UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN
Enrique Guzmán y Valle
Alma Mater del Magisterio Nacional
FACULTAD DE TECNOLOGÍA
Escuela Profesional de Electromecánica
MONOGRAFÍA
Sistemas de frenos de control electrónico
Examen de Suficiencia Profesional Rs. N° 0024-2018-D-FATEC
PRESENTADA POR
:
Jesse Junior Aliaga Silva
Para optar al Título Profesional de Licenciado en Educación
Especialidad: Fuerza Motriz
Lima, Perú
DEDICATORIA
El presente trabajo titulado corresponde a Sistemas de frenos de control electrónico, y lo dedico en primer lugar a Dios por darme la luz y permitirme llegar a esta instancia de mi vida, permitiéndome haber cumplido uno de mis objetivos, brindándome salud, sabiduría y la fortaleza
en esta trayectoria de mi carrera.
En segundo lugar, lo dedico a mis padres, familiares y amigos, por el apoyo incondicional, por los consejos, porque son ellos el pilar fundamental en mi carrera universitaria. En tercer
ÍNDICE
Firma de Jurado ... ii
Dedicatoria ...iii
Índice ...iv
Lista de figuras ...vii
Lista de tablas ...ix
Introducción ...x
CAPÍTULO I FUNDAMENTO TEÓRICO DEL SISTEMA DE FRENO 1.1. Historia... 11
1.2. Definición ... 12
1.3. Componentes del sistema de frenado ... 13
1.3.1. Pedal de freno ... 13
1.3.2. Bomba central o cilindro maestro ... 14
1.3.3. Servo – freno o freno de potencia ... 16
1.3.4. Tuberías de freno ... 19
1.3.5. Freno de estacionamiento ... 21
1.4. Tipos de sistemas de frenos según su accionamiento ………24
1.4.1. Freno mecánico ... 24
1.4.2. Freno neumático ... 25
1.4.3. Freno hidráulico ... 27
1.4.4. Freno eléctrico ... 28
1.5. Funcionamiento del sistema de freno ... 30
1.6. Mantenimiento del sistema de freno ... 32
1.6.1. Hidráulicos ... 32
1.6.2. Mecánicos ... 34
CAPÍTULO II SISTEMAS DE FRENO DE TAMBOR Y FRENO DE DISCO 2.1. Freno de tambor ... 36
2.1.1. Componentes del sistema de freno de tambor ... 37
2.1.1.1. Zapatas de freno... 37
2.1.1.2. Cilindro o bombín ...,,,,,,. 39
2.1.1.3. Palanca del freno de mano ...,,,,,,,,.. 40
2.1.1.4. Unidad de reajuste automático ...,,,,. 40
2.1.1.6. Muelles o resorte de recuperación ... 42
2.1.1.7. Tambor de freno. ... 43
2.1.2. Ventajas ...,,,,.. 46
2.2. Freno de disco ...,,,,,,,,,,,,,,. 46
2.2.1. Componentes del sistema de freno de disco ...,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,. 47
2.2.1.1. Caliper (mordazas) o pinzas ...,,,,,,,,... 48
2.2.1.2. Pistón ...,,.... 49
2.2.1.3. Pastillas o balatas de freno ... 50
2.2.1.4. Rotor o disco ...,,,.. 52
2.2.2. Analizando fuerza de frenado ... 56
CAPÍTULO III NUEVAS TECNOLOGIAS EN EL SISTEMA DE FRENADO 3.1. Historia...,,,,,,,,,,,,.. 59
3.2. Introducción ...,,,,,,,,,,,,,,. 59
3.3. Evolución del sistema de freno electrónico (ABS) ...,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,. 61
3.4. Componentes del sistema de frenado electrónico (ABS),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,66 3.4.1. Unidad de control electrónica ... 66
3.4.3. Sensores de ruedas ... 75
3.5. Tipos de sensores abs (velocidad de ruedas) ...,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,. 77
3.5.1. Los tipos de sensores ...,,,,,.. 78
3.5.1.1. Sensores ABS pasivo(inductivos) ...,. 78
3.5.1.2. Sensores ABS activos ... 79
3.6. Funcionamiento ...,,,,,,,,,,,,,,,.. 83
3.7. Mantenimiento del sistema de frenado ...,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,. 84
3.8. Nuevas tecnologías en el sistema de frenado ...,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,. 85
3.8.1. ABS (sistema de antibloqueo de ruedas) ... 86
3.8.2. EBD (reparto electrónico de frenado) ... 87
3.8.3. ESP (programa de estabilidad electrónica) ...,... 88
3.8.4. ASR (sistema de control de tracción) ...,... 90
3.8.5. BAS (sistema de ayuda a la frenada) ... 90
CAPÍTULO IV APLICACIÓN DIDÁCTICA ... 92
ESQUEMA DE APRENDIZAJE... 93
HOJA DE INFORMACIÓN ...,... 96
HOJA DE EVALUACIÓN ... 110
RESUMEN DEL TRABAJO ... 112
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 113
REFERENCIAS ...,,... 115
APÉNDICE ...,,,... 116
APENDICE A: Glosario ... 116
APENDICE B ...,,... 117
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 pedal de freno ...14
Figura 2 Cilindro maestro ...15
Figura 3 Principal de pascal ...15
Figura 4 Servo-Freno mecánico ...16
Figura 5 Servo-freno ...19
Figura 6 Membrana interna del tubo flexible ...20
Figura 7 Ubicaciones de cañerias de freno ...20
Figura 8 Despiece de un freno de mano ...21
Figura 9 Accionamiento del freno de mano ...22
Figura 10 Punto de ebullición ...23
Figura 11 Componentes del sistema de freno mecánico ...25
Figura 12 Circuito neumático de frenos ...26
Figura 13 Sistema de freno hidráulico ...28
Figura 14 Sistema de freno eléctrico ...30
Figura 15 Sistema de freno ...31
Figura 16 Componentes del sistema del freno de tambor ...37
Figura 18 Bombín ...39
Figura 19 Palanca de freno de mano ...40
Figura 20 Palanca de ajuste ...41
Figura 21 Cable de freno ...42
Figura 22 Resorte de recuperación ...42
Figura 23 Freno de tambor simplex ...43
Figura 24 Freno de tambor duplex ...44
Figura 25 Freno de tambor twinplex ...45
Figura 26 Freno de tambor duo- servo ...45
Figura 27 Componentes del sistema del freno de disco ...47
Figura 28 Caliper de freno ...49
Figura 29 Pistón ...50
Figura 30 Pastillas ...51
Figura 31 Discos clásicos o macizos ...53
Figura 32 Discos ventilados ...53
Figura 33 Discos perforados ...54
Figura 34 Discos estriados ...55
Figura 36 Reparto de carga estático ...57
Figura 37 Evolución del ABS ...62
Figura 38 Componentes del ABS ...66
Figura 39 Unidad de control electrónico ...67
Figura 40 Hidrogrupo ...69
Figura 41 Elementos de la unidad hidrogrupo ...71
Figura 42 Ubicación del hidrogrupo ...71
Figura 43 Sección de una electroválvula ...72
Figura 44 Funcionamiento del hidrogrupo ...72
Figura 45 Funcionamiento en posición de subida del hidrogeno ...73
Figura 46 Funcionamiento en posición de mantemiento del hidrogeno ...73
Figura 47 funcionamiento en posición de bajada del hidrogrupo ...74
Figura 48 Esquema hidráulico interno del hidrogrupo ...74
Figura 49 Ubicación del sensor de ruedas ...76
Figura 50 Del sensor de ruedas ...76
Figura 51 Sensor ABS psivo (inductivo) ...78
Figura 52 Tipo de señal ...79
Figura 54 Sensor ABS hall ...80
Figura 55 Sensor ABS hall con anillo- magnético ...81
Figura 56 Sensor ABS hall magneto resistivo ...82
Figura 57 Partes del sensor ...82
Figura 58 ABS ...83
Figura 59 Tecnologia del ABS ...87
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 tipos de líquidos de freno ... 23
Tabla 2 Coeficientes de adherencias ... 58
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo titulado Sistemas de frenos de control electrónico, se desarrolla con el fin de dar conocer la información acerca del sistema de frenos, sus clases tipos y funcionamiento. De su contenido en una selección de conocimientos teóricos recopilados de una extensa
bibliografía, que honra en mencionarla en el presente trabajo, y que servirá de ayuda en las clases del control electrónico, que estén contempladas en el plan de estudios de la especialidad de fuerza motriz de la facultad de tecnología de la universidad nacional de educación y está dirigida a los estudiantes y profesores como material de consulta.
