El Diagnóstico del Ruido de Frenos

¿Qué hace su taller cuando llega una queja de un ruido de frenos al área de servicio? ¿Termina perjudicando la productividad durante el resto del día conforme el técnico aplica al azar lubricantes, pastas y aerosoles en el sistema de frenos con la esperanza que el problema será resuelto, al menos temporalmente?

Los sistemas de frenos son complejos y requieren de una comprensión de las causas que generan el ruido. Los frenos ruidosos no rechinan como las bisagras de la puerta esperando ser lubricadas, y usted no puede simplemente aplicar una sustancia mágica para hacerlos callar. No es que los lubricantes, pastas y aerosoles no son eficaces, hay que entender primero cómo interactúan en cada esquina del vehículo para eliminar el ruido.

La clave para parar el ruido de los frenos es hacer el trabajo de frenos bien la primera vez.
Si un cliente regresa debido al ruido, un taller debería primero seguir un proceso de diagnóstico para resolver el problema por primera vez.

Ruido, Vibración y Dureza

El ruido, la vibración y aspereza (NVH) trata tanto de la mecánica, como de los sentidos humanos. El ruido y la dureza, de alguna manera, se refieren a la forma en que órganos humanos sienten e interpretan el mundo exterior.

Por ejemplo, digamos que se le cae un separador de rótulas en el suelo. Conforme los dedos de la herramienta golpean el suelo, empiezan a vibrar. Mientras los dedos vibran, excitan el aire a su alrededor.

El movimiento producido de estos dedos empuja el aire hacia adelante, comprimiéndolo, y cuando los dedos se recogen hacia atrás, estos aspiran el aire hacia atrás para crear un área de baja presión.
Si se hace un tabla del cambio de presión y el tiempo, esta se mostraría hacia arriba y hacia abajo como una ola y se repetiría (frecuencia cíclica audible) hasta que los dedos del separador de la rótula dejaran de vibrar. Estos cambios en la presión del aire finalmente entran en el oído como ondas de sonido debido a la vibración y a la frecuencia asociada que también se mueve a una velocidad constante a través del aire.

Luego las vibraciones se transmiten al fluido del oído interno donde se convierten en impulsos nerviosos eléctricos. El cerebro recibe e interpreta estas señales como un sonido.

Esta transmisión y conversión de las vibraciones de las ondas sonoras en impulsos nerviosos es una de las piedras angulares para la comprensión del NVH y el ruido de los frenos.

Frecuencia y Presión

Ahora digamos que se le cayó un separador de rótulas más grande con dedos más largos y más grandes. Si se ha caído desde la misma altura, usted escuchará un sonido diferente. El tono o sonido serían de un tono menor y más fuerte.

La razón de esto es que los dedos del separador de rótulas se mueven más lento, teniendo más tiempo para generar regiones de alta y baja presión. El cerebro interpreta esto como un sonido “grave” o bajo.

Mientras que el aire en movimiento sea capaz de empujar el tímpano hacia adentro y hacia afuera, este afectará la forma en que el cerebro interpreta la “intensidad” de un sonido. Cuanto más lejos se mueve el tímpano, mayor será el ruido.

Todas las ondas de sonido se disipan o pierden energía a determinada distancia. Cuanto más cerca se encuentre de la fuente del ruido, más fuerte lo sentirá.

Vamos a poner algunos términos de ingeniería detrás de esto. Una onda de sonido tiene dos partes en un ciclo. Éstos se llaman las regiones de compresión y rarefacción (áreas de alta y baja presión). El número de veces que el ciclo se repite en un segundo se llama frecuencia y se mide en hertzio.

Usted habrá notado que los dos tamaños diferentes de separadores de horquillas vibran a diferentes velocidades debido a su masa, material (asociado con el grado de amortiguación o disipación de energía) y forma. Estas características estructurales y geométricas definen qué frecuencias “naturales” de vibración se producen, así como la forma de la vibración del separador de horquillas o el “modo de la forma de vibración.” Cada frecuencia natural tiene una forma de modo único correspondiente. Por esta razón, es importante preguntar al cliente para poder describir el ruido de los frenos y para que pueda clasificarlo como ruido de baja o alta frecuencia.

La presión del sonido o el volumen es proporcional a la amplitud (altura) de la onda de sonido, o, dicho de otra forma, en qué medida la onda de sonido es capaz de empujar y jalar la membrana del tímpano. La fuerza de una onda de sonido depende de la distancia a la que se mide. La presión del sonido se mide en decibeles o dB.

Sus oídos tienen un rango de rendimiento determinado cuando se trata de la frecuencia y la presión del sonido, por lo que el tímpano y los huesos conectados solamente pueden moverse muy rápido o muy lento (frecuencia/Hz). Además, el tímpano sólo puede moverse hasta cierto nivel (presión sonora). El ser humano promedio puede oír entre 20 y 20,000 Hercios. Además, el oído humano puede tolerar hasta 130 dB, por encima del cual es probable que pueda sufrir daños significativos si se prolonga la exposición.

