Sistema de frenado

El sistema de frenos está diseñado para que a través del funcionamiento de sus componentes se pueda detener el vehículo a voluntad del conductor.

La base del funcionamiento del sistema principal de frenos es la transmisión de fuerza a través de un fluido que amplia la presión ejercida por el conductor, para conseguir detener el coche con el mínimo esfuerzo posible.

Las características de construcción de los sistemas de frenado se han de diseñar para conseguir el mínimo de deceleración establecido en las normas.

El sistema de frenos se constituye por dos sistemas:

1.- El sistema que se encarga de frenar el vehículo durante su funcionamiento normal (funcionamiento hidráulico).

2.-El sistema auxiliar o de emergencia que se utilizará en caso de inmovilización o de fallo del sist.principal (funcionamiento mecánico).

Componentes del sistema de frenado

Pedal de freno: Pieza metálica que transmite la fuerza ejercida por el conductor al sist.hidráulico. Con el pedal conseguimos hacer menos esfuerzo a la hora de transmitir dicha fuerza. El pedal de freno forma parte del conjunto “ pedalera ”, donde se sitúan 2 o 3 palancas de accionamiento individual que nos permiten manejar los principales sistemas del vehículo.

Bomba de freno: Es la encargada de crear la fuerza necesaria para que los elementos de fricción frenen el vehículo convenientemente. Al presionar la palanca de freno, desplazamos los elementos interiores de la bomba, generando la fuerza necesaria para frenar el vehículo; Básicamente, la bomba es un cilindro con diversas aperturas donde se desplaza un émbolo en su interior, provisto de un sistema de estanqueidad y un sistema de oposición al movimiento, de tal manera que, cuando cese el esfuerzo, vuelva a su posición de repose.

Los orificios que posee la bomba son para que sus elementos interiores admitan o expulsen líquido hidráulico con la correspondiente presión.

Canalizaciones: Las canalizaciones se encargan de llevar la presión generada por la bomba a los diferentes receptores, se caracterizan por que son tuberías rígidas y metálicas, que se convierten en flexibles cuando pasan del bastidor a los elementos receptores de presión. Estas partes flexibles se llaman “ latiguillos “ y absorben las oscilaciones de las ruedas durante el funcionamiento del vehículo. El ajuste de las tuberías rígidas o flexibles se realiza habitualmente con acoplamientos cónicos, aunque en algunos casos la estanqueidad se consigue a través de arandelas deformables (cobre o aluminio).

Bombines (frenos de expansión interna): Es un conjunto compuesto por un cilindro por el que pueden desplazarse uno o dos pistones, dependiendo de si el bombín es ciego por un extremo o tiene huecos por ambos lados (los dos pistones se desplazan de forma opuesta hacia el exterior del cilindro.

Los bombines receptores de la presión que genera la bomba se pueden montar en cualquiera de los sistemas de frenos que existen en la actualidad.

Tipos de Sistemas de frenos:

En la actualidad, los dos grandes sistemas que se utilizan en los conjuntos de frenado son: frenos de disco (contracción externa) y frenos de tambor (expansión interna).

Todos los conjuntos de frenado sean de disco o de tambor tienen sus elementos fijos sobre la mangueta del vehículo, a excepción de los elementos que le dan nombre y que son sobre los que realizamos el esfuerzo de frenado (estos elementos son solidarios a los conjuntos de rueda a través de pernos o tornillos).

CARACTERISTICAS DEL FRENO DE DISCO.

•

Mayor refrigeración.

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Montaje y funcionamiento sencillo.

•

Piezas de menor tamaño para la misma eficacia.

CARACTERISTICAS DEL FRENO DE TAMBOR.

•

Mayor eficacia (mayor superficie)

•

Refrigeración escasa.

•

Sistema más complejo.

Frenos de tambor: Este tipo de frenos se utiliza en las ruedas traseras de algunos vehículos. Presenta la ventaja de poseer una gran superficie frenante; sin embargo, disipa muy mal el calor generado por la frenada.

Los frenos de tambor están constituidos por los siguientes elementos:

Tambor unido al buje del cual recibe movimiento.

Plato portafreno donde se alojan las zapatas que rozan con dicho tambor para frenar la rueda.

Sistema de ajuste automático.

Actuador hidráulico.

Muelles de recuperación de las zapatas.

Frenos de disco: Utilizado normalmente en las ruedas delanteras y en muchos casos también en las traseras. Se compone de:

Un disco solidario al buje del cual toma movimiento, pudiendo ser ventilados o normales, fijos o flotantes y de compuestos especiales.

Pinza de freno sujeta al porta pinzas, en cuyo interior se aloja el bombín o actuador hidráulico y las pastillas de freno sujetas de forma flotante o fija.

Asistencias al freno(servofreno):

Estos elementos se montan en el sistema de frenado para reducir el esfuerzo del conductor al realizar la frenada. La asistencia al freno que funciona por depresión y que se monta en la mayoría de los vehículos se sitúa entre el pedal del freno y la bomba. Es un receptáculo en cuyo interior se haya una membrana que separa dos cámaras. La cámara delantera (más próxima a la bomba) está

sometida a la depresión que se genera en el colector de admisión (mot.gasolina) o algún generador de vacío (depresiones en Diesel).

La conexión entre la cámara delantera y el elemento de vacío se haya controlada por una válvula antiretorno cuya dirección de funcionamiento es siempre hacia la asistencia. En la cámara posterior (más cercana al pedal), reina la presión atmosférica estando conectada directamente con el exterior.

Repartidor de frenada en función del peso del eje trasero:

Es un elemento instalado en las canalizaciones de los frenos traseros que disminuye la presión hidráulica para no bloquear las ruedas, y así, realizar una frenada progresiva y homogénea. Su funcionamiento se justifica por la pérdida de adherencia que sufren las ruedas traseras cuando durante la frenada, parte relativa de la masa del vehículo tiende a deslizarse hacia delante:

Su funcionamiento puede ser mecánico o inercial. El mecánico es un elemento de regulación sujeto a la carrocería, y que tiene una palanca unida al elemento de suspensión que regula la presión del circuito en función del movimiento de dicha suspensión. En cambio, el funcionamiento inercial regula la presión en función del desplazamiento de la masa del vehículo.

Freno de mano o de estacionamiento:

Son los conjuntos que bloquean el vehículo cuando esta parado o que permiten una frenada de emergencia en caso de fallo en el sistema de frenado normal.

Su funcionamiento es habitualmente mecánico, teniendo que realizan un esfuerzo sobre una palanca para el tensado del cable que bloquea las ruedas.

Purgado de un circuito de frenos:

Todo circuito hidráulico para su funcionamiento necesita funcionar sin aire. Cuando se realiza cualquier sustitución de un elemento hidráulico, es necesario la purgación del circuito. Dicha operación consiste en extraer todo el aire del circuito para dejar simplemente liquido hidráulico.

PROCESO DE PURGA

Sist. Automático:

Consiste en colocar sobre el depósito una fuente de presión que empujará el liquido hacia los elementos de bombeo. Con este sistema el único trabajo a realizar es abrir cada purgador de los elementos de bombeo hasta verificar que el liquido sale libre de burbujas, y en caso de cambio de liquido, apreciaremos la diferencia entre el nuevo y el usado.

Sist. Manual:

Para el purgado manual es necesario la intervención de dos personas. La primera persona se sentará en el asiento del conductor y con el motor en marcha realizara una serie de presiones de forma continuada con todo el recorrido del pedal. Una vez realizado dichas presiones el conductor

debe mantener constante la presión del pedal, y con dicha presión, la segunda persona encargada de purgar el circuito abrirá y cerrara el purgador varias veces hasta que el liquido sea homogéneo (sin aire). Se cerraré el purgador, y si es necesario se solicitara a la primera persona que vuelva a presionar varias veces el pedal.

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INTRODUCCIÓN

En cualquier máquina que utilice energía cinética para ejecutar alguna función, se requiere contar con un sistema de frenos adecuado al tipo de maquinaria y a los riesgos que pudiese significar permitir que el movimiento continúe. No basta con detener la marcha de un motor para detener el movimiento, un sistema de frenos contrarresta la inercia (tendencia de los cuerpos a mantener el estado de movimiento o reposo) del objeto en movimiento.

Los ascensores, las lavadoras, las máquinas de cortar grama, las bicicletas, los vehículos y cualquier otra máquina que implique movimiento, requiere sistema de frenos. En las siguientes líneas, se ha realizado un análisis del sistema de frenos hidráulicos para vehículos livianos. Antes se mostrará una breve definición de los distintos sistemas de frenos en automóviles y luego se explicará con detenimiento los componentes de un sistema de frenos hidráulico.

SISTEMAS DE FRENOS EN AUTOMOVILES

Un auto es un móvil que se desplaza bajo control del conductor. Es acelerado con la fuerza (torque) y potencia del motor y desacelerado con la resistencia del mismo, pero sobre todo con la aplicación de los frenos, el sistema primordial de seguridad. Un auto pesa entre unos 800 y 2500 Kg. según su tamaño y equipamientos, estando en marcha no se puede parar inmediatamente cuando el motor se desconecta del tren de fuerza, debido a la inercia, la cual varía con la velocidad y para controlarla, disminuirla o anularla, se utilizan los frenos instalados en cada una de las cuatro ruedas.