El sistema de frenado es el conjunto de órganos que interviene en el frenado y que tiene como función disminuir y detener progresivamente la velocidad del vehículo inmóvil si se encuentra detenido. Todo dispositivo de frenado funciona por la aplicación de una fuerza ejercida a expresarse de una fuente de energía.
Como la tecnología avanza a trascurrir el tiempo, se están incorporando nuevos avances como es el sistema ABS el contenido del presente trabajo se distribuye a lo largo de cuatro capítulos de temática definida. En el primer capítulo, se desarrolla el fundamento teórico del sistema de freno de vehículos. En el segundo capítulo, se desarrolla freno de tambor y En tercer capítulo, se desarrolla nuevas tecnologías en el sistema de frenado del vehículo; finalmente en el cuarto capítulo, trata sobre la aplicación didáctica (sesión de aprendizaje, hoja de información, hoja de operaciones y hoja de evaluación).
En conclusión, el presente trabajo trata de explicar el perfeccionamiento tecnológico, con la
CAPÍTULO I
FUNDAMENTO TEÓRICO DEL SISTEMA DE FRENO
1.1. Historia
El invento de las ruedas trago consigo el invento del freno. Pues había que frenar un carro que iba cuesta abajo, para mantener la velocidad del vehículo dentro de unos límites controlables y no empujar los animales de tiro con un carro que avanzaba por momentos más deprisa.
Para las ruedas de madera con llantas de hierro se acreditó el freno de zapata, en el que se apretaban unos tarugos de madera contra la superficie metálica de las ruedas. Con ayuda de una manivela y un varillaje se podía accionar el freno de zapatas desde el asiento del conductor. Hoy día existen aún frenos con zapatas de acero en antiguos vehículos sobre carriles.
Cuando a causa del mayor confort de marcha se impusieron en el vehículo motorizados primeras llantas de goma maciza y después neumáticos inflados a aire y a partir de 1899 ya se alcanzaban velocidades de hasta 100 km/h, el freno de cinta exteriores reemplazó el freno de zapatas. Este freno de cinta accionado por pedal actuaba sobre tambores fijados en el eje propulsor.
Al freno de cinta le siguió el freno de tambor de zapatas interiores cuyo patente fue solicitada en 1902 por Louis Renault. Unos cincuenta años más tarde a partir de 1955 se equipó el
legendario Citroën DS- 19, como primer vehiculó de serie, con
Para los frenos de tambor y de disco hubo que desarrollar forros de freno adecuados
prevaleciendo los forros de asbesto como especialmente apropiados. Únicamente cuando se tuvo conocimiento del efecto perjudicial de las fibras de asbesto para la salud, fue sustituido este material por fibras de plástico.
Como alternativa del accionamiento mecánico del freno se introdujo en 1919 el
accionamiento hidráulico con el freno por presión de aceite, fabricado por la casa lockheed. El accionamiento hidráulico con el freno hizo posible intensificar la fuerza del pie del conductor, empleando la depresión del tubo de admisión. Este principio fue patentado en 1919 para hispano-suiza.
Para vehículos industriales y vehículos sobre carriles se impuso el accionamiento neumático del freno con aire comprimido.
1.2. Definición
El sistema de frenos funciona cuando el conductor pisa el pedal del freno, con lo cual ejerce presión en el sistema que acciona los elementos de fricción, bandas y campanas o pastillas y discos, y limita o anula el efecto de giro de las llantas, llevando finalmente a la detención del vehículo.
El sistema de frenos debe mantenerse en muy buenas condiciones, para lo cual debe prestarse especial atención a los elementos de fricción, es decir las bandas y
las pastillas. También debe asegurarse de mantener un adecuado ajuste entre bandas y campanas, evitando que este reglaje dificulte que las ruedas giren libremente, se incremente la temperatura del sistema, y por Consiguiente aumente el consumo de combustible.
El adecuado funcionamiento del sistema de frenos depende, en buena medida, de que los componentes de fricción retornen a su posición original después de su funcionamiento. Si algo impide su retorno se incrementará la fricción, haciendo más difícil la circulación del vehículo y aumentando el consumo de combustible.
1.3. Componentes del sistema de frenado
El sistema de freno está compuesto por los siguientes elementos que conforman a un freno convencional:
➢ Pedal de freno
➢ Bomba central o cilindro maestro
➢ Servo-freno o freno de potencia
➢ Tuberías de freno
➢ Freno de estacionamiento
➢ Líquido de frenos
1.3.1. Pedal de freno
transmitir dicha fuerza. Es el que permite que se detenga una maquinaria cualquiera sea. Pero es fundamental dentro del sistema de un vehículo ya que es el que permite mediante su maniobra que se efectúe la acción de frenado o disminución de la velocidad. (Bosch, 2003, p.14)”
Figura 1 pedal de freno
1.3.2. Bomba central o cilindro maestro
Bosch G. (2003) “El frenado es una operación importante a la hora de conducir, en la actualidad existen sistemas inteligentes (automatizados) que nos asisten en caso que la frenada no tenga la efectividad necesaria para lograr la desaceleración y la detención” (p.14)
el pedal de freno, en presión hidráulica (reforzada o no por un servofreno). Por medio de canalizaciones, esta presión es transmitida a los bombines de las ruedas que accionan los frenos. (Bosch G. ,2003, p.14).”
PRESIÓN = FUERZA / SUPERFICIE
Esfuerzo sobre el pedal / Sección del pistón de la bomba
Principio hidráulico: El efecto fundamental del sistema hidráulico se basa en la Ley de
Pascal.
Ley de Pascal: La presión que se ejerce en un líquido recogido en un recipiente, se transmite
uniformemente en todas las direcciones.
