INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD TICOMAN

“ANÁLISIS, DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN

SISTEMA DE FRENO PARA CESSNA”

T E S I N A

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERO EN AERONÁUTICA

PRESENTAN:

ANGEL GONZÁLEZ GUILLERMO

CORTÉS GONZÁLEZ ALBERTO

ASESORES:

ING. JUAN ESCAMILLA GARCÍA

LIC. DAVID TORRES ÁVILA

MEXICO, D.F. OCTUBRE 2013

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERíA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD TICOMÁN

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO EN AERONÁUTICA POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN: SEMINARIO

DEBERÁN PRESENTAR: LOS Ce. PASANTES:

ANGEL GONZÁLEZ GUILLERMO

CORTÉS GONZÁLEZ ALBERTO

"ANÁLISIS, DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN SISTEMA DE FRENO PARA

CESSNA"

CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO CAPÍTULO II SISTEMA DE FRENO DE DISCO EN TREN DE

ATERRIZAJE PRINCIPAL CAPÍTULO III RUTA DE PROCESO CAPÍTULO IV PROCESO DE SIMULACIÓN DE ANÁLISIS

ESTRUCTURAL DEL MODELADO DE DISCO EN ANSYS

CAPÍTULO V FABRICACIÓN DE UN SISTEMA DE FRENO

México, DF., a 14 de octubre de 2013.

ASESORES

M LIC. DAVID TORRES ÁVILA

IN DICE

T i t u l o…………………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I

Ob j e t i vo ………… ……………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I

J u s t i f i c a c i ó n………………………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I

A l c an ce……………………….. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I

Me todo log í a ………………………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I

Re sumen………………………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I I

Fo rmu l a c i ó n de l p r ob l ema ……………………………….IV

Ob je t i vo s e spec i f i c o ………………………………………….V

H ipó t e s i s …………………………………………………………V

CA PITULO 1 . MAR CO TEOR ICO …………………. . . . . . 1

1 .1 . CONCEPTO DE S ISTEMA DE FRENO EN TREN

ATERR IZAJE PRIC IPAL EN UN AEROPLANO …………. .1 1 . 2 . FUNC IONAMIE NTO DE UN S ISTEMA DE FRENOS DE

D ISCO EN UN AEROPLANO ………………………………… 3 1 . 2 .1 DISEÑO Y ESTRUCTURA DE U N D ISCO DE

FRENADO PARA TREN DE ATERRIZAJE ………………. . .4

1 . 3 . BALATAS, EN UN S ISTEMA DE D ISCO DE FRENADO DE UN AV ION………………… …………………………………………… 10

CA PITULO 2 . S ISTEMA DE FR EN O DE DISCO EN

TR EN DE A TERR IZA JE PR IN CIPA L …………………13

2 .1 . TREN DE ATERRIZAJE ………………………………………13 2 . 2 . FRENOS………………………………………………………….13

2 . 3 . FRENO DE D ISCO …………………………………………….15 2 . 4 . COMPONENTES Y DAÑOS EN UN D ISCO DE

FRENADO. ……… ……………………………………………. .16

2 . 4 .1 BALATAS DE FRENADO ………………………………20

CA PITULO 3 . R UTA DE PR OCESO………. …………. 23

3 .1 . METODOLOGIA …………………………………………….… 23

3 . 2 . RUTA DE PROCESO: DESCRIPC IÓN: RUTA DE PROCESO PARA LA FABR ICAC IÓN DE BALATA DE

AV IONETA T IPO N . P. WL ISM - 39049 ………………….24

CA PITULO 4 . PROCESO DE SIMULA CIÓN DE

A NÁL ISIS ES TR UCTUR AL DEL MODELADO DE DISCO EN AN SYS …….………………………………… ….28

4 . 1 . IMPORTAC ION DEL MODELO GEOMETRICO ……….… . .29

4 . 2 . DISEÑO DE LA BALATA ……….……………………… ……………32

4 . 3 . MODELADO DE BALATA …………………………………….3 4

4 . 4 . MATERIAL PARA LA FABR ICACON DEL

D ISCO………………………… ………………………….………………. 36

4 . 5 . DEF INC ION DEL T IPO DE ELEMENTO PARA EL

MODELO GEOMETRICO …………………………………….3 7

4 . 6 . MALLADO DEL CUERPO GEOMETRICO DEL D ISCO DE

FRENO DE TREN PR INC IPAL ………………………… ……39

4 . 7 . CONDIC IONES DE FRONTERA …………………………. . .41

4 . 8 . ELECC ION DEL T IPO DE ANAL IS IS………… …….……42

4 . 9 . APL ICAC IÓN DE CARGAS ………………………… ……. …43

4 . 10 . VALOR APROXIMADO DEL VELOC IDAD ANGULAR DEL

D ISCO ……….………………………………………………….4 4

4 . 11 . APL IAC ION DE VELOC IDAD ANGULAR DEL

D ISCO ……………………………………………………………4 5

4 . 12 . RESULTADOS DE ANAL IS IS …………………………….…4 6

CA PITULO 5 . FABR ICA CIÓN DE UN SISTEMA DE

FR EN O…………………………………………………………. . 50

5 .1 . FABRICAC ION DEL D ISCO…………………………. ……….… …51 5 .2 DESCRIPCIÓN: RUTA DE PROCESO PARA LA FABRICACIÓN DE UNA

BALATA DE AVIONETA…………………… ………………… . …….53

Conc l us i o ne s…………………………………………………………… …58 G l o s a r i o de t é rm ino s . .……………….……………………59

Apénd i ce …….…………………………………………………. 60

B i b l i og ra f í a…….……………………………………………… 61

I

- TITULO

Aná l i s i s , d i s eño y f ab r i c a c i ón de un s i s t ema de

f r e no p a ra Ce ssna

- OB JETIV O

D i s eña r e imp lemen ta r f o rmas de me jo ra r l o s

s i s t emas de f r e no en una ae ronave , c on ma te r i a l e s

r e s i s t e n te s a l a f r i c c i ó n y de sgas t e con e l f i n de

su s t i t u i r l o s con t en ido s de mé ta l e s p e sado s , pa ra

e l eva r e l n i v e l d e s egu r i d ad en l a c onducc i ó n de

e s te t i p o de ae ronave s , de sa r r o l l a ndo un s i s t ema

q ue adm i t a e l d e sga s te s i n daña r l a s o t ra s

s upe r f i c i e s .

- JUSTIFICA CIÓN

En e l p r o ce so de ob tenc i ó n de p i e za s d e f r i c c i ó n y a c c e so r i o s , l a r e n tab i l i d ad d e l p r o ce so y l a c a l i d ad

de l a s p i e za s , se ven a f e c t adas d i r e c t amen te po r mú l t i p l e s f a c t o r e s e n t r e l o s q ue s ob re sa l e n l a

c a l i d ad de l o s mo ld es , s u e f i c i e n c i a , s u c o s to y s u

d i spon ib i l i d ad . Pe ro no só l o e l mo ld e i n f l uye s i no q ue t amb ién l o ha ce e l d i s eño de l a p i e za , l a

s e l e c c i ó n de l ma te r i a l y l a s va r i ab l e s d e l p r o ce so . Luego p a ra ob t ene r p r o ce sos r e n tab l e s c on p i e za s

de g ran c a l i d ad e s menes t e r d i señ a r mo ld es e f i c i e n t e s , c ono ce r d i f e r en te s p r o ce so s de en

de t a l l e , d i s eña r l a s p i e za s de a cue rdo a l p r o ce so y e s coge r l o s ma te r i a l e s d e una mane ra ade cuada .

A med id a que se avanzaba en e l d i s eño l a s

a e r onave s y e ra ne ce sa r i o me jo ra r l o s s i s t em as de f r e no s , se c omenza r on a b u sca r a l t e r na t i vas p a ra

e l d e sa r r o l l o de ma te r i a l e s de f r i c c i ón c omo p r i n c i p a l componen te de l o s f r e no s d e d i s co , Hoy

en d í a l a s empresa ded i c adas a l d i s eño de e s t o s

d i spo s i t i v o s s i g uen buscando me jo re s f o rmas d e me jo ra r l o s mecan i smos de f r e no , c on mate r i a l e s

r e s i s t e n te s a l a f r i c c i ó n , c on e l f i n de su s t i t u i r l o s c on ten id o s d e mé ta l e s pe sado s de l ma te r i a l d e

f r i c c i ó n .

II

Desa r r o l l a ndo un ma te r i a l q ue adm i t a e l d e sga s te

s i n d aña r l a s o t ra s s upe r f i c i e d e l s i s t ema de f r e nado d e un t r en de a te r r i z a j e .

- A L CAN CE

Desa r r o l l a r e l mode l ado y aná l i s i s d e d i s co y

b a l a ta s d e f r i c c i ó n imp lemen tada s en un s i s t ema

de f r e nado en e l t r e n d e a te r r i z a j e , pa ra un av i ó n

pequeño .

Fab r i c ando e l ma te r i a l d e f r i c c i ó n med i an t e un

p r o ce so b a s tan t e e s tanda r i z ado . La s va r i ab l e s d e l

p r o ce so se e s t ab l e cen en f un c i ó n d e l t i p o de

ma te r i a l e s a emp le a r, e s d e c i r, d e l a compos i c i ó n

q ue de f i n a nues t ra p i e za .

- METODOLOGIA

Se r e a l i z a un ex haus t i vo e s t ud io d e l t r e n de

a t e r r i z a j e d e un av i ó n pequeño Ce s sna y s us c a ra c te r í s t i c a s t é cn i ca s e n s i s t emas de f r e nado

que con t ra s tamos con l a amp l i a do cumen tac i ó n d e que d i sponemos s ob re l a ma r ca a de sa r r o l l a r.

D i s eño y mode l ado de p i e zas c omo apoyo a e s t a l a bo r se i n co rpo ra r en e l e xp ed i e n te de l aná l i s i s ,

mode lado y ano t a c i o ne s sob re l a s p i e za s de f r i c c i ó n y q ue s on de g ran ay uda en e l p r o ce so

po s te r i o r d e l a rmado l o q ue no s pe rm i t e , e n t r e o t ra s co sa s , ve r i f i c a r s i e s t án c omp l e t a s o

i n c omp le t a s según e l d i s eño o r i g i na l

Mode lado y aná l i s i s d e l d i s c o y ba l a t a s d e f r i c c i ó n

en e l s i s t ema de f r e nado .

III

R ESUMEN

E l s i s t ema de f r e no s t i e ne como ob je t i v o r educ i r l a

ve l o c i dad d e l ae rop l ano en t i e r ra , t an to d u ran t e e l

t axeo como en l a f a se f i n a l d e l a te r r i z a j e , y p o r s upue s to de tene r l o .

E l d i sp os i t i vo de f r e nado d e l o s av i o ne s p equeño s

c ons i s t e , l o m i smo que en l o s veh í c u l o s au t omo to re s , en un d i s c o me tá l i c o a cop l ado a c ada

r ueda , e l c ua l s e f r e na , y con é l l a r ueda , a l s e r op r im ido a ambos l ado s p o r una s ba l a t a s de f r e no

a c c i o nadas po r una p r e s i ó n h id r áu l i c a .

E l s i s t ema de f r e no s de l o s av i o nes t i ene d o s c a ra c te r í s t i c a s e spe c i a l e s : una , q ue so l o d i spone

de f r e nos en e l t r e n p r i n c i p a l , nunca en l a s r uedas d i r e c t r i c e s ; y do s , q ue cada r ueda de l t r en

p r i n c i p a l ( o con j un t o d e r ueda s de un l a do en

t r e ne s c omp le j o s ) d i sp one de un s i s t ema de f r e nado i nd epend ien t e

En e l p r oye c to de i nves t i g a c i ó n se t i e ne c omo

ob j e t i vo ana l i z a r e l c ompo r t am ien to de e s te s i s t ema , t omando en cuen ta l a s ba l a t a s y e l d i s c o

de f r eno d i señado s , l a r e s i s t e n c i a , pa ra s opo r ta r

l o s r eque r im i en t o s mecán i co s a q ue e s some t i do , l a r e s i s t e n c i a a l a de fo rmac ión , p a ra p e rm i t i r q ue

a s p i n za s a c t úen sob re s upe r f i c i e s pe r f e c tamente p l anas en t odo momen to , r e s i s t e n c i a a l a ab ra s i ó n ,

p a ra q ue t e nga du rac i ó n y g a ran t i c e un r o zam ien to un i f o rme c on l a s b a l a t a s de l a s p i n za s ,

c onduc t i b i l i d ad t é rm i c a , pa ra d i s i p a r r áp idamen te e l c a l o r q ue se d esa r r o l l a d u ran t e e l f r enado y l a

r e s i s t e nc i a a l d e sgas t e .

IV

FOR MULA CIÓN DE EL PROBL EMA

E s d i f í c i l c omprende r c ómo ha cen p a ra vo l a r, p e ro

aho ra imag i nemos qué f ue r za ex t rao rd i na r i a se

ne ce s i t a p a ra ha ce r f r e na r a un av i ó n pequeño de

758 Kg en e l momen to de t o ca r t i e r ra . E l s i s t ema

de f r e nado e s uno más de l o s f undamen ta l e s a l

h ab l a r de s egu r i d ad p a ra l o s p asa j e ro s .

L o s av i o ne s pequeño s r e a l i z an p r uebas de c on t r o l

d e f r e nado máx imo e s t ando c a rgado s y c on un

pe so to t a l . L l e va f r e no s de c a rbono que

t ran s f i r i e r en tod a l a e ne rg í a a l a s upe r f i c i e de l a

p i s t a , l l e gando a t empe ra tu ra s d e 1000 g rados

c en t í g rado s .

La f i n a l i d ad e s ana l i z a r e l c ompo r tam ien to de l o s

mecan i smos de f r e nado , s i n pe rde r l a e s t ab i l i d ad

de l a un idad .

Se p ro cede r á a d i seña r un s i s t ema q ue p re sen te

un c oe f i c i e n te de f r i c c i ó n ade cuado y e s tab l e a

c ua l q u i e r rango de t empe ra tu ra y p r e s i ó n ,

man ten i e ndo un ade cuado equ i l i b r i o e n t r e ab ra s i ón

y r e s i s t e nc i a a l d e sga s te , c apa c i dad p a ra ab so rb e r

v i b ra c i ones e i r r egu l a r i d ade s de l a s upe r f i c i e con

l a q ue en t ra e n c on t ac t o a c ua l q u i e r t empe ra tu ra y

r e s i s t e nc i a a l choque .