Los frenos deben responder lo más exactamente posible a la solicitud del conductor. La principal función de un sistema de frenos es la de disminuir o anular progresivamente la velocidad del vehículo, o mantenerlo inmovilizado cuando está detenido Deben ser al mismo tiempo sensibles y graduables para modular la velocidad, y asegurar la detención completa y la inmovilización total del vehículo.  En conjunto las exigencias de los frenos son:

Seguridad de funcionamiento 100%

Alto confort de frenado

Alta resistencia térmica y mecánica

Resistencia a la corrosión

Los frenos trabajan por rozamiento entre una parte móvil solidaria a (fijado a) las ruedas y otra parte fija solidaria a la estructura del auto. Al aplicarse los frenos, la parte fija se aprieta a la parte móvil y por fricción se consigue desacelerar el auto. Esta fricción emite calor y absorbe la energía de la inercia (a 120 Km/h un auto de 1.200  Kg aplica una potencia de frenado de más de 200 HP, lo que disipará calor  hasta en una temperatura de 800°C). Para que los

frenos sean más eficaces, las superficies en rozamiento deben ser muy planas para lograr un máximo contacto

El sistema de freno principal, o freno de servicio, permite controlar el movimiento del vehículo, llegando a detenerlo si fuera preciso de una forma segura, rápida y eficaz, en cualquier condición de velocidad y carga en las que rueda. Para inmovilizar el vehículo, se utiliza el freno de estacionamiento (conocido también como freno de mano), que puede ser utilizado también como freno de emergencia en caso de fallo del sistema principal. Debe cumplir los requisitos de inmovilizar al vehículo en pendiente, incluso en ausencia del conductor.

Un freno es eficaz, cuando al activarlo se obtiene la detención del vehículo en un tiempo y distancia mínimos. No deben de bloquearse las ruedas para evitar el deslizamiento sobre el pavimento.

La estabilidad de frenada es buena cuando el vehículo no se desvía de su trayectoria. Una frenada es progresiva, cuando el esfuerzo realizado por el conductor es proporcional a la acción de frenado, un frenado brusco ocasiona derramamiento.

En los automóviles actualmente se trabajan dos tipos principales de sistemas de frenos: Hidráulicos y de Aire. Anteriormente se utilizaban los frenos mecánicos, sistema que hoy ya esta obsoleto. A continuación se describe brevemente las características principales de los sistemas de frenos mecánicos y de aire.

Frenos Mecánicos

Anteriormente se utilizaban frenos mecánicos; en los cuales al momento de presionar el freno con la fuerza del pie, un cable transmitía la fuerza para tratar de frenar el vehículo, estos tipos de frenos dejaron de ser funcionales cuando la potencia de los motores empezó a desarrollarse, ya que debido a las altas velocidades que empezaron a desarrollar los vehículos se requería de un gran esfuerzo físico para lograr frenar un auto, por lo tanto este sistema de frenado quedo obsoleto y se evoluciono hacia los frenos hidráulicos, pues con un esfuerzo mucho menor se logra una potencia de frenado mucho mayor.

Frenos de Aire

La mayoría de los camiones utilizan frenos de aire ya que resulta un sistema más económico y potente. En este caso, la presión ejercida por el pie del chofer en el pedal es asistida por un sistema de aire comprimido (servofreno), bastante más poderoso que los tradicionales pero que, en caso de detenerse el motor (que es quien produce el aire comprimido) representa una pérdida significativa y peligrosa en el poder de frenado. Los frenos de aire son más eficientes para grandes vehículos pero no son tan seguros

FRENOS HIDRÁULICOS

En función de las exigencias y tipo de vehículo se emplean sistemas con distintas fuerzas de transmisión. En vehículos de turismo se emplean casi siempre sistemas de frenos hidráulicos (“frenos de pedal”) y frenos de estacionamiento (“frenos de mano”).

Este sistema se basa en que los líquidos son prácticamente incompresibles y además de acuerdo con el Principio de Pascal, la presión ejercida sobre un punto cualquiera de una masa líquida se transmite íntegramente en todas direcciones. Al ejercer una fuerza con el pie en un émbolo pequeño el fluido la transmite y, según la relación entre las secciones de los émbolos, la amplifica. También cambia la dirección y el sentido la fuerza aplicada

Los frenos hidráulicos utilizan un fluido para transmitir la acción de frenado. El sistema requiere de:

Dispositivo de actuación: medio que permite al conductor generar y controlar la fuerza de frenado deseada.

Dispositivo de transmisión: transmite la fuerza de frenado del conductor a los frenos de rueda. Para reducir a un mínimo los riesgos de que falle este dispositivo de seguridad, el sistema de frenos de servicio se divide en dos circuitos independientes. De esta manera cuando falla uno de los circuitos de freno, se mantiene la efectividad del segundo

Disposición diagonal: cada circuito frena una rueda delantera y la rueda trasera diagonalmente opuesta. Este división se emplea principalmente en vehículos de tracción delantera

Disposición paralela: con cada circuito se frena un eje. El diseño de este tipo de división es lo más sencillo. Este se emplea preferentemente en vehículos con tracción trasera.

Frenos de rueda: son los que ejercen la acción de frenado al hacer fricción con la rueda y retardan el movimiento de las ruedas del vehículo, logrando reducir la velocidad o frenar el vehiculo hasta que se detenga completamente.

Debajo se muestra imagen de un sistema de frenos hidráulico:

Los frenos hidráulicos están divididos en dos tipos de sistemas fundamentales: los sistemas hidráulicos, propiamente dichos y los basados en materiales de fricción. En los sistemas hidráulicos, cuando el freno del vehículo es presionado, un cilindro conocido como “maestro” dentro del motor, se encarga de impulsar líquido de frenos a través de una tubería hasta los frenos situados en las ruedas, la presión ejercida por el líquido produce la fuerza necesaria para detener el vehículo.

Las pastillas ó materiales de fricción, suelen ser piezas metálicas o de cerámica capaces de soportar altas temperaturas. Estas piezas son las encargadas de crear fricción contra una superficie fija (que pueden ser tambores ó discos), logrando así el frenado del vehículo.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE FRENOS HIDRAULICOS

Bomba de frenos o Cilindro maestro

Válvula dosificadora

Booster (reforzador de frenos por vacío)

Caliper o Mordaza

Cilindro de rueda

Mangueras y líneas de conducción

Definición de cada componente:

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Cilindro maestro

La bomba de frenos o cilindro maestro es la encargada de proporcionar la debida presión al líquido, enviándolo a los cilindros de las ruedas. Genera la presión hidráulica en el circuito de freno y controla el proceso de frenado. Recibe la presión de pedal de freno a través del auxilio del amplificador de fuerza de frenado y presiona el líquido de freno hasta los cilindros de las ruedas.

Es una estructura sólida, que lleva incorporado un depósito que le sirve para almacenar fluido (liga de frenos). En la parte interna tiene diseñado un espacio que le sirve para deslizar dos pistones, estos pistones sellan los contornos con hules y su movimiento obedece al empuje que se le da al pedal de freno, y al resorte que lo impulsa para regresarlo.

El movimiento, que hacen los pistones, dentro de la estructura del cilindro maestro, genera fuerza hidráulica. Esta fuerza es conducida por medio de tuberías y mangueras, hacia los cilindros de las ruedas del vehiculo.

Válvula dosificadora

Forma parte del dispositivo de transmisión y permite dividir las líneas de transmisión del fluido en dos circuitos independientes para lograr la disposición diagonal. Los vehículos con tracción delantera, traen esta válvula.

El cilindro maestro tiene dos circuitos, y tiene dos líneas de salida. Una línea lógicamente llevaría la fuerza del fluido hacia las ruedas traseras, y la otra lo haría, hacia las ruedas delanteras. La válvula dosificadora, recibe la fuerza de las dos líneas y la deriva en dos circuitos, de tal manera, que un circuito, activa los frenos en forma diagonal una rueda de adelante y una de atrás, y el otro circuito activa las otras dos ruedas. La idea es que al frenar, la acción no desestabilice el vehiculo, acentuando el frenado en cualquier rueda. Algunos modelos de cilindro maestro, traen esta función incorporada, mostrando 4 líneas de salida

Booster (reforzador de frenos por vacío)

La función del booster, o reforzador de frenos, es minimizar la fuerza requerida, para presionar el pedal, y obtener respuesta de frenado. Es un amplificador de fuerza de frenado que

aprovecha la depresión generada en la cámara de combustión para incrementar la fuerza del pie del conductor del vehiculo. Puede amplificar la fuerza del pedal de freno hasta 5 veces.

Existen básicamente dos tipos de reforzadores: los que aprovechan el vacío del motor (conocidos como hidrovac) y los que utilizan el hidráulico de la dirección (conocidos como hidromax)

Hidrovac:

En algunos motores, las depresiones generadas en la cámara de combustión son insuficientes y se instala una bomba de vacío cuya función es generar el vacío que requiere el amplificador de frenado.