Figura 3 Principal de pascal
1.3.3. Servo – freno o freno de potencia
Dispositivo accionado por el pedal del freno, que tiene la función de multiplicar el valor de la fuerza ejercida por el conductor sobre el pedal.
El origen del servofreno se remonta a los años veinte, cuando algunos coches de lujo comenzaron a montar servofrenos de tipo mecánico que multiplicaban el efecto de frenado por medio de un sistema de palancas.
Están constituidos por tres órganos fundamentales: un cuerpo principal neumático, una bomba con dos cámaras y un grupo de regulación.
Figura 4 Servo-Freno mecánico
“Un tubo del dispositivo está unido, con una válvula sin retorno, en el colector de admisión, en el cual, después de arrancar el motor, se crea una depresión. En el momento en que se pisa el pedal del freno, el aceite a presión es impulsado a través del circuito hidráulico y se inicia el frenado. Al mismo tiempo, el aceite empuja el cilindro del grupo de regulación del servofreno. (Bosch G. ,2003, p.16)”
de las dos cámaras se encuentra a presión atmosférica, mientras que la otra permanece a presión reducida. La membrana de separación tiende, por tanto, a desplazarse venciendo la resistencia de un muelle. Junto con la membrana se desplaza un pequeño eje que va a chocar contra el pistón de la segunda cámara de la bomba del circuito hidráulico, multiplicando de esta manera la fuerza ejercida sobre el pedal. (Bosch G. ,2003, p.16)
A medida que se desplaza la membrana, el valor de la presión en la cámara en depresión aumenta hasta que alcanza la del conducto de admisión del motor; en este momento se abre la válvula sin retorno, de manera que se establece la misma depresión que existe en la admisión. (Bosch G. ,2003, p.17)
Después, el efecto de la presión atmosférica continúa sobre un lado de la membrana, por lo que el eje unido a la misma prosigue su acción sobre el pistón de la bomba. En estas condiciones se garantiza una fuerza constante sobre los frenos, independientemente de la carrera del pedal. (Bosch G. ,2003, p.18)”
Al dejar libre el pedal del freno, falta la presión hidráulica en la primera cámara de la bomba, y esto provoca el cierre de la válvula que comunica con el exterior. Se restablece la
motor en su funcionamiento. En estas condiciones, el servofreno está preparado para el siguiente frenado, cargado con depresión y con la válvula sin retorno cerrada.
Los motivos de un funcionamiento incorrecto de un servofreno pueden ser muy distintos, pero es necesario comprobar principalmente: el grupo de regulación, la válvula sin retorno y el
diafragma situado dentro del cuerpo principal. Concretamente, en el grupo de regulación debe comprobarse: el funcionamiento de la entrada de aire, la integridad de la membrana, el
desplazamiento del pistón que acciona la válvula, y que en la cámara situada debajo de la membrana no existan trazas del líquido de frenos.
Los inconvenientes pueden ser debidos también a la retención defectuosa de los tubos de caucho que unen el servofreno con los conductos de admisión y el grupo de regulación con el cuerpo principal.
Es conveniente tener en cuenta que, generalmente, el defecto de funcionamiento del servofreno no impide el frenado correcto del vehículo, a cambio lógicamente de un mayor esfuerzo sobre el pedal. La capacidad del sistema de servofreno de aumentar la fuerza de frenado se distingue por un índice de incremento de la misma; el índice es igual a la unidad cuando la acción del servofreno es nula.
En los servofrenos por depresión para automóviles, este índice puede variar desde 1,9 a 4; esto significa que la fuerza de frenado puede ser reducida a la cuarta parte de la que sería necesaria.
“El servofreno funciona por medio del vacío generado en el colector de admisión del propio motor del vehículo. En los motores otto este vacío es suficiente para el funcionamiento del servofreno, pero en los motores Diesel, la depresión reinante en el colector de admisión no es suficiente y se necesita de una bomba de vacío auxiliar. (Bosch G. ,2003, p.17)”
Figura 5 Servo-freno
1.3.4. Tuberías de freno
Alvarado (2016) “Las tuberías y las mangueras son los encargados de conducir el líquido de frenos, soportando la presión interna del líquido, además deben de resistir la agresión del medio ambiente y otros agentes agresivos del entorno” (p.35).
Alvarado (2016) “Las tuberías de freno normalmente son tubos de acero y muchas veces están recubiertas con polímero para resistir la corrosión; usualmente tienen un diámetro interior
nominal de 2,5 mm. y un diámetro externo de 4,5 mm” (p.35).
Las mangueras de goma se utilizan para conectar la tubería de acero en puntos donde la suspensión y el chasis del vehículo se mueven.
“Las mangueras o tubos flexibles están construidos en capas, de los que el revestimiento, debe ser resistente al aceite mineral, y el externo a partículas duras y daños producido por piedras, agua, sal y demás contaminantes que puedan existir en la carretera.
(Alvarado, 2016, p.36)
La membrana interior del tubo flexible ha de ser resistente al líquido de frenos (3). El material de la capa interior es de rayón por presentar unas muy buenas cualidades de resistencia de presión interna (2). Algunos tubos flexibles tienen fundas de plástico o acero inoxidable enrollados alrededor de los mismos para dar protección adicional contra el doblado del tubo en otros componentes (1). (Alvarado, 2016, p.36)”
Figura 7 Ubicaciones de cañerías de freno
1.3.5. Freno de estacionamiento
Alvarado (2016) menciona que:
El freno de mano o freno de estacionamiento es un sistema que inmoviliza el vehículo cuando está parado, ya sea manual o automáticamente. También está disponible para parar el vehículo en caso de fallo del freno de servicio (función de emergencia). En la inmensa mayoría de los
vehículos ligeros se acciona con la mano y mediante un cable acciona las ruedas traseras. En los vehículos de rally el freno de mano es hidráulico y no tiene un mecanismo para mantenerlo bloqueado. Permite bloquear las ruedas con menos esfuerzo para hacer derrapar el coche en curvas cerradas.
Al girar la palanca hacia arriba se ubica la varilla en el trinquete (este tiene varios dientes), se desliza por los dientes del sector. Quedándose fija en la posición deseada, hay una varilla de tiro que hala los cables que accionan el mecanismo de frenado (bandas o mordazas), ya sea frenos de disco o de tambor.
Figura 8 Despiece de un freno de mano
1.3.6. Liquido de freno
El líquido para frenos es un fluido hidráulico especialmente formulado a base de glicoles y éteres de glicol para transmitir la fuerza del pedal de freno a las llantas. Este líquido debe estar enriquecido con aditivos que impidan la corrosión de partes metálicas del sistema, proveniente de reacciones químicas del mismo líquido con los demás materiales del circuito hidráulico o por humedad.
Cuando el líquido está contenido en un espacio cerrado y es sometido a presión, la fuerza que se ejerce a través de él es de la misma magnitud hacia todas direcciones. El sistema de frenado utiliza esa fuerza para accionar componentes mecánicos como los discos y tambores que detendrán el movimiento del vehículo.
