Como funcionam os Freios a Tambor

Quando o industrial francês Louis Renault, inventou o primeiro Freio a Tambor (Drum Brake), em 1902, estabeleceu-se um divisor de águas em matéria de respostas às exigências de sistemas de freios capazes de responder aos potentes e velozes veículos que o século trazia para o mundo.

Ainda nos tempos modernos, os freios a tambor são largamente utilizados em grande quantidade de veículos, sejam eles de passeio, sejam de grande porte. Muitos ainda combinam freios a tambor nas rodas traseiras e freios a disco nas dianteiras. E são, assim como os freios a disco, inspirados nos princípio da hidráulica.

Os sistemas hidráulicos, por sua vez, fundamentam-se na constatação de que os líquidos são praticamente impossíveis de ser comprimidos. Logo, uma pressão aplicada em qualquer ponto de um fluído será transmitida de modo uniforme através do mesmo.

Nos sistemas de freios hidráulicos (freios a disco e a tambor), um dispositivo de cilindro-mestre e pistão é acionado pelo pedal de freio do veículo para gerar pressão do fluído numa extremidade de um circuito hidráulico. A pressão move outro pistão situado na extremidade oposta do sistema e assim aciona o freio.

Ou seja, quando o pé do condutor pressiona o pedal do freio está aplicando uma pressão no fluido de freio que será transmitida com a mesma intensidade para todo o sistema de freio até as rodas, fazendo-a cessar o movimento e frear o veículo.

Como funciona o freio a Tambor

Um freio hidráulico de tambor consiste num tambor (conhecido comumente como panela), fabricado geralmente de ferro fundido, tendo dentro dele duas sapatas semicirculares que contém as lonas fixas a elas.

No passado, as lonas eram fabricadas em amianto, sendo atualmente normalmente construídas a partir de fibras sintéticas e outros agentes como latão, palha de aço, grafite, resina, dentre outros.

No processo de frenagem, as lonas são empurradas pelos êmbolos do cilindro da roda contra o tambor, gerando o atrito.

O tambor com o material de atrito, por sua vez, está ligado à roda e gira concomitantemente com ela. Obviamente, se o tambor diminuir sua velocidade ou mesmo parar, o mesmo acontecerá à roda.

O uso de duas sapatas proporciona melhor aproveitamento do material de atrito dentro do tambor e ainda o equilíbrio dos esforços nos apoios. As sapatas são classificadas de duas maneiras, segundo o sentido de seu uso.

A sapata é chamada de primária quando o sentido de aplicação da força nela coincide com o sentido de rotação do tambor, com uma tendência de puxá-la contra o tambor. Isto consequentemente melhora o contato da lona com o tambor e aumentando o atrito (frenagem).

Por seu turno, a sapata é secundária quando o sentido de aplicação da força nela é contrário ao sentido do tambor, com uma tendência de afastar-se do tambor, prejudicando o contato da lona com o tambor, reduzindo o atrito (frenagem).

Normalmente o freio a tambor é instalado em cada roda ou conjunto de rodas do veículo. Em geral, a eficiência de frenagem/travagem do sistema varia entre 15 à 30%. Quando os freios são novos e bem mantidos, a relação de frenagem é aproximadamente 60% dianteira e 40% traseira para veículos com tração traseira e 80% e 20% respectivamente nos veículos de tração dianteira.

Múltipla função

Uma das características bastante importante dos freios a tambor é a sua capacidade de múltiplas funções. A função primária é de freio de serviço e sua função secundária é de atuar como freio de estacionamento, tendo ainda uma função terciária, servindo como freio de emergência quando o veículo perde parcialmente ou totalmente o freio dianteiro.

Tipos de Freios a Tambor

Atualmente, existem diversos tipos de freios a tambor, desenvolvidos de acordo com a atuação das sapatas (internas ou externas), sendo que os mais comumente encontramos no setor automobilístico o Simplex (utilizado em veículos de passeio e em utilitários de pequeno porte) e o Uni ou Duo-Servo (utilizado em veículos utilitários de médio porte).

Freio a tambor Simplex com atuação Hidráulica

O sistema de freios a tambor Simplex é utilizado comumente em veículos de passeio e em utilitários de pequeno porte, pois é fabricado em vários diâmetros, sendo um dos mais utilizados no mercado, equipando preferencialmente o eixo traseiro dos veículos de passeio.