Es una estructura cerrada, dentro se encuentra diseñado un espacio, que es separado en dos ambientes por un diafragma de hule. Cuando el motor esta encendido, se activa el vacío, este se conecta y mantiene presión de vacío en ambos lados del diafragma, al pisar el pedal, se mueve la varilla de operación que abre las válvulas de la presión atmosférica, y cierra las válvulas de vacio.El aire entra a presión atmosférica normal [1 Kg/cm2] a la cámara de vacío constante, en volumen proporcional a la apertura de las válvulas, y empuja el diafragma para aumentar la presión contra la varilla de operación, al soltar el pedal, el resorte de retorno regresa el diafragma, con lo cual se abre la válvula de vacío y se cierra la válvula de presión atmosférica.

Debido a que el vacío que hace funcionar al booster proviene del motor en funcionamiento; si este se apagara en plena marcha,  el pedal se pondrá bastante duro porque el booster dejo de funcionar pero el sistema de frenos sigue funcionando aun sin asistencia del booster. Lo que sucederá es que se requiere aplicar mayor fuerza al pedal de freno.

Caliper o Mordaza

Es la parte que se encuentra instalada en el rotor de freno y tiene la función de recibir la fuerza hidráulica, que viene del cilindro maestro, como respuesta, mueve el pistón que tiene instalado dentro de el, para presionar las pastillas contra el rotor, cumpliéndose de esta forma la acción de frenado En la mayoría de vehículos, los rotores de freno se usan para los frenos de las ruedas delanteras, algunos vehículos usan rotores en las cuato ruedas.

La mordaza es el soporte de las pastillas y los pistones de freno. Los pistones están generalmente hechos de acero aluminizado o cromado. Hay dos tipos de mordazas: flotantes o fijas. Las fijas no se mueven, en relación al disco de freno, y utilizan uno o más pares de pistones. De este modo, al accionarse, presionan las pastillas a ambos lados del disco. En general son más complejas y caras que las mordazas flotantes. Las mordazas flotantes, también denominadas "mordazas deslizantes", se mueven en relación al disco: un pistón a uno de los lados empuja la pastilla hasta que esta hace contacto con la superficie del disco, haciendo que la mordaza y con ella la pastilla de freno interior se desplacen. De este modo la presión es aplicada a ambos lados del disco y se logra la acción de frenado.

Las mordazas flotantes pueden fallar debido al enclavamieto de la mordaza. Esto puede ocurrir por suciedad o corrosión, cuando el vehículo no es utilizado por tiempos prolongados. Si esto sucede, la pastilla de freno de la mordaza hará fricción con el disco aún cuando el freno no esté siendo utilizado, ocasionando un desgaste acelerado de la pastilla y una reducción en el rendimiento del combustible.

Cilindro de rueda

Esta parte se encuentra ubicada en la estructura, o plato de la rueda de atrás, tiene la función de recibir la fuerza hidráulica que viene del cilindro maestro, y como respuesta genera presión mecánica. Esta fuerza presiona las balatas o zapatas hacia los tambores creando una fricción que obligará al vehiculo a reducir la velocidad hasta frenarlo.

Mangueras y líneas de conexión

Son las encargadas de trasladar el fluido desde el cilindro maestro, hacia las ruedas. Lo recomendable sería que toda la conexión fuese a través de líneas o tuberías de metal. Pero el uso de mangueras se debe a que facilitan la conexión en partes movibles como en las partes de las ruedas delanteras (conexión de caliper).

Una manguera demasiado usada, expande la fuerza hidráulica dentro de ella, dando como consecuencia defectos de frenado.

Resumen del Funcionamiento del sistema

Al presionar el pedal, reforzadores multiplican el esfuerzo que el conductor ejerce sobre el pedal al frenar. Este esfuerzo sobre el pedal es transmitido a los frenos por medio de una instalación hidráulica, en la que se dispone un cilindro maestro donde se genera la presión en la liga de frenos y la transmite desde su reservorio hasta cada una de las ruedas. En las ruedas, los discos y tambores dependiendo de la presión que reciben frenan las ruedas.

TIPOS DE FRENOS HIDRÁULICOS

Los materiales de fricción que se utilizan son conocidos como balatas y suelen ser piezas metálicas, semi-metálicas o de cerámica que soportan muy altas temperaturas y son los que crean la fricción contra una superficie fija, que pueden ser o tambores o discos; y así logran el frenado de el vehículo. Las balatas son piezas que sufren de desgaste y se tienen que revisar y cambiar en forma periódica.

Frenos de disco

Frenos de Tambores

Frenos de disco:

Consisten en un disco metálico sujeto a la rueda, en cada una de sus caras están las pastillas, que son planas y, puestas en funcionamiento, aferran el disco con una acción de pinzas. La presión hidráulica ejercida desde el cilindro maestro causa que un pistón presione las pastillas por ambos lados del rotor, esto crea suficiente fricción entre ambas piezas para producir un descenso de la velocidad o la detención total del vehículo.

En los frenos de discos, el disco puede ser frenado por medio de unas plaquetas (B), que son accionadas por un émbolo (D) y pinza de freno (C), que se aplican lateralmente contra él deteniendo su giro. Suelen ir convenientemente protegidos y refrigerados, para evitar un calentamiento excesivo de los mismos.

 

Los frenos de disco pueden ser de tres categorías: flotantes (la tuerca que sostiene las pastillas flota sobre cuatro sostenes de caucho, oscilando cada vez que se aplican los frenos), fijos (está bien sujeta por cuatro pistones, dos de cada lado del disco) o deslizantes (está suspendida por sostenes de caucho y se desliza al entrar en actividad). En la práctica, sus resultados son análogos. Además, para eliminar más rápido el calor resultante de la presión de las pastillas sobre las ruedas -en condiciones extremas de frenado se puede alcanzar los 260 grados de temperatura-, los discos pueden tener espacios huecos entre sus caras (se los llama ventilados).

Pastillas de freno

Las pastillas van colocadas dentro de una pinza dotada de un pistón como mínimo, que transforma la presión en fuerza. Las pastillas están diseñadas para producir una alta fricción con el disco. Deben ser reemplazadas regularmente, y muchas están equipadas con un sensor que alerta al conductor cuando es necesario hacerlo. Algunas tienen una pieza de metal que provoca que suene un chirrido cuando están a punto de gastarse, mientras que otras llevan un material que cierra un circuito eléctrico que hace que se ilumine un testigo en el cuadro del conductor.

La potencia de frenado la determina la estabilidad del factor de fricción de las pastillas. El factor de fricción tiende a disminuir con el aumento de temperatura y velocidad. Al bajar el factor de fricción se prolonga la distancia de frenado.

Frenos de tambor

Constan de un tambor de acero o de hierro sujeto a la rueda de forma tal que gira simultáneamente, en su interior, junto al semieje, están las dos pastillas, separadas en su parte inferior por un tornillo de ajuste, y en su parte inferior por un cilindro de rueda. La presión hidráulica ejercida desde el cilindro maestro, causa que el cilindro de rueda presione las pastillas contra las paredes interiores del tambor, produciendo el descenso de velocidad correspondiente.

En el interior de un freno de tambor van alojadas las zapatas (B), provistas de forros de un material muy resistente al calor y que pueden ser aplicadas contra la periferia interna del tambor por la acción del bombín (C), produciéndose en este caso el frotamiento de ambas partes.Como las zapatas van montadas en el plato (D), sujeto al chasis por el sistema de suspensión y que no gira, es el tambor el que queda frenado en su giro por el frotamiento con las zapatas.

 

El Desgaste (perdida de superficie de un material por acción mecánica) que se produce en las frenadas debido al rozamiento de las zapata contra el tambor, hace que aquellas queden cada vez más separadas de éste en posición de reposo, lo que supone un mayor recorrido muerto en la acción de frenado y el envío de mayor cantidad de líquido desde la bomba.Para corregir esto se debe de realizar un reglaje periódico de los frenos, que consiste en aproximar las zapatas al tambor lo máximo posible, pero sin que llegue a producirse el rozamiento entre ambos. Para realizar esta función se colocan en este tipo de freno unas excéntricas que limitan el recorrido tope de las zapatas hacia su posición de reposo. Mediante ellas se aproximan las zapatas al tambor cuanto sea necesario. La eficiencia de frenado depende de la calidad y condiciones del tambor.

FADING

Fading (Del verbo inglés fade: desmejorar, marchitar) : Expresión que se utiliza cuando los frenos de un vehículo pierden efectividad debido al sobrecalentamiento de los elementos que están en contacto (discos o tambores y pastillas), que pueden llegar a alcanzar temperaturas incluso superiores a los 500 grados centígrados

El calentamiento excesivo de los frenos disminuye la adherencia del material empleado en los forros de las zapatas, al mismo tiempo que dilata el tambor, que queda más separado de ellas, por eso aparece el fenómeno llamado “fading”. Una vez que se enfrían, los frenos vuelven a funcionar normalmente. Este fenómeno aparece también cuando el líquido de frenos es de mala calidad y se vaporiza parcialmente en los bombines

Antiguamente los autos tenían solo tambores, pero estos al acumular calor pierden efectividad, aún cuando algunos tambores tienen aletas de refrigeración para enfriarse más

velozmente. Existen discos sólidos y ventilados, estos últimos por su complejidad de fabricación, son más costosos, pero mantienen más baja la temperatura durante la frenada y son más eficientes. Debido a la distribución de peso y su geometría, un auto debe frenar más adelante que atrás, Es por eso que al frente se encuentran los frenos de mayor efectividad y robustez. Los arreglos más comunes son los autos con frenos de discos adelante y tambor atrás. Los más costosos son los que utilizan discos en las cuatro ruedas. La mayoría de estos usan discos ventilados adelante y macizos atrás.

