Credit: Orbis Brakes Inc.
Siempre me han fascinado los automobiles y me encantaría tener un garage lleno de diferentes modelos. Es por eso que cuando me entero que alguna de las tecnologías desarrolladas por la NASA ha mejorado la tecnología automotriz, empiezo a investigar más al respecto. Habitualmente, las contribuciones de la NASA están asociadas a tecnologías desarrolladas para sus misiones., pero en este caso su origen es diferente. La contribución se basa en la curiosidad, la creatividad y la experiencia de uno de sus ingenieros de materiales estructurales en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama[1].
Cuenta la historia que durante la pandemia del 2019-2020, Jonathan Lee se interesó en los frenos de disco de automóviles y motocicletas luego de haber visto el diseño de los motores de cubo de rueda de Orbit para el Honda Civic Tipo R. Lee se comunicó con la empresa para sugerir algunas mejoras y terminó colaboración en un proyecto para desarrollar el rotor de Frenos de Disco de Onda Periódica (Periodic Wave Disk Brake Rotor)[2].
Credit: NASA
Lee es diseñador mecánico y trabaja como ingeniero de materiales estructurales para el Space Launch System o el Sistema de Lanzamiento al Espacio de la NASA. También es científico de materiales de microgravedad para la estación espacial. Sus contribuciones a la industria automotriz son bien conocidas en la comunidad de la NASA. Una de ellas, la aleación llamada NASA 398, lo llevó a él y a su colaborador, Po Chen, a ganar un lugar en el Salón de la Fama de la Tecnología Espacial en el 2018. Iniciando en el 1993 Lee and Po buscaban crear una aleación ligera para pistones de motores de combustión capaz de soportar altas temperaturas y presiones y con ello permitir que los motores funcionen de manera más eficiente y con emisiones reducidas[3].
La principal mejora que introducen los nuevos rotores es la disipación de calor, que reduce en un 25% las temperaturas de los frenos. Este diseño también podría beneficiar la emisión de partículas de polvo de frenos, que según Motortrend, se pueden reducir 10,000 veces si las temperaturas de frenado se mantienen por debajo de 350-375 oF[4].
Credit: Orbis Brakes Inc.
El diseño también tiene la gran ventaja de hacerlos más ligeros. Menos peso significa un frenado más confiable y un rendimiento de combustible aún mejor. Los rotores convencionales suelen estar fabricados de acero, lo que los hace pesados. Las versiones más ligeras fabricadas con cerámica de carbono tienen un precio más elevado. Sin embargo, el nuevo diseño puede hacer que los rotores de acero sean un 42 % más ligeros que los rotores tradicionales de hierro fundido y con un rendimiento comparable al de los frenos cerámicos de carbono[3]. Entonces, además de la posibilidad de terminar con un rotor más accesible, las temperaturas más bajas también pueden traducirse en un mejor rendimiento y longevidad.
¿Cómo funciona esto?
En su publicación de Noviembre 2020 del Programa de Transferencia de Tecnología de la NASA, el rotor de freno de disco de onda periódica se describe como un conjunto rotor-flotante de dos piezas, diseñado para reducir aún más el peso del cubo de montaje y su momento de rotación inercial, al mismo tiempo que minimiza la expansión térmica del rotor, estrés, deformación o distorsión durante el calentamiento por una fricción extrema generada por repetidos frenados muy bruscos en condiciones de carrera de alta velocidad[5].
Credit: Brembo
Los discos de freno convencionales son pesados porque están formados por dos placas metálicas enfriadas por el aire que circula entre ellas. En este diseño, la refrigeración por aire se produce en las superficies interiores, pero las exteriores son las superficies calentadas por la fricción con las pastillas de freno. Lee quería enfriar directamente estas superficies calientes y eliminar uno de los discos pesados de cada uno de los cuatro rotores del vehículo.
Lee comenzó con un solo disco y añadió una serie de aletas pequeñas alrededor del eje central. De esta manera, el giro de las aletas y la fuerza centrífuga de la rueda empujan el aire hacia las depresiones, provocando un flujo de aire turbulento que aleja el calor. Cuando el aire sale disparado, se empuja a través de la superficie, donde las pastillas de freno hacen contacto, enfriando el rotor, las pastillas de freno y las pinzas.
También agregó varias depresiones largas alrededor de las superficies de frenado, que irradian desde el centro para crear el patrón periódico regular que le da a la nueva tecnología Orbis su nombre comercial “Ondas Periódicas” (o PeriodicWave). Estas zanjas en las superficies de frenado también aumentan más de un 30% la superficie disponible para la refrigeración por aire. En estos rotores, también se corta una segunda onda periódica a lo largo del borde exterior, lo que le da al nuevo rotor más superficie que la que tiene el círculo convencional, para entrar en contacto con el aire frío que fluye sobre él.
Credit: Orbis Brakes Inc.
Hay ventajas adicionales a este nuevo diseño. Las zanjas también reducen el peso y aumentan la fricción, lo que hace que sea menos probable que las pastillas de freno patinen y que el frenado sea más fiable. Estas zanjas también proporcionan un lugar para que el vórtice de aire empuje el agua y los escombros del camino, evitando que se atoren entre la almohadilla y el rotor. Finalmente, una fina capa de revestimiento negro aplicada a las superficies que no entran en contacto con las pastillas de freno, como el interior de las zanjas, puede ayudar a que el rotor irradie calor adicional.
Aunque Orbis Brakes Inc. ha estado anunciando la producción y el lanzamiento de estos rotores desde 2022, estos aún no están disponibles. Pero el mercado ha visto un aumento en los rotores perforados livianos con pasador, algunos de estos tienen bordes mostrando una onda periódica. Es solo cuestión de tiempo para que las empresas empiecen a presentar diseños mejorados o para que Orbis finalmente comience a ofrecer el rotor NextWave para automóviles de alto rendimiento como el Ford Mustang y algunos modelos de Tesla. Seguiremos al pendiente de su evolución.
Credit: Tesla
References