Se imp lemen ta e l s i s t ema de f r e nado de una

ae r onave Ce s sna p ropue s t a :

F i b ras

ca rg as m ine ra l e s

componen te s me tá l i c o s

mod i f i c ado re s de coe f i c i e n t e de f r i c c i ó n

mate r i a l e s o rgán i c o s y ab ra s i vo s .

S i s t ema de D i s c o s

V

OB JETIV OS ESPECÍFICOS

Desa r r o l l a r l a s hab i l i d ade s y c ono c im i en to s p a ra l a

s e l e c c i ó n , d i seño y c ons t r u c c i ó n de mo ld es

e f i c i e n t e s p a ra ma te r i a l e s de f r i c c i ó n .

De sa r r o l l a r l a hab i l i d ad en l a i d en t i f i c a c i ó n de l a s va r i ab l e s de l p r o ce so de f ab r i c a c i ó n c on m i ra s a

c ono ce r l o e n f o rma de t a l l ad a y ob t ene r e l mayo r p r ove cho en l a p r oduc c i ó n de p i e za s de f r i c c i ó n .

D i s eña r, se l e c c i o na r y c l a s i f i c a r l a s b a l a t a s de

f r e no p a ra s u ap l i c a c i ó n ba sado en l a pé rd i d a d e p r op i ed ade s q ue su f r e n l a s ba l a t a s imp lemen tada s

en l o s s i s t emas p ropue s t o s

Cono ce r e n f o rma de t a l l ad a e l p r o ce so de d i seño de una p i e za que se va a f ab r i c a r.

H IPÓTESIS

En e s te t rab a j o de aná l i s i s s e d e s c r i b i r á l a impo r t anc i a q ue t i e nen ev id en temen te l o s

E l emen to s f undamen ta l e s de un s i s t ema d e f r e nado en e l t r e n de a te r r i za j e p r i n c i pa l d e un

av i ó n p equeño Ce ssna . A s í m i smo t amb i én s e

ana l i z a ran l a s va r i ab l e s de l a e s t r u c tu ra , s u c ompos i c i ó n me tá l i c a , s u p o s i c i ó n a l o l a r go de l o s

e j e s y l o s s i s t emas d e un i ón a l a s r ueda s . L o q ue se p i de b ás i c amente a l o s e l emen tos

ana l i z ado s e s : a l a p as t i l l a e s q ue p re sen t e un c oe f i c i e n t e de f r i c c i ó n adecuado y e s tab l e a

c ua l q u i e r rango de t empe ra tu ra y p r e s i ó n , man tene r un ade cuado equ i l i b r i o e n t r e ab ra s i ó n y

r e s i s t e nc i a a l d e sgas t e , c apac i d ad p a ra ab so rb e r v i b ra c i ones e i r r egu l a r i d ade s de l a s upe r f i c i e con

l a q ue en t ra e n c on t a c t o a c ua l q u i e r t empe ra tu ra y r e s i s t e nc i a a l c hoque y a l a c i z a l l a du ra . A l d i s co ,

r e s i s t e nc i a a l d ega s te y a l a s a l t a s t empe ra tu ra s .

VI

S i n embargo , t amb ién podemos menc i ona r q ue p a ra l og ra r t odo e s t o hay que r e a l i z a r una se r i e de

p r uebas y p r uebas , has t a a l can za r l a f ó rmu l a más

ade cuada a s us c omponen te s , pe r o e s te t rab a jo se b asa a l o s c r i t e r i o s de l d i s eño .

Pág.1

CA PITULO I MAR CO TEOR ICO

1 .1 . CONCEPTO DE S ISTEMA DE FRENO EN TREN

ATERRIZAJE PRINC IPAL EN UN AEROPLANO.

E l s i s t ema de f r e no s t i e ne como ob je t i v o r educ i r l a

ve l o c i dad d e l ae rop l ano en t i e r ra , t an to d u ran t e e l

t axeo como en l a f a se f i n a l d e l a te r r i z a j e , y p o r s upue s to de tene r l o .

E l d i spo s i t i vo de f r e nado de l o s av i o ne s cons i s t e , l o m i smo que en l o s au tomóv i l e s , e n un d i s c o

me tá l i c o a cop lado a c ada r ueda , e l c ua l s e f r e na , y c on é l l a r ueda , a l s e r op r im ido a ambos l ado s po r

una s b a l a ta s de f r e no a c c i o nadas po r una p r e s i ón h i d r áu l i c a .

F ig . 1 .1

E l s i s t ema de f r e no s de l o s av i o nes t i ene d o s

c a ra c te r í s t i c a s e spe c i a l e s : una , q ue so l o d i spone de f r e nos en e l t r e n p r i n c i p a l , nunca en l a s r uedas

d i r e c t r i c e s ; y do s , q ue cada r ueda de l t r en p r i n c i p a l ( o con j un t o d e r ueda s de un l a do en

t r e ne s c omp le j o s ) d i sp one de un s i s t ema de f r e nado i nd epend ien t e .

E l s i s t ema gene ra l s e a l imen t a de l l í q u ido c on ten id o en un r e c i p i e n te c omún; de sde e s te

depós i t o unos c onduc t o s l l e van e l l í q u id o a do s

bomb ines ( uno po r s i s t ema) s i t uado s en l a pa r te

Pág. 2

supe r i o r de l o s peda l e s . A l p r e s i o na r un peda l , e l l í q u i d o c on ten i do en e l bomb ín de su l a do e s

bombeado ha c i a l a r ueda co r r e spond i en te ; o t r o bomb ín en l a r ueda r e c i b e e s t a p r e s i ó n y empu ja a

l a s b a l a ta s l a s c ua l e s op r imen a l d i s c o me tá l i c o y f r e nan l a r ueda . A l p r e s i o na r e l o t r o p eda l , s u cede

l o m i smo con e l s i s t ema d e e se l ado , y obv i amen te

a l p r e s i o na r l o s do s peda l e s s e op e ra sob r e ambos s i s t emas . E s no t o r i o p ues , que cada peda l a c t úa

s ob r e l o s f r e no s de su l ado , y q ue p a ra a c t ua r s ob r e l o s f r e nos debe p i s a r se l a pa r te de a r r i b a de

l o s peda l e s .

E s t e s i s t ema de f r e no s i ndepend i en t e s s upone una ay uda pa ra d i r i g i r a l ae rop l ano en t i e r ra , p ue s

ap l i c ando f r e no a una u o t ra r ueda e l p i l o to p uede r e f o r za r e l g i r o de l a r ueda d i r e c t r i z

Pa ra man tene r e l av i ó n e l av i ó n f r e nado en e l

s ue l o , e l s i s t ema cue n ta c on un f r e no de e s t a c i o nam ien to ( p a rk i ng b reak ) q ue a c t úa s ob re

ambas r ueda s .

E l mando de e s t e f r e no va r í a de un av i ó n a o t r o :

p uede se r un mando d e va r i l l a q ue t e n i endo l o s f r e no s p i s ado s l o s b l o ca y se de sa c t i va a l vo l v e r a

p i s a r l o s f r e nos (Ce s sna ) ; una p a l an ca que a l t i r a r de e l l a b l o ca l o s f r e no s , c on un bo tón p a ra

man tene r l a e n po s i c i ó n de b l oqueo ( P i p e r ) ; un d i a l q ue a l g i r a r se ha c i a un l ado a c t i va e s te f r e no y

ha c i a e l o t r o l o de sac t i va , e t c .

F ig . 1 .2

Pág. 3

1 .2 . FUNC IONAMIE NTO DE UN S ISTEMA DE FRENOS DE D ISCO EN UN AEROPLANO

Lo s av i o ne s po seen d i ve r so s s i s t emas d e f r e no s , l o s c ua l e s deben se r conoc i do s po r e l p i l o t o .

Cuando se p i en sa en l o s s i s t emas de f r e nado l a

mayo r pa r te de l a s pe r s ona s a so c i an e s ta i d e a con l o s au tomóv i l e s po r una cues t i ó n de f am i l i a r i d ad .

En e l c a so de l o s av i one s uno d e l o s s i s t emas , e l d e f r e nado h id r áu l i c o p a ra e l t r e n p r i n c i p a l d e

a t e r r i z a j e e n cuen t ra a l g unas ana l og í a s aunque e s to s f r e no s en l o s av i o nes no f un c i o nan d e l a

m i sma mane ra q ue en l o s veh í c u l o s t e r r e s t r e s y además son de t i p o d i f e r en c i a l . E s de c i r, s e p uede

f r e na r i ndepend ien t emen te de l l ado de re cho o i z q u i e rdo , y e s t o s e u t i l i z a muchas ve ces p a ra

emp rende r g i r o s muy ce r rado s .

Una ae ronave c omo un CESSNA p uede g i ra r en t r e s c i e n to s se sen t a g rado s s ob re una de su s

r ueda s p r i n c i pa l e s , s i n de sp l a zam ien to l i n e a l d e

n i nguna c l a s e . E s t a p r op i ed ad se emp le a du ran te e l r od a je de l a s ae r onaves aunque en l a s m i smas

l a u t i l i z a c i ó n de l o s f r eno s h i d r áu l i c o s debe ha ce r se c on c i e r t a p r e cauc i ón a f i n d e ev i t a r e l

s ob r e ca l e n tam ien to . L o s av i o ne s de mayo r t amaño cuen tan con d i ve r s o s

s i s t emas a so c i ado s a l d e f r e nado h id r áu l i c o , c o n e l f i n de d a r l e aún mayo r u t i l i d ad . Po r e j emp lo ,

ex i s t e un s i s t ema an t i d e r rapan t e denom inado “ an t i s k i d ” o de au t o f r e nado , e l c ua l p e rm i te

e s t ab l e ce r c on qué p o tenc i a a c t ua rán l o s f r e nos h i d r áu l i c o s a l a t e r r i z a r.

E s t o se puede u t i l i z a r con e l ob j e to de de tene r l a

c a r r e ra de a t e r r i z a j e e n una d i s t an c i a meno r ; un

CESSNA puede , a p l e na c a rga , de tene r s u ma r cha en ap r ox imadamen te 4 00 me t r o s . S i n embargo , e l

s ob r e ca l e n tam ien to d e l o s e l emen tos de f r e nado e s t a l q ue en e s t o s ca so s , l a a e r onave no puede

vo l v e r a se r u t i l i z ad a p o r a l menos una ho ra , s i e s q ue no s e p roduce n i ngún de spe r f e c t o co l a t e ra l :

e n t a l c a so , e l av i ó n r eque r i r á d e a l g unas r epa rac i o ne s cons ide rab l e s .

En e l c a so de l o s s imu l ado re s y e n t r enado re s de v ue l o se puede u t i l i z a r e l s i s t ema d e au to f r e nado

p a ra ev i t a r q ue l o s a l umnos que no s on

Pág. 4

pa r t i c u l a rmen te cu idadoso s c on e sos co s t o sos equ ip os a caben po r de s t r u i r l o s . E f e c t i vamente , l o s

f r e no s s imu l ado s son l o s componen te s q ue su f r e n mayo r de sga s te e n l a mayo r í a de l o s s imu l ado re s a

c ausa d e t en e r a c t uado r e s mecán i co s ; p a ra ev i t a r e s te p rob l ema , yo po r e j emp lo , s i emp re sug i e r o e l

u s o de l " au tob rak i ng " e n c ada a t e r r i z a j e s imu l ado ,

c on l o q ue hay meno r con t a c to e n t r e l o s p i l o t o s y l o s peda l e s de f r e no .

No s e p uede de j a r de menc iona r e n e s te p un to q ue

p a ra e l f r e nado de l a s a e ronave s muchas s i emp re s e emp le a l a f r i c c i ó n , ya s e a c ausada po r l a

r e s i s t e nc i a ae rod i nám i ca , po r l a f r i c c i ó n mecán i c a p r op i a d e l o s s i s t emas d i s eñado s p a ra f un c i o na r de

e sa f o rma como en e l c a so de l o s f r e no s a d i s co , o b i e n p o r e l r o zam ien to no rma l de l a a e r onave

c on t ra l a p i s t a ; a l a te r r i z a r en zona s de p a s t i z a l e s a l t o s c on un pequeño av i ón se no t a mucho e s te

f e nómeno . De he cho s e p uede i n t en t a r a t e r r i z a r f u e ra de p i s t a e n e s ta f o rma cuando se t i e ne un

p r ob l ema con l o s f r e no s .

1 . 2 .1 . DISEÑO Y ESTRUCTUR A DE UN D ISCO DE

FRENADO PARA TREN DE ATERRIZAJE .

L o s d i s c o s de f r e no son l a s upe r f i c i e con t ra l a c ua l i n t e rac t úan l a s b a l a t a s p a ra f r e na r a l a ae ronave ,

deb id o a q ue e l d i s c o g i ra e n c on jun t o con l a s r ueda s . E se r o zam ien to en t r e d i s co s y b a l a ta s

p r oduce l a t ran s f o rmac ión de ene rg í a c i né t i c a e n ene rg í a ca l o r í f i c a , p r ovo cando una r educ c i ó n de l a

ve l o c i dad . Lo s d i s co s de f r e no no s o l o deben p r oduc i r l a t ran s f o rmac i ón de ene rg í a s i no q ue

además deben de c onsegu i r que e l c a l o r p r oduc ido s e a t ran sm i t i d o a l a a tmós fe ra l o más r áp id amen te

po s ib l e , ya q ue s i no , l a s t empe ra tu ra s a l a s q ue

ope ra r í a e l s i s t ema se r í an muy e l evadas l l e g ando i n c l u so a l c o l ap so de l s i s t ema .

Pág. 5

E l ma te r i a l e s c og id o p a ra f ab r i c a r l o s d i s co s de f r e no e s l a f und i c i ó n g r i s nodu l a r d e g ra f i t o

l am ina r, ya q ue ga ran t i z a una e s t ab i l i d ad de l a s p r e s t a c i o nes du ran t e e l p e r i od o de v i da de l o s

d i s co s .

F ig . 1 .3

E x i s t e n t amb ién , d i s co s de ma te r i a l e s compue s to s e n ma t r i z de c a rb ono , u sado s en l a a l t a

c ompe t i c i ó n en l o s f r e no s de l o s av i o ne s , aunque

deb id o a l a l t o c o s to q ue t i e nen l o s hacen no v i ab l e s pa ra l o s veh í c u l o s c omune s .

En l a a c t ua l i d ad se e s t án de sa r r o l l a ndo d i s c o s de

f r e no en a l um in i o con una b ase d e c a rbu r o d e s i l i c i o , ya q ue su meno r pe so l o s ha ce muy

a t ra c t i vo s , pe ro l a ma l a d i s i p ac i ó n d e c a l o r q ue t i e nen l o s ha cen no v i ab l e s de momen to , ya que

ne ce s i t an un r educ ido impo r tan t e q ue ha cen que p i e rdan l a s ven t a j a s de l p e so .