Para su uso, se recomienda:
➢ Seguir las instrucciones del fabricante del vehículo para determinar qué tipo de líquido para frenos es el adecuado.
➢ No derramarlo sobre balatas o pintura del vehículo.
➢ No diluirlo con agua.
➢ Verificar periódicamente su nivel.
➢ Cambiarlo cada 80,000 km o 2 años.
Tabla 1 tipos de líquidos de freno
Figura 10 Punto de ebullición
1.4. Tipos de sistemas de frenos según su accionamiento
“Los frenos son transformadores de energía, por lo cual pueden ser entendidos como una máquina per se, ya que transforman la energía cinética de un cuerpo en calor o trabajo y en este sentido pueden visualizarse como “extractores “de energía. A pesar de que los frenos son también máquinas, generalmente se les encuentra en la literatura del diseño como un elemento de máquina y en literaturas de teoría de control pueden encontrarse como actuadores. (Bosch G., 2003, p.36)”
Según su accionamiento son:
➢ Freno mecánico
➢ Freno neumático
➢ Freno hidráulico
➢ Freno eléctrico.
1.4.1. Freno mecánico
Figura 11 Componentes del sistema de freno mecánico
1.4.2. Freno neumático
El freno neumático o freno de aire es un tipo de freno cuyo accionamiento se realiza mediante aire comprimido. Se utiliza principalmente en trenes, camiones, autobuses y maquinaria pesada.
Utiliza pistones que son alimentados con depósitos de aire comprimido mediante un comprensor, cuyo control se realiza mediante válvula. Estos pistones actúan como prensa neumática contra los tambores o disco de freno.
Esto hace que ceda la válvula de un recipiente de aire a presión que va debajo de cada vagón, dejando que el aire fluya en un cilindro de freno que va entre las ruedas. En el cilindro, el aire ejerce presión sobre un pistón que empuja un par
de balatas contra las ruedas. Por consiguiente, la marcha del tren se detendrá de manera automática si el tubo de aire se rompe.
El freno neumático es un tipo de freno de accionamiento por aire comprimido. Por su
efectividad y seguridad se aplican en vehículos y maquinas pesada como trenes, camiones, buses y maquinaria pesada en general.
Para los vehículos grandes, el mando hidráulico o mecánico de los frenos requiere gran fuerza de aplicación; pero también se usa el aire comprimido. Para el accionamiento de los frenos se utilizan los frenos de tambor de excéntrica en s, frenos de disco y frenos de cuña.
Componentes del sistema de freno neumático:
Figura 12 Circuito neumático de frenos
1.4.3. Freno hidráulico
“El Freno hidráulico es el que aprovecha la acción multiplicadora del esfuerzo ejercido sobre un líquido oleoso incompresible. La presión que se ejerce sobre un pistón que actúa sobre el líquido es transmitida a otros pistones que accionan los frenos, con lo cual se logra la misma presión de frenado en los distintos elementos de fricción y se evita la necesidad de realizar diferentes ajustes. (Alonso, 1985, p.25)
Su principal función es disminuir o anular progresivamente la velocidad del vehículo, o mantenerlo inmovilizado cuando está detenido. 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. (Alonso, 1985, p.25)
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. (Alonso, 1985, p.25 - 26)
Un freno de tambor, está fijado a la rueda por medio de tornillos, en cuyo interior van alojadas las zapatas, 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, produciéndose en este caso el rozamiento de ambas partes. Como las zapatas van montadas en el plato, 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. (Alonso, 1985, p.26)
Frenos de disco: sustituyen el tambor por un disco, que también se une a la rueda por medio de tornillos.
Este disco puede ser frenado por medio de unas plaquetas, que son accionadas por un émbolo y pinza de freno, que se aplican lateralmente contra él deteniendo su giro. Suelen ir convenientemente protegidos y refrigerados, para evitar un calentamiento excesivo de los mismos. (Alonso, 1985, p.26)”
1.4.4. Freno eléctrico
“Es un dispositivo que permite desacelerar o detener un vehículo mediante accionamiento eléctrico. El más utilizado es el freno eléctrico "ralentizador", que se emplea en los camiones y vehículos pesados para el descenso de pendientes largas sin fatigar los frenos principales del vehículo.
Su funcionamiento está basado en el principio de la creación de corrientes que nacen en una masa metálica cuando esta se sitúa en un campo magnético variable. Estas corrientes en forma de torbellino se denominan parásitas o corrientes de Foucault.
En su construcción, se emplean unas bobinas cuyas polaridades están alternadas, que se instalan en el estator, que está situado entre dos discos solidarios con el eje de la trasmisión del vehículo. Estas bobinas, cuando se cierra su circuito eléctrico, crean un campo magnético fijo, y es el movimiento de
los rotores lo que produce la variación de velocidad, ya que a mayor velocidad de giro, mayor es la fuerza de frenado generada por el campo electromagnético que atraviesa los discos rotores. La energía cinética del vehículo se disipa en forma de calor a través de unas aletas de
refrigeración de las que están provistos los discos del rotor.
La principal ventaja de este sistema de frenado es que al no tener rozamiento entre partes mecánicas, el desgaste y el mantenimiento son mínimos, y permite frenar vehículos muy pesados, como camiones, autobuses o trenes, sin apenas consumo de energía
frenado por cable eléctrico, en español. Este sistema no posee ninguna acción directa sobre las ruedas, ni mecánica ni hidráulica.
El conductor del vehículo acciona un sensor de presión a través del pedal de freno, que trasmite directamente la información a un computador de frenada, que a su vez recoge lecturas de velocidades de giro de las ruedas y de un acelerómetro instalado en el centro del vehículo, y con estos datos calcula la cantidad de frenada necesaria para cumplir las órdenes del pedal de freno. Finalmente acciona unos motores eléctricos en las pinzas de freno de cada rueda según sea necesario.
Existen detractores de este sistema, ya que no se ha solucionado aún la posibilidad de fallo en caso de pérdida completa de la alimentación eléctrica del sistema. En cambio, presenta una ventaja de ahorro de peso en el vehículo, así como menor mantenimiento, y una mayor simplicidad del cableado eléctrico respecto a los sistemas ABS y actuales. (taller, 2012).”
1.5. Funcionamiento del sistema de freno
“Su principal función es disminuir o anular progresivamente la velocidad del vehículo, o mantenerlo inmovilizado cuando está detenido. 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, aunque esto es obvio.
Los frenos deben 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. 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 freno de tambor, está fijado a la rueda por medio de tornillos, en cuyo interior van alojadas las zapatas, 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, produciéndose en este caso el rozamiento de ambas partes. Como las zapatas van montadas en el plato, 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.”
“Frenos de disco: sustituyen el tambor por un disco, que también se une a la rueda por medio de tornillos.
convenientemente protegidos y refrigerados, para evitar un calentamiento excesivo de los mismos.
Los autos modernos tienen frenos en las cuatro ruedas, las cuales funcionan a través de un sistema hidráulico. Los frenos pueden tener forma de disco o tambor
.
Los frenos delanteros, a la hora de detener el auto, tienen mayor importancia que los traseros porque al frenar, el peso del auto recae en las ruedas delanteras.