SISTEMA ANTIBLOQUEO DE FRENOS

Pertenece al grupo de los sistemas auxiliares que contribuyen a que los vehículos sean más seguros y fáciles de controlar, independientemente de las condiciones de las autopistas.

Cuando se aplican los frenos tan fuertemente que bloquean las ruedas, los cauchos patinan sobre el camino. En esa situación, con las ruedas bloqueadas, se pierde el control del vehículo, que por efecto de la inercia se desliza en línea recta sin responder a la dirección aunque se mueva el volante. Para evitar este inconveniente hay dos caminos. Uno es aplicar la presión justa sobre el pedal de freno para impedir el bloqueo, aunque esta maniobra exige ejercitación y entrenamiento para desarrollar la sensibilidad en el pie. La otra solución la aportó la industria del automóvil con el sistema antibloqueo de frenos (ABS), el cual consta de un complejo dispositivo de sensores y bombas electrónicas mantienen a las ruedas en movimiento, aún en situaciones de pánico o frenadas violentas.

El sistema ABS que evita que los cauchos se deslicen, permitiendo mantener el control del vehículo aun en una situación extrema, aunque el ABS mejora la frenada en todos los terrenos, hay que tener en cuenta que con pisos resbaladizos, las distancias de frenado también son mayores.

Este tipo de frenos se utilizan en algunos autos que poseen frenos de disco en los cuatro cauchos, llevan un sensor en cada rueda, que compara permanentemente la velocidad de giro (régimen) de cada rueda con la velocidad de giro de las restantes. Dicho régimen puede ser diferente en cada rueda porque en curvas, terrenos deslizantes o en frenadas cada rueda tiene diferentes velocidades y/o superficies. Los cuatro sensores están comunicados con una computadora; y si se reduce repentinamente el régimen de una sola rueda, la computadora da aviso del riesgo de bloqueo, lo que ocasiona que se reduzca de inmediato la presión hidráulica en el tubo de freno de esa rueda, para aumentar a continuación otra vez hasta el límite de bloqueo. Este ciclo se desarrolla varias veces por segundo, sujeto a vigilancia y regulación electrónicas durante toda la operación de frenado. Resultado: el vehículo sigue estable al frenar indistintamente del agarre o patinaje que ofrezca el pavimento; no necesariamente se acorta el recorrido de frenado.

FRENO DE MANO

La función del freno de mano o freno de estacionamiento, es la de que un vehículo estacionado no se ponga en movimiento por si solo, aun cuando se puede utilizar como freno de emergencia si es necesario durante la marcha del vehículo.

Es una palanca que se encuentra al alcance del conductor; la palanca va unida por unos cables a la leva de freno. Al accionar la palanca las levas acciona los dispositivos frenantes de las ruedas ocasionando un frenado que en caso de darse con el vehículo andando suele ser muy brusco.

LIQUIDO DE FRENOS

La función de el líquido de frenos es transmitir la presión de la frenada desde el pedal hasta las balatas. Para que se pueda reconocer un buen líquido de frenos se debe de tomar en cuenta que el líquido debe de ser:

Incompresible (Que no se comprima en lo mas mínimo)

No debe de ocasionar fricción con la tubería del sistema de frenos.

No debe ocasionar corrosión, para mantener en el mejor estado posible la tubería. Dado que el líquido de frenos está en contacto permanente con los componentes del circuito (caucho, Cobre, Acero, etc.), deberá poseer propiedades anticorrosivas que impidan la interacción química entre ellos, que supondría el deterioro de los componentes. Nunca se debe de mezclar un líquido mineral con otro sintético.

Debe de tener un elevado punto de ebullición (en general oscila entre 230° y 240° C para un líquido nuevo)

Debe de tener fluidez aun a bajas temperaturas.

Cuando se acciona el pedal de freno, se comprime el líquido que se dirige hasta los cilindros de rueda accionando las zapatas y pastillas de freno. Una de las características del líquido de freno es que el no se comprime, por lo tanto él comprime los accionadores de los frenos en las ruedas (pastillas y zapatas).

El líquido de freno es hidroscópico, es decir absorbe agua, por lo tanto su vida útil es limitada, si el contenido de agua supera el 3%, la temperatura de ebullición desciende de 80° a 90° C, lo que implica la sustitución del líquido y además no debe utilizarse uno nuevo que se haya mantenido durante un tiempo prolongado en contacto con el aire. Eso indica que cuando hay mucha absorción de agua por el líquido, se pierden sus propiedades de compresibilidad, dificultando el proceso de frenado.

Los líquidos de frenos sufren una ligera degradación durante los primeros meses de utilización, debido a su poder de absorción de la humedad; pero transcurrido un cierto tiempo se llega a la estabilización de la tasa de humedad, de manera que no es necesario el cambio del líquido.Sin embargo, cuando se realizan intervenciones en el circuito de frenos, como el cambio de un cilindro receptor, en las cuales  se rompe la hermeticidad del circuito, es imprescindible realizar el cambio total del líquido de frenos. Los fabricantes recomiendan el cambio cada 80.000 Km. o dos años.

Agua en el líquido

En situaciones donde se exigen “frenadas” de emergencia, (incluso hay casos en que el disco de freno se pone al “rojo vivo”) es normal que el líquido de freno se caliente mucho, cuanto más se calienta el líquido mayor es la posibilidad de producir burbujas de vapor que se transformarán en agua. También, si el líquido de freno es de baja calidad, el punto de ebullición es bajo y rápidamente se produce agua.

FUERZA DE FRENADO

La fuerza de frenado debe de estar repartida entre los ejes con relación al peso soportado por los mismos, dependiendo de la distribución de los distintos mecanismos, como motor, caja de velocidades, depósito de combustible, etc., y de la transferencia de peso al frenar (que depende fundamentalmente de la altura del centro de gravedad), peso total del vehículo y distancia entre ejes.En cuanto a la eficacia del frenado, deben de ser exactamente iguales en las dos ruedas de un mismo eje, para evitar “tiros” hacia uno de los lados, que provocarían la inestabilidad del vehículo en las frenadas.

Cuando se frena un vehículo, parte de su peso se transfiere hacia el eje delantero, quedando el trasero deslastrado; por esto, la fuerza de frenado aplicada a ambos ejes no debe de ser igual y aunque se disponen en las ruedas delanteras unos cilindros receptores mayores, para obtener más fuerza de frenado sobre ellas, sigue siendo necesario utilizar un mecanismo corrector de frenada que corrija la presión aplicada a las ruedas traseras en función de las circunstancias en que se produzca el frenado. Además el bloqueo de las ruedas traseras durante el frenado, es más peligroso cuando se produce en las traseras, por eso los correctores de frenado, adecuan las fuerzas de frenado de las ruedas traseras, lográndose una mayor estabilidad en el frenado.También deben corregir la presión hidráulica en función de la carga y repartir la fuerza de frenado entre los ejes delantero y trasero en función de la deceleración.

 

VENTAJAS QUE REPRESENTAN LOS FRENOS DE DISCO FRENTE A LOS DE TAMBOR

En los últimos 40 años o más, el frenado de vehículos comerciales ha sido ejecutado por frenos a tambor de los más variados modelos y con las tradicionales formas de actuación mecánica, hidráulica y neumática. Los modernos frenos a tambor neumáticos de hoy, alcanzaron el auge de su desarrollo y sofisticación y han atendido a los requisitos de los frenados actuales.

Los requisitos de eficiencia de frenado están, en todo el mundo, tornándose más severos, haciendo que los vehículos comerciales actuales absorban más energía en el frenado y acorten las distancias de parada.

Sin embargo, principalmente en el caso de vehículos extra-pesados, las limitaciones de la tecnología tambor / patín expansible se están haciendo más evidentes. Son varios los factores que contribuyen para esto:

La velocidad promedio de los vehículos está aumentando. Debido a la creciente relación potencia / peso, mejoras en la aerodinámica y el grado de desarrollo de los neumáticos, generando una menor resistencia al rodar. Se sabe que, incluso con un pequeño aumento en la velocidad promedio, resulta en un gran aumento en el esfuerzo de frenado debido a que la energía cinética es función del cuadrado de la velocidad.

La creciente exigencia y la expectativa de los conductores de vehículos comerciales que desean tener un desempeño de frenado más similar al de los automóviles, particularmente en el caso de la estabilidad, modulación y desempeño en caliente, áreas en las que los frenos a tambor quedan comprometidos en función de sus limitaciones de proyecto.

La conclusión a la que llegamos es que los vehículos comerciales pesados, en un futuro no muy distante, inevitablemente deberán sufrir una transición de la tecnología del freno a tambor para la nueva tecnología de los frenos a disco.