Pág. 6

F ig . 1 .4

L a c ompos i c i ó n b á s i ca de l ma te r i a l d e l o s d i s c o s e s

una f und i c i ó n g r i s nodu l a r de g ra f i t o l am ina r, que c on t i ene en t r e un 92% y un 93% de h i e r r o .

Además de l h i e r r o o t r o s c omponen te s b ás i c o s t a l e s c omo e l s i l i c i o , mangane so y o t r o s g a ran t i z an l a

c a l i d ad de un e l emen to c r í t i c o e n e l f r e nado como e s e l d i s co .

LA GEOMETRÍA DEL D ISCO DE FRENO.

La geome t r í a de l o s d i s co s de f r e nos s i emp re e s l a

m i sma , e s d e c i r, una supe r f i c i e c i r c u l a r pe r f e c t amen te p l ana . Vamos a ve r a con t i nua c i ó n ,

l a s so l uc i o ne s q ue s e añad ió apo r tando pa ra me jo ra r l a d i s i p a c i ó n de l c a l o r q ue a lmacena e l

d i s co . En p r ime r l ug a r vamos a i r c omen tando l a s d i f e r en te s p a r t e s de l a s q ue e s t á compue s to un

d i s co .

F ig . 1 .5

Pág. 7

LA P ISTA: e s l a s upe r f i c i e e n l a c ua l t i e ne l ug a r l a a c c i ó n de f r i c c i ó n en t r e l a s ba l a t a s y e l d i s c o . E s t á

d imens ionada de f o rma que su po t enc i a de d i s i p ac i ó n se a c e rque a l va l o r de 250 W/ cm2 , pe ro

d i c ho va l o r p uede va r i a r depend iendo de l a geome t r í a de l d i s co , ya q ue s i e s te e s ven t i l a do e l

va l o r de l a po t en c i a d e d i s i p a c i ó n puede a l c anza r

Un va l o r de 750 W/ cm2 . Po r e nc ima de d i c ho s va l o r e s , pueden apa re ce r d año s en e l d i s co , t a l e s

c omo de fo rmac i one s g eomé t r i c a s , g r i e ta s , d epós i t o s de ma te r i a l d e f r i c c i ó n u o t r o s q ue

d aña r í an e l d i s c o de f o rma i r r eve r s i b l e

F I J AC IÓN: La f i j a c i ó n de l o s d i s co s e s t á s i t uada en l a p a r te cen t ra l d e l m i smo. Ex i s t e un t a l ad ro

donde s e a l o j a e l b u j e , a s í c omo po r l a p a r te t ra se ra un cha f l á n q ue debe de apoya r se

pe r f e c t amen te en l a mangue ta p a ra q ue e l a j u s t e de l d i s c o se a pe r f e c t o . A l r ededo r de l t a l ad ro d onde

s e a l o j a e l b u je , l a f i j a c i ó n t i e ne un c i e r to número de t a l ad ro q ue p e rm i te e l p aso de l o s pe rno s de

an c l a j e de l a r ueda . En l a mayo r í a de l o s d i s c o s l a

f i j a c i ó n de l d i s c o se ga ran t i z a p o r uno s t a l ad r o s de meno r d i áme t ro q ue f i j a n e l d i s c o .

FIG . 1 .5 .1

LA CAMPANA: La c ampana e s e l c i l i nd ro q ue une l a b anda , con e l p l ano de f i j a c i ó n . En a l g unos c a so s

en e l i n t e r i o r de l a c ampana s é e s t á ap rove chando p a ra mon ta r un pequeño s i s t ema de f r eno de

t ambo r de a c c i o nam ien to mecán i co , c on l a f i n a l i d ad d e que s i r va de f r e no de

e s t a c i o nam ien to .

Pág. 8

E l p r i n c i p i o d e f un c i o nam ien to de l o s f r e nos c omo ya hemos v i s to an t e r i o rmen te se ba sa en que l a

e ne rg í a c i né t i c a q ue l l e va e l veh í c u l o debe de d i s i p a r se en f o rma de c a l o r. E s t e c a l o r s e a cumu l a

p r i n c i p a lmen te en l o s d i s co s .

Pe ro l óg i c amente l o s d i s co s no pueden a lmacena r l o

i n f i n i t amen te , s i no q ue debe se r d i s i p ado a l a a tmós fe ra de una f o rma e f i c i e n te . L a f o rma más

s enc i l l a e s r e a l i z a r una c i r c u l a c i ó n d e a i r e que , en c on t a c to con e l d i s co , se c a l i e n t e y man tenga l a

t empe ra tu ra de l d i s c o en va l o r e s ra zonab le s a e f e c t o s de su i n t eg r i d ad mecán i c a .

F ig . 1 .6

Lo s d i s co s deb en de de sempeña r do s f unc i o ne s

p r i n c i p a l e s : move r e l a i r e a s u a l r ed edo r como l o ha r í a un ven t i l a do r, y t ran sm i t i r s u ene rg í a a l a

a tmós fe ra como l o ha ce un rad i ado r.

Pa ra c ump l i r l a p r ime ra d e sus f un c i o ne s , l a p r op i a

geome t r í a de l d i s c o ha ce que se a po s ib l e l a c i r c u l a c i ó n de l a i r e de sde l a c ampana hac í a e l

e x te r i o r d e l a p i s t a . Además l a ve l o c i d ad de d i cho a i r e e s mayo r c uan to mayo r se a l a t empe ra tu ra

q ue va adqu i r i e ndo . E s te p ro ce so s e d a en l o s

Pág. 9

d i s co s mac i zo s , q ue cump le con su f un c i ó n cuando l a e ne rg í a que han de d i s i p a r se e s r educ i d a o

med i a . Cuando l a ene rg í a t é rm i ca d i s i p ada aumen ta , l a s supe r f i c i e s de un d i s c o mac i zo ya no

s on su f i c i e n te s . S i s e i n t e n t a se aumenta r s u t amaño te nd r í amos l a l im i t a c i ó n impue s ta p o r e l

t amaño d e l a r ueda po r l o c ua l l a s o l u c i ó n

adop tada po r unan im id ad e s e l d i s co ven t i l ado que pe rm i te una mayo r d i s i p a c i ó n t é rm i c a en e l m i smo

e spac i o .

E l d i s co ven t i l a do e s l a compos i c i ó n de dos p i s t a s s epa rada s po r a l e t a s en su i n t e r i o r. E s t a s a l e t a s

g a ran t i z an l a c ohe s i ó n d e l d i s co pe rm i t i endo e l p aso de a i r e po r s u i n te r i o r. G ra c i a s a e s t a s

a l e t a s , e l e n f r i am ien t o de l d i s co no so l o se p r oduce en l a s upe r f i c i e ex t e r i o r de l d i s co s i no

q ue además se p r oduce su en f r i am ien t o po r e l i n t e r i o r. E s te i n t e r c amb i o de ene rg í a depende en

g ran med id a de l a f o rma y l a o r i e n t a c i ó n de l a s a l e t a s , ya q ue en a l g unos c a sos l a s a l e t a s se

oponen a l mov im i en t o de l a i r e e n su i n te r i o r c on l o

c ua l s u u t i l i d ad e s nega t i va . Po r e l l o debe ex i s t i r un c omprom i so en t r e l a e f i c a c i a y l a o r i e n ta c i ó n -

f o rma d e l a s m i sma s . Gene ra lmen te s on rad i a l e s y po r l o t an t o l a c o l o c a c i ó n de l o s d i s c o s e n l a r ueda

i z q u i e rd a o de r e cha , no a f e c t a a l a s p rop i ed ade s au t oven t i l a n te s . S i n embargo ex i s t e a l g una

ap l i c a c i ó n en e l me r cado en l a c ua l l a s a l e t a s e s t án o r i e n t ada s de t a l f o rma que ob l i g an a q ue

e so s d i s co s s ean mon tado s en una r ueda o en l a o t ra , ya q ue no se r í a e f i c a z s u ven t i l a c i ón s i s e

i n t e r camb i a ra s u ub i c a c i ó n .

Una de l a s me jo ra s más s i g n i f i c a t i va s e ncam inada a l a d i sm inuc i ó n de l a t empe ra tu ra que a l c anza l a

c ampana de l d i s c o , se cons i g ue med i an te una

ranu ra en f o rma de c ana l e n l a zona s i t uada en t r e l a c ampana y l a b anda de f r e no de l d i s co , l o q ue

an t e s hemos denom inado f i l t r o t é rm i co . La se c c i ó n de p a so de c a l o r se r educe , e l g rad i e n te t é rm i c o

aumen ta , e s de c i r, l a d i f e r en c i a de t empe ra tu ra en t r e un l ad o de l c ana l y e l o t r o s e hace mayo r, l o

c ua l ha ce que l a t empe ra tu ra d e l a c ampana se a meno r. E s to e s muy impo r t an te ya q ue e l c a l o r que

s e t ran s f i e r e a l a l l a n t a y po r cons ig u i e n t e a l a

Pág. 10

goma de l neumá t i c o e s meno r, c on s ig u i e ndo a s í q ue no su f ra en ex ce so l a c a r c a sa de l neumá t i c o .

Tamb i én se c ons ig ue una r educc i ó n en l a de fo rmac i ón de l d i s co a l r educ i r se l a t empe ra tu ra

de l a c ampana y s us c ons i g u i e n te s t en s i o nes t é rm i c a s .

F ig . 1 .7

1 .3 . BALATAS DE FRICC ION , EN UN S ISTEMA DE DIS CO DE FRENADO DE UN AV ION .

Du ran te un a t e r r i z a j e de emergenc i a o un de spegue abo r t ado ( cuando e l av i ó n ya t i ene una

c ons ide rab l e ve l o c i dad en p i s t a ) , l o s f r e no s d eben ab so rbe r una eno rme c an t i d ad d e ene rg í a s i n

de s i n teg ra r se n i a g a r r o ta r se . E l d i s eño t í p i co de un f r e no d e av i a c i ó n se ba sa en una se r i e de

d i s co s g i ra to r i o s i n te r c a l ados en t r e o t r o s d i s co s f i j o s . Cuando se a c c i onan l o s f r e no s , e l r o zam ien to

en t r e l o s d i s co s p uede e l eva r l a t empe ra tu ra de l o s m i smos has t a una med ia de 1500 °C , c on p i co s

de ha s t a 3000 °C en su supe r f i c i e . Po r e s t a ra zón , e l ma te r i a l d e l d i s c o debe t e ne r una g ran

r e s i s t e nc i a mecán i c a a a l t a t empe ra tu ra y una

ex ce l e n t e r e s i s t e n c i a a l c hoque t é rm i c o ( c apa c i dad de r e s i s t i r e l e vada s d i f e r en c i a s de t empe ra tu ra s i n

d aña r se ) . Una buena conduc t i v i d ad t é rm i c a e s b ás i c a p a ra ev i t a r e l s ob r e ca l e n t am ien to de l a s

s upe r f i c i e s de l d i s c o . E l c a rbono t i e ne una buena

Pág. 11

conduc t i v i d ad y e s t ab i l i d ad a a l t a t empe ra tu ra ( s u s d imens iones c amb ian po co con l a

t empe ra tu ra ) .

F ig . 1 .8

E l c a rbono en f o rma de g ra f i t o só l i d o e s un

c and i da to , mucho más ba ra t o que un ma te r i a l c ompue s to de c a rbono / ca rb ono (ma t r i z y r e f ue r zo

de ca rbono ) , pe ro l a r e s i s t e n c i a y t e na c id ad d e l ma te r i a l c ompue s to son c l a ramen te supe r i o r e s . Lo s

d i s co s se f ab r i c an i n f i l t r ando f i b ra s de c a r b ono con una b re a o una r e s i na po l imé r i c a , ca l e n tando e l

c on j un t o a 1000 °C en ausenc i a de ox ígeno pa ra e l im i na r impure za s e i r d e j ando un e sque l e t o de

c a rbono . E l p r o ce so se r ep i t e va r i a s ve ce s ha s t a a l c an za r l a dens id ad d eseada y f i na lmen te se

c a l i e n t a h a s t a uno s 2500 °C p a ra comp le t a r l a g ra f i t i z a c i ó n .

F ig . 1 .9

Pág. 12

E l pe so de l o s f r e no s e s un asun to muy r e l evan te . Un av i ó n de p asa j e ro s no rma lmen te l l e va o cho

f r e no s . Con un d i seño convenc i ona l ( d i s c o s de a ce ro y d i s c o s d e un ma te r i a l d e f r i c c i ón ) , e l

c on j un t o a l c anza un p eso de más d e 1000 kg , m i en t ra s q ue un con jun t o de f r enos d e

c a rbono / ca rb ono pe sa a l go meno s de 700 kg .

E s t e aho r r o de p eso e s equ i va l e n t e a c ua t r o p asa j e ro s , y a l a l a r ga s i gn i f i c a un impo r t an t e

aho r r o de combus t i b l e .

En una ae r onave p equeña Ces sna e l t r e n de

a t e r r i z a j e t i p o t r i c i c l o c uen ta con un s i s t ema de f r e no s q ue cons i s t e e n d os d i s c o s e n e l t r e n

p r i n c i p a l l o cua l l e pe rm i te g i ra r de mane ra p r e c i s a . Con un d i seño convenc i ona l ( d i s c o s de un

ma te r i a l d e f r i c c i ó n ) , e l c on jun t o a l c anz a un peso de más de 85 kg , m ien t ra s q ue un con jun t o d e

f r e no s d e c a rbono / ca rbono pe sa a l g o menos de 58 kg .

F ig . 1 .10

La p r i n c i p a l l im i t a c i ó n que a f e c t a a e s te ma te r i a l

c uando se expone du ran t e t i empos más p r o l o ngado s a a l t a t empe ra tu ra e s su po ca

r e s i s t e nc i a a l a ox ida c i ó n , aunque ya ex i s t en r e cub r im ien to s q ue ev i t an en g ran med ida e s te

p r ob l ema .

F ig . 1 .11

Pág. 13

CA PITULO 2 SISTEMA DE FR EN O DE DISCO EN TR EN DE A TERR IZA JE PR IN CIPA L

2 .1 . TREN DE ATERRIZAJE Y FRENOS.

