11u n i d a du n i d a d

OBJETIVOS

·· Comprender los principios teóricos

del proceso de frenado.

·· Conocer los elementos fundamentales

del sistema de frenos y su funcionamiento.

El sistema de frenos I

SUMARIO

■ Teoría del proceso de frenado

■ Elementos fundamentales del freno

de servicio de accionamiento hidráulico

■ Frenos de disco y de tambor

■ El freno de estacionamiento

.: CONSOLIDACIÓN :.

1·· ¿Cómo influye el estado de la superficie de la calzada en la distancia de parada?

La longitud del recorrido en el proceso de frenado, hasta la parada del vehículo, vienedeterminada por una ley física. La distancia de parada (Dp) se incrementa en función delcuadrado de la velocidad (v) y es tanto menor cuanto más elevada es la deceleración (d)del vehículo. La deceleración es aproximadamente diez veces mayor que el coeficientede fricción de adherencia que, si bien dependiendo del estado de la superficie de la cal-zada y del de los neumáticos, suele estar comprendido entre 0,2 (calzada helada) y 1.

2·· ¿Por qué el efecto de frenado en las ruedas del tren delantero no posee la mismamagnitud que el de las ruedas del tren trasero aun teniendo ambos frenos las mismasdimensiones?

La menor distancia de parada de un vehículo o la máxima eficacia de frenado del mismose obtiene cuando se frenan las cuatro ruedas, pero solamente cuando las ruedas son fre-nadas en función de la carga que soportan. En la acción de frenado en el vehículo, a con-secuencia de la fuerza de inercia, se produce un desplazamiento de las cargas por ejecuando el centro de gravedad del vehículo está por encima de la altura de los mismos.Las ruedas del tren delantero tienen que soportar más carga que las ruedas del tren tra-sero (entre el 60 y 70%). Mediante la utilización de los correctores de frenada puede evi-tarse que las ruedas del tren trasero lleguen a bloquearse.

3·· ¿Por qué el sistema de mando hidráulico se divide en dos circuitos independientes?

Una anomalía que se puede presentar en los sistemas de mando hidráulico del sistema defrenos es la fuga de líquido de frenos por cualquiera de sus componentes, lo que llega ainutilizar el sistema de frenos por falta de presión de manera que no se puede transmitirla fuerza de frenado a los cilindros de freno de rueda.

Con el sistema de configuración del mando hidráulico con dos circuitos independientes(dual o desdoblado) se puede llegar a frenar el vehículo, a pesar de que ocurra una ano-malía o fuga del líquido de frenos en uno de los dos circuitos hidráulicos independientes.

Dv

dp = ⋅ 

2

2

2Unidad 11 - El sistema de frenos I

Sugerencias didácticas

·· El objetivo principal de esta unidad es que los alumnos comprendan los princi-pios teóricos del proceso de frenado y que conozcan a fondo los elementos funda-mentales del sistema de frenos y su funcionamiento.

Es muy interesante utilizar la Galería de imágenes de esta unidad, que se encuen-tra en el CD Recursos audiovisuales, para apoyar nuestras explicaciones.

Otros materiales interesantes que se pueden utilizar en el aula como material com-plementario son los vídeos relacionados con esta unidad del CD Recursos audiovi-suales.

Además, recomendamos realizar varios test del CD Generación de pruebas de eva-luación para comprobar si los alumnos han alcanzado los objetivos propuestos.

Solucionario a las actividades finales

Ideas clave

Página 284

4·· ¿En qué tipo de vehículos se dispone de una configuración del sistema de frenosdual de tipo diagonal? Dibuja el esquema correspondiente.

En los vehículos con carga más elevada en el tren delantero (vehículos de tracción delan-tera con motor delantero) se utiliza el sistema de frenos de configuración dual de tipodiagonal.

5·· ¿Cuál es la misión que cumple la bomba de freno? Explica la función y el funcio-namiento de los orificios de compensación.

La bomba de freno o cilindro principal es uno de los componentes principales del sistemahidráulico del freno de servicio y es el encargado de generar y controlar la presión hidráu-lica que debe actuar sobre los cilindros de freno de las ruedas.

Al soltar el pedal del freno, el pistón de la bomba de freno retorna a su posición de repo-so por la acción del muelle y, en consecuencia, el interior del cilindro de la bomba sellena del líquido que está en las canalizaciones debido al vacío que hace el propio pistónen su retroceso.

Si el líquido de las canalizaciones no retorna a la bomba de freno con la suficiente rapi-dez o con el volumen necesario, el vacío interno provoca que la copela del pistón sedeforme hacia el interior, ocasionando que el líquido de frenos pase desde la cámaraintermedia a través de los orificios de compensación del pistón, llenando así el vacíointerno generado. En el caso de que haya pérdidas de líquido de frenos en las canaliza-ciones, estas se compensan en la propia bomba de freno.