Las principales ventajas son de los frenos a disco son:

 

El equilibrio de las presiones en ambas caras del disco suprime toda reacción sobre el eje (delantero o trasero) del vehículo; además, estas presiones axiales no producen deformaciones de la superficie de frenado.

La dilatación transversal bajo el efecto del aumento de temperatura tiende a disminuir el juego entre disco y pastillas; de todas formas, esta dilatación es más pequeña que la radial de los frenos de tambor, lo que facilita el reglaje y simplifica los dispositivos de reglaje automático.

El disco se encuentra al aire libre y, por ello, su refrigeración está asegurada, retardándose la aparición del fading.

Los cilindros de freno están situados en el exterior y son mejor refrigerados que en los frenos de tambor, resultando más difícil la aparición del fading por aumento de temperatura del líquido de frenos.

Menor peso total, que en un automóvil de turismo puede llegar a suponer hasta 100 Kg.

Mayor facilidad de intervención y sustitución de las guarnituras.

No pierden eficacia al sumergirlos en agua

Actualmente los frenos de tambor se siguen utilizando en los vehículos de gama baja debido a su menor coste sobre los frenos de disco.

SITUACIONES QUE EVIDENCIAN FALLOS EN EL SISTEMA DE FRENOS

El aumento de la distancia de frenado.

El aumento del recorrido del pedal de freno.

Ruidos o vibraciones al momento de frenar.

Disminución en el nivel del líquido de frenos.

QUE SE ESPERA EN UN FUTURO

Algunos expertos señalan que los frenos de discos pronto pasarán a la historia ya que cada día los fabricantes anuncian nuevos mecanismos, fruto de incontables horas dedicadas al desarrollo de sistemas de frenado originales, siendo un caso notorio el de la marca alemana Porsche AG, pioneros en el diseño de los frenos de cerámica, los cuales fueron incorporados hace un año a su modelo 911 Turbo. Las ventajas de este nuevo sistema radican en su capacidad de repuesta sobre pavimentos húmedos o secos, la estabilidad en la frenada, el menor peso del conjunto y la larga vida de los discos. La eficiencia en el frenado, según los técnicos de Porsche, no podrá aprovecharse al máximo hasta tanto no se disponga de compuestos de caucho adecuados en los neumáticos y de un sistema ABS desarrollado específicamente para este tipo de discos. Los técnicos auguran un promisorio futuro para los frenos de cerámica, ya que pueden montarse en el sistema actual, sustituyendo los discos y

las pastillas de freno, sin que sea necesario cambiar los pistones, el mecanismo de servo u otros componentes del equipo de frenos.

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SISTEMA DE FRENOS

Se llama freno a todo dispositivo capaz de modificar el estado de movimiento de un sistema mecánico mediante fricción, pudiendo incluso detenerlo completamente, absorbiendo la energía cinética de sus componentes y transformándola en energía térmica. El freno esta revestido con un material resistente al calor que no se desgasta con facilidad, no se alisa y no se vuelve resbaladizo.

Figura Nº 1. Freno

CLASIFICACIÓN GENERAL

DE ADHERENCIA:1.1. CLÁSICOS

1.1.1. El frenado con zapatas:

Este dispositivo esta constituido por una zapata que se obliga a entrar en contacto con un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende controlar, la zapata se construye de forma tal que su superficie útil, recubierta de un material de fricción, calza perfectamente sobre el tambor. Una vez más, al forzarse el contacto entre zapata y tambor, las fuerzas de fricción generadas por el deslizamiento entre ambas superficies producen el par de frenado.

Figura Nº 2. Freno de Zapata

Tipos de zapatas:

Son bloques de madera o metal que presiona contra la llanta de una rueda mediante un sistema de palancas, existen dos tipos que son:

a) De fundición

b) Compuestas

Algunas configuraciones frecuentes de los frenos de zapatas son las siguientes:

Frenos de zapatas de expansión interna (de tambor):

Los frenos de tambor tienen dos zapatas semicirculares que presionan contra la superficie interna de un tambor metálico que gira con la rueda. Las zapatas están montadas en un plato de anclaje; este plato está sujeto en la funda del eje trasero en la suspensión para que no gire.

Cuando el conductor pisa el pedal del freno, la presión hidráulica aumenta en el cilindro maestro y pasa a cada cilindro de rueda. Los cilindros de rueda empujan un extremo de cada zapata contra el tambor, y un pivote, llamado ancla, soporta el otro extremo de la zapata.

En el ancla, generalmente hay un ajustador de freno. Cuando las balatas, que van unidas a las zapatas, se desgastan, hay que acercar más las zapatas al tambor con un ajustador de rosca para mantener la máxima fuerza de frenado. En algunos automóviles se debe hacer un ajuste manual a intervalos de 5,000 a 10,000 kilómetros.

Figura Nº 3. Freno de Tambor

1.1.2. El frenado con discos:

El freno de disco consiste en un disco de hierro fundido o rotor que gira con la rueda, y una pinza o mordaza (caliper) montada en la suspensión delantera, que presiona las pastillas de fricción (balatas) contra el disco.

La mayoría de los frenos de disco tienen pinzas corredizas. Se montan de modo que se puedan correr unos milímetros hacia ambos lados. Al pisar el pedal del freno, la presión hidráulica empuja un pistón dentro de la pinza y presiona una pastilla contra el rotor. Esta presión mueve toda la pinza en su montaje y jala también la otra pastilla contra el rotor.

Figura Nº 4. Freno de Disco

Este sistema de frenado tiene las siguientes ventajas:

1. No se cristalizan, ya que se enfrían rápidamente.

2. Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hace más grueso, aumentando la presión contra las pastillas.

3. Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua y el polvo por acción centrífuga.

Por otra parte, las desventajas de los frenos de disco, comparados con los de tambor, son que no tienen la llamada acción de servo o de aumento de potencia, y sus pastillas son más pequeñas que las zapatas de los frenos de tambor, y se gastan más pronto.

Algunas configuraciones frecuentes de los frenos de disco son las siguientes:

Frenos de disco cerrado:

El disco se aloja se aloja en un cárter solidario a la rueda. El apriete se efectúa sobre varios sectores regularmente repartidos sobre la periferia, el frenado se obtiene por la separación de dos discos, cada uno de los cuales se aplica contra la cara interna correspondiente del cárter giratorio.

Freno de disco exterior:

El disco es solidario del árbol o de la rueda. El apriete se efectúa mediante un sector limitado y rodeado por unos estribos, en el interior de los cuales se desplazan unos topes de fricción.

El frenado con discos se puede realizar mediante:

1) Discos: Inicialmente fueron de acero, ahora suelen ser de fundición. 2) Pastillas: Suelen ser de aleaciones de cobre, estos elementos de frenado se colocan en la rueda directamente o en el cuerpo del eje.

Las ventajas e inconvenientes, frente al frenado con zapatas de este tipo de frenado son:

Ventajas:

Frenado poco ruidoso. - Menores gastos de conservación. - Mayor periodo de vida. - La mayor parte del calor desprendido durante el frenado la absorben los discos, a los cuales se les proviene de un sistema de ventilación. - Materiales protegidos de agentes externos. - Se comportan bien hasta los 230 Km/h; a partir de esta velocidad el desgaste aumenta considerablemente.

Inconvenientes:

Menor aprovechamiento de la adherencia. Para solucionar este problema se suelen utilizar sistemas mixtos de zapatas y discos junto con sistemas de antipatinaje.

Mayor distancia de parada.

1.1.3. El freno de cinta:

Posiblemente el dispositivo de freno más sencillo de concebir es el llamado freno de cinta o freno de banda, el cual consiste fundamentalmente de una cinta flexible, estacionaria, que se tensa alrededor de un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende modificar, la fricción existente entre la cinta y el tambor es responsable de la acción del frenado.

Se usa en las máquinas de vapor, en los vehículos a motor y en algunos tipos de bicicletas, pero sobre todo en aparatos elevadores.

Figura Nº 5. Freno de Cinta

1.2. MOTOR

Dentro de los distintos frenos motores están:

1.2.1. Electrodinámicos:

Cuyo fundamento es hacer que el motor trabaje como generador. Sólo se aplican a ejes motores. Estos a su vez pueden ser:

Reostáticos:

De gran aplicación en locomotoras eléctricas. Se basa en que la inercia del motor, una vez desconectado de la red, hace que éste siga girando, pasando a funcionar como generador y de este modo la energía mecánica acumulada se va disipando en unas resistencias en forma de energía eléctrica, creando a su vez las corrientes circulantes por los devanados un par contrario al de giro, que hace que disminuya la velocidad del motor hasta valores en que los frenos de fricción puedan actuar y detener la máquina.

De recuperación:

Se basa en conseguir transformar la energía cinética del tren en energía eléctrica reenviándola a la red. Se suele aplicar en el caso de trenes de cercanías y con grandes pendientes.