La última letra de NVH es la dureza. Ciertas frecuencias causan estrés, nerviosismo y fatiga (estos son síntomas de irritación) en las personas. Este es un sistema incorporado en el mecanismo de defensa que nos hace huir de lo que podría ser una situación peligrosa. Estos ruidos pueden incluir el llanto de un bebé o la voz de de su suegra. El término también se utiliza en los sistemas de suspensión/chasis del automóvil para describir conmoción/fenómenos impulsivos (por ejemplo dureza del impacto debido a un bache u obstáculo en el camino).

Control del Ruido

Si usted está tratando de eliminar un ruido, podría tratar de mover el aire a su alrededor. Para ello tendría que eliminar el aire o alejarse de él, pero es evidente que esto no es posible con los frenos, ya que no operan en el vacío y estos no pueden ser separados de los vehículos.

Las tres opciones disponibles son cambiar o desplazar la frecuencia del ruido para cambiar la sensibilidad y el rango con respecto a la percepción humana (bastante difícil), suprimir o eliminar la ruta de transferencia de la fuente de vibración que origina el ruido a través de la amortiguación y el método de aislamiento o disipación del ruido mediante el método de aislamiento/absorción.

Este efecto se puede observar colocando un imán del refrigerador en el separador de rótulas. El sonido se apaga o se cambia porque el imán agrega masa a los dedos vibrantes y los hace vibrar a una frecuencia más baja, lo que aumenta la amortiguación de la frecuencia natural debido a la masa y a la reducción de la vibración.

Como Comienzan Todos los Ruidos de Frenos

Todos los frenos hacen ruido. Cuando el material de fricción hace contacto con el rotor, el acoplamiento hace que la pastilla de freno y el rotor oscilen y vibran. En términos de ingeniería, esto se llama “fuerza de excitación acoplada,” lo que significa que los componentes se acoplan como un sistema combinado que vibrará a la frecuencia natural de vibración de los modos combinados del sistema.

La cantidad de excitación y la frecuencia generada puede ser influenciada por las variaciones en el par de frenado (o por cambios en el coeficiente de fricción) a través de la cara del rotor. A medida que los componentes se calientan, el rotor puede desarrollar puntos calientes que pueden causar que el rotor tenga diferentes regiones de fricción que producen diferentes niveles del par de frenado. La mayor parte del ruido de frenos proviene de este acoplamiento de fricción.

Analizando Todo el Sistema

Cuando un cliente escucha un ruido de los frenos, no es sólo el sonido puro del acoplamiento de fricción. El sonido es un producto de todo el sistema completo de frenos, formas de transferencias estructurales a través de componentes de la suspensión en el compartimiento de pasajeros y el ruido amplificado dentro del guardafangos de la rueda de reflexión, que actúa como una cámara de eco reverberante.

Por esta razón, es importante analizar todo el sistema en el diagnóstico del ruido de los frenos. En el experimento con el separador de rótulas, hemos observado que diferentes componentes tienen diferentes frecuencias naturales. El sistema de frenos también tiene diferentes componentes con diferentes masas, geometrías y materiales adjuntos (condiciones de entorno), todos los cuales influyen en las frecuencias naturales y las formas de los modos. Esto regularmente se conoce como dinámica estructural o características modales del sistema.

Las frecuencias naturales combinadas pueden hacer una nueva frecuencia que es diferente a las frecuencias iniciales. Este fenómeno, conocido como superposición del modo, es el aditivo y el efecto incremental de la frecuencia natural de cada componente, o frecuencias, en contribución al movimiento total vibratorio del sistema y la respuesta a la excitación de fuerza acoplada.

A nivel del taller del mercado de accesorios, los vehículos que son reparados son únicos en términos de niveles con diferentes combinaciones de partes y desgaste. Esta combinación de variables puede hacer que todas las quejas de ruido de frenos sean únicas y no se ajusten a los escenarios normales del ruido de frenos en algunos casos. Esto es transparente y carece de interés para el cliente que siempre tiene la expectativa de que el vehículo debe tener frenos silenciosos, “Sólo arréglelo” es la frase común.

Como se mencionó antes, el ruido de los frenos que escucha el cliente es el producto de todos los lados del vehículo. Las fuerzas vibradoras del acoplamiento de fricción pueden excitar el conjunto de la mordaza, rotor, soporte de fijación y, eventualmente, el muñón y la suspensión adjunta, y la cámara de eco de la rueda que también no se debe olvidar.

El técnico debe realizar un análisis de la raíz de la causa e identificar el componente sospechoso(s) para proporcionar el servicio o el reemplazo con una mentalidad al nivel de todo el sistema.