Sistemas de freno

D. Martinez Krahmer
Instituto Nacional de Tecnología Industrial, Centro de Investigación y Desarrollo en Mecánica, Casilla de Correo
1650, Miguelete, Provincia de Buenos Aires, Argentina.
mkrahmer@inti.gob.ar

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Recomendaciones y algunos datos adicionales respecto de los sistemas de freno más comunes empleados en bicicletas

La eficacia de un sistema de freno depende, entre otras variables, de:
1) La configuración geométrica;
2) El tipo de material (acero o aluminio), y la superficie de contacto con las
zapatas de las llantas;
3) La oscilación radial y lateral de las llantas;
4) El alargamiento, la longitud, y la disposición de los cables de freno;
5) El rozamiento entre cables y fundas.

Figura 1: sistema de freno a herradura.

En relación a la geometría de los sistemas de freno existentes, los denominados frenos a herradura (Figura 1), constituyen el sistema más tradicional.

Figura 2: sistema de freno Cantilever.

Los sistemas de freno llamados Cantilever (Figura 2) comenzaron a sustituir los frenos a herradura a partir del año 1980. Su empleo demandó la inclusión en las horquillas de un nuevo elemento: el pivote para cada balancín de freno.

Figura 3: sistema de freno V-Brake.

A partir del año 1996, comenzó a difundirse rápidamente un nuevo sistema de freno con muy buen rendimiento (*), denominado V-Brake (Figura 3), que también requiere de los pivotes antes mencionados.

(*) Nota: se entiende por rendimiento de un sistema de freno, a la capacidad que el mismo posee de cumplimentar los requisitos de las pruebas de frenado.

Figura 4: sistema de freno a
varilla.

Otro sistema de freno muy empleado y tradicional, es el denominado a varilla (Figura 4), utilizado habitualmente en las bicicletas llamadas inglesas.

Figura 5: sistema de freno contrapedal.

Entre los sistemas de freno usados en bicicletas, posiblemente el más conocido, corresponde al de freno contrapedal (Figura 5), aplicado a las ruedas traseras de las bicicletas denominadas playeras.

A los efectos de conocer como influye la geometría del sistema de freno, sobre la performance obtenida en pruebas de frenado, en la Norma IRAM 40020, desarrollada para fijar los requisitos de seguridad en bicicletas de uso público,
en el caso particular de los sistemas de freno establece que:

– Se deben realizar pruebas de frenado empleando sólo el sistema de freno trasero y en otro caso, ambos sistemas de freno (delantero y trasero).
– Las pruebas deben efectuarse en condiciones de frenado en seco y en húmedo.
– En las pruebas de frenado en seco, la bicicleta debe alcanzar una velocidad de 25 km/h para poder aplicar los frenos.
– La distancia máxima de frenado para pruebas en seco, deberá ser 7m cuando se emplean los dos sistemas de freno, y 15m cuando sólo se usa el freno trasero.

Seguidamente se presentan, a modo de comparación, valores experimentales obtenidos en pruebas efectuadas en el INTI, de las distancias de frenado promedio y sus desvíos estándar 1/10(%), en pruebas de frenado en seco, para los diferentes sistemas de freno mencionados:

Tabla I: Distancias de frenado para diferentes sistemas de freno (Fuente: INTIMECANICA)

Del análisis de estos resultados, se concluye que, sólo los sistemas de freno

– VBrake,
– Contrapedal combinado con un freno delantero a herradura o VBrake
y
– A varilla,

Verificaron las distancias máximas de frenado establecidas en la Norma de referencia.

Otro comentario interesante, surge al examinar, para cada clase de freno, el desvío estándar. De algún modo, se relaciona con la regulación de los sistemas de freno. Esto es, a mayor desvío estándar, el sistema presenta peor regulación. En este sentido, los sistemas de freno pueden ser clasificados como:

Mejor regulación: contrapedal.
Regulación media: V-Brake y varilla.
Peor regulación: herradura y Cantilever.

Otras recomendaciones y comentarios adicionales, son los siguientes:
Si bien la Norma IRAM 40020 establece, para los sistemas de freno cuyas zapatas (patines) se aplican a las paredes laterales de las llantas, una oscilación lateral máxima de 2mm, es evidente que, cuanto menor sea este valor, más próximas a las paredes de las llantas, pueden ubicarse las zapatas de freno, mejorando la eficiencia de frenado del sistema.

Inclusive, la utilización de llantas con superficies de contacto torneadas, mejora significativamente la capacidad de frenado de la bicicleta, aunque justo es decir, con una disminución de la vida útil de las zapatas.
En las bicicletas con cuadro dama, el cableado del sistema de freno trasero es significativamente más largo respecto del caso cuadro varón. Esta situación, hace que las bicicletas dama tengan baja performance, en términos relativos, en las pruebas de frenado, salvo las que emplean sistemas de freno V-Brake.
Para aquellas bicicletas que usan sistemas de freno a cable, con el objeto de minimizar el rozamiento entre los cables de freno y fundas, que siempre se traduce en una pérdida de rendimiento de frenado, es indispensable la lubricación de los cables de freno con un aceite liviano.
Finalmente, en la tabla siguiente, se establecen las ventajas, desventajas y recomendaciones técnicas para los sistemas de freno citados en este artículo:

Tabla II: Ventajas, desventajas y recomendaciones para los distintos sistemas de freno (Fuente: INTI-MECANICA)

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