Caracteriza-se pela capacidade de independência das sapatas entre si.

Se o movimento do veículo for para frente, a sapata primária será mais solicitada do que a sapata secundária, por esta razão ela recebe o nome de sapata auto-energizada (Leading Shoe, servo ou ainda comprimida). E à sapata secundária, designa-se desenergizada (Trailing Shoe, não-servo ou ainda tracionada). Com o movimento de marcha à ré, a atuação das sapatas é invertida.

É um sistema de freio que apresenta menor torque por força exercida pelo pedal de freio que os demais (entre 300 e 25.0 N.m). Torque, no universo automobilístico, significa a medida da capacidade de um veículo para desenvolver força.

Freio a tambor Simplex com atuação pneumática

Conhecido como S-Cam full air, é um dos freios mecânicos mais potentes do mercado, utilizado em grande escala em veículos grandes e pesados, tais como caminhões, ônibus e implementos rodoviários. São capazes de entregar torques de frenagem superiores a 40.0 Nm. Sua manutenção é rápida e de baixo custo.

Freio a tambor Duo-Servo com atuação hidráulica

Nesta categoria, este tipo de sistema de frenagem também é um dos mais utilizados no mercado, instalado preferencialmente como freio traseiro em veículos comerciais de portes leves, médios e pesados e ainda os utilitários esportivos. Sendo um dos sistemas de freio com maior grau de efetividade na frenagem que o tipo Simplex, o Duo-Servo é fabricado em vários diâmetros e entregam torques de frenagem superiores a 25.0 N.m.

Vale destacar que o tipo Uni-Servo difere do Duo-Servo porque o seu cilindro está equipado com um único êmbolo, o que representa uma ação unidirecional atuando sobre a sapata primária (o freio tem ação de servo somente quando o veículo se movimenta para frente).

O tipo Duo-Servo, por seu turno, apresenta cilindro com dois êmbolos, permitindo atuar sobre as sapatas primárias e secundárias nos dois movimentos (para frente e marcha-ré). Esse freio é conhecido pela servo-ação da sapata primária sobre a secundária e vice-versa, no caso de ser Duo-Servo.

No sistema Duo-Servo, as sapatas primárias e secundárias possuem lonas de freio com diferentes posicionamentos de montagem e arcos em comprimentos distintos.

A denominação de servo é devido ao efeito de multiplicação da força de pressão de uma sapata contra o tambor da outra sapata, proporcionado pela servo-ação, proporcionando em menor esforço por parte do condutor para frear o veículo.

A intensa ação auto-energizante das sapatas (transferência de força de um componente a outro) no sistema Duo-Servo deixa esse tipo de freio extremamente sensível às pequenas variações do atrito das lonas de freio com o tambor, gerando, muitas vezes, problemas direcionais durante a frenagem, agravados enormemente em altas temperaturas.

Destaque-se que a sapata secundária dos freios Duo-Servo apresenta maior desgaste da lona de freio (contrário do freio Simplex, no qual ela sofre menor desgate) e, para compensar tal efeito, as sapatas primárias e secundárias são fabricadas com diferentes comprimentos de arco e diferentes posicionamentos de montagem para suas respectivas lonas de freio.

Freio a Tambor Duplex

Existem também alguns veículos com sistemas de frenagem chamado Duo Duplex, de atuação hidráulica e pneumática, que utilizam o próprio cilindro de roda como ponto de apoio para as sapatas, e ainda o Twinplex, com dois cilindros hidráulicos com sentido duplo, aplicando força simétrica nos dois lados de capa sapata, que por sua vez, possuem ajuste individual,o que torna o pedal mais leve.