Muchos autos tienen frenos de disco en el eje delantero, que generalmente son más eficientes, y frenos de tambor en el eje trasero. (Max, 2012)”
Figura 15 Sistema de freno
1.6. Mantenimiento del sistema de freno
el principal medio de protección con el que contamos cuando estamos conduciendo en carretera o en vía interurbana.
Para analizar bien estos componentes, vamos a dividir el asunto en dos partes: hidráulicos y mecánicos. O, haciendo un símil, en software y hardware.”
“Los frenos funcionan de dos maneras: con un mando mecánico o con un comando hidráulico. El mecánico es de la edad de piedra del automóvil, aunque todavía es común para el freno auxiliar de estacionamiento que no tiene que ser
forzosamente de mano porque lo es también de pie, pero también comienza a ser sustituido por un sistema eléctrico de señal. (Ricardo E., 2006, p.45)
Todo parte del principio de la incompresibilidad de los líquidos. Todo
movimiento o presión aplicada en un extremo del sistema, se transmite a lo largo del mismo y se pueden modificar las distancias y las presiones de acuerdo con los tamaños de los pistones que comandan y los conductos de transporte. (Ricardo E., 2006, p.46)
1.6.1. Hidráulicos
“El mecanismo consta de una bomba y cilindros receptores en cada una de las ruedas, así sean discos o campanas. Como en todo sistema hidráulico, entre el pistón y su respectivo cilindro hay unos sellos de caucho llamados 'chupas' o ligas
que se gastan con el uso. Estas partes no tienen arreglo ni remiendo: se cambian y si hay sospecha de daños más allá de los cauchos, igual se reemplazan las piezas.
Los daños adicionales suelen ser rayones o deformaciones en los cilindros que se generan cuando los cauchos están bajitos y permiten que las partes metálicas rocen. Cuando esto sucede, lo indicado es reemplazarlos pues la lija de agua o algunos bruñidores que se usan para sacar pequeñas imperfecciones nunca restituyen el metal y por consiguiente la concentricidad estará perdida para siempre.
Los síntomas son fáciles de identificar. Cuando el pedal cambia sus zonas de recorrido efectivo es porque la presión que se ejercerse está perdiendo. Claro, si es un carro con frenos de tambor o campana, el pedal siempre se alargará a medida que la distancia entre las bandas y la campana aumente y se necesita más recorrido del líquido, y por ende del pedal, para llegar al contacto. La pérdida de presión significa fuga del líquido y esta se observa a simple vista.
Cuando es la bomba es un poco más difícil de identificar ya que puede chorrear dentro del booster y no se ve. Pero a la larga acaba saliendo por el borde de la pared de fuego. O, cuando no hay booster, sale por dentro del carro y empieza a manchar los tapetes. Si la fuga es en las
ruedas, fácilmente se detecta porque permanece la zona húmeda.
a medida que las pastillas se gastan, los pistones que las mueven van saliendo de los cilindros para compensar esa distancia que a su vez reclama más líquido y esta baja en el depósito. Por eso, el indicador de desgaste de frenos suele ser un nivel en ese tarro, acoplado a una luz en el tablero.
Ese bajón del líquido, muy gradual y lento que se da solo entre las rayas de máximo y mínimo del depósito, es normal y no se debe reponer porque se pierde
la indicación del desgaste de pastillas. El sistema nunca debe consumir líquido, solo sucede que éste cambia de sitio.
Si el nivel se baja rápidamente y se sienten deficiencias de presión hay fugas de líquido y esas sí necesitan corrección inmediata.
No empiece a andar con el problema y echando líquido todos los días porque por el sitio donde hay escape, bien pronto se va a perder el sello y se dará el accidente.”
1.6.2. Mecánicos
a) Líquido para frenos
Como el sistema genera altas temperaturas, el líquido que lo opera debe soportarlas sin llegar a hervir. No se debe usar nada diferente a líquido para frenos. Nunca derivados del petróleo pues daña de inmediato los sellos de caucho.
El líquido tiene diferentes niveles de punto máximo sin ebullición y se debe optar siempre por el mejor. Ese punto se identifica por la clasificación DOT (Department of Transportation) de Estados Unidos que los homologa mundialmente. Lo menos que debe usar, y eso, en casos de emergencia, es DOT 4. Busque siempre que la lata diga 5.0 o 5.1 que son los más avanzados y
adecuados. Cambie el líquido purgando completamente el sistema una vez al año y siempre que cambie las pastillas o bandas.
b) Pastillas
Use siempre las de mejor calidad y ojalá originales. En el mercado hay multitud de marcas y especificaciones, unas válidas y otras con poco control y antecedentes. El precio ya es un índice de calidad. Para las bandas aplican los mismos principios.
Mucha gente se queja de chirridos de las pastillas cuando se frena suavemente. No son deseables, pero tampoco anormales. Se debe a una vibración cuando rozan con fuerza el disco y la pastilla y generan un sonido de alta frecuencia. Se corrige con unas láminas metálicas que van entre la pastilla y el cilindro que absorben el ruido. No deje nunca que le 'emparejen' las pastillas contra el andén.
por consiguiente el carro no frena bien. A veces con lija se recupera la rugosidad del disco y cuando éste la tiene, él mismo organiza otra vez la pastilla.
c) Booster
CAPÍTULO II
SISTEMAS DE FRENO DE TAMBOR Y FRENO DE DISCO
2.1. Freno de tambor
“Los frenos de tambor modernos los inventó Louis Renault en 1902, aunque un tipo de freno similar pero menos sofisticado ya se usó por Wilhelm Maybach un año antes. En los primeros diseños las zapatas eran dirigidas mecánicamente; a mediados de los treinta se introdujo un sistema hidráulico por medio de un aceite especial, si bien el sistema clásico se siguió utilizando durante décadas en algunos modelos.
Alvarado (2016) “Los frenos de nuestro vehículo son una parte muy importante del mismo. Gracias a ellos, podemos detener el coche y, además, es un importante elemento de la seguridad que es necesario mantener en buen estado para conservar su eficacia” (p.105)
“Hoy en día, los frenos más habituales que nos encontramos en nuestro coche son los frenos de disco. Sin embargo, muchos vehículos todavía equipan frenos de tambor en el eje trasero. Algunos vehículos incluso tienen los dos tipos, los frenos traseros de disco, que se usan como freno de servicio, y los frenos traseros de tambor, que se usan únicamente para el freno de mano. (Alvarado, 2016, p. 106)”
2.1.1. Componentes del sistema de freno de tambor
1. Zapatas de freno 2. Cilindro o bombín
3. Palanca del freno de mano 4. Unidad de reajuste automático
5. Cable de freno
6. Muelles o resorte de recuperación
Figura 16 Componentes del sistema del freno de tambor
2.1.1.1. Zapatas de freno
Alvarado (2016) comenta que:
máxima fuerza de frenado. En algunos automóviles se debe hacer un ajuste manual a intervalos de 5,000 a 10,000 kilómetros.