Se denom ina t r e n de a te r r i z a j e a l con j un t o de r ueda s , s opo r te s , amor t i g uado re s y o t r o s equ ipos

q ue un av i ó n u t i l i z a p a ra a t e r r i z a r o man i ob ra r

s ob r e una supe r f i c i e . Aunque po r s u denom ina c i ó n , e l t r e n d e a te r r i z a j e pa re ce suge r i r una ún i c a

f un c i ó n a e s te s i s t ema , r ea lmen te cump l e va r i a s f un c i o ne s : s i r ve d e sopo r te a l a e r op l ano , pos i b i l i t a

e l mov im i en to de l av i ó n en supe r f i c i e ( i n c l u yendo de spegue s y a t e r r i z a j e s ) , y amor t i g ua e l impac to

de l a te r r i z a j e . L a s ope ra c i o nes en supe r f i c i e ex igen d e l t r e n de a te r r i za j e capa c id ade s de

d i r e c c i o nam ien to y f r e nado , y pa ra amo r t i g ua r e l a t e r r i z a j e debe s e r c apa z d e ab so rbe r impac t o s de

c i e r t a magn i t ud .

F ig . 2 .1

2 .2 . FRENOS.

E l s i s t ema de f r e no s t i e ne como ob je t i v o r educ i r l a

ve l o c i dad d e l ae rop l ano en t i e r ra , t an to d u ran t e l a r odadu ra como en l a f a se f i n a l d e l a t e r r i z a j e , y

po r s upue s to de t ene r l o . E l d i spo s i t i v o de f r e nado de l o s av i o nes cons i s t e , l o m i smo que en l o s

au t omóv i l e s , en un d i s co me tá l i c o a cop l ado a c ada

r ueda , e l c ua l s e f r e na , y con é l l a r ueda , a l s e r op r im ido a ambos l ado s p o r una s ba l a t a s de f r e no

a c c i o nadas po r un impu l s o h i d r áu l i c o .

Pág. 14

F ig . 2 .2

E l s i s t ema de f r e no s de l o s av i o nes t i ene d o s c a ra c te r í s t i c a s e spe c i a l e s : una , q ue so l o d i spone

de f r e nos en e l t r e n p r i n c i p a l , nunca en l a s r uedas d i r e c t r i c e s ; y do s , q ue cada r ueda de l t r en

p r i n c i p a l ( o con j un t o d e r ueda s de un l a do en t r e ne s c omp le j o s ) d i sp one de un s i s t ema de

f r e nado i nd epend ien t e .

F ig . 2 .3

E l s i s t ema gene ra l s e a l imen ta de l l í q u ido

c on ten id o en un r e c i p i e n te c omún; de sde e s te depós i t o unos c onduc t o s l l e van e l l í q u id o a do s

bomb ines ( uno po r s i s t ema) s i t uado s en l a pa r te

s upe r i o r de l o s peda l e s .

A l p r e s i o na r un peda l , e l l í q u i do c on t en ido en e l

bomb ín d e su l a do e s b ombeado ha c i a l a r ueda c o r r e spond ien t e ; o t r o b omb ín en l a r ueda r e c i b e

e s t a p r e s i ó n y empu ja a l a s ba l a t a s l a s c ua l e s op r imen a l d i s c o me tá l i c o y f r enan l a r ueda . A l

p r e s i o na r e l o t r o peda l , s u cede l o m i smo con e l

Pág. 15

s i s t ema de e se l ado , y obv i amen te a l p r e s i o na r l o s do s peda l e s se ope r a sob r e ambos s i s t emas . E s

no t o r i o p ue s , q ue c ada peda l a c t úa sob r e l o s f r e no s d e su l a do , y q ue pa ra a c t ua r s ob r e l o s

f r e no s debe p i s a r se l a p a r te de a r r i b a de l o s peda l e s .

F ig . 2 .4

E s t e s i s t ema de f r e no s i ndepen d i en t e s s upone una ay uda pa ra d i r i g i r a l ae rop l ano en t i e r ra , p ue s

ap l i c ando f r e no a una u o t ra r ueda e l p i l o to p uede

r e f o r za r e l g i r o de l a r ueda d i r e c t r i z .

Pa ra man tene r e l av i ó n e l av i ó n f r e nado en e l

s ue l o , e l s i s t ema cuen ta c on un f r e no de apa r cam ien t o ( p a rk i ng b rake ) q ue ac t úa s ob re

ambas r uedas . E l mando de e s te f r e no va r í a de un av i ó n a o t r o : p uede se r un mando de va r i l l a que

t e n i e ndo l o s f r eno s p i sado s l o s b l o ca y se de sac t i va a l vo l v e r a p i s a r l o s f r e no s (Ces sna ) ;

una p a l an ca que a l t i r a r d e e l l a b l o c a l o s f r e no s , c on un bo tón pa ra man tene r l a e n po s i c i ó n de

b l oqueo ( P i pe r ) ; un d i a l q ue a l g i r a r se hac i a un l a do a c t i va e s te f r e no y ha c i a e l o t r o l o d e sac t i va

2 . 3 . FRENO DE D ISCO.

E l f r e no de d i s co e s un s i s t ema d e f r e nado

no rma lmen te pa ra r ueda s de veh í c u l o s , e n e l c ua l

una p a r t e móv i l ( e l d i s co ) so l i d a r i o con l a r ueda

que g i ra e s s ome t i d o a l r o zam ien to d e una s

Pág. 16

supe r f i c i e s de a l t o co e f i c i en t e de f r i c c i ón ( l a s

b a l a ta s ) q ue e j e r cen sob r e e l l o s una f ue r za

su f i c i e n te como p a ra t ran s fo rmar t od a o pa r te de

l a e ne rg í a c i n é t i c a de l veh í c u l o e n mov im i en t o , en

c a l o r, ha s t a de t ene r l o o r educ i r s u ve l o c i d ad ,

s egún s ea e l c a so .

E s t a i nmensa can t i d ad d e c a l o r ha de se r evacuada

de a l g una mane ra , y l o más r áp id amen te pos i b l e .

E l mecan i smo e s s im i l a r en e s t o a l f r eno de

t ambo r, con l a d i f e r en c i a de q ue l a s upe r f i c i e de

f r e nado e s meno r pe ro l a eva cua c i ó n d e l ca l o r a l

amb ien te e s mucho me jo r, compensando

amp l i amen te l a meno r s upe r f i c i e de f r e nado .

F ig . 2 .5 F ig . 2 .6

2 . 4 . COMPONENTES Y DAÑOS EN UN D ISCO DE FRENADO .

Ex i s t e n d i f e r en t e s t i p o s de d i s c o s de f r e no .

A l g uno s son de a ce r o mac i zo m i en t ra s q ue o t r o s

e s t án rayado s en l a s upe r f i c i e o t i e nen agu je ro s

q ue l o s a t rav i e s an . E s to s ú l t imo s , denominados

d i s co s ven t i l ado s , ay udan a d i s i p a r e l c a l o r.

Pág. 17

F ig . 2 .7

E j emp l o : Func i o nam ien to bá s i c o de un s i s t ema d e

f r e nado en d i s co .

1 ) 2 ) 3 )

F ig . 2 .8

1 ) E l l í q u id o de f r e no s c i r c u l a po r e l c i r c u i t o

h i d r áu l i c o ha s ta p r e s i o na r e l p i s t ón y empu ja r l a

p as t i l l a c on t ra e l d i s co ( a zu l ) .

2 ) La p re s i ó n c on t ra e l d i s co hace que l a p a s t i l l a se

a l e j e de l p i s t ón , empu jando l a o t ra p as t i l l a c on t ra

e l d i s co .

3 ) E l r o zam ien to en t r e l a s p a s t i l l a s y e l d i s co f r e na l a

r ueda .

Pág. 18

Daños en l o s d i s c o s de f r e no

Lo s d i s c o s p ueden su f r i r d i f e r en te s daño s : a l abeo ,

rayado , r o t u ra y c r i s t a l i z a c i ó n .

F ig . 2 .9

A l abeo : E l a l ab eo s e p roduce po r un s ob r e ca l e n tam ien to d e l a s upe r f i c i e d e f r e nado que

p r ovo ca una de f o rmac ión en e l d i s co .

E s t o p rovoca v i b ra c i ones en l a f r e nada y una

d i sm inuc i ó n en l a p o ten c i a de f r e nado . E l a l abeo puede se r p r even id o c on un t a xeo una menos

ex igen t e c on l o s f r e no s . P i s a r e l f r e no c on t i nuamen te p r ovo ca una g ran c an t i d ad de c a l o r,

po r l o q ue debe ev i t a r s e . Pa ra ve r i f i c a r se m id e c on m i c r óme t ro ( e l e sp eso r ) y c on un comparado r

de d i a l o c a r á tu l a ( pa ra med i r l a de fo rmac i ón ) .

F ig . 2 .1 0

Pág. 19

Ro tu ra : La r o t u ra e s t á e n t odo s l o s t i p o s de d i s co s , e n l o s q ue pueden apa re ce r g r i e t a s e n t r e

l o s agu je ro s ( p a ra l o s ven t i l ado s y s úpe r ven t i l ad os ) , y g r i e ta s e n l a s upe r f i c i e de f r i c c i ó n

q ue t i e ne e l d i s c o .

F ig . 2 .1 1

Rayado : E s p roduc id o cuando l a s b a l a t a s de f r e no no e s t án b i e n i n s t a l ad a s o s on de ma te r i a l más

du r o q ue e l ma te r i a l p r oven i e n t e d e l o s d i s c o s , e s to a l f r e na r p r ovo ca un rayado en e l c ua l ha ce

que e l d i s co , e n l a s upe r f i c i e de f r i c c i ó n se de fo rme . La so l u c i ó n p a ra e s te p r ob l ema e s e l

r e c t i f i c ado de ambos d i s co s . Pe ro a ve ces e s a c ausa de l a ma l i n s t a l a c i ó n d e e se s i s t ema

F ig . 2 .1 2

C r i s t a l i z a c i ó n : E l d i s co se c r i s t a l i z a c uando , a l momen to de f r e na r, e l ma te r i a l d e f r i c c i ó n de l

d i s co con l a s b a l a ta s gene ran una mayo r y a s u ve z g ene ran que l a r e s i na q ue c on t i e ne e l ma te r i a l

d e f r i c c i ó n se haga l i q u id a y s uba a l a supe r f i c i e f o rmando una c apa que ev i t a e l r o zam ien to y l a

ab ra s i ó n en t r e ambos ob je t o s , p r ovo cando que e l d i s co o l a p as t i l l a s e de te r i o r en , q uedando l a

p as t i l l a c on un b r i l l o e n l a s upe r f i c i e y c on t ex tu ra

Pág. 20

u l t ra d u ra y e l d i s co en c amb i o de un c o l o r a zu l ado , p ud i endo apa re ce r m i c r o f i s u ra s a ra í z de

d i c ha c r i s t a l i z a c i ó n . Pa ra e s te d año hay que r eemp l a za r e l d i s co o l a pa s t i l l a de f r e no po r uno

nuevo La " c r i s t a l i z a c i ó n " de z apa ta s y ba l a t a s e s una ev idenc i a c onc l uyen te de que l o s f r e no s f ue ron

abusados y po r l o t an to r e ca l e n t ado s .

F ig . 2 .1 3

2 . 4 .1 . BALATAS DE FRENADO

La s b a l a t a s e s tán d i señadas pa ra p roduc i r una a l t a

f r i c c i ó n c on e l d i s c o . E l ma te r i a l d e l q ue e s t én c ompue s t a s de t e rm ina ra l a du ra c i ón , po t enc i a de

f r e nado y s u c ompo r t am ien to en cond i c i o ne s adve r s a s .

Deben se r r e emp l a zada s r egu l a rmen te , y muchas

e s t án equ ip ada s c on un senso r q ue a l e r t a a l

c onduc to r c uando e s ne ce sa r i o ha ce r l o . A l g unas t i e nen una p i e za de me ta l que p rovoca que suene

un ch i l l i d o c uando e s tán a p un to de g as t a r se , m i en t ra s q ue o t ra s l l e van un ma te r i a l q ue c i e r ra

un c i r c u i t o e l é c t r i c o q ue ha ce que s e i l um ine un t e s t i g o en e l cuad ro de l conduc t o r.

H as t a ha ce po co t i empo l a s ba l a t a s con t en í an

a sb es to , q ue ha s i d o p roh ib i d o p o r r e su l t a r c a r c i nógeno . Po r l o t an to , a l t rab a j a r con

veh í c u l o s an t i guo s s e debe t ene r e n cuen ta q ue no s e debe i nha l a r e l p o l vo q ue pueda e s t a r

Pág. 21

dep os i t ad o en l a s i nmed i a c i one s d e l o s e l emen tos de f r e nada .

A c t ua lmen te l a s ba l a t a s e s t án l i b r e s a l 100% de

e s te ma te r i a l , ya q ue f ue ca t a l ogado c omo ca r c i nógeno .

F ig . 2 .1 4

T i p o s d e b a l a t a s de f r e no

Ce r ám i ca s : E s te t i p o d e b a l a t a s e s t án compue s t as

po r c e r ám ic a y f i b ra de cob r e , l o q ue pe rm i t e que l a s b a l a ta s de e s te t i p o con t r o l e n l a t e ndenc i a de l

f r e no a p e rde r po t enc i a a t empe ra tu ra s más a l t a s

y s e r e cupe r en de mane ra más r áp id a l uego de de t ene r e l veh í c u l o o móv i l d e l d i s co .

F ig . 2 .1 5

Pág. 22

Orgán i c a s : Es t án c ompues t a s p o r ma te r i a l e s c omune s y a l guno s con e l g ra f i t o , r e s i na s y f i b ra s ,

e s t a s son de una i nme jo rab l e c a l i d ad y adhe renc i a a l f r e na r, g ene ran menos c a l o r q ue l a s me tá l i c a s y

e s te t i p o de b a l a ta s ne ce s i t a un r oda j e e n l o s p r ime ro s k i l óme t ro s .

F ig . 2 .1 6

Sem i me tá l i c a s o me tá l i c a s : E s t án c ompue s t a s po r ma te r i a l e s de f r i c c i ó n c omo e l h i e r r o , l a f r i c c i ó n

en cond i c i o nes d e se co y mo jado no va r í an demas i ado , po r l o q ue t i e ne me jo r f r e nada en

c ond i c i o nes de mo jado que l o s o t r o s t i p o s de

p as t i l l a . L a d u ra c i ó n e s muy e l evada , l l e gando a a l c anza r l o s 15 .000 k i l óme t ro s . E l c a l o r

de sp r end ido e s mucho mayo r q ue l o s o t r o s t i p o s .

F ig . 2 .1 7

Pág. 23

CA PITULO 3 . R UTA DE PR OCESO .

