Sistemas de frenos

Principio del frenado Un vehículo en movimiento tiene energía cinética la cual nace del motor que quema combustible transformando la energía química en energía calórica, esta al calentar el aire sobre la cabeza del pistón empuja a la biela y esta hace girar al cigüeñal, aquí se transforma en energía mecánica, Este torque de motor se transmite al sistema de transmisión y por los mecanismos de cambio de marcha y diferencial se transmite a las ruedas impulsando al vehículo, aquí se transforma en energía cinética.

Cadena de transformaciones de Energía Todas estas transformaciones de energía ( principio de conservación de la energía), permiten que el vehículo se desplace. Esta energía cinética debe ser transformada nuevamente para lograr la disminución de la velocidad o la detención del vehículo. ¿Es el sistema de freno un transformador de energía? Sí: transforma la energía cinética en calórica, esta finalmente se disipa en el ambiente. ¿Cómo transforma la energía cinética en calórica? A través del roce entre Disco – Tambor y materiales de fricción( balatas de freno).

Finalidad del sistema de frenos Su finalidad es la de controlar la velocidad del automóvil, detenerlo en casos necesarios y mantenerlo detenido con seguridad si el conductor no está en su puesto. Los vehículos turismo, camionetas, furgones y camiones pequeños deben construirse con dos sistemas de frenos independientes entre sí. Uno es el sistema de frenos de servicio. Otro es el sistema de frenos de estacionamiento.

Tercer freno Los vehículos de carga que superen las 10 Ton de PBV. Poseen sistemas de frenado continuo o tercer freno. Se conocen como freno de motor y retardadores. Estos sistemas permiten al conductor controlar la velocidad de estos vehículos en pendientes largas típicas de carreteras en geografías montañosas. Este freno evita el recalentamiento del freno de servicio y el posterior desvanecimiento del sistema. El freno de servicio solo debe usarse en caso de emergencia o si el conductor debe detener la marcha.

Frenos Mecánicos Se consideran estos sistemas a los mecanismos de frenado de estacionamiento. Está formado por la palanca o pedal de accionamiento, piolas o articulaciones, guías y soportes, ecualizador de frenado, articulación de accionamiento de patines o pastillas de freno. Generalmente accionan los mismos elementos de frenado de servicio, salvo algunos casos que tiene un sistema exclusivo para el freno de estacionamiento. Requiere de mantenimiento como lubricación de articulaciones, regulación, y cambio de elementos desgastados.

Configuraciones Dependiendo del diseño del vehículo pueden existir las siguientes configuraciones: Freno de zapata-tambor en las 4 ruedas. Frenos de discos en las ruedas delanteras y tambor en las traseras. Frenos de disco en las 4 ruedas. ¿Qué vehículos que Ud. conoce usan estas configuraciones?

Necesidad de control de frenado ¿ Cómo una persona que pesa 80 kilogramos y con la fuerza de su pierna, puede detener mediante el frenado a un vehículo de 1.5 Ton o un camión de 40 Ton? ¿Pueden Uds. Imaginar como el sistema es capaz de lograr frenadas eficientes con la aplicación de el pié del conductor en el pedal de freno? ¿Qué fenómenos actúan en el procedimiento de frenado?

Fuerza en el frenado Palancas Multiplicación de fuerza Los sistemas primitivos de frenado lograban multiplicar la fuerza del conductor solo por la aplicación de palancas. La fuerza puede multiplicarse tanto como los brazos de palanca se puedan modificar, el diseño estaba limitado por el espacio y los elementos móviles que pueden ser un punto de falla.

Fuerza aplicada sobre el pedal Fuerza del conductor Diseño del pedal Una persona puede ejercer una fuerza de 35 KGf sin fatigarse en un frenado de emergencia. La palanca existente entre el vástago de la bomba de freno, el pivote y el pie del conductor, puede multiplicar la fuerza de 3 a 4 veces. Esto variará dependiendo de la forma de la palanca y el largo de sus brazos.

Frenos Hidráulicos Aunque el concepto hidráulico significa uso de agua, el sistema de frenos actual es de este tipo pero en sus circuitos utiliza un líquido especial para frenos,se conoce como líquido de frenos(DOT-3,DOT-4,DOT-5) Las cualidades de este líquido es que permanece en estado líquido bajo temperaturas de -40°C. Soporta temperaturas sobre los 160°c sin ebullir. Protege el circuito de frenos, cañerías, gomas del sistema. No es compresible y tiene colores característicos.