Las zapatas eran un elemento que había que ajustar regularmente hasta que en los años 50 se introdujo un sistema de auto adaptación que hacía innecesario el ajuste manual. En los años 60 y 70 se empezaron a dejar de fabricar coches con frenos de tambor en el eje delantero. En su lugar se fue introduciendo el freno de disco al igual que en las motos y actualmente todos los vehículos los incorporan al menos en el eje delantero. Esto es debido a que los frenos de tambor con
zapatas internas tienen poca capacidad de disipar el calor generado por la fricción, lo que hace que se sobrecalienten fácilmente. En esos casos el tambor se deforma lo que hace necesario presionar con más fuerza para obtener una frenada aceptable.
Los frenos de tambor presentan la ventaja de proteger el sistema contra proyecciones de agua, barro, etc., haciéndoles más idóneos para condiciones climatológicas de nieve o lluvia en
Figura 17 Zapatas
2.1.1.2. Cilindro o bombín
“El cilindro hidráulico de freno tiene la finalidad de activar las zapatas de los frenos de tambor cuando el conductor actúa sobre el pedal del freno. Cuando se pisa el pedal de freno, el líquido de frenos entra en el bombín e impulsa dos émbolos que hay en su interior, que a su vez actúan sobre las zapatas de frenos, rozando con el tambor.”
Materiales de alta calidad Sin problemas de funcionamiento ni de filtraciones durante largo tiempo, Exigentes comprobaciones de seguridad y filtración al poner a prueba los materiales y al desarrollarlos.
Figura 18 Bombín
2.1.1.3. Palanca del freno de mano
“La palanca de ajuste está unida con la palanca del freno de estacionamiento a la zapata. La palanca se acopla al tornillo de ajuste empujándolo hacia abajo.”
2.1.1.4. Unidad de reajuste automático
Bosch G. (2003) “Cuando la holgura del freno es superior a lo normal y la palanca del freno de estacionamiento es accionada, la palanca de ajuste se desplaza hacia el siguiente diente del tornillo de ajuste” (p.74)
Bosch G. (2003) “Cuando la palanca del freno de estacionamiento es liberada, el resorte de la palanca de ajuste la jala hacia abajo, provocando que el tornillo de ajuste gire, reduciendo la holgura de la zapata de freno” (p.74)
Bosch G. (2003) “Cuando la palanca del freno de estacionamiento es accionada, la palanca de ajuste se acopla al siguiente diente del tornillo de ajuste. Cuando la palanca del freno de
estacionamiento se libera, la palanca de ajuste gira el tornillo de ajuste” (p.74)
Figura 20 Palanca de ajuste
2.1.1.5. Cable de freno
Por lo general, está confeccionado de alambre y tiene una flexible y resistente funda que protege el cable de daños y roturas.
Sin embargo, hay casos cuando el cable del freno de mano se rompe. Normalmente, esto sucede a causa de desgaste. Dado que el freno de estacionamiento se utiliza muy a menudo, es necesario hacer su reparación tan pronto como sea posible. Reemplazar el cable de freno de mano no es nada difícil, solamente basta con realizar las acciones en el orden correcto. Si desea hacer la sustitución de una manera independiente, utilice el manual o póngase en contacto con el servicio técnico.
Una vez instalado, la funcionalidad del nuevo cable debe ser cuidadosamente controlado. Es suficiente con detener el coche en una escarpada y apretar el freno de mano. En caso de instalar correctamente el cable del freno de mano, el coche estará en la pendiente de pie y sin
movimiento.
Figura 21 Cable de freno
2.1.1.6. Muelles o resorte de recuperación
“El resorte de retorno ayuda a que las balatas (zapatas) regresen a su posición después del frenado, ya que de no ser así las balatas quedarían pegadas en el tambor ocasionando desgaste y cristalización.”
2.1.1.7. Tambor de freno.
El tambor de freno se fabrica principalmente de fundición gris perlítica con grafito esfenoidal, capaz de soportar cargas térmicas muy elevadas. Es torneado tanto en el interior como en el exterior para obtener un equilibrio dinámico del mismo. En el centro del mismo lleva realizados unos taladros para la sujeción de la rueda y otros orificios para el centrado de la rueda al buje.
Según la forma de acoplamiento de las zapatas al tambor para ejercer el frenado, los frenos de tambor se clasifican en los siguientes tipos:
a) Freno de tambor Simplex
“En este tipo de freno las zapatas van montadas en el plato, fijas por un lado al soporte de articulación y accionadas por medio de un solo bombín de doble pistón. Este tipo de frenos de tambor es de los más utilizados sobre todo en las ruedas” traseras.
b) Freno de tambor dúplex
En este freno, y con el fin de obtener una mayor fuerza de frenado, se disponen las zapatas en forma que ambas resulten primarias. Para ello se acopla un doble bombín de pistón único e independiente para cada zapata, los cuales reparten por igual las presiones en ambos lados del tambor.
frenos provistos de bastidores con efecto unilateral son muy eficaces pero sensibles a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Presentan la ventaja de que, con su empleo, no se ponen de manifiesto reacciones sobre los rodamientos del buje.
Figura 24 Freno de tambor dúplex
c) Freno de tambor Twinplex
sentido de giro las dos zapatas actuarían como zapatas primarias y en el otro sentido como zapatas secundarias.”
Figura 25 Freno de tambor twinplex
d) Freno de tambor Dúo-servo
“Está constituido por dos zapatas primarias en serie, con lo cual se aumenta el efecto de autobloqueo. En este freno, una zapata empuja a la otra mediante una biela de acoplamiento. Es un freno altamente eficaz, pero muy sensible a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Se consiguen esfuerzos más elevados de frenado y las zapatas ejercen en cada sentido de giro igual esfuerzo. Este tipo de freno se emplea mucho en frenos americanos.”
2.1.2. Ventajas
“El sistema de frenos de tambor tiene la ventaja de ser muy efectivo, tener un bajo coste y una larga duración. Pero posee el inconveniente de la ventilación.
Esto es debido a que los frenos de tambor con zapatas internas tienen poca capacidad de disipar el calor generado por la fricción, lo que hace que se sobrecalienten fácilmente. En esos casos, el tambor se deforma por lo que es necesario presionar con más fuerza para obtener una frenada aceptable
Los frenos de tambor presentan la ventaja de proteger el sistema contra proyecciones de agua, barro, etc.., haciéndoles más idóneos para condiciones de nieve o lluvia, en caminos o carreteras secundarias.
Actualmente, los frenos de tambor se siguen utilizando en los vehículos de gama baja, sobre todo en las ruedas traseras, debido a su menor coste sobre los frenos de disco. También porque los frenos traseros trabajan apenas un 30 por ciento de lo que lo hacen los delanteros. En los vehículos de gran tonelaje, con sistemas de frenado por aire a presión, como los camiones, siguen empleándose por la gran superficie de intercambio de energía por fricción que presentan, mucho mayor que la de una pastilla de disco.”