Comparação do Freio a Tambor com o Freio a Disco

• Os freios a tambor têm a desvantagem de possuir mais peças e apresentar maior dificuldade no reparo do que os freios a disco, mas, por outro lado, têm a vantagem de permitir fabricação relativamente mais barata.
• Também por questões de custo, na maioria dos veículos, os freios a tambor são usados quase que exclusivamente no eixo traseiro.
• Nos freios de tambor mais atuais, o pedal do freio está ligado a quatro rodas, enquanto o freio de mão (estacionamento) bloqueia apenas as rodas traseiras.
• O freio a tambor de sapatas internas é utilizado normalmente como freio traseiro de veículos de passeio, caminhões e ônibus, já o freio de sapatas externas são empregados comumente em maquinas de elevação (pontes rolantes, elevadores, gruas etc.) e em veículos ferroviários, nos quais apenas um cilindro é utilizado para cada vagão, em veículos de carga. Já em locomotivas e alguns tipos de carros de passageiros, cada roda possui cilindro de acionamento individual.
• Nos freios a tambor, existem uma blindagem do tambor para proteger contra a chuva, a neve, outros produtos e impurezas de estradas de terra penetrem no sistema, considerando-se que a umidade reduz a capacidade das sapatas e o tambor gerar atrito.
• Contudo, a blindagem não funciona para casos de imersão do veículo na água (dirigir em vias alagadas, por exemplo), porque as lonas podem acumular sujeira, causando ruídos durante a frenagem. Corre-se ainda o risco de perder a aspereza (efeito verificação da lona) necessária para gerar atrito, diminuindo assim o poder de frenagem.
• O sobreaquecimento também diminui a eficácia dos freios de tambor. Em uma frenagem prolongada, como é o caso de uma descida longa, o freio pode perder eficácia temporariamente. O aquecimento excessivo deixará as lonas inutilizadas em definitivo.
• Ao contrário dos freios a disco, o tambor está menos expostos ao ar e dissipa o calor com menor rapidez, sendo menos eficazes em caso de sobreaquecimento ou utilização prolongada.

Recomendações de cuidados com os componentes

Por motivos de segurança, a recomendação de fabricantes e especialistas é de que os condutores tenham sempre bastante atenção na manutenção de seu veículo, como um todo, e nos sistemas de freios, em especial.

A seguir, alguns itens e componentes que exigem atenção sempre:

• Escolha do material de atrito (pastilhas e lonas) - são projetadas com coeficientes de atrito diferentes para uso específico em cada tipo de veículo. Portanto, nunca se deve substituir um determinado componente desse tipo levando em consideração apenas a aparência ou ofertas. Dependendo do tipo de material aplicado na fabricação, as lonas podem ter uma faixa de temperatura de operação que varie de 260ºC até 482ºC. As pastilhas, de acordo com sua composição, devem variar entre 180ºC e 480ºC.
• Intervalo de troca das lonas - como a participação dos freios dianteiros é maior devido à transferência de massa do eixo traseiro para o dianteiro, o material de atrito do eixo traseiro tende a se desgastar menos que o dianteiro, de modo que a troca das lonas pode ocorrer a cada duas ou três trocas de pastilhas. Geralmente, as lonas devem ser inspecionadas a cada troca de pastilhas e substituídas sempre que atingirem 0,8mm acima dos rebites ou quando apresentarem sinais de contaminação.
• Sapatas (lonas coladas) – o condutor nunca deve tentar colar ele mesmo as lonas (ou permitir que pessoas sem conhecimentos profissionais de mecânica automobilística). O mais seguro é que elas sejam substituídas completas. A cola utilizada para estes componentes exige procedimentos específicos e controle de temperatura em forno especial a fim de permitir a cura do material adesivo.
• Cilindro-mestre - o nível do fluído de freio deve estar entre as marcas máx. e mín. Se o nível estiver abaixo do mínimo pode ser indício de desgaste do material de atrito ou de vazamento em algum ponto do sistema e deve ser reparado com urgência. Também é recomendado nunca misturar fluídos diferentes no sistema de freios.
• Os Tambores de freio - devem ser substituídos sempre que atingirem o diâmetro máximo determinado pelo fabricante (gravado no tambor) ou quando apresentarem trincas, empenamento, ou ondulação que não possam ser restaurados pela retífica.
• Tambor Empenado – o tambor ovalizado pode ser resultado de torque inadequado nas porcas das rodas, fazendo o tambor empenar durante o aquecimento ou resfriamento.
• Tambor “Boca de Sino” - elevadas temperatura e pressão extrema no tambor podem causar uma deformação conhecida como “boca de sino”, na qual o lado aberto do componente se deforma devido à menor dissipação do calor.

A má condição de um tambor de freio pode causar superaquecimento dos freios devido à menor quantidade de material para dissipar o calor, e ainda a diminuição da resistência mecânica, provocando até a quebra do tambor e a perda da capacidade do sistema de frenagem.