Sistema de Frenado Regenerativo

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ORLANDO GUEVARA ROCHA ERICK JOSUE AMADOR BONILLA 2014 SISTEMAS DE FRENADO REGENERATIVOS

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Índice

1. Introducción…………………………………………………………………………1

2. Historia y Evolución de los Frenos……………………………………………...2

3. Tipos de Frenos………………………………………………………………….....2

3.1. Frenos Mecánicos……………………………………………………..……23.2. Frenos de Aire…………………………………………….…………………33.3. Frenos Hidráulicos………………………………………………….………3

3.3.1. Frenos de Disco………………………………………………….......…43.3.2. Frenos de Tambor……………………………………………………....53.3.3. Frenos ABS (anti-block-system)……………………………………....53.3.4. Freno de mano…………………………………………..…………..….6

4. Freno Regenerativo…………………………………………………….…………....64.1. Volante de Inercia……………………………………………………..……64.2. Sistemas Hidroneumáticos…………………………………………...……74.3. Recarga de Baterías………………………………………………..….……7

5. Ventajas y desventajas del Sistema de Frenado Regenerativo……….…..……86. Conclusión………………………………………………………………………....…9

7. Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………10

SISTEMAS DE FRENADO REGENERATIVOS

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1. Introducción.

Desde la revolución industrial el hombre ha buscado innumerables herramientas para mejorar productos tanto en calidad como en costo, todo se basó en la mecanización de la industria dejando de lado la agricultura que había sido base de la economía.

A lo largo de los años el transporte se volvió una necesidad primordial entre los habitantes ya sea para trabajar en lugares más alejados o para que su producto tuviera más alcance, gracias a la locomotora de vapor pudimos lograrlo a un costo justo y que nos ahorraba esfuerzo y tiempo ya que era notable en comparación del transporte no motorizado.

Conforme se hizo más habitual el uso de máquinas motorizadas fue mayor el riesgo de accidentarse por lo tanto se comenzó a implementar medidas de seguridad en un principio sabemos que las carretas usaban una tambora interna pero que no podían arriesgarse a usar ese sistema que era empleado en vehículos donde su velocidad máxima era de 40 km/h es por eso que en carreras organizadas por fabricantes, se proponían sistemas de frenado innovadores, se propuso un sistema de freno de una sola banda de acero Inoxidable flexible, envuelta alrededor de una tambora en el eje trasero ya que disminuyo tres veces la distancia de frenado.

Cuando el auto salió a la luz en 1886 ya se tenían pensadas muchas normas de seguridad, sin embargo la tecnología aún no estaba a la altura de hacer de los accidentes, algo inevitable, en este trabajo hacemos un repaso de las etapas del freno hasta llegar a la nueva tecnología de los frenos regenerativos que gracias a los avances tecnológicos han logrado no solo reducir accidentes sino hacer uso de la energía producida con el frenado.

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2. Historia y Evolución de los Frenos RegenerativosLos sistemas de frenado han pasado por una importante evolución desde sus inicios, a mediados del siglo XVIII, cuando se empezó a experimentar la manera de detener un vehículo. Kirkpatrick Macmillan un herrero escocés invento el freno de cuchara que consistía en una palanca que presionaba un bloque de madera contra la llanta (actualmente la banda de hierro).

Con el paso del tiempo entraron los frenos de disco, aunque sea poco creíble una de las primeras versiones de estos frenos fueron usados en las llantas delanteras de un carro eléctrico diseñado por Elmer Ambrose Sperry, en donde una electroimán forzó a un dispositivo protector contra el rotor. El primer diseño que se conoce que disponía de frenos de disco es el Crosley 49', después aparecieron en los frenos de aviones. Y así con el paso del tiempo los franceses e ingleses introdujeron en grandes cantidades los frenos de disco en las producciones de sus automóviles comerciales.

Después Lanchester patentó en el primer sistema de frenos de disco pero este resultado no funciono ya que era un disco metálico situado en el eje de la rueda que era apretado entre dos elementos de roce o fricción, accionados por palancas. Debido a la falta de materiales resistentes que soportaran este roce no funciono. Pero para que funcionara entro Herbert Frood que desarrolló y aplicó los primeros materiales de fricción eficientes para usarse en los sistemas de frenado, ya sean los de disco de Lanchester o los de tambor. Hasta la fecha la compañía del Sr. Frood subsiste y se llama Ferodo. Los tambores de hierro fundido aparecieron poco después.