3 .1 . METODOLOGIA

L l e va r a c abo p r uebas s e mode l ado y de sgas t e s de f r e nado que pe rm i t an d e te rm ina r e l d e sempeño d e l

a r r eg l o d i s co -ba l a t a e n t é rm ino s d e l coe f i c i e n t e de f r i c c i ó n , l a t empe ra tu ra , pé rd ida de masa y

de sgas t e .

¿ Qué s e p r et ende co n e l aná l i s i s?

De te rm ina r t en s i o ne s , ob tene r d i s t r i b u c i o ne s de

t empe ra tu ra , ve r c ómo evo l u c i o na e l

S i s t ema , c a l c u l a r f r e cuenc i a s y m odo s p r op io s ,

e s t a p r egun ta no s de t e rm ina rá e l t i p o de aná l i s i s a r ea l i z a r.

¿ Có mo va a s e r la geomet r ía que vamos a ana l i za r?

Segu ramen te c ono cemos l a geome t r í a r e a l d e l p r ob l ema , pe r o a l a ho ra de r e a l i z a r s u

Aná l i s i s d ebe remos s imp l i f i c a r l a a l máx imo e n

f un c i ó n de l ob je t i v o de l aná l i s i s , ya q ue l a mayo r í a de l o s de t a l l e s s on supe r f l u o s y l o ún i co q ue

c on l l e van e s un c onsumo exce s i vo de t i empo de c á l c u l o y de e spa c i o de a lmacenam ien to . Pa ra e l l o

debe remos bus ca r p o s i b l e s s ime t r í a s , an t i s ime t r í a s , ax i s im e t r í a s de l p r ob l ema , p rob l emas de

t e n s i ón o de f o rmac ión p l ana s , e l im i na c i ó n de de t a l l e s s upe r f l u o s : rad i o s de a cue rdo , e n t a l l a s , l a

geome t r í a pod r emos de c id i r e l o l o s t i p o s de e l emen to s a u t i l i z a r, l a s ca ra c te r í s t i c a s de l o s

m i smos , a s í como l a s p r op i ed ad e s de e l o l o s ma te r i a l e s (módu l o de e l a s t i c i d ad ,

c onduc t i v i d ad , . . . ) a emp le a r.

Pág. 24

¿ Qué r es u l t ados es per amos o bt ener ?

Pa ra pode r s abe r s i hemos r ea l i z ado c o r r e c tamen te e l aná l i s i s o s i r ep re sen t a b i e n l a r ea l i d ad ,

debe remos t e ne r una i d ea de c ómo va a r e sponde r. Po r e j emp lo , s i e s t amos ana l i z ando una t ube r í a

s ome t i d a a p r e s i ó n i n t e r i o r y l o s r e su l t ado s nos

i nd i c an que d i sm inuye e l rad i o d ebe remos pensa r q ue hemos mode l ado ma l e l s i s t ema , b i e n en l a

ap l i c a c i ó n d e l a s c a rg a s , e n e l ma l l a do , e t c .

Una ve z e s t ud i ado s e s t o s p un to s e s t amos en

d i spo s i c i ó n de r e a l i z a r un Aná l i s i s p o r E l emen tos F i n i t o s , d e spués de e s te aná l i s i s y a l a v i s t a d e l o s

r e su l t ad os conv i e ne r epa sa r l o s p un to s q ue s e han r ema r cado p a ra nues t ra s p i e za s .

3 . 2 . DESCRIPC IÓN DEL PROCESO

DESCRIPC IÓN: RUTA DE PROCESO PARA LA FABR ICAC IÓN DE TACÓN DE AV IONETA T IPO N . P.

WL ISM- 39049 . (WELLMAN)

Ins t r ucc io nes a s egu i r pa ra e l co nt ro l de l

p ro ceso .

Ins pecc ió n r ec ibo de mezc la : Rev i s a r v i s ua lmen te l a apa r i e n c i a de l a mezc l a q ue no

t e nga a cumu la c i ó n de ma te r i a p r ima , que sea homogénea .

Pes ado : t omar e l ma te r i a l en cha r o l a s , p e sa r d e

a cue rdo a l núme ro de pa r te , y va c i a r e n va so s de p l á s t i c o s .

Pas t i l l ado pone r a p un to l a maqu i na y p r epa ra r

mo ld e d e pa s t i l l a do

Co lo ca r e l embudo y va c i a r e l ma te r i a l d i r e c to a l

i n t e r i o r de c ada una de l a s c av id ade s s i n ag i t a r

p a ra ev i t a r l a s eg rega c i ó n de l ma te r i a l d e l a mezc l a .

Re t i r a r e l embudo y a comodar s i n e n te r ra r l o s dedos en l a mezc l a p a ra ev i t a r l a seg rega c i ón .

Pág. 25

Compac t a r 1 ve z y ex t rae r l a p a s t i l l a , a comodar e n t ab l a s y / o l am ina s a como sa l e de l mo lde .

Ap i l a ndo en h i l e ra s c u idando d e no de spo s t i l l a r l a p a ra s u t ran spo r te a p r en sado .

No t a : l imp i a r c ons t an temen te l o s punzones de

p as t i l l a do p a ra ev i t a r l a a cumu l a c i ó n de po l vo F i no

de l a mezc l a y q ue se l l e g uen a f o rma r p r o tube ranc i a s y / o c a s ca ras de ma te r i a l d e f r i c c i ó n

q ue de fo rmen l a pa s t i l l a .

Pr ens ado : p one r a p un to l a p r ensa , p l , cm, pm y p r epa ra r mo l des c a rg a r l o s mo ld es c a l i e n te s d ando

v ue l t a a l a p as t i l l a p a ra ev i t a r q ue s a lg a po ro sa y / o con acumu la c i ó n de ma te r i a p r ima ( g r umos) e n

l a c a ra s upe r i o r de l a b a l a t a .

An t e s de ex t rae r l a p i e za r eb abea r con l ima l a

p a r te i n f e r i o r de l a ba l a t a p a ra ev i t a r ma te r i a l .

C l avado en r e c t i f i c ado y q ue s a l ga f ue ra de med id a

l a mue sca y c ha f l á n de l p r oduc t o .

L imp i a r con cha r ra s ca l a mue s c a de l o s ex t r emos

de l a ba l a t a .

R ec t i f i cado pr ev io : u t i l i z a r d i spo s i t i v o mú l t i p l e

p a ra p r e r e c t i f i c a r e l ma te r i a l y g a ran t i z a r e l p a ra l e l i smo .

Empezando c on l a c a ra s upe r i o r p o r l o t e p a ra c on t i nua r con l a c a ra i n f e r i o r po r l o t e .

1e r. L a c a ra s upe r i o r r e c t i f i c a r de 0 . 005 " - 0 . 010 "

2 a . c a ra i n f e r i o r r e c t i f i c a r d e 0 . 001 " - 0 .005 "

E l a c abado de l r e c t i f i c ado debe rá se r f i n o

Barr enado : p o r l o ab ra s i vo de l ma te r i a l l a d u ra c i ón de l f i l o de l a s b ro ca s e s t á l im i t ado y

hab r á q ue cu ida r de no d espo s t i l l a r l o s d i áme t ro s de l o s b a r r enos po r f a l t a d e f i l o .

L a d u ra c i ó n de l o s f i l o s e s :

- 2 b a r r eno s 25 a 30p z s

- 3 b a r r eno s 20 a 25p z s

Pág. 26

No ta : e n c ada c amb i o de b ro ca l i b e ra r l a ope rac i ó n c on d i spo s i t i v o de po s i c i ó n de b a r r eno s .

Fondo de ca j a , e l c on t r o l d e l a ope ra c i ón s e r á m ín imo c ada 5 p i e za s b a r r enadas .

Se debe t e ne r s u f i c i e n te s b r o ca s po r e l c amb io c ons t an te pa ra no p a ra r e l p r o ce so .

Pa ra ev i t a r pa ra r l a ope ra c i ó n de b a r r enado .

R ec t i f i cado f ina l : u t i l i z a r e l d i sp os i t i vo mú l t i p l e p a ra d a r e l r e c t i f i c ado f i n a l s o l o a l a c a ra

s upe r i o r de l a b a l a ta cu id ando e l p a ra l e l i smo , l a apa r i e n c i a de l ma te r i a l d ebe s e r f i n a , no rayada n i

d e spo s t i l l ad a .

H or neado: ho rnea r e l ma te r i a l a g rane l en c a j a s y / o r e j a s

Ins pecc ió n F ina l : r ev i s a r y s epa ra r e l ma te r i a l

c on apa r i e nc i a po ro sa , g rumosa en l a c a ra s upe r i o r.

Pág. 27

CA PITULO 4 PR OCESO DE SIMULA CIÓN DE A NÁL ISIS ESTR UCTUR AL DEL MODELADO DE

DISCO EN AN SYS

E l a ná l i s i s po r e l emen to s e s una t é cn i c a de s imu l a c i ó n po r c ompu tado r u sada en i ngen i e r í a .

U sa una t é cn i c a numér i c a l l amada Mé todo de l o s

e l emen to s f i n i t o s .

L a s ap l i c a c i o ne s a imp lementa r a l a s p i e za s o s i s t ema que s e r ep re sen t a po r mode lo s

geomé t r i c amente en e s t e t r ab a jo , con s tan de mú l t i p l e s r eg i ones d i s c r e ta s s imp l i f i c ad as y

c one c t adas . Las e cua c i o ne s de equ i l i b r o , j un t o con c ons ide ra c i ones f í s i c a s ap l i c ab l e s a s í c omo

r e l a c i o ne s cons t i t u t i v as , se ap l i c an a c ada e l emen to , y se c ons t r uye un s i s t ema de v a r i a s

e cuac i o ne s . E l s i s t ema de e cua c i o ne s se r e sue l v e p a r a l o s v a l o r e s de s cono c id os u sando t é cn i c a s de

á l geb r a l i n ea l o e squemas no l i n e a l e s , d epend i endo de l p r ob l ema . S i e ndo un mé todo

ap rox imado , l a p r e c i s i ó n de l o s mé todos FEA

( F i n i t e E l emento Ana l y s i s ) puede se r me jo r ada r e f i n ando l a d i s c r e t i z a c i ó n en e l mode l o , u s ando

más e l emen to s y nodo s .

Comúnmen te se u sa FEA ( F i n i t e E l emen to Ana l y s i s ) en de te rm ina r l o s e s f ue r zo s y d e sp l a zam ien to s e n

s i s t emas mecán i c o s . E s además u sado de mane ra r u t i n a r i a e n e l aná l i s i s d e mucho s o t r o s t i p o s de

p r ob l emas , e n t r e e l l o s T r an s f e r en c i a de c a l o r , d i nám i ca de f l u i do s , y e l e c t r omagne t i smo . Con FEA

s e p ueden mane j a r s i s t emas c omp le j o s c uya s s o l u c i o nes an a l í t i c a s s on d i f í c i lmen te encon t r ada s .

An t e r i o rmen te menc i onamos l a s e cuenc i a que

hab r í amos de s egu i r y e l g rupo de s o f twa r e q ue

u t i l i z a r í amos pa r a r ea l i z a r e l a ná l i s i s d e l d i s c o de f r e nado de l av i ó n Ce ssna 150 , e s t a e s l a ú l t ima

s e c c i ó n de t odo e l p r o ce s o ; y de i g ua l mane ra de s c r i b i r emos p aso s a pa so e l p r o ce so y e j e cu c i ó n

c on l a ap l i c a c i ó n d e p rog ramas c ompu ta c i o na l e s de i ngen i e r í a pa ra ev a l ua r c omponen te s o e nsamb l e s

ANSYS .

Pág. 28

I n i c i a m o s l a a p l i c a c i ó n d e t r a b a j o d e l a s i g u i e n t e m a n e r a ,

n o o l v i d e m o s q u e e x i s t e n v a r i a s f o r m a s d e e j e c u t a r l a

a p l i c a c i ó n l a p r i m e r a s e r e a l i z a d e s d e l o s a c c e s o s d i r e c t o s

d o n d e s e e n c u e n t r a l a a p l i c a c i ó n d e A N S Y S .

4 . 1 . IMPORTACION DEL MODELO GEOMETRICO

E l p r ime r pa so en FEA , p r e -p ro ce sam ien to , e s

c ons t r u i r un mode lo d e e l em en tos f i n i t o s d e l a e s t r u c t u ra a se r ana l i z ad a . En mucho s p aque t e s de

FEA s e r equ i e r e de l a e n t rada de una de s c r i p c i ón t opo lóg i c a de l a s c a ra c te r í s t i c a s g eomé t r i c a s de l a

e s t r u c t u ra .

É s t a p uede se r 1D, 2D, o 3D. E l ob j e t i vo p r i n c i p a l

d e l mode lo e s r ep l i c a r de mane ra r ea l i s t a l o s p a r áme t r o s impo r tan t e s y c a rac t e r í s t i c a s d e l

mode lo r e a l . L a mane ra más senc i l l a pa ra c onsegu i r s im i l a r i d ad en e l aná l i s i s e s u t i l i z a r

p l ano s p r e ex i s t e n te , mode l o s CAD, o d a to s impo r t ado s de un amb i en te FEA . Una vez s e ha

c r e ado l a g eome t r í a , s e u t i l i z a un p r o ced im i en to p a ra de f i n i r y d i v i d i r e l mode lo e n "pequeños "

e l emen to s . En g ene ra l , un mode lo d e e l emen tos f i n i t o s e s t á de f i n i do p o r una ma l l a , l a c ua l e s t á

c on fo rmada po r e l emen to s y nodos .

L o s nodos r ep r e sen tan pun to s en l o s c ua l e s s e

c a l c u l a e l d e sp l a zam ien to ( aná l i s i s e s t r uc t u ra l ) . L o s paque t e s de FEA enume ran l o s nodo s como una

he r ram ien t a de i d en t i f i c a c i ó n . Lo s e l emen to s e s t á n

Pág. 29

de t e rm inado s po r con j un t o s de nodo s , y de f i nen p r op i ed ade s l o c a l i z ada s de masa y r i g i d e z . Lo s

e l emen to s t amb ién e s t án de f i n i d o s po r l a nume ra c i ó n de l a ma l l a , l a c ua l p e rm i te

r e f e r en c i a r l a c o r r e spond ien t e de f l e x i ó n o e s f ue r zo ( en aná l i s i s e s t r u c t u ra l ) p a ra una l o c a l i z a c i ón

e spe c i f i c a .

1 .- En l a b a r ra d e menú , i l u s t ra c i ó n . E l r e su l t ado de e s t a i n s t r uc c i ó n una ven tana eme rgen te d onde

debemos e l eg i r e l s i s t ema de un i d ade s (m i l íme t r o s ) de t raba j o p a ra gene ra r e l mode l o de

l a geome t r í a de l d i s co .