2.2. Freno de disco
“Inicialmente los frenos de disco fueron introducidos en los vehículos deportivos que demandaban una mayor capacidad de frenada. Algunos estaban colocados dentro del vehículo, junto al diferencial, pero la inmensa mayoría de los actuales se colocan dentro de las ruedas. Los posicionados dentro del vehículo permiten disminuir la masa no suspendida y el calor
En la actualidad los frenos de disco han sido introducidos en el eje delantero de prácticamente la totalidad de los vehículos, si bien se siguen utilizando los frenos de tambor en el eje trasero en las gamas bajas, como forma de reducir costos y simplificar el funcionamiento del freno de mano. Dado que la mayoría del esfuerzo de frenada se produce en el eje delantero, esta solución ofrece un compromiso razonable entre costo y seguridad.
El freno de disco es un sistema de frenado usado normalmente para ruedas de vehículos, en el cual una parte móvil (el disco) solidario con la rueda que gira es sometido al rozamiento de unas superficies de alto coeficiente de fricción (las pastillas) que ejercen sobre ellos una fuerza suficiente como para transformar toda o parte de la energía cinética del vehículo en movimiento, en calor, hasta
detenerlo o reducir su velocidad. Esta inmensa cantidad de calor ha de ser evacuada de alguna manera, y lo más rápidamente posible. El mecanismo es similar en esto al freno de tambor, con la diferencia de que la superficie frenante es menor pero la evacuación del calor al ambiente es mucho mejor, compensando ampliamente la menor superficie frenante. (Arias, 2003, p.45)”
2.2.1. Componentes del sistema de freno de disco
➢ Caliper (mordazas) o pinzas
➢ Pistón
➢ Pastillas o balatas de freno
Figura 27 Componentes del sistema del freno de disco
2.2.1.1. Caliper (mordazas) o pinzas
“El cáliper de freno es el elemento que alberga las pastillas de freno y los pistones de un sistema de frenos de disco, y está colocado en posición fija con respecto al automóvil (es decir, no rota) que basa su funcionamiento en apretar el disco de freno (que gira a la misma velocidad que la rueda) hasta detenerlo. En palabras simples, es como el funcionamiento de los frenos de una bicicleta, donde las dos pastillas apretan la llanta de la rueda para detenerla, pero aquí se apresta un disco aparte, que gira con la rueda como si fuera una sola pieza. (Arias, 2017, p.58)
comprimidas contra el rotor por acción de los pistones del cáliper, Hay dos tipos de caliper (mordaza). (Arias, 2017, p.59).
a) Caliper o mordazas fijas:
Estas mordazas como su nombre lo dice, se encuentran fijas, es decir, no se mueven en relación al disco de freno, y utilizan uno o más pares de pistones. De este modo, al accionarse el sistema de frenado, presionan las pastillas a ambos lados del disco. En general son más
complejas y costosas que las mordazas flotantes. b) Caliper ( mordaza) 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 enclavamiento de la mordaza. La falla puede ocurrir por suciedad o corrosión, cuando el vehículo no es utilizado durante tiempos prolongados. Si esto sucede, la pastilla de freno de la mordaza hará fricción con el disco aun cuando el freno no esté siendo utilizado, ocasionando un desgaste acelerado de la pastilla y una reducción en el
Figura 28 Caliper de freno
2.2.1.2. Pistón
“Los pistones cuentan con una fijación que va alrededor (cilindro) y sellos que impiden el escape de la presión ejercida por el líquido de frenos, a través del cual son accionados. La mordaza lleva un conducto por el cual entra el líquido de frenos y eso hace que la mordaza empuje la pastilla contra el disco y, a la vez, que se corra la mordaza para frenar con ambas y se logre uniformizar el frenado y el desgaste.”
2.2.1.3. Pastillas o balatas de freno
Las pastillas están diseñadas con un alto coeficiente de rozamiento, esto con el propósito de
“producir una alta fricción con el disco. El material del que estén compuestas determinara la duración, potencia de frenado y su comportamiento en condiciones adversas.
Deben ser reemplazadas regularmente, y la mayoría están equipadas con un sensor que alerta al conductor cuando es necesario hacerlo. Algunas tienen una pieza de metal que provoca que suene un chillido cuando está a punto desgastarse, mientras que otras llevan un material que cierra un circuito eléctrico que hace que se ilumine un testigo en el cuadro o tablero del conductor.
Hasta hace poco tiempo, las pastillas contenían asbesto, que ha sido prohibido por resultar carcinógeno. Por lo tanto, al trabajar con vehículos antiguos se debe ser cauteloso al revisar los frenos y procurar no inhalar el polvo que pueda estar depositado en las inmediaciones de los elementos de frenada.”
Ahora bien, existen distintos “tipos de pastillas de freno, las cuales se clasifican a continuación:
a) Cerámicas
Este tipo de pastillas están compuestas, lógicamente, porcerámica y además, fibra de cobre, lo que permite que las pastillas de este tipo controlen la tendencia del freno a perder potencia a temperaturas más altas y se recuperen de manera más rápida luego debe tener el vehículo o móvil del disco.
b) Orgánicas
Están compuestas por materiales comunes y algunos con el grafito resinas y fibras, estas son de una inmejorable calidad y adherencia al frenar, generan menos calor que las metálicas y este tipo de pastillas necesita un rodaje en los primeros kilómetros.
c) Semi – metálicas o metálicas
Están compuestas por materiales de fricción como el hierro, la fricción en condiciones de seco y mojado novarían demasiado, por lo que tiene mejor frenada en condiciones de mojado que los otros tipos de pastilla. La duración es muy elevada, llegando a alcanzar los 15.000 kilómetros. El calor desprendido es mucho mayor que los otros tipos.”
Ejemplo de composición:
➢ 20% aglomerantes: Resina fenólica, caucho.
➢ 10% metales: Lana de acero, virutas de cobre, virutas de zinc, virutas de latón, polvo de aluminio.
➢ 10% fibras: Fibras de carbón, fibras orgánicas, lana mineral, fibras químicas.
➢ 25% material de relleno: Óxido de aluminio, óxido de hierro, sulfato sódico.
➢ 35% deslizantes: Grafito, sulfuro de cobre, sulfuro de antimonio.
2.2.1.4. Rotor o disco
a) Discos clásicos o macizos:
“Estos discos poseen una superficie de fricción sólida y lisa, no poseen ningún tipo de ventilación y son muy propensos a acumular calor, suciedad y tienden a cristalizar las pastillas. Tienen la ventaja de que su fabricación es económica, sin embargo, como desventaja tienden a recalentarse impidiendo una frenada efectiva y a cristalizar las pastillas. Se doblan bajo el estrés continuo.”
b) Discos ventilados:
Estos discos se caracterizan por tener la apariencia de dos discos clásicos unidos, pero dejando una pequeña separación entre ellos. Dicha separación permite la circulación de aire a través de los discos, la cual fluye desde el centro hacia afuera, esto debido a la fuerza centrípeta. Con este diseño se logra obtener cierta ventilación en los discos y, por lo tanto, se aumenta la disipación de calor. A diferencia de los discos clásicos, este tipo de disco no presenta la desventaja de recalentarse ni la cristalización de las pastillas, sin embargo, no son tan económicos como los anteriores.
