, una bomba y una pinza (salvo en las categorías donde se consienten además los frenos delanteros, como en la KZ). Su funcionamiento, visto de forma esquemática, es sencillo: el piloto, pisando el pedal del freno, acciona la bomba. Esta empuja el aceite bajo presión en los tubos hasta la pinza, la cual, a su vez, ejerce una fuerza sobre el disco a través de las pastillas, guiadas por uno o más pistones.

La verdadera acción de frenado, por lo tanto, es la ejercida por la pinza de freno, cuyas características tienen que responder a varias exigencias.
Ante todo, una buena pinza ha de tener una elevada potencia de frenado en proporción al recorrido del pedal del freno; ha de ser lo más modulable posible; debe ser ligera pero muy rígida al mismo tiempo.
Se trata de características que, para ser respetadas, requieren un diseño cuidadoso: dimensiones, materiales, sistemas de fabricación... todo tiene que ser barajado con precisión según el producto que se quiere fabricar y, sobre todo, del rendimiento que se quiere obtener una vez en la pista.
Veamos, pues, sin entrar en detalles demasiado específicos y complicados, pero sin descuidar nada, todos los aspectos fundamentales para la elaboración de una pinza de freno para kart.
PARA DISEÑAR UNA PINZA POTENTE HACE FALTA SOBRE TODO DIMENSIONAR ADECUADAMENTE EL DIÁMETRO DE LOS PISTONES
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PINZAS DE FRENO
Algunas pinzas de freno posteriores para el kart: CRG, Parolin, Righetti Ridolfi y IPK
¿QUÉ ES?
¿COMO FUNCIONA?
EN LA PRÁCTICA
ELEMENTOS DE LA PINZA
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Un ejemplo de pinza de freno de carreras con todos los elementos que la componen
RIGIDEZ
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Una simulación con el método FEM en la que se amplía sólo visualmente la parte deformada, para observar con mayor claridad lo que sucede bajo esfuerzo. La pinza diseñada es “monobloque”, lo que permite alcanzar una rigidez mayor respecto a las pinzas realizadas en dos piezas acopladas con tornillos y pernos de centrado
DISCOS DE FRENO
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Hay tres posibles elaboraciones que efectuar en los discos de freno: perforaciones axiales, que ayudan a dispersar los gases generados por las pastillas debido al calor, haciendo la frenada más agresiva; un fresado helicoidal, que dispersa el polvo del desgaste de las pastillas, manteniendo la superficie de frenada limpia; un contorno en forma de “margarita”, que revitaliza la superficie de la pastilla, la cual, con las altas temperaturas, puede tender a cristalizarse
Los primeros aspectos fundamentales de una pinza de freno, como la forma y los materiales de las pastillas, dependen... delos discos. Es imprescindible, por lo tanto, que hagamos una breve mención a este elemento del sistema, dejando sin embargo, para un próximo artículo, un análisis más en profundidad.  Principalmente, los discos de freno pueden ser de hierro fundido o acero inox martensítico serie “AISI 400” (AISI 410, AISI 420…), que tolera bien el enriquecimiento con carbono y el tratamiento térmico, es decir, es fácil de templar para que alcance una dureza elevada (más de 50 HRC). Normalmente, el hierro fundido se conjuga bien con pastillas de material orgánico (las llamadas de “ferodo”, de color negro, para entendernos); el acero, con pastillas de material sinterizado (con mezcla de cobre, hierro, etc., cuyas “recetas” son guardadas celosamente por los “sinterizadores”). Otras diferencias entre los dos materiales son el peso específico (7,3 kg/dm3 para el hierro fundido, casi 8 kg/dm3 para el acero); y el hecho de que el acero, al contrario que el hierro fundido, no se oxida, excepto por una posible capa que se “autoelimina”. Otros materiales pueden ser la cerámica y la fibra de carbono, pero su utilización es más compleja (estando prohibida en algunos casos).
¿QUÉ ES?
¿COMO FUNCIONA?
EN LA PRÁCTICA
Fundamentalmente, es el tamaño del disco y, en concreto, de la banda de frenado, lo que se dimensiona en función de la energía que hay que disipar en la frenada. Dada una superficie mínima, calculada para la pastilla en contacto con el disco, se pueden obtener algunas ventajas escogiendo un disco de “banda baja”, que pesa menos y ofrece un “momento de frenada medio” mayor respecto al disco de banda alta. Por “momento medio” se entiende la fuerza multiplicada por el radio medio (es decir, la distancia entre el centro del disco y el punto medio central de la anchura de la banda real de frenada). Reducir demasiado la banda de frenado, sin embargo, puede someter el disco a “sobresfuerzo”, haciéndolo colapsar.
Otro factor importante es la relación proporcional entre los diámetros de los pistones de la pinza y de la bomba: una bomba de freno con un diámetro pequeño puede ofrecer una mayor potencia de frenado en la pinza, pero aumentará el recorrido de la palanca del pedal (algo que a los pilotos no suele gustar). Viceversa en el caso de una bomba con un diámetro mayor.
Establecidas las dimensiones correctas de los discos, las pastillas y la bomba, se pasa a definir el diámetro de las áreas de empuje de las pastillas, es decir, la suma de los diámetros totales de los émbolos, que, multiplicada por la cantidad de presión del aceite bombeada en el circuito, da el valor de la fuerza de frenado ejercida sobre las pastillas y, por consiguiente, sobre el disco.
De ello se puede intuir otro aspecto determinante en el estudio de una pinza de freno: la elección del número de pistones (1, 2 o 3) y de sus respectivos diámetros. Es importante subrayar que, en el caso de pinzas con varios pistones, con el fin de equilibrar la fuerza que actúa sobre la pastilla y obtener un consumo constante, se privilegia el uso de un pistón pequeño combinado con un pistón más grande. Por razones físicas y naturales, de hecho, es la primera parte de la pastilla, que el disco “ve” cuando entra con la rotación, la que se halla sometida a un mayor esfuerzo de frenada. Por tanto, es posible decantarse por disminuir el esfuerzo en la primera parte de la pastilla optando por un primer pistón más pequeño, y empujar más con el segundo pistón, más grande.
En base al principio de Pascal F1/A1=F2/A2, un pistón pequeño en la bomba del freno es como un pistón grande en la pinza (mayor potencia de frenada, pero un recorrido del pedal más largo) y viceversa
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