D i r e c c i o n a m o s l a u b i c a c i ó n d e l a r c h i v o e n c u e s t i ó n > e n

t i p o d e a r c h i v o s c a m b i a r p o r I G S .

C o m o s e m u e s t r a l a i l u s t r a c i ó n , o b t e n e m o s e l d i s c o d e

f r e n o .

Pág. 30

La s s i g u i e n te s i n s t r u c c i o ne s s e r án e sp ec i f i c a r l e p a r áme t r o s a l a ap l i c a c i ó n p a ra d a r l e he r ram ien t as

y l a s e j e cu te p a ra a r r o j a r nos l a i n f o rmac ión y e l aná l i s i s .

Tenemos e l mode lo de l a geome t r í a de l d i s c o de

f r e no , p e ro , s e r á ne cesa r i o ag r ega r l e un c omponen te den t r o d e l m i smo mode lo , e s ta

r ep re sen t a ra l a ba l a t a o p as t i l l a de f r e no , e s t a s

do s p i e zas f o rma n p a r te , e n t r e o t ra s , d e l s i s t ema de f r e no de l t r e n p r i n c i p a l . L a s c ons ide ra c i o nes

c omo l a s p a r te s más impo r t an t e s e n cuan to a a c t ua c i ón , p a r t i c u l a rmen te , son l o s a c ce so r i o s de l

s i s t ema de f r e no que r e a l i z an e l t r aba jo , d e ab so rbe r l a ene rg í a c i né t i c a de l a maqu i na o

c ue rp o en mov im i en t o que s e en cuen t r e i n s t a l ado .

Pág. 31

4 .2 . D ISEÑO DE BALATA

E l r e su l t ado en t once s e s l a v i sua l i z a c i ó n den t r o de l amb i en te de FEA p a ra ve r y p a ra i d en t i f i c a r

c omp le t amen te l a s imp l i c a c i o ne s de l aná l i s i s . He r ram ien t a s numér i c a s y g r á f i c a s pe rm i t en l a

l o c a l i z a c i ó n p re c i s a de i n f o rmac i ón c omo e s f ue r zos

y d e fo rmac ione s a se r i d en t i f i c ada s en nue s t ra b a l a ta .

E l a ná l i s i s d e e l emen to s f i n i t o s pe rm i te una de t a l l ad a v i s ua l i z a c i ó n de en donde l a s e s t r u c t u ra s

s e dob l an o tue r c en , e i nd i c a l a d i s t r i b uc i ó n d e l e s f ue r zo y l o s de sp l a zamien to s . Aná l i s i s d e

e l emen to s f i n i t o s p roveen un amp l i o rango de op c i o ne s de s imu l a c i ó n p a ra con t r o l a r l a

c omp le j i d ad de ambos , e l mode lado y e l aná l i s i s d e un s i s t ema .

Pág. 32

En e s te p u n to expond remos de f o rma s im i l a r, e l

n i ve l d e seado de p re c i s i ó n y l o s r eque r im ien t o s d e l o s aná l i s i s d e l o s e l emen tos f i n i t o s d e sa r r o l l ad os

en nue s t ra p i e za .

Pág. 33

4 . 3 . MODELADO DE LA BALATA

1 . Pa ra c on t i nua r e s ne ce sa r i o t e ne r nue s t r o mode lo de l d i s co en v i s t a d e l í n ea s , de e s te mane ra s e nos

f a c i l i t a ra l a man i p u l a c i ó n d e l a s he r ram ien t a s de

d i b u jo , ya q ue c r e amos una supe r f i c i e sob re e l vo l umen que r ep re sen t a a l d i s c o , p a ra e l l o , e n l a

b a r ra d e menús> Menú P l o t> L i ne s , e s to mos t ra ra l a s l í n e as q ue c on fo rma r e l d i s c o .

2 . E l eg imos l a s e c c i ó n de menú p r i n c i p a l >P rep r o ce sso r> po s te r i o rmen te Mode l i ng> den t r o

de l s ubmenú , e l e g imos C r ea t e> l i n e> s e de sp l eg a ran f o rmas pa ra c r e a r l í n ea s .

E s t a he r ram ien t a de mode l ado pa ra c r ea r l í n e as ,

e n e s t e c a so a r co s , f un c i o na e l i g i e ndo pun to s ( keypo i n t s ) , e spe c í f i c amen te d os p un to s y un

Pág. 34

rad i o , so l o d i b u j a ra una pa r te d e un c i r c u l o c r e ado a p a r t i r d e l rad i o d e seado , e nce r rado po r

e so s do s c í r c u l o s .

Se gene ran dos a r c o s , c on d i f e r en te s d imens i one s

uno de b a j o de l o t r o c on n o f f se t p r uden te pa ra f o rma r nue s t r o s egundo e l emen to b a l a t a de f r e no ,

de a cue rdo a l a s d imens ione s de su supe r f i c i e

1210 mm

No ta : Cabe menc i ona r q ue l a s imu l a c i ó n d inám i ca , u sada en con junc i ó n c on e l mode lado de

en samb le s , i n t r o duce l a ne ce s i d ad de un i r c omponen te s de d i s t i n to s ma te r i a l e s y geome t r í a s .

A s í e s q ue se debe t e ne r l a c omprens i ó n p a ra u t i l i z a r f á c i lmen te f i ab l e s c one c to r e s e n l o s

mode lo s , l o s c ua l e s p ueden i n c l u i r un i one s que pe rm i ten mov im i en to r e l a t i v o en t r e l o s

c omponen te s , r emache s , y so l d adu ra s .

3 . Sumaremos l a s l í n e a s c r e adas p a ra f o rma r una supe r f i c i e , e n e l m i smo menú p r i n c i pa l> mode l i ng>

c r e a te>area s> by l i ne a s se s e l e c c i ó n c ada l í n e a

que comprenda l a s upe r c i f c i e .

A h o r a t e n e m o s l o s d o s e l e m e n t o s q u e a c t u a r a n e n

c o n j u n t o e n l a s i m u l a c i ó n , s o l o r e s t a d e f i n i r

r e s p e c t i v a m e n t e , s u s p a r á m e t r o s d e t r a b a j o y l a s

p r o p i e d a d e s d e m a t e r i a l e s .

Pág. 35

4 .4 . MATER IAL PARA LA FABR ICAC ION DE D ISCOS

Gene ra lmen te p a ra l a e l abo rac i ó n de un d i s co ( f ab r i c a c i ó n ) s e u t i l i z a a ce ro i nox id ab l e 420

(2 c r 13 ) , mecan i z ado cn c y t odo s s on de t r a t am ien to t é rm i c o .

E s t e ma te r i a l 2C r13 a ce r o i n ox idab l e 4C r13

p r op i ed ade s i nox id ab l e : l a f u e r za , l a d u re za de a ce ro 3CR13 , de spué s de l t ra t am ien to t é rm i c o d e

a l t a r e s i s t e n c i a y r e s i s t e n c i a a l d e sga s te .

P r op i ed ade s : c on ten id o de c a rb ono , t i ene una mayo r r e s i s t en c i a , d u re za y t emp l ab i l i d ad , l a

r e s i s t e nc i a a l a c o r r o s i ó n , l a e s tab i l i d ad t é rm i c a

b a j a , p o ca so ldab i l i d ad .

C a rac t e r í s t i c a s : 304 i nox idab l e , C r, N i meno s c on ten id o aumen tado f r í o f ue r za de t raba j o a l a

t ra c c i ó n y d u re za , no magné t i c o , magné t i co , pe ro de spué s de t rab a jo e n f r í o .

P r opó s i t o s : Tr en , av i ó n , Ca ra c t e r í s t i c a s : 304 a ce ro

T i t an i o e l emen to p a ra ev i t a r l a co r r o s i ón i n t e rg ranu l a r ; ade cuado pa ra s u u so a una

t empe ra tu ra de 430 ℃ - 900 ℃ . U so s : av i o ne s .

Pág. 36

4 .5 . DEF INC ION DEL T IPO DE ELEMENTO PARA EL MODELO GEOMETRICO

1 . De f i n i r emos e l t i p o de e l emento p a ra e l mode l o d e l

d i s co de l ma te r i a l d e t raba j o de spué s de e f e c t ua r e n menú p r i n c i p a l>p rep r o ce sso r>e l emen t

t ype>add / ed i t / de l e te , r ep re sen t ado en l a

i l u s t ra c i ó n

2 . Emerge r á una ven t ana , d onde p r o cedemos de l a

s i g u i e n te mane ra , op r im imos e l bo t ón add> , eme rge r á o t ra ven t ana d e s e l e c c i ó n , e l f i c he r o

i z q u i e rd o mues t ra l a l i b r e r í a s d e t i p o s d e e l emen to s , se l e c c i o namos> so l i d , e l s i g u i e n te

f i c he r o mues t ra e l con t en ido de e l con ten ido d e l a l i b r e r í a se l e c c i o nada , e n e s te c a so> T ET 10 NODE

187> OK .

C o n t i n u a r e m o s i n t r o d u c i e n d o a l a a p l i c a c i ó n l a s

p r o p i e d a d e s d e l m a t e r i a l d e l e l e m e n t o d i s c o .

Pág. 37

3 . Ce r ramos l a s he r ram ien t a s den t r o d e l menú p r i n c i p a l , p o s te r i o rmen te e l eg im os

Menú p r ep ro ce s so r> ma te r i a l p r op s> ma te r i a l mode l s .

4 . Se l e c c i o namos s t r u c t u ra l> l i ne a r> I s o t r op i c , a l d a r

e s t a u l t ima i n s t r u c c i ó n apa re ce rá o t ra ven t ana

donde se p i de p ropo r c i ona r a l g unos da ro s , e spe c í f i c amen te p rop i edade s mecán i c as de l

ma te r i a l d e l d i s c o .

D e f i n i c i ó n d e l c o m p o r t a m i e n t o d e l m a t e r i a l d e l m o d e l o

S o l i c i t u d d e p r o p i e d a d e s

E x i s t e n do s campos a r e l l ena r, e l p r ime ro con

nomenc l a t u ra ex , r e f i e ra a l modu l o de e l a s t i c i d ad de l ma te r i a l ( 2 . 1e04Gpa) a c e ro i nox id ab l e , e l

s i g u i e n te c ampo PRXY (0 .27 a 0 .30 ) , r e f e r enc i a en e l ap énd i c e I I r equ i e r e l a r e l a c i ó n d e Equason ,

s i e ndo l o s d a to s r e a l e s p a ra e l aná l i s i s .

Pág. 38

Reco rd emos que l a ap l i c a c i ó n t rab a j a ad i c i o na lmen te , r e co rdemos u t i l i z a r l a s

magn i t ude s e s un m i smo s i s t ema de un id ade s , en e s te c aso , s i s t em a mé t r i c o .

4 . 6 MALLADO DEL CUERPO GEOMETRICO DEL D ISCO DE FRENO DE TREN PR INC IPAL

Debemos ap l i c a r una he r ram ien t a p a ra ma l l a r e l

mode lo de d i s co , e n menú p r i n c i p a l >p r ep ro ce s so r

>submenú>mesh i ng> mesh t oo l , emerge rá una ven t ana p a ra camb ia r l e l o s a t r i b u t o s de e l emen to ,

l a c ua l no s se r v i r á p a ra gene ra r e l ma l l ado de l mode lo . En e l l a a c t i va r emos l a b a r ra d e s l i z ado ra

q ue p e r tene ce a sma r t s i ze e n l a p a r te s upe r i o r, en e l c en t r o hay un f i c he ro , e s l a p a r te donde

debemos e s coge r e l t i p o de geome t r í a de l e l emen to .

En sma r t s i ze , d e s l i z a r emos l a b a r ra ha s t a ma r ca r

3 e s ta e va l o r no s r e su l t a ra l a f i ne za de l a ma l l a , e s de c i r, m i en t ra s más c e r c ano a uno de una

e s ca l a de uno a d i e z , se r á más d e ta l l ad a l a ma l l a .

Pág. 39

4 . En l a s e c c i ón de con t r o l e s de t amaño , s i ze c on t r o l> op r im imos e l b o t ón SET, pe r t e ne c i e n t e a

g l ob a l , i l u s t ra c i ó n , a con t i nua c i ó n i ng re sa r emos do s va l o r e s de l o s c ua l e s uno de f i n i r á e l t amaño

de c ada e l emen to .

P r ede te rm inadamen te , e l p r og rama l o s p a r áme t ro s

e n ce r o s , e l p r ime ro i nd i c a l a l o ng i t ud de l o s bo rde s de l o s e l emen to s , e l s egundo e l nume ro de

d i v i s i o ne s de c ada e l emen to , aqu í e l c e ro i nd i c a q ue no hab r á d i v i s i ó n a l guna , s e r á una p i e za p o r

a s í d e c i r l o

5 . Reque r imos ma l l a r nues t r o mode lo , e n l a i l u s t ra c i ó n , se mues t ra o t ra he r ram ien ta p a ra

r ea l i z a r e s t a a c c i ó n , e n l a p a r t e i n f e r i o r de l c uad ro

de he r ram ien ta s d e ma l l ado , c on t a c tamos c on un bo t ón mesh , que a l op r im i r l o emerge r á un cuad ro

de he r ram ien t as de s e l e c c i ó n .

6 . Se l e c c i o na remos de l c ue rpo de l g eomé t r i c o> a l v i s ua l i z a r q ue e l v o l umen e s te p i n t ado com o s i g no

de se l e c c i ó n > op r im i r l o> ok .

Pág. 40

S e l e c c i ó n d e l c u e r p o g e o m é t r i c o p a r a s u m a l l a d o .

E l d i s co mos t ra ra o t r o a spe c t o , se d i s t i ngu i r án l o s e l emen to s q ue l o con fo rman , b r evemen te se

exp l i c a ra l a s cue s t i ones de l t amaño de l a ma l l a , a p re c i amos una ma l l a po co f i n a , deb id o a l a

s e l e c c i ó n de l a e s ca l l a de l a ma l l a .

No rma lmen te l e p ro ce so de ma l l a do e s t a rd ado , l a ra zón p r i n c i p a l e s l a f o rma de l a geome t r í a , l o s

de t a l l e s q ue con t engan y p o r s upue s to e l t amaño .

4 . 7 . CONDIC IONES DE FRONTERA .