Y con el paso del tiempo apareció el servofreno en cual trataba en el esfuerzo que ejerce el conductor sobre el pedal, Porshe en 1966 lanzo el disco autoventilado, ya en 1985 comenzó a ofrecerse de serie (Mercedes Clase S y Ford Scorpio, los primeros) el ABS, en lo que fueron los inicios de la aplicación de la electrónica a los sistemas de frenado.

Después llegó el control de tracción (ASD y ASR) que funciona en conexión con el ABS. Y en 1994, el ESP; y en 1996 finalmente ya se dio la asistencia a la frenada.

3. Tipos de frenos

3.1. Frenos mecánicos

Este tipo de freno ya solo es utilizado como un freno de emergencia 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 comenzaron a desarrollar los coches se necesitaba un gran esfuerzo físico para lograr frenar el auto.

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Mecánica automotriz: Sistema de frenos [fotografía]. (2012). Recuperado de http://hola-

mecanicaautomotriz.blogspot.mx/2012/01/sistema-de-frenos.html

3.2. Frenos de aire.

Este tipo de freno es un sistema que resulta muy económico y potente. La presión ejercida por el pie del conductor 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 del freno. Estos frenos son muy servibles para grandes vehículos pero no son muy seguros.

Mecánica automotriz: Sistema de frenos [fotografía]. (2012). Recuperado de http://hola-mecanicaautomotriz.blogspot.mx/2012/01/sistema-de-frenos.html

3.3. Frenos hidráulicos.

Los frenos hidráulicos están divididos en dos tipos de sistemas fundamentales: Los sistemas hidráulicos (“frenos de pedal”), propiamente dichos y los basados en materiales de fricción (“frenos de mano”).

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Este sistema se basa en que los líquidos son prácticamente incompresibles y 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 la amplifica logrando la fuerza necesaria para detener el vehículo.

Las pastillas o materiales de fricción, suelen ser piezas metálicas o de cerámica capaces de soportar altas temperaturas. Estas son las piezas que se encargan de crear la fricción para frenar.

Mecánica automotriz: Sistema de frenos[fotografía]. (2012). Recuperado de http//:hola-mecanicaautomotriz.blogspot.mx/2012/01/sistema-de-frenos.html

Además, hay varios tipos de frenos hidráulicos.

3.3.1. 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.

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Sistema de frenos (2012). Recuperado de http://hola-mecanicaautomotriz.blogspot.mx/2012/01/sistema-de-

frenos.html

Sistema de frenos(2012). Recuperado de http//:hola-mecanicaautomotriz.blogspot.mx/2012/01/sistema-de-

frenos.html

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3.3.2. 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.

Actualmente este tipo de frenos se utilizan solamente en las ruedas traseras y con ciertos vehículos.

Sistema de frenos: frenos de tambor [fotografía]. (2014). Recuperado de http://www.aficionadosalamecanica.net/frenos-2.htm

3.3.3. Frenos ABS (anti-block-system)

El Sistema Antibloqueo de Frenos (ABS, por sus siglas en inglés), consiste en un mecanismo en el sistema de frenado que no permite el movimiento de las ruedas cuando el conductor aplica el freno de forma brusca. Cada una de las ruedas cuenta con un sensor que determina las revoluciones, y al notar una disminución ordena el descenso del frenado e impide el bloqueo.

5Partes de un sistema de frenos ABS. (2014). Recuperado de http://frenosabsumb.wikispaces.com/Partes+de+un+Sistema+de+Freno+ABS

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3.3.4. 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 ejercen presión sobre las balatas de las ruedas traseras originando un frenado, que en caso de producirse mientras el vehículo está en movimiento, puede ser bastante brusco.

Conocimientos básicos del automóvil. Recuperado de http://www.automotriz.net/tecnica/conocimientos-basicos-50.html

4. Frenos Regenerativos.

El frenado regenerativo es un proceso por el cual una parte de la energía cinética del vehículo es recuperada por algún mecanismo durante las desaceleraciones. Dicha energía puede ser almacenada en dispositivos de diferente funcionamiento como pueden ser baterías, volantes de inercia, celdas de combustible regenerativas o acumuladores hidroneumáticos, entre otros, con el propósito de ser usada más tarde en la alimentación de los sistemas de propulsión del vehículo o en la alimentación de otros accesorios del mismo.

4.1. Volante de Inercia.

El volante de inercia puede ser conectado o desconectado del tren motriz del vehículo mediante un embrague.

Durante el frenado, se conecta el volante a la transmisión, de manera que una parte de la energía cinética del vehículo pueda ser transferida al volante de inercia durante un rango de velocidad, después de este rango el sistema se desconecta y el volante permanece girando. La energía que se almacena por este sistema puede ser usada para hacer girar un generador y la energía recuperada emplearse en el vehículo.