El orificio de compensación o de llenado del deposito del líquido de frenos tiene tambiéncomo función la de compensar el volumen por la dilatación que experimenta el líquido defrenos cuando se calientan los cilindros receptores de freno. El líquido de frenos retornaal deposito por el orificio de compensación o de llenado.

6·· ¿Qué exigencias debe cumplir el líquido de frenos?

– Punto de ebullición: debe poseer elevada temperatura de ebullición, tanto en secocomo en húmedo.

– Viscosidad: debe poseer una baja temperatura de solidificación y su fluidez no debevariar notablemente con la temperatura.

– Compresibilidad: debe ser lo más pequeña posible e independiente de la temperatura.

– Protección: no debe agredir los materiales con los que está en contacto.

– Conductibilidad: debe poseer una buena conductibilidad térmica.

7·· Enumera los tipos de frenos de disco y explica brevemente el funcionamiento y lascaracterísticas de cada uno.

– Frenos de disco de pinza fija: poseen pistones en cada una de las dos partes en que sedivide su pinza. De esta forma, los pistones presionan por ambos lados a cada una de laspastillas de freno contra el disco repartiendo equitativamente la fuerza de frenado. Pro-porcionan una mayor fuerza de frenado.

1 2

3Unidad 11 - El sistema de frenos I

– Frenos de disco de pinza flotante: disponen de un único pistón que presiona una de laspastillas de freno contra la superficie del disco. La fuerza de reacción desplaza la pinza,que es la que empuja la pastilla de freno contrapuesta contra el disco de freno. Son demenor tamaño, volumen y peso que los de pinza fija.

8·· Indica la función y los componentes de una pastilla de freno.

Las pastillas de freno con sus forros de fricción son las encargadas de realizar la fuerza defricción necesaria contra la superficie del disco de freno durante la acción de frenado.

Están compuestas por una primera capa con canto biselado donde se sitúa el forro de fric-ción y al que se le da el tratamiento térmico adecuado, una capa intermedia que va pega-da a la placa soporte y que proporciona una reducción del ruido y máximo confort y, pordetrás de la placa soporte, una chapa de amortiguación del ruido.

9·· ¿Cuál es la función del anillo obturador del pistón de un freno de disco?

El anillo obturador se encuentra en la garganta situada en el interior del cilindro de lapinza del freno de disco. Cumple una doble función: da hermetismo al cilindro de la pinzade freno y efectúa el reglaje de aproximación de las pastillas de freno.

Cuando se realiza la fuerza de frenado, la presión del líquido de frenos que llega al cilin-dro de la pinza de freno actúa sobre la cara frontal del anillo obturador y del pistón, pro-vocando el desplazamiento del pistón y la deformación lateral del anillo obturador en elsentido del desplazamiento. Al cesar la fuerza de frenado y soltar el pedal del freno,retrocede el líquido de frenos y el anillo obturador que había sido deformado retorna porsu elasticidad a su posición inicial, provocando, a su vez, que retroceda el pistón en undesplazamiento proporcional a la deformación efectuada. Con este sistema se compensael desgaste de las pastillas de freno, quedando la holgura correcta de aproximación delas pastillas al disco de freno.

10·· Explica las características de funcionamiento de un freno de tambor.

El freno de tambor está constituido porun elemento móvil, que es el tambor,situado sobre el buje de rueda medianteuna unión roscada y del cual recibe elmovimiento, y un plato portazapatas fija-do al puente o la mangueta. Sobre elplato portazapatas van instaladas laszapatas con sus elementos de fricción(forros) y el mecanismo de accionamien-to para el desplazamiento de las zapatas(bombín) y de retracción de las mismas(resortes).

El bombín desplaza las dos zapatas late-ralmente contra la superficie del tamborcon fuerzas contrarias pero de la mismaintensidad. De ello surgen, sobre la super-ficie de los forros, unas fuerzas tangencia-

les de rozamiento (T1 y T2) que se descomponen en F1 y F2, que se generan en el punto degiro (P), y F’1 y F’2, perpendiculares a estas, que provocan diferentes comportamientosde las zapatas. La zapata primaria aumenta el esfuerzo total de frenado (autofrenado) yla zapata secundaria disminuye el esfuerzo total de frenado. Cuando el vehículo circulamarcha atrás, el efecto descrito se invierte. El efecto de autofrenado que se produce enla zapata primaria provoca un mayor desgaste de la superficie del forro, así como un des-gaste desigual, dado que el esfuerzo no es uniforme (zapatas articuladas). Disponiendolas zapatas simplemente apoyadas por la parte inferior con forma oblicua se consigue unadistribución de presiones y un desgaste de los forros constante, además de una mayorduración de los mismos.