1.2.2. Hidráulicos:

Comprende un rotor calado en el árbol de la máquina que se ensaya, y que gira, bañado en agua, en el interior de un estator solidario de una palanca cuyo extremo puede actuar sobre el platillo de una báscula o ser cargado con pesos. Al girar, el rotor expulsa el agua y tiende a arrastrar en su movimiento al estator proporcionalmente al par desarrollado. Se restablece el equilibrio cargando el brazo de palanca con ayuda de pesos, cuyo momento, con relación al eje del árbol, es igual al par motor buscado.

2. SIN ADHERENCIA:

Hay otros sistemas de frenado menos importantes tales como:

2.1. Patín electromagnético frotante:

Debido a su gran desgaste sólo se utiliza como freno de urgencia.

2.2. Frenos de Foucault:

Basado en crear corrientes parásitas que a su vez crean esfuerzos de frenado.

2.3. Frenos aerodinámicos:

En un avión en vuelo, disminuyen rápidamente la velocidad por un fuerte aumento de la resistencia al avance, dispuestos en las alas o a lo largo del fuselaje, están constituidos por elementos móviles, que se pueden levantar en el aumento deseado, se utilizan sobre todo durante los picados y en ciertas acrobacias.

2.4. Frenos neumáticos: Su funcionamiento se basa en que el esfuerzo de frenado aplicado por las zapatas o discos

proviene indirectamente del hecho de mover el pistón de un cilindro. Su esquema es el siguiente:

Figura Nº 6

Según el tipo de frenado que se quiera hacer éste puede ser:

1) Frenado continuo: el que realiza normalmente el maquinista o un viajero en caso de parada de emergencia. 2) Frenado automático: el que ocurre si hay una avería en el propio sistema de frenado. 3) Frenado de apriete y aflojamiento graduados: si se realiza de una forma escalonada.

Tipos de frenos neumáticos:

1- De aire comprimido. 2- De vacío. 3- Una combinación de los dos.

Frenado por aire comprimido: Figuras aclarativas de cómo funciona este tipo de frenado:

Figura Nº 7

Figura Nº 8

Figura Nº 9

Figuras Nº 7, 8 y 9. Llave de mando del freno y sus diferentes posiciones

Inconvenientes en este sistema de freno:

- Retraso en el frenado de los vagones de cola. - Es difícil obtener aflojamientos graduados.

Solución a estos inconvenientes: Utilizar un sistema mezcla del automático y directo:

Figura Nº 10

Figura Nº 11

Dentro del frenado por aire comprimido hay que incluir también el freno de mano, indispensable para el estacionamiento del tren:

Figura Nº 12. Freno de mano en los vagones

EL SISTEMA DE FRENOS Y EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE

El sistema de frenos juega un papel muy importante tanto en la seguridad como en el rendimiento de un automóvil por ejemplo unos frenos demasiado ajustados podrían provocar:

el sobrecalentamiento de las balatas

generar la cristalización de las mismas provocando una falta de frenado

calentamiento excesivo

daño a los sellos de los cilindros (“gomas”)

daño al neumático (generalmente en forma de pequeñas grietas “cuarteamiento de las caras”)

falla en los sellos de las ruedas (retenes) y por lo tanto fuga de aceite del diferencial o del transeje contaminando las balatas

reducción en la capacidad de frenado

sobre consumo de combustible (en un 10% o más).

Es importante hacer revisiones frecuentes (una vez a la semana) para

determinar si no hay fugas de líquido de frenos, estas fugas se pueden detectar porque generalmente se bajan los niveles de los depósitos del líquido de frenos.

SISTEMAS DE ANTIBLOQUEO DE FRENOS (ABS)

Un sistema de frenado antibloqueo (ABS) controla automáticamente la presión del liquido de frenos, evitando que las ruedas se bloqueen cuando se ejerce excesiva presión sobre el pedal, generalmente en situaciones de alto riesgo, optimizando de tal manera el funcionamiento del sistema y permitiendo al conductor, al mismo tiempo, mantener la estabilidad y control del vehículo.

Las siglas que lo identifican provienen de su denominación en idioma ingles:

Antilock Breaking System: Algunos autores españoles han castellanizado la acepción, denominándolos SFA (Sistema de Frenos Antibloqueo). Se lo suele calificar como sistema reactivo, pues funciona reaccionando frente a una o más ruedas bloqueadas.

¿ Por qué el sistema ABS es beneficioso?

La primer ventaja a destacar es que los sistemas antibloqueo permiten que el automotor se detenga en distancias más cortas. Esto se explica porque al mejorar el contacto neumático-suelo, se mantiene un mayor coeficiente de rozamiento y, como consecuencia, se logra una mayor eficiencia de frenado.

Sobre pavimento húmedo, el sistema permite que el agua drene por las estrías y no se forme la cuña de agua que caracteriza el hidroplano (acquaplanning).

La segunda mejora, pero no menos importante, se pone de manifiesto cuando, en situaciones extremas, los conductores ejercen la máxima presión posible sobre el pedal de freno.

En vehículos provistos de sistemas estándar de frenado, es común que durante una frenada de pánico, sobre pavimento seco, las ruedas delanteras se bloqueen. Cuando la calzada esta mojada o resbaladiza, ese riesgo aumenta significativamente, especialmente a velocidades altas o cuando el dibujo de los neumáticos se encuentra desgastado.

Cuando esto ocurre, el conductor pierde el control del vehículo, que no responde al giro del volante y se desliza en la dirección y sentido que llevaba al iniciarse el bloqueo.

Al evitar ese bloqueo, el sistema ABS permite que el conductor mantenga bajo control el direccionamiento del vehículo, al mismo tiempo que lo desacelera optimizando, de esa manera, la conducción en situaciones de riesgo.

SISTEMA DE EMBRAGUES

Son acoplamientos temporales, utilizados para solidarizar dos piezas que se encuentran en un mismo eje, para transmitir a una de ellas el movimiento de rotación de la otra, y desacoplarlas a voluntad de un operario externo, cuando se desea modificar el movimiento de una sin necesidad de parar la otra, se halla siempre intercalado entre un motor mecánico o térmico y el órgano de utilización, a fin de poder parar este último sin que deje de funcionar el motor.

Un mecanismo de embrague tiene que ser resistente, rápido y seguro. Resistente debido a que por él pasa todo el par motor. Rápido y seguro para poder aprovechar al máximo dicho par, en todo el abanico de revoluciones del motor

Figura Nº 13. Embragues

CLASIFICACIÓN GENERAL:

1. Embragues dentados:

Están caracterizados porque la conexión entre los ejes conductor y conducido se logran mediante dos miembros dentados que giran solidariamente con cada eje, de manera que los dientes de uno calcen en los huecos del otro.

Existen dos tipos comunes de embragues de dientes, embragues de dientes cuadrados y de dientes en espiral, el segundo capaz de transmitir momento, y en consecuencia movimientos en dos sentidos, mientras que el primero en un solo sentido.

Este tipo de embragues se pude observar en la siguiente figura, en la cual se presentan los diagramas de algunos embragues:

Figura Nº 14. Tipos de Embragues

2. Embragues de fricción:

Son aquellos caracterizados porque el mecanismo de transmisión de movimiento, y en consecuencia de potencia, se logra mediante el contacto entre dos superficies rugosas, una solidaria al eje conductor, la otra al conducido.

Su diagrama se puede observar en la figura anterior (Figura Nº 14).

Existen dos configuraciones comunes en los embragues de fricción, los embragues de disco y los cónicos, en el primero, las superficies de contacto entre los ejes a acoplarse corresponden a sendos anillos circulares y en el segundo, la acción de contacto entre los ejes conductor y conducido se logra a través de un par de superficies cónicas rugosas, esta disposición permite incrementar la fuerza normal entre las superficies de contacto, con el consiguiente aumento de la capacidad de transmisión de momento entre los ejes conductor y conducido.

3. Embragues unidireccionales:

Son aquellos embragues diseñados para transmitir movimiento, y consecuentemente potencia, cuando el eje conductor gira en un solo sentido. Al invertir el sentido de rotación del eje conductor, los ejes de la transmisión se comportan como si no estuvieran acoplados.

Figura Nº 15. Embrague unidireccional.

4. Embragues centrífugos:

Consiste en un cierto número de zapatas, distribuidas simétricamente, en capacidad de deslizar radialmente a lo largo de guías solidarias al eje conductor, y así de entrar en contacto con la cara interior de un tambor solidario al eje conducido.

Figura Nº 16. Embrague centrífugos

5. Embragues automáticos:

El automatismo de este tipo de embrague no radica en su principio de funcionamiento, sino en el sistema de mando, que es normalmente electromagnético o neumático.

Dicho embrague se puede observar en la figura Nº 14 (tipos de embragues).

6. Embrague neumático:

Utiliza la depresión creada en el tubo de admisión del motor debida al descenso del pistón en el cilindro. Esta depresión se comunica a un cilindro adicional por mediación de una válvula solidaria del pedal del acelerador, cuando se levanta este último la válvula se abre y la depresión acciona el mando del embrague, realizando el desembrague.

ACCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE

Veremos las diferentes posibilidades con las que el conductor puede pilotar el sistema de embrague. Debido a la evolución que actualmente están recibiendo los accionamientos del embrague, existen en el mercado diferentes formas, agrupadas básicamente en dos:

1. Sistemas de embragues pilotados por un pedal

Dentro de este tipo de accionamiento, nos encontramos con dos variantes básicamente:

Accionamiento mecánico o Accionamiento hidráulico.