En e s ta se c c i ón , s e e n fo ca ra a l a ap l i c a c i ó n de l a s

c a rg as , r e s t r i c c i o ne s de d esp l a zam ien to en zona s r e sp ec t i va s . Pa ra se r p r e c i s o s mar ca remos l a s

r e s t r i c c i o ne s pe r t i nen te s e n l o s b a r r eno s donde r epo san l o s t o r n i l l o s q ue empo t ra ran a l d i s c o , l a s

f u e r za s imp l í c i t a s , pa r t i c u l a rmen te , se r á una f ue r za d i s t r i b u i d a , e l p r o ce so de de sc r i b e en e s ta

s e c c i ó n :

1 . En l a s e c c i ón de l menú p r i n c i p a l , i l u s t ra c i ón

>p rep r o ce sso r> ensegu i d a l o ad s > d e f i ne l o ad s> app l y>s t r u c t u ra l> d i sp l a cemen t> on a r e a s , ex i s t e n

d i ve r s a s f o rmas de ap l i c a r nue s t ra s r e s t r i c c i o nes .

Pág. 41

2 . Se l e c c i o namos l a s s upe r f i c i e p a ra ma r ca r r e s t r i c c i o ne s , e l ob je t i vo s on l a s a r e a s q ue

c omponen l o s t r e s b a r r eno s de l d i s co .

3 . Te rm inando l a s e l e c c i ó n nos ped i r á l o s e j e s e n l o s

q ue e l c ue rpo geomé t r i co e s t a r á r e s t r i ng id o . Se l e c c i o namos A l l d o f , s i gn i f i c a q ue hab r á

r e s t r i c c i o ne s en l o s t r e s e j e s de l p l ano de l

t r ab a jo> ok .

4 . 8 . ELECC ION DEL T IPO DE ANAL IS IS .

Debemos e spec i f i c a r e l t i p o d e aná l i s i s q ue se

de sa r r o l l a ra , po r s upue s to c ompe te a l aná l i s i s e s t á t i c o . En segu id a mos t ra r emos l o s p aso s p a ra

r ea l i z a r e s ta e l e c c i ó n :

1 . En l a s e c c i ó n de l menú p r i n c i p a l e l eg imos en menú p r ep ro ce s so r> l o ad s> ana l i s i s t y p e> new aná l i s i s ,

eme rge una ven t ana d onde se l e c c i o na r emos e l aná l i s i s e s t á t i c o :

Pág. 42

4 .9 . APL ICAC IÓN DE CARGAS

Lo s s i g u i e n t e s p aso s de l p r o ce so i nd i c an l a mane ra de ap l i c a r l a s f u e r za s o p r e s i o nes a l a s q ue en e l

t r ab a j o r e a l s e e ncuen t ran s ome t i d o a l d i s c o de f r e no , t e nemos l a mano , e n e s te c a so , l a f u e r za

q ue ap l i c a l a b a l a ta de f r e nado sob re e l d i s co .

Some temos a l d i s co con una p r e s i ó n de magn i t ud de 0 . 001034GPa de l a s i g u i e n t e mane ra :

1 . E l p r ime r p aso e s v i s ua l i z a r e l á r e a

r ep re sen t a t i va , i l u s t ra c i ó n , donde ap l i c a r emos l a c a rg a , en l a ba r ra d e menú >menú p l o t> a re a s , de

e s t a mane ra t e nd remos de f i n i d a s nue s t ra s do s p i e za s y ev i t a r con f u s i o nes , s i e s ne ce sa r i o

c amb i amos l a s v i s t a s , e s de c i r, r o t amos e l c ue rp o p a ra t e ne r una me jo r pe r spe c t i va menc i onado

an t e r i o rmen te .

V i s u a l i z a c i ó n d e l a s a r e a s c o n t e n i d a s e n e l d i s c o d e f r e n o

2 . Es e l t u r no p a ra ap l i c a r l a ca rg a , de l a s i g u i e n t e

mane ra , e n e l menú p r i n c i p a l> p rep r o ce so r> l o ad s> de f i n e l oad s>App ly>

e s t r u c t u ra l> s t ru c t u ra l> p re s su re> on a r e as , mos t ra ra l a ven t ana de s e l e c c i ó n , c on e l l a

s e l e c c i o na r emos e l á r e a d onde ap l i c a r emos l a p r e s i ó n .

Pág. 43

En l a i l u s t ra c i ó n se ap re c i a l e á r e a se l e c c i o nada

donde a p a r t i r d e e s t e momen to nue s t ra p r e s i ó n e s t a r á a l o j ad a , l a i n te r f a ce q ue s e ap r e c i a e n l a

f i g . no s s i r v e p a ra i ng re sa r l a magn i t ud de l a p r e s i ó n ( 1 .034e - 3 Gpa)

4 . 10 . VALOR APROXIMADO DEL VELOC IDAD ANGULA R DEL D ISCO

E l va l o r de l v e l o c i d ad angu l a r ob t en ido s e r ea l i zo

c on l a s máx imas r evo l u c i o nes d eb ido a q ue en e l aná l i s i s s e s ome te r á en cond i c i o nes ex t r emas de

t rab a j o c on su s va l o r e s r e sp ec t i v o s de de sempeño .

Pág. 44

4 .11 . APL IAC ION DE VELOC IDAD ANGULAR DEL D ISCO

De una mane ra s enc i l l a se ha c a l c u l ado e l va l o r de

ve l o c i dad angu l a r, e l r e su l t ado f ue ob t en ido o cupando e l máx imo de r evo lu c i o ne s , deb ido a q ue

en e l aná l i s i s e l mode l o se some te r á a cond i c i o nes

ex t r emas de t raba j o c on sus va l o r e s r e sp ec t i vo s de de sempeño .

Deb ido a q ue e l d i s co e s un e l emen to g i ra t o r i o y

po r obv i edad con l l e va una ve l o c i d ad angu l a r q ue e s p r opo r c i o nada po r l a s r evo l u c i o nes de l mo to r.

1 . Pa ra i ng re sa r e l va l o r d e l a ve l o c i dad angu l a r nos

vamos a l menú p r i n c i p a l>p rep r o ces so r> l o ads>de f i ne l oad s>app l y>

s t r u c t u r a l> i ne r t i a>angu l a r v e l o c i t y> g l ob a l ,

d e spué s de l a u l t ima i n s t r uc c i ó n debemos da r l e e n va l o r de l a ve l o c i d ad angu l a r c omo se mues t ra e n

l a s i gu i e n te i l u s t ra c i ó n

A p l i c a c i o n e s d e v e l o c i d a d .

Pág. 45

2 . Ing re sando e l va l o r ob t en ido e n e l c á l c u l o an t e r i o r, l a he r ram ien t a d e s o l i c i t ud a r r o j a t r e s

c ampos de i n f o rmac i ón , r ep re sen t an l o s e j e s de r o t a c i ó n de l c ue rpo de l o s c ua l e s so l o o cupa remos

l o s e j e s de l a c a s i l l a Z , i ng r e sa r emos 60 r p s d e ve l o c i dad angu l a r.

Apa re ce rá un s i g no r ep re sen t a t i v o en l a p a r te i n f o rma t i va d e l á r e a de l t r ab a jo , omega , q u i e r e

de c i r q ue l a ap l i c a c i ó n de ve l o c i dad angu l a r ha s i do un éx i t o .

4 . 12 . RESULTADOS DE ANAL IS IS .

La s imu l a c i ón pe rm i t i ó q ue se p roba sen c on p r e c i s i ó n l a s p r uebas y aná l i s i s d e f r e nado

u t i l i z ando l a s imu l a c i ó n d i nám i ca en e l aná l i s i s d e e l emen to s f i n i t o s pe rm i t i e ndo l o c a l i z a r l a s

c ond i c i o nes c r í t i c a s y d e te rm ina r c a ra c te r í s t i c a s e n e l d e sempeño .

Se de te rm ina ron l a s c a ra c te r í s t i c a s óp t imas e i d e a l e s de de sempeño d e l d i s eño de l a s p i e za s s i n

l a ne ce s i d ad de t oma r r i e sgo s f í s i c o s . Como un

r e su l t ad o d e FEA d i ná m i co y e s t á t i c o .

A c on t i nua c i ón de s c r i b i r emos l a me tód i ca pa ra r e so l ve r l e aná l i s i s

1 . En nue s t r o menú p r i n c i pa l s o l u t i o n> e l e g imos s o l v e> y , cu r r en t LS . E l s o f twa re i n i c i a ra e l

p r o ce so de r e so l u c i ó n de l p r ob l ema que se l e ha impue s to .

2 . S i r eque r imos r ep re sen t a c i o ne s g ra f i c a s se r ea l i z a de l a s i g u i e n te mane ra P l o t c t r l s> an ima te> s t r e s s

von m i s se s .

S e l e c c i ó n d e l t i p o a n i m a c i ó n .

Pág. 46

De e s t a mane ra se ap r e c i a l a an imac i ón d e l a s o l u c i ó n y un pano rama v i sua l d e l o q ue su cede

s egundo t ra s s egundo con e l mode lo de sp ué s de ap l i c a r se l a c a rg a .

En r e a l i d ad e l g ra f i c o q ue no s i n te r e sa e s e l q ue no s r ep re sen t a l o s r e su l t ado s f i n a l e s de e s fue r zo s

a l o s q ue e s t á s ome t i do e l mode lo , e s to s s on l o s

r e su l t ad os y l o s pa so s pa ra l a ob tenc i ó n d e l o s m i smos :

Gene r a l P o s t> P l o t Re s u l t> Con tou r P l o t> Noda l s o l u t i o n> s t r e s s> Von m i s se s .

S e l e c c i ó n d e r e s u l t a d o s

Se e s cog i ó e l c r i t e r i o de ana l i s i s po rque nos a s egu ran que l o s e l emen tos no f a l l a ran

e s t á t i c amen te , med i an te e l aná l i s i s p o r e l emen to f i n i t o po r compu tado ra y e l So f twa r e A NSYS s e

r ea l i zo e l aná l i s i s e s tá t i c o l i n e a l d e un p rob l ema t í p i co d e l a ma te r i a de e s t á t i c a , l og rando a s í

p r oba r l a e f i c a c i a de l MEF, l o g rando ob t ene r r e su l t ad os sa t i s f a c t o r i o s compa rados con l a

s o l u c i ó n ex a c ta , l og rando as í l a ve r i f i c a c i ó n de e s t a s .

Pág. 47

Se mues t ra un amp l i o p ano rama de l mode lo , se no t an que hay c amb io s d e co l o r e n l a s zona s de

r e s t r i c c i ó n l o s c ua l e s r ep re sen t an e l e s f ue r zo impo r t an te de l ob j e t i vo de l aná l i s i s

Pág. 48

En l a imagen ap r e c i amos una r eg i ón d onde se a l o j an l o s e s fue r zo s más a l t o s de a cue rdo a l a

e s c a l a , con fo rme e l co l o r se a c e r ca a l r o j o , l o s e s f ue r zo s son de magn i t ud c r í t i c o s o máx imos .

L a de fo rmac i ón que se ap re c i a d e a cue rdo a l o s e s f ue r zo s some t i d os e s de meno r magn i t ud .

Pág. 49

Es t a e s l a r ep re sen t ac i ó n g ra f i c a de l a zona c r í t i c a , e sp a c i o donde se a l o j an l o s e s f ue r zo s

máx imos ( r o jo ) , d e te rm inados p o r l a r e l a c i ó n de l o s componen te s de l o s nodo s po r e f e c to de una

s o l i c i t a c i ó n e s t á t i c a , y, en una segunda f a s e , l a de t e rm inac i ó n d e l e s t ado en c i e r t o s p un to s

c a ra c te r í s t i c o s de c ada e l emen to .

E s t e t i p o de ana l i s i s p e rm i te a co t a r l a de fo rmac i ón

de l componen te de e s t ud io y l o c a l i z a r zona s a l t amen te so l i c i t a da s o zonas de so l i c i t a c i ó n b a j a

( a zu l e s ) .

R e s u l t a d o s f i n a l e s d e l a n á l i s i s .

Pág. 50

CA PITULO 5 . FABR ICA CIÓN DE UN SISTEMA DE FR EN O

E l f r e no de d i s c o de un av i ó n Ces sna cons i s t e e n un

d i s co de h i e r r o f und ido que g i r a con l a r ueda , y una p i n za mon tada en l a s u spens i ó n de l an te ra , q ue

p r e s i o na l a s ba l a t a s con t r a e l d i s co .

Se mon tan d e modo que s e p uedan co r r e r unos m i l íme t r o s ha c i a ambos l ad os . A l p i s a r e l p eda l d e l

f r e no , l a p r e s i ó n h i d r áu l i c a empu ja un p i s tón den t r o de l a p i n za y p r e s i o na una b a l a ta c on t r a e l r o t o r .

E s t a p r e s i ó n mueve t oda l a p i n za en su mon ta je y j a l a t amb i én l a o t r a b a l a t a con t r a e l d i s co .

E s t e s i s t ema de f r e nado t i e ne l a s s i g u i e n te s

v en t a j a s :

1 . No s e c r i s t a l i z an l a s ba l a t a s , y a q ue se en f r í a n r áp id amen te

2 . Cuando e l d i s co se c a l i e n t a y se d i l a t a , s e hace

más g r ueso , aumen tando l a p r e s i ó n con t r a l a s

b a l a ta s .

3 . T iene un me jo r f r e nado en c ond i c i o nes ad ve r s as , c uando e l d i s co de se cha agua y po l vo po r a c c i ón

c en t r í f ug a .

P o r o t r a p a r te , l a s d e sv en ta j a s de l o s f r e nos de d i s co en un t r e n d e a te r r i z a j e , s on que no t i e nen l a

l l amada a c c i ó n de se r vo o d e aumen to d e po t enc i a , y s u s b a l a ta s son más pequeñas y s e g a s t an más

r áp id o .

Pág. 51

5 .1 . FABR ICAC ION DEL D ISCO

La c apac id ad de d i s i p a r ca l o r de un d i s c o de f r eno

c on c ana l e s de ven t i l a c i ó n , depende de l a geome t r í a de l o s c ana l e s , y a q ue s egún e s t a se a , p uede

f av o re ce r o en t o rpe ce r e l f l u j o de a i r e de sd e e l d i áme t r o i n t e r i o r d1 de l d i s co , a l d i áme t ro e x te r i o r

d2 .