T1

T2

Z1 Z2

Zapatasecundaria

Zapataprimaria

PP

F1

F2

F 1́ F 2́

4Unidad 11 - El sistema de frenos I

.: APLICACIÓN :.

1·· Un vehículo circula por una pendiente del 3% a una velocidad de 80 km/h. ¿Quédistancia se necesita para detener el vehículo teniendo en cuenta el tiempo de reac-ción del conductor?

La distancia comprende el espacio recorrido durante la percepción del obstáculo y lareacción del conductor (Dpr) más el espacio recorrido durante la frenada del vehículo (Df),es decir:

Así, se tiene:

Por tanto, teniendo en cuenta el coeficiente de rozamiento a 80 km/h que aparece en latabla de la página 259 del libro del alumno, la solución será:

2·· El diámetro del pistón de una bomba de freno es de 19 mm y el diámetro del pis-tón del cilindro de la rueda es de 23 mm. Calcula la fuerza que se comunica al pistóndel freno de la rueda cuando el conductor ejerce una fuerza de 350 N sobre el pedaldel freno, sabiendo que la relación de los brazos de palanca de este pedal es de 1:5.

Para resolver la actividad se calculan las siguientes magnitudes:

– Fuerza ejercida por el brazo de palanca del pedal (1:5):

350 · 5 = 1750 N

– Presión generada en el circuito de mando hidráulico por la bomba de freno. Para calcu-larla primero hay que pasar la fuerza generada por el pedal a kg:

– Fuerza que llega al pistón del freno de la rueda:

3·· Localiza e identifica los componentes del freno de servicio y del freno de estacio-namiento en los vehículos automóviles de turismo que se encuentren en tu aula taller.Identifica también el tipo de configuración dual del mando hidráulico.

En el interior del vehículo hay que localizar el pedal del freno, el interruptor o conmuta-dor de la luz de freno y la palanca del freno de estacionamiento o pulsador.

En el compartimento del motor hay que localizar e identificar los siguientes componentes:

– Servofreno.

– Bomba de freno.

– Canalizaciones hidráulicas.

– Unidad electrohidráulica del ABS/ESP (si dispone de ABS o ESP).

D D Dp pr f= +

Dv t

prpr=

⋅

3 6,D

v

if

r

=⋅ ±( )

2

254 μ

Dv t v

ippr

r

=⋅

+⋅ ±( )3 6 254

2

, μmetros

Dp =⋅

+⋅ −

=80 23 6

80254 0 348 0 03

123 672

, 

( , , ),   m

1 9 8 175017509 8

178 57 kg N N kg N= ⇒ = =,,

,

Sd

=⋅

=⋅

=π 2 2

43 14 1 9

42 83

, ,,   cm2

PFS

= = =178 52 83

63,

,  kg/cm2

Sd

=⋅

=⋅

=π 2 2

43 14 2 3

44 15

, ,, cm2

F P S= ⋅ = ⋅ = ⇒ ⋅ =63 4 15 261 45 261 45 9 8 21, , , , , kg 2562 NN

5Unidad 11 - El sistema de frenos I

También en el compartimento del motor hay que identificar la correspondencia de lascanalizaciones hidráulicas con los cilindros receptores del freno de rueda (configuracióndual del mando hidráulico).

Tomando las precauciones debidas y con la supervisión del profesor, se posiciona y calzael vehículo sobre un elevador de tijera, se aflojan los tornillos de las ruedas delanteras ytraseras y se sube el elevador.

Cuando el vehículo está arriba se extraen los tornillos y las ruedas delanteras y traseras,y se localizan e identifican los siguientes componentes:

– Para los frenos de disco:

• Pinza de freno.

• Disco.

• Purgador.

• Manguitos flexibles.

• Sensor de velocidad de rueda (vehículos con ABS/ESP).

• Tuberías metálicas.

– Para los frenos de tambor:

• Tambor.

• Purgador.

• Tuberías metálicas.

– Para los frenos de estacionamiento:

• Cable.

• Tensor.

• Motores de inmovilización de las ruedas traseras.

Al finalizar todas las identificaciones hay que colocar las ruedas y sus respectivos torni-llos y darles un apriete, bajar el elevador y, con las ruedas del vehículo apoyadas en elsuelo, darles el par de apriete especificado por el fabricante utilizando una llave dinamo-métrica; al finalizar no hay que olvidarse de destensar dicha llave.

Finalmente, tomando las precauciones debidas y con la supervisión del profesor, se qui-tan los calzos y se retira el vehículo.

4·· Indica el nombre de los componentes de la bomba de freno señalados en la siguien-te figura:

Muelle

CilindroConductohidráulico

Cámara

Depósito

Orificiode compensación Copela

Pistón

Varillade accionamiento

6Unidad 11 - El sistema de frenos I