Accionamiento mecánico:

Este mecanismo se basa en el accionamiento del sistema de embrague, mediante un cable de acero, unido por uno de sus extremos al pedal de embrague, y por el otro a una horquilla de embrague, unida ésta a su vez con el cojinete de embrague.

Al pisar el pedal, el cable tira de la horquilla, aplicándole un esfuerzo capaz de desplazar al cojinete de embrague, deformando a su vez el diafragma del mecanismo de embrague, con el consiguiente desembragado del sistema. Al soltar el pedal, la fuerza de dicho diafragma, hace desplazar al cojinete en sentido contrario, y ésta a su vez al cable, con el consiguiente retorno del pedal de embrague a su estado de reposo.

En el sistema de accionamiento del embrague por cable, encontramos básicamente dos variedades:

Por una parte tenemos el sistema en el que el cojinete de embrague, en posición de reposo, está en constante contacto con el diafragma, o con las patillas de accionamiento, según proceda.

Y por otra, está el sistema en el que el cojinete de embrague y el diafragma, en posición de reposo, tienen una separación denominada guarda. Esta separación, se obtiene gracias a un muelle situado en la horquilla del embrague. La separación guarda, es ajustable por el extremo del cable.

En la actualidad, en los sistemas en los que el cojinete está siempre en contacto con el diafragma, para absorber de manera automática el juego entre el cojinete de embrague y el diafragma, existen dispositivos como cables auto-regulables, o pedales dotados de unas serretas que, a medida que se va gastando el disco, regulan la posición del cable.

Accionamiento hidráulico:

En este sistema se utiliza, para desplazar al cojinete de embrague y en consecuencia al mecanismo de embrague, un cilindro emisor (o bomba), y un cilindro receptor (o bombín). Están comunicados entre si, a través de una tubería, el sistema funciona por medio del movimiento de unos émbolos situados dentro de los cilindros, dicho movimiento se efectúa a través de un líquido (el mismo que es utilizado en los sistemas de frenado).

Cuando presionamos el pedal de embrague, este actúa directamente sobre el cilindro emisor, desplazando su émbolo, éste a su vez ejerce una presión sobre el líquido, que desplaza al émbolo del cilindro receptor.

El cilindro receptor (o bombín), se comunica con el cojinete de embrague (en la mayoría de los casos), por medio de una horquilla. Esta está accionada por el cilindro receptor, por medio de un vástago, que permanece en contacto con el émbolo de dicho cilindro. Al desplazarse el émbolo por la fuerza del líquido, se desplaza el vástago y acciona la horquilla.

Otra variedad con la que nos podemos encontrar es que el cilindro receptor y el cojinete de embrague, sean una misma pieza. Con lo que el desplazamiento axial del cojinete de embrague, es aplicado del cilindro receptor directamente a dicho cojinete. Los diámetros de los dos cilindros, (emisor y receptor) son diferentes, por lo que la fuerza ejercida por el conductor sobre el pedal de embrague (aplicada directamente sobre el cilindro emisor), se multiplica, permitiendo al conductor un esfuerzo menos para el desembragado.

2. Mecanismos de embrague pilotados electrónicamente

El otro medio por el cual el conductor pilota el mecanismo de embrague, aunque esta vez sin la existencia del pedal de embrague. En este mecanismo el mando del sistema, está encomendado a un sistema electrónico de gestión accionado por la electrónica o la hidráulica.

Embragues electromagnéticos:

Están formados por un elemento conductor fijado al volante de inercia en el que se encuentra polvo metálico, un elemento conducido ensamblado sobre el primario de la caja de cambios con una bobina que es alimentada a través de unas escobillas y un calculador electrónico, que recibe información de la posición de la palanca de cambios, del régimen del motor, de la velocidad del vehículo, y de la posición del pedal del acelerador. El embrague es gestionado por corrientes de intensidad variable.

En otras ocasiones, el calculador es gestionado por un grupo hidráulico el cual proporciona, mediante un cilindro receptor, la fuerza necesaria para desplazar la horquilla de embrague y el cojinete de embrague, y en consecuencia el mecanismo de embrague.

Una de las marcas que actualmente montan un mecanismo de embrague pilotado electrónicamente, es SAAB, el sistema se denomina SENSONIC.

Embragues hidráulicos:

Se constituye mediante una bomba solidaria al volante de inercia y una turbina solidaria al primario de la caja de cambio; entre ambas se sitúa un reactor montado sobre una rueda libre y todo el conjunto va cerrado y bañado por aceite, siendo los alabes helicoidales de los tres elementos los que mueven el aceite.

Es importante conocer los principios de los diferentes tipos y accionamientos de un sistema del que depende el aprovechamiento y transmisión del movimiento del motor a la caja de cambios y a las ruedas, para su correcta sustitución en los vehículos.

http://html.rincondelvago.com/diseno-de-maquinas_frenos-y-embragues.html

Fallas mas comunes en el sistema de frenos

Para no hacer confuso el diagnóstico,en esta parte solo trataremos sobre sistemas de frenos que no estan equipados con ABS (frenos antibloqueantes o antiderrapantes).

Al llegar a un alto, freno y mientras el vehículo esta detenido el pedal se desliza lentamente hasta el piso.

Cilindro maestro fallando, pero antes de proceder a su cambio o reparación asegurese que no existen fugas en alguna manguera, línea o tubería. Asimismo es posible que el sistema hidraulico tenga aire encerrado. Purgue el sistema.

La explicacion para que un cilindro maestro acuse la falla que se menciona en esta página, es la siguiente:Cuando usted frena, el cilindro maestro desliza un pistón dentro de su armadura. El pistón tiene instalados sellos de hule en su contorno. Con el uso estos sellos pierden su capacidad de evitar que el fluido regrese al espacio que dejo el pistón, como consecuencia mientras usted tiene presionado el pedal el fluido regresa por las grietas de los sellos desgastados, haciendo que

el pedal continue bajando, obligando a soltarlo y pisar nuevamente para mantener la acción de frenado.Una alternativa de solución es cambiar los sellos de hule y una limpieza con una lija suave al interior del cilindro maestro.

Cuando freno el vehículo se va a un lado.

Si tomamos como base que al aplicar los frenos, la fuerza del fluido llega con la misma fuerza a las cuatro ruedas, entonces debemos entender que si el vehÍculo se va a un lado es porque la rueda de ese lado esta sufriendo un problema que le esta haciendo cojear.Debe entenderse que si el vehiculo se va hacia el lado derecho, es porque este lado frena mas que el izquierdo o porque el freno izquierdo no esta funcionado.Entonces primero analicemos porque? el lado derecho estaría amarrando la rueda con mas fuerza que el de la izquierda?:Presión de neumaticos incorrectas, demasiada baja?Ruedas fuera de alineamiento?Pastillas de freno demasiado gastadas?Rodaje o balero de rueda flojo o defectuoso?Amortiguador roto o demasiado usado ?Ahora analicemos el lado izquierdo, porque? tiene frenado mas debil que el derecho?Grasa o fluido de frenos sobre el rotor y pastillas ?Manguera de frenos obstruida o defectuosa ?No olvide revisar los tambores y balatas o zapatas de las ruedas traseras, es posible que una de ellas tenga mas ajuste que la otra.Rrevise que el cable que activa los frenos de emergencia funcionen correctamente, que activen y desactiven con facilidad.Que la placa que soporta la instalacion de balatas y piston no este floja.Asimismo asegurese que la rueda no tenga juego axial o sea que no tenga juego lateral, porque esto indicaría que el rodaje (wearing) esta en malas condiciones, lo que haría que el tambor de freno se mantenga inestable, lo cual es bastante peligroso.

Cuando freno siento pulsaciones en el pedal.

•Rotores o tambor de frenos deformados, deben ser rectificados en el torno (machine shop).

•Baleros o rodajes de rueda flojos o defectuosos.

•Tuercas de rueda flojos.

•Mordaza o caliper mal instalado.

•En los vehiculos con tracción trasera, es posible que tenga un eje deformado.

En los vehiculos con traccion delantera, revisar los soportes de la transmisión y motor. ( Entiendase como soportes aquellas pequeñas partes compuestas de hule-goma-metal, que sirven para fijar el motor y la transmision al puente de la carroceria y chasis, evitando vibraciones).

Cuando piso el pedal, este se va al piso y el vehículo no se detiene.

Problemas con el cilindro maestro, es posible que no tenga fluido o que internamente haya sufrido daños.Revise que no tenga fuga de fluidos por alguna conexión, manguera, cilindro de rueda o mordaza de freno.

Trate de purgar el sistema, si no encuentra fugas por ningun lado y si el deposito de fluido mantiene el nivel de fluido. Cambie el cilindro maestro y purgue el sistema. (O reconstruyalo cambiandole los hules internos y limpiando con una lija suave, el interior del cilindro maestro)

El nivel de fluído baja en el deposito, pero no hay señales de fuga o goteo externo

Es normal que el fluido baje su nivel conforme se van desgastando los frenos, especialmente las pastillas (fricciones) de los frenos delanteros.Esto sucede porque, al desgastarse las pastillas los pistones de las mordazas van saliendo de su posición para compensar la distancia que separa las pastillas del rotor, al suceder esto, el fluido incrementa su volumen dentro de la camara de la mordaza y allí se mantiene hasta que se renuevan las pastillas y los pistones de mordaza sean retraidos en la

instalación.