Comportamiento del líquido humectado

Configuraciones de los frenos hidráulicos Los sistemas de freno son considerados sistemas de seguridad tanto para el vehículo como para los pasajeros y carga. Todos los vehículos modernos actuales usan doble circuitos de frenos hidráulicos. Por esta razón las bombas de frenos son de doble pistón y doble salida. Las cañerías que comunican el líquido a los cilindros actuadores se dividen en dos circuitos, el primario y el secundario.

Tipos de circuitos Las cañerías pueden tener circuitos de las siguientes maneras: Circuitos en L. Circuitos en T. Circuitos en doble T. Circuitos en X. Circuitos H.

Circuito en X

Multiplicación de la fuerza por hidráulica Según el sabio francés Blaise Pascal. La presión de un líquido confinado se transmite en todas las direcciones y con igual magnitud. p= presión F = fuerza A= área =

Frenos Hidráulicos

Ejercicio Una bomba de frenos con un diámetro de 7/8” está comunicada por cañerías y líquido de frenos en ausencia de aire a los cilindros de rueda delanteros de 2” y los traseros de ¾”. Calcule la fuerza resultante a la salida de los pistones de ambos circuitos si la fuerza que empuja al pedal es de 15 Kgf y el pedal de freno multiplica 3,5 veces. Transforme pulgadas a milímetros. Calcule en área del cilindro. Aplique la fórmula de Pascal.

Que es DOT El Department Of Transportation , es una entidad que reúne un conjunto de oficinas y agencias gubernamentales norteamericanas, con el objetivo de "salvaguardar la seguridad de cualquier medio de transporte público, incrementar la movilidad y contribuir al crecimiento económico de la nación, a través del transporte". Las especificaciones DOT son una medida de la calidad del líquido de frenos, se clasifican según su punto de ebullición. El DOT 4 tiene un punto de ebullición más alto que el DOT 3, por lo que ofrece una mejor respuesta a la frenada, mejorando la seguridad en la conducción.

Líquidos de freno Información en tapa y envase Norma punto ebullició,                                       DOT 3                                  205 °c DOT 4                                  230 °c DOT 5.1                               260 °c DOT 5 (*)                            260 °c (*): Los lí­quidos de frenos DOT 3, DOT 4 y DOT 5.1 son en base poli glicol, se pueden mezclar entre sí­ pero no con DOT 5 que es en base silicona.

Reforzadores del frenado Los sistemas de freno incluyen en el accionamiento de la bomba los servo frenos o reforzadores del frenado. Existen diferentes tipos de servos: Equilibrado por vacío. Equilibrado por presión. Master Vac. Hidrobooster. Estos sistemas pueden facilitar el accionamiento por parte del conductor haciendo menos fuerza para lograr un frenado efectivo.

Servo Freno

Mantenimiento y Reparaciones El constante roce entre Balatas y Tambor – Disco, produce desgaste, tanto de las balatas como los Discos y Tambor. La norma indica que si el desgaste del material de fricción es menor a 1 milímetro debe ser reemplazado. Los discos y tambores aparte del desgaste se pueden deformar ovalándose o volviéndose cónico. Toda imperfección de los rotores pueden ser corregidas por el rectificado de las piezas. El rectificado está limitado por el espesor del material que tenga el rotor, siempre se especifica la tolerancia de rectificado.

Cambio de líquido de frenos El líquido siempre está en contacto con el calor generado en el frenado, se degrada y envejece. La humedad ambiental puede colarse por la tapa del depósito, se vuelve higroscópico. Un líquido de frenos humectado baja considerablemente el punto de ebullición. Todos los líquidos de freno deben cambiarse cada dos años para garantizar su buen comportamiento. En el procedimiento de cambio se debe asegurar la eliminación de todo el posible aire del circuito.

Purga o sangrado de frenos El sangrado se realiza para cambiar el líquido de frenos o asegurar la eliminación de aire del circuito. El depósito nunca debe vaciarse y con la asistencia de una persona se bombea el freno mientras el técnico afloja la purga de líquido hasta que salga solo liquido limpio.

Componentes de las pastillas y balatas 20% aglomerantes: Resina fenólica, caucho 10% metales: Lana de acero, virutas de cobre, virutas de zinc, virutas de latón, polvo de aluminio 10% fibras: Fibras de carbón, fibras orgánicas, lana mineral, fibras químicas 25% material de relleno: Óxido de aluminio, óxido de hierro, sulfato sódico 35% deslizantes: Grafito, sulfuro de cobre, sulfuro de antimonio

Tipos de pinzas de freno

Pinza oscilante. Pinza deslizante Pinza flotante

Diseños de frenos de Tambor

Regulador de frenos