La f i n a l i d ad de e s t e t r ab a jo c ons i s t e e n e s t ab l e ce r un mé todo g rá f i c o - numér i c o q ue p e rm i t a , d ados

uno s d a t o s p r imar i o s de l d i s eño de l d i s c o ( Lo s d i áme t r o s d1 y d2 ) , ob tene r un cana l c on una

geome t r í a ade cuada que f avo re z ca l a c i r c u l a c i ó n de l

a i r e en l a d i r e c c i ó n i nd i c ada

P a r a f a c i l i t a r l a c i r c u l a c i ó n d e l a i r e y como r e su l t ad o de l a f o rma d e l o s c ana l e s ( f i g u ra 1 ) , s e

debe p r oduc i r una c a ída de p r e s i ó n d esde l a e n t r ada ( p1 ) ha c i a l a s a l i d a ( p2 ) de l d i s c o . E s te e f e c t o se

l og r a según se a e l ángu lo de l á l abe a l a e n t r ada ( b 1 ) , e n c omb ina c i ó n con e l ángu lo de l á l abe a l a

s a l i d a ( b 2 ) . Med i an te un mé todo g rá f i c o -numér i co q ue c on d a to s q ue se ob t i enen de un CAD y se

i ng r e san a una p l an i l l a d e c á l c u l o , se de te rm inó un

b 2 máx imo pa r a q ue se ve r i f i q ue s ea p1>p2; ob se rvando que e l v a l o r de b 2 máx imo e s muy poco

s ens ib l e a l o s c amb i o s d e d1 .

Pág. 52

Ten i endo en cuen ta cons ide ra c i o ne s r e spe c to de l d i s eño d e l o s a l abe s y l a i n f l u enc i a de l a v e l o c i d ad

de l au tomóv i l p odemos dec i r q ue : de f i n i d a una geome t r í a d1 y d2 cua l e squ ie r a , t od a ve z q ue e l b 2

d e d i seño se a meno r q ue e l b 2 máx imo , e s t a r emos en cond i c i o nes de a segu r a r p1 > p2 .

Se ana l i z ó t amb ién c omo va r í a l a f o rma de l c ana l , c uando se a l t e r an l o s ángu l o s b 1 y b 2 , c on e l ob je to

de l og r a r p1>p2 , de d onde s e ob se rva :

A med i da que aumen ta e l ángu l o b 1 , e l c ana l s e ha ce c ada v e z más an cho y s u l o ng i t ud d i sm inuye . A

med id a que aumen ta b 1 , a umen ta l a d i f e r en c i a de

p r e s i ó n p1–p2 .

E s t a s c onc l u s i o nes s uponen que l o s a l abe s s on i n f i n i t amen te de lg ado s ; e l e spe so r o r i g i na una

d i sm inuc i ó n d e l a s s e c c i ones l i b r e s p a r a e l f l u j o ; en c onse cuenc i a , l o s a l ab es r ea l e s c ons t i t uyen pa ra l a

c o r r i e n te de a i r e un e s t r e cham ien to en l a en t r ada y un ensancham ien to a l a s a l i d a de l m i smo ,

mod i f i c ando l a s v e l o c i d ade s a l a e n t r ada y a l a s a l i d a ( e s t ado1 ) . Como r e su l t ado d e a cep t a r e l

h e cho que e l d i s c o po see un número f i n i t o de a l abes

´ z´ , con j un t amen te c on l a i n f l u enc i a de l e spe so r de l o s a l abe s se p r opone una geome t r í a con ten i d a en l a

t ab l a ad j un t a q ue cump le l a t o t a l i d ad d e l a s p au tas p r opue s ta s y exp l i c ada s .

Pág. 53

5 .2 . DESCRIPCIÓN: RUTA DE PROCESO PARA LA FABRICACIÓN DE

BALATA DE AVIONETA.

Ins pecc ió n r ec ibo de mez c la : Rev i s a r v i sua lmen te l a ap a r i e nc i a de l a mezc l a q ue no t e nga a cumu l a c i ón

de ma te r i a p r ima , que s ea homogénea .

Pes ado : t omar e l ma te r i a l e n cha ro l a s , p e sa r de

a cue rdo a l núme ro d e p a r t e , y v ac i a r e n v asos de p l á s t i c o s .

Pas t i l l ado p one r a p un to l a maqu i na y p r epa ra r mo ld e d e pa s t i l l a do

Co lo ca r e l embudo y v a c i a r e l ma te r i a l d i r e c t o a l

i n t e r i o r de c ada una de l a s cav id ade s s i n ag i t a r p a ra ev i t a r l a seg regac i ó n de l ma te r i a l d e l a mezc l a .

Re t i r a r e l embudo y a comodar s i n e n t e r r a r l o s de dos en l a mezc l a pa r a ev i t a r l a s eg r ega c i ón .

Compac t a r 1 v e z y ex t r ae r l a pa s t i l l a , a comodar e n t ab l a s y / o l am ina s a como sa l e de l mo lde .

Ap i l a ndo en h i l e r a s c u id ando de no d espo s t i l l a r l a p a r a s u t r an spo r te a p r en sado .

Pág. 54

No ta : l imp i a r c on s t an temen te l o s p unzones de p as t i l l a do pa ra ev i t a r l a a cumu l a c i ó n de po l v o F i no

de l a mezc l a y q ue se l l e g uen a f o rma r p r o tube r anc i a s y / o ca s ca r as de ma te r i a l d e f r i c c i ó n

q ue de fo rmen l a pa s t i l l a .

D i s eño : c on s t r u c c i ó n de mode lo s y / o p r o t o t i p o s t r i d imens i ona l e s q ue l e pe rm i tan mos t r a r y

t r an sm i t i r t odas l a s i d e as , f o rmas o f un c i o na l i d ade s de su concep to d e d i seño , p a r a de sa r r o l l a r e l

p r o to t i p o .

P r ens ado : p one r a p un to l a p r ensa , p l , cm , pm y

p r epa ra r mo lde s c a rga r l o s mo ld es c a l i e n t e s dando v ue l t a a l a p a s t i l l a p a r a ev i t a r que sa l ga p o r o sa y / o

c on a cumu la c i ó n d e ma te r i a p r ima ( g r umos ) e n l a c a r a s upe r i o r de l a ba l a t a .

Pág. 55

An te s de ex t r ae r l a p i e za r ebabea r con l ima l a p a r te i n f e r i o r de l a ba l a t a p a r a ev i t a r ma te r i a l .

C l av ado en r e c t i f i c a do y q ue s a l ga f ue ra d e med ida l a mue sca y c ha f l á n de l p r oduc t o .

L imp i a r con cha r r a s ca l a mues ca de l o s ex t r emos de l a ba l a t a .

R ec t i f i cado pr ev io : u t i l i z a r d i sp os i t i v o mú l t i p l e p a r a p r e r e c t i f i c a r e l ma te r i a l y g a r an t i z a r e l

p a r a l e l i smo . Empezando c on l a c a r a s upe r i o r po r l o t e pa ra

c on t i nua r con l a c a r a i n f e r i o r po r l o t e . 1e r . L a c a r a s upe r i o r r e c t i f i c a r de 0 . 005 " - 0 . 010 "

2 a . c a r a i n f e r i o r r e c t i f i c a r d e 0 . 001 " - 0 .005 " E l a c abado de l r e c t i f i c ado debe rá se r f i n o

Barr enado : p o r l o ab r as i v o de l ma te r i a l l a d u r a c i ó n

de l f i l o de l a s b r o ca s e s t á l im i t ado y hab r á que cu i d a r de no de spos t i l l a r l o s d i áme t ro s de l o s

b a r r eno s po r f a l t a d e f i l o .

L a d u r a c i ó n de l o s f i l o s e s : - 2 b a r r eno s 25 a 30p z s

- 3 b a r r eno s 20 a 25p z s No t a : e n c ada c amb io de b ro ca l i b e r a r l a op e r ac i ón

c on d i spo s i t i v o de po s i c i ó n de b a r r eno s . Fondo de ca ja , e l c on t r o l d e l a ope rac i ó n se r á

m ín imo c ada 5 p i e za s b a r r enadas .

Pág. 56

Se debe t e ne r s u f i c i e n te s b r o ca s po r e l c amb io c ons t an te pa r a no p a r a r e l p r o ce so .

P a r a ev i t a r p a ra r l a ope ra c i ó n de b a r r enado .

R ec t i f i cado f ina l : u t i l i z a r e l d i spo s i t i v o mú l t i p l e p a r a d a r e l r e c t i f i c ado f i n a l so l o a l a c a r a s upe r i o r

de l a ba l a t a cu i d ando e l p a ra l e l i smo , l a ap a r i e n c i a de l ma te r i a l d ebe se r f i n a , no r ay ada n i

d e spo s t i l l ad a .

H or neado: ho rnea r e l ma te r i a l a g r ane l en c a j a s y / o

r e j a s

Ins pecc ió n F ina l : r ev i sa r y s epa r a r e l ma te r i a l c on apa r i e n c i a po ro sa , g r umosa en l a c a r a s upe r i o r .

Pág. 57

Ruta de proceso para la fabricación de zapata de un avión Cessna 180 con número de parte WLISM 39049

Inspección recibo

de mezcla

Pesado

Pastillado

Prensado (rebabeado)

Contorno inferior Escalón de pieza

Rectificado previo

Ambas Cara superior Cara inferior

Espesor de 0 a 250 grados

Barrenado

Rectificado final

Cara superior

Horneado

Inspección final

Etiquetado Empaque

shrink wrap

Pág. 58

CONCLUSIONES

La s c onc l u s i o ne s ob ten id a s en e s te t rab a j o de l

s i s t ema de f r eno en e l t r e n p r i n c i p a l d e l av i ó n t i p o Ce ssna , se d e r i van de l aná l i s i s a f o ndo r e a l i z ado

a l d i s co d e f r eno y ba l a t a d e f r i c c i ó n , e l c ua l no s a s egu ra q ue en e l 5% de c a sos ex i s t e n de f i c i e n c i a s

c omo l a ap a r i c i ó n de g r i e ta s y r o t u ra s e n l a s p i e za s , e l s i s t ema de f r e nos debe se r e f i c a z , t an t o

e n de sgas t e b a j o y debe rá t ene r c a ra c te r í s t i c a s de c onduc t i v i d ad t é rm i c a e f i c i e n te s .

A l c on c l u i r e l p r e sen te t raba j o d e i nve s t i g ac i ó n ,

ponemos a c ons i de ra c i ó n l a s s i g u i e n t e s

r e comendac i one s , a f i n de que se an c ons ide rada s po r qu i e n u t i l i c e e l p r e sen t e como f uen t e de

c onsu l t a .

E l s i s t ema de f r e nos de l t r e n de a te r r i z a j e p r i n c i p a l d e un av i ó n Ce ssna además d e cump l i r e

imped i r e l b l oqueo en l a s r uedas de l av i ón , t amb ién pe rm i t e man tene r e l c on t r o l d e l m i smo en

s i t ua c i o ne s de f r e nado s ex t r emos .

Se d i señó e imp lemen to e l c i r c u i t o de l s i s t ema de f r e no s c on ma te r i a l e s a un c o s t o a c ce s i b l e , c on l a

f i n a l i d ad de de t e rm ina r q ue e l n i ve l d e segu r i d ad en e l t axeo de l a r ueda de l av i ó n , f un c i o na en

c on jun t o dando c omo r e su l t ado una ap l i c a c i ó n de

f ue r za de f r e nado en t odo momen to , i n f e r i o r a l l ím i t e d e adhe renc i a de l a ae ronave .

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GL OSAR IO DE TERMINOS

Taxeo : Una p i s t a de ca r r e t eo , p i s t a d e r oda je , p i s t a

de t axeo o c a l l e de r oda je ( de l i ng l é s t ax iway ) e s

p a r te d e l a i n f rae s t r uc t u ra de l " l ado de a i r e " ( d e l

i n g l é s a i r s i d e ) , l a c ua l p e rm i t e c one c t a r l a s zonas

de hanga re s y t e rm ina l con l a p i s t a d e a te r r i z a j e .

Ba l a t a : E s una p a s ta ( a l g unas ve ce s sem ime ta l i c a )

q ue hace que l a l l a n t a f r e ne , e l s i s t ema de ba l a t a s

e s t a den t r o de l ( t ambo r q ue e s donde en t ra e l r i n )

de l a l l a n ta y e s t á f o rmado po r un j uego de b a l a t a s

y r e so r te s .

Bu j e : P i e za c i l í n d r i c a q ue r ev i s t e po r e l i n t e r i o r e l

c ubo de una rueda u o t ra p i e za q ue g i ra a l r ededo r

de un e je : l o s b u je s d i sm inuyen e l r o zam ien to de l o s

e j e s .

C r i s t a l i z a c i ó n : E s un p ro ce so po r e l c ua l a pa r t i r d e

un g a s , un l í q u ido o una d i s o l uc i ó n l o s i o ne s ,

á t omos o mo lé cu l a s e s t ab l e cen en l a ce s ha s ta f o rmar

una r ed c r i s t a l i n a , l a un id ad b ás i c a de un c r i s t a l . La

c r i s t a l i z a c i ó n se emp l e a c on b as t an t e f r e cuenc i a en

Qu ím i c a p a ra pu r i f i c a r una sus t an c i a só l i d a .

S i s t ema An t i Sk id : Se cono ce a l s i s t ema de b l oqueo

de r ueda s q ue po seen l o s av i o ne s en su t r en

p r i n c i p a l .

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A PENDICE

TABLA DE PROP IEDADES MECANICAS ACERO

INOXIDABLE 420 (2CR13) , MECANIZADO CNC Y TODOS SON DE TRATAMIENTO TÉRMICO

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BIBL IOGRAF IA

1 . Pompón J e an P. Manua l d e d i s c o de f r e no , B rake

Sy s t em B rembo S .A . de C .V.

2 . Manua l Té cn i c o de l a pa s t i l l a de f r e no , Roadhause ,

Cap i t u l o 5 .

3 . Mar t í ne z K rahmer, op t im i za c i ó n en e l d i s eño de

d i s co de f r e no p a ra compe t i c i ó n , I n s t i t u t o Na c i o na l p a ra t e cno l og í a i ndus t r i a l , 2000 .

4 . Mecán i ca de ma te r i a l e s

Fe rd i nand P. Bee r, ed i t o r i a l Mc G raw H i l l . Segunda

Ed i c i o n .

5 . D i s eño de maqu i na s : Teo r í a y p r á c t i c a .

Aa ron D . Deu t s chman , 2da . Ed i c i ó n , ed i t o r i a l

C e csa /G rupo Ed i t o r i a l Pa t r i a .

1999 .

6 . Manua l de l I n gen i e r o Me cán i co

Au to r Roge r T im ing s , Mc G raw H i l l . Segunda

Ed i c i o n .

7 . L . Ca r l e y, D i s c B rake Ro to r : T. S c i e n ce Beh i nd

t he i r d e s i g n , 2003 .

8 . N. M i l l n e r, and Ana l i s y s o f D i s c b rake Squea l , SAE

p ape r 780332 , De t r o i t 1978