Si a usted le parece que es demasiado continuo la baja del nivel de fluido sin explicación lógica: Cambie el cilindro maestro, es posible que el fluido se este pasando al booster o reforzador de frenos por vacío, si no tuviera booster revise el piso cerca del pedal, es posible que el fluido lo este humedeciendo.

La parte negra que esta detras del deposito del fluido de frenos, es el reforzador de vacío o booster. Pero primero revise que no este perdiendo fluido, por alguna de las ruedas (caliper,mordaza,o cilindro de rueda en los frenos de atras).

Los frenos se pegan, en una o varias ruedas

Haga revisar el sistema de freno de emergencia (freno de mano), es posible que el cable que lo activa este en malas condiciones.Recordemos que en un sistema de frenos asistidos por vacío el reforzador de vacio o booster puede estar en malas condiciones, dando como consecuencia este tipo de fallas.El montaje de frenos en una o varias ruedas, estan en mala posición, asimismo revise los baleros o rodajes de rueda.Levante el vehículo y revise rueda por rueda, es posible que alguna tenga juego axial (juego lateral), lo que estaría indicando que un rodamiento(balero) esta en malas condiciones, originando con esto que el tambor de freno este inestable.La placa que sostiene el montaje de las balatas, podría estar floja, ajustela.Algunos sistemas de frenos llevan separados del cilindro maestro una valvula llamada diversificadora (dosificadora)Esta valvula es la encargada de variar la dirección del fluido, de tal manera que la fuerza hidraulica active los frenos en forma diagonal.Lo que quiere decir, que cuando el cilindro maestro envía fuerza hidraulica en dos etapas la valvula lo recibe y traslada esta fuerza, haciendo dos circuitos, una rueda de adelante y una de atras en un circuito y las otras dos en el otro circuito.La finalidad es evitar que el frenado sea brusco y desestabilice el vehículo.Es posible que esta valvula, se encuentre defectuosa.dando como consecuencia el problema que nos ocupa en esta pagina.

Cuando freno y suelto el pedal se escucha un click.

Frenos excesivamente gastados

Las pastillas de freno deben instalarse con todos sus componentes, como laminas, clips,seguros, pegamento etc., que impidan que las pastillas queden libres al gastarse.Las placas que soportan el montaje de las balatas, pueden estar demasiados gastados y hasta tener grietas o surcos, hagalas cambiar.Revise que los caliper o mordazas de freno tengan sus tornillos completos.Revise que las balatas no hayan roto algun resorte o tenga algun componente fuera de su posicion.

Cuando freno escucho un sonido de raspado metálico.

Es posible que este escuchando el sonido del sensor, o de plano ya se esta gastando el rotor, o tambor.Hagale un servicio a los frenos, que incluyan el remplazo de pastillas y balatas nuevas, así como rectificado(corte) de discos y tambores.Si los rotores o tambores estan demasiado gastados, tallados o rayados, deberá cambiarlos por nuevos porque un rotor o tambor demasiado rayado al ser rectificado se sale de las especificaciones normales de uso.

Aquí tenemos un rotor de frenos, con las pastillas gastadas mas alla de su tolerancia. El sonido que nos ocupa en esta página, se debe a que la pastilla se gasto, hasta llegar a su parte metalica, como consecuencia y teniendo en cuenta que el rotor tambien es de metal, cada vez que usted frena esta presionando fierro contra fierro en rotación.La solución a un caso de estos, debe hacerce cambiando pastillas nuevas y llevando el rotor para que lo rectifiquen en el torno y si ya se salió de las especificaciones de tolerancia, comprar uno nuevo.

Pedal de freno demasiado duro, tengo que aplicar fuerza para detener el vehículo

Considerando que estamos hablando de un sistema de frenos asistidos por vacio (booster).Si el vacio no esta presente en el booster el pedal de freno se sentira duro. Haga revisar el circuito que lleva vacio del motor hacia el booster y no descarte la posibilidad que, estè defectuoso.

Los pistones de la mordaza o cilindros de rueda pueden estar trabadas o congeladas.

Aquí podemos ver una mordaza o caliper de freno delantero.

Pastillas o balatas sucias con grasa, aceite, fluido o vidriados.Cuando haga lavar su vehículo tenga cuidado de no mojar demasiado las pastillas o balatas, y sea precavido al conducir, hasta que el calor de la friccion evapore el agua.

Cuando presiono el pedal de freno lo siento esponjoso.

•Aire en el sistema de frenos : purgue el sistema.

•Cilindro maestro, o reforzador de vacio (booster) flojo.

•Fluido de freno contaminado: necesita purga y reemplazo.

•Mangueras de freno demasiado usadas, se deforman con la presión.

•Balatas fuera de posición, descentradas.

•En conclusión, necesita hacer una revisión general del sistema de frenos y cambiar lo que encuentre con señales de estar en malas condiciones. Recuerde que cualquier parte que este incluido en el sistema de frenos es importante y vital.

Recorrido excesivo del pedal de freno (pero frena).

Antes de todo asegurese, que el nivel de fluido en el cilindro maestro sea el correcto, no agregue fluido mas alla de la señal de maximo. (Recuerde que el sistema requiere un espacio vacio que le sirve para respirar.)

•Asegurese de no tener alguna rueda floja ( tuercas sin apretar)

•Necesita ajuste en las balatas.

•Posiblemente tenga aire en el sistema : purguelo

Otra causa sería, rodaje o balero de rueda flojos o desgastados: Recuerde que cualquier parte del sistema de frenos que este inestable hará que el frenado sea inseguro.Si siente ruido de rodaje mientras esta manejando esto hará que las pastillas o balatas se mantengan flojas todo el tiempo y como consecuencia el frenado será defectuoso.En los vehículos de tracción trasera, al cambiar los frenos de adelante no olvide checar los baleros o rodajes, recuerde que el excesivo calor diluye la grasa y afloja el ajuste de estos.

Recorrido excesivo del pedal de freno y no detiene el vehículo.

Cilindro Maestro defectuoso, en este caso antes de llegar a esta conclusión, debemos descartar que el mal funcionamiento no lo este originando una fuga de fluido, ajena del cuerpo o estructura del cilindro maestro.Revise el nivel de fluido, en el cilindro maestro y no lo llene mas alla de la señal indicada como maximo ( recuerde que el sistema requiere un espacio vacio para respirar), si existiera una fuga en el sistema, este hecho será mas evidente.Fuga en el sistema hidraulico: Revise líneas, mangueras y sellos de pistón de mordaza y cilindro de rueda.Varilla de empuje del cilindro maestro fuera de ajuste.

Cuando freno siento duro el pedal, pero frena.

Estamos asumiendo que nos referimos a un sistema de frenos asistidos por vacío o equipado por booster.

En estos casos, debemos prestarle atención al reforzador de vacio o booster, es posible que este defectuoso y se encuentre perdiendo vacio por su menbrana interior. Esta condición acusa dos fallas una de ellas es: que el pedal se ponga duro y la otra que el motor altere sus revoluciones cada vez que usted frena; La solucion es cambiar el reforzador de vacio o booster. El booster o reforzador de vacío, es la parte que se encuentra detras del cilindro maestro mostrado en la la ilustración.

Cuando freno escucho un mujido que molesta, pero frena.

El mujido, significa que la acción de frenar es bastante pobre, lo que quiere decir que una o dos ruedas no estan frenando con la fuerza requerida.Con frecuencia hemos encontrado balatas o zapatas fuera de ajuste. Pero la razón mas comun y lógica tiene que ver con la siguiente explicacion :Las pastillas de frenos y zapatas, son fricciones confeccionadas con material resistentes al calor.Cuando son nuevas no hay problema, pero recuerde que debido al uso o desgaste la parte de material que va quedando, ha soportado el calor desde su instalacion, y mientras mas desgastadas esten, estas pastillas o balatas ya se encuentran cristalizadas y su

capacidad de detener la inercia del rotor o tambor es bastante discutible.Por esta razón recomendamos un cambio inmediato de pastillas y balatas,Asimismo debe chequear que, tanto el rotor como el tambor no esten demasiado gastados o cortados, debido a que esto da origen a una salida excesiva del caliper o mordaza, así como también a un desajuste de los cilindros de ruedaen la parte de atras del vehículo.Igualmente observe el filo o contorno del rotor, algunas veces el desgaste hace que en el rotor se forme pestania, esto lo puede solucionar rebajando con una lija el filo de las pastillas, para evitar el contacto con esa parte del rotor.Tome nota, que en este problema influye mucho la calidad de las pastillas (fricciones), o balatas en cuanto al material que usan para su fabricación, unas fricciones de mala calidad solo tardara una semana en volver a manifestar el mismo problema.

http://nipponpower.com.mx/foro/showthread.php?41303-Fallas-mas-comunes-en-el-sistema-de-frenos

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