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Una de las ventajas de este sistema es que permite almacenar energía, durante intervalos cortos de frenado y aceleración, por lo que pueden usarse en los vehículos de pasajeros, sin que existan muchas pérdidas por fricción.

4.2. Sistemas Hidroneumáticos.

Se componen principalmente de una bomba-motor hidráulica que puede conectarse al tren motriz del vehículo y un tanque hidroneumático. Por este sistema es posible forzar la compresión de un fluido dentro del tanque durante el frenado, para almacenar parte de la energía cinética. Dicha energía puede ser liberada después.

De esta manera la energía almacenada se convierte nuevamente en energía cinética y colabora a la propulsión del vehículo.

4.3. Recarga de Baterías.

En la mayoría de los vehículos eléctricos e híbridos actuales, se hace que el motor de tracción funcione durante el frenado como generador de electricidad (como se muestra en la figura), o se cuenta con un generador que se conecta exclusivamente para este propósito. Así, la energía cinética del vehículo se convierte en energía eléctrica que se usa para recargar las baterías del vehículo.

Actualmente Toyota produce un vehículo denominado Prius, el cual emplea este tipo de sistema como complemento al sistema convencional de frenado.

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Volante de inercia. Recuperado de http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/handle/132.248.52.100/825

Funcionamiento de un sistema regenerativo de recarga de baterías. Recuperado de http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/handle/132.248.52.100/825

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5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA DE FRENADO REGENERATIVO

Este tipo de vehículos presenta sobre los tradicionales las siguientes ventajas y desventajas:

Ventajas:

Son capaces de conseguir una eficiencia doble, lo que se consigue por la supresión de la mayor parte de las pérdidas de potencia que se producen en los vehículos tradicionales.

El sistema de frenado tiene a su vez capacidad regenerativa de la potencia absorbida, lo que reduce las pérdidas de eficiencia.

El motor se dimensiona solo para una potencia promedio, ya los picos de potencia los proporciona la fuente de energía alternativa. Esto además permite que el motor funcione siempre en su punto óptimo o muy cerca de él. Por ello su eficiencia resulta doblada, pudiéndose aligerar el peso y volumen hasta en un 90%.

El motor puede desactivarse durante la marcha cuando no se necesita. La eficiencia del combustible se incrementa notablemente, lo que se

traduce en reducción de las emisiones. Incremento de autonomía, ya que esta depende del combustible

almacenado en el tanque Alto y uniforme rendimiento incluso a bajas temperaturas La unidad auxiliar no funciona continuamente, ya que se desactiva

automáticamente cuando no es necesaria Se elimina la necesidad de recargar las baterías cuando estas se agotan El motor de combustión interna funciona bajo un estrecho margen de carga

y velocidad, lo que incrementa su eficiencia Este sistema de propulsión pesa alrededor de una cuarta parte como

mucho de lo que pesa un vehículo de baterías eléctricas, que debe arrastrar media tonelada de baterías bajo el piso.

Desventajas. Mayor peso que un coche convencional (hay que sumar el motor eléctrico y,

sobre todo, las baterías), y por ello un incremento en la energía necesaria para desplazarlo.

Más complejidad, lo que dificulta las revisiones y reparaciones del mismo. Por el momento, también el precio.

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6. Conclusión

Conforme se realizó la investigación, nos encontramos varios pros y contras del sistema de frenado regenerativo que está siendo una propuesta de los fabricantes para el aprovechamiento de energía sobre todo en autos híbridos, nosotros esperamos que conforme se dé a conocer la información sea mayor el uso que se les dé y así sea mayor la atención que se les preste para hacer de esa tecnología algo accesible a todos los bolsillos para cuidar no solo nuestros automóviles sino el ambiente

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Bibliografía

FRENCAR AUTOPARTS C.A. (2009). Tipos de frenos. De FRENCAR AUTOPARTS C.A Sitio web: http://frencar.over-blog.com/article-35347442.html

Dr. Ricardo Chicurel Uziel.. (2006). Prueba y evaluación de un sistema de frenos regenerativo hidroneumático.. 2 de Octubre de 2014, de Universidad Nacional Autónoma de Mexico Sitio web: http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/handle/132.248.52.100/825

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Mazda. (2011). MAZDA DESARROLLA EL PRIMER SISTEMA DE FRENADA REGENERATIVA BASADO EN UN CONDENSADOR ACUMULADOR. 02/octubre/2014, de Mazda Sitio web: http://www.mazda.es/noticias/tecnologia/sistema-de-frenada-regenerativa/

Domenech, E. (19 de Julio de 2011). Así funciona el KERS. 2014, de Tecnología y Coches de

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