Figura 32 Discos ventilados
c) Discos perforados:
Como su nombre lo indica, este tipo de disco contiene perforaciones en su superficie. Esto genera una desventaja al disminuir de la superficie de rozamiento, la cual puede ser de un 85– 93% sin embargo, también conlleva ciertas ventajas a considerar.
este tipo de freno se evita también el calentamiento en exceso. Las perforaciones existentes en el disco tienden a debilitarlo, la aparición de grietas y la extensión de las mismas se facilitan debido a la presencia de las perforaciones al someterlos a altas exigencias pudiendo llegar incluso a romperse los discos.
Figura 33 Discos perforados
d) Discos estriados:
Figura 34 Discos estriados
e) Discos cerámicos:
También conocidos como “discos Carbo -Cerámicos, tienen sus orígenes en la industria de la aviación. Más tarde, a principio de la década de los 80 se utilizaron en las competiciones de F1. Actualmente algunos automóviles muy exclusivos y de altas prestaciones también los utilizan como el Porche 911 Turbo. Están hechos de compuesto de Carbono en una base Cerámica, con la finalidad de otorgarle una alta resistencia a altas temperaturas. Los discos son de color negro (por el carbono) y su compuesto base es la cerámica, por este motivo es que a medida que se
Figura 35 Discos cerámicos
2.2.2. Analizando fuerza de frenado
Esquema de fuerzas durante la frenada:
Figura 36 Reparto de carga estático
Angelo (2016) “En efecto, durante la frenada la fuerza de inercia, aplicada en el centro de gravedad del vehículo (c.d.g.) origina un par de fuerzas con respecto al eje delantero, esto es lo que ocasiona el típico cabeceo hacia adelante” (p.35)
“Este fenómeno origina que prácticamente el 75% de la fuerza de inercia se descargue sobre el eje delantero, sobrecargándolo, y sólo el25% recaiga sobre el eje trasero. Por tanto, de este hecho se desprende que las necesidades de frenado en los ejes delanteros y traseros no son las mismas, siendo la fuerza de frenado necesaria a aplicar sobre las ruedas delanteras mayor que la fuerza de frenado necesaria en las ruedas traseras. (Angelo, 2016, p.35)
límite de la fuerza de frenado? Ésta, puede ir creciendo hasta igualar la fuerza de adherencia (Fa). (Ángelo, 2016, p.36)
La fuerza de adherencia de una rueda es igual al producto de la masa que gravita sobre esa rueda por el llamado coeficiente de adherencia. Dicho coeficiente depende de los materiales que entran en contacto, esto es, neumático y tipo de pavimento. Como la fuerza de adherencia depende de la carga que gravita sobre cada rueda, la fuerza de adherencia durante una frenada que se desarrolla en las ruedas traseras es menor que la desarrollada en las ruedas delanteras, y por lo tanto el valor máximo necesario de la fuerza de frenado también. En la siguiente tabla se muestran los distintos coeficientes de adherencia máximo y de deslizamiento entre neumático y distintas superficies de rodadura. (Ángelo, 2016)”
CAPÍTULO III
NUEVAS TECNOLOGIAS EN EL SISTEMA DE FRENADO
3.1. Historia
El sistema antibloqueo de ruedas, del alemán antiblockiersystem (ABS), un dispositivo utilizado en aviones y en vehículos, que hace variar la fuerza de frenado para evitar que los neumáticos pierdan la adherencia con el suelo.
La era de la electrónica para sistemas de frenado de vehículos de serie comenzó en 1978 con el sistema antibloqueo (ABS) desarrollado por Bosch para turismo. Con objetivo de impedir, además del bloquedo de las ruedas de frenadas, el patinaje y giro en vacio de las ruedas
propulsoras, en 1986 lanzo Bosch al mercado la regulación del resbalamiento a la tracción (ASR) para seguir aumentando la seguridad de marcha, se incluyeron el ABS y ASR en el programa electrónico de la estabilidad /( ESP) con el que Bosch ofreció en 1995 un sistema que impide el bloqueo de las ruedas del vehiculo, así como el desvió de este hacia un lado. (BOSCH, 2003).
3.2. Introducción
Con el objetivo de hacer la frenada más eficiente y segura se ideó y se ha ido perfeccionando el llamado sistema de frenado antibloqueo ("Antilock Bracking System, o ABS).
Ingemecánica (2018) redacta lo siguiente:
Este sistema de regulación de la frenada comienza con unos sensores ubicados en las ruedas que controlan permanentemente la velocidad de giro de las mismas, por eso que también se les llama captadores RPM de ruedas. A partir de los datos que suministra cada uno de los sensores, la unidad de control electrónica (la ECU) es capaz de calcular mediante un algoritmo matemático una velocidad media, que se toma que corresponde aproximadamente a la velocidad del
vehículo. Comparando las distintas velocidades que va adquiriendo una rueda con la media global se puede saber si esta rueda amenaza o no con bloquearse.
Si es así, el sistema ABS se activa reduciendo automáticamente la presión de frenado en la rueda en cuestión hasta alcanzar un valor umbral fijado de antemano y que queda por debajo del límite de bloqueo. Cuando la rueda vuelve a girar libremente se vuelve a aumentar al máximo la presión de frenado. Este proceso (reducir la presión de frenado / aumentar la presión de frenado) se repite hasta que el conductor retira el pie del freno o disminuye la fuerza de activación del mismo.
El sistema antibloqueo ABS constituye un elemento de seguridad adicional en el vehículo. Durante un frenado que presente riesgo de bloqueo de una o varias ruedas, el ABS actúa evitando este riesgo, y consiguiéndose además las siguientes ventajas:
Debido a que la respuesta del sistema para que sea efectiva debe ser muy rápida y exacta, el sistema cuenta con un componente electrónico muy potente, que permite además un análisis de la situación en cada instante y una respuesta en consonancia con la nueva situación. Los nuevos sistemas permiten tomar datos hasta quince veces por segundo de la situación de cada rueda y obrar en consecuencia.”
3.3. Evolución del sistema de freno electrónico (ABS)
“Hace treinta años, en 1978, Bosch comenzó la producción en serie de los Sistemas de Frenos Antibloqueo (ABS), estableciendo la base de todos los
sistemas activos de seguridad de los vehículos. El sistema previene que las ruedas se bloqueen, manteniendo el vehículo estabilizado aún con las frenadas más bruscas, permitiendo al conductor un margen de maniobra para evitar accidentes. Este desarrollo de Bosch fue la primera solución eficiente y confiable para su utilización en automóviles. (Bosh G., 2003. p.17)
La función del ABS se amplió en 1986 con el Sistema de Control de Tracción (TCS) y en 1995 con el Programa Electrónico de Estabilidad (ESP). Todos estos desarrollos fueron también innovaciones de Bosch. En 2007, más del 75% de los vehículos nuevos de todo el mundo fueron equipados con ABS. Líder mundial de este mercado, Bosch tenía previsto fabricar cerca de 21 millones de ABS en 2008. (Bosh G., 2003. p.18)
establece al ESP como equipamiento obligatorio para todos los vehículos a partir de 2012. En mercados emergentes, la presencia del ABS a bordo también está creciendo. En Brasil, 1 de cada 7 vehículos está equipado con el ABS, mientras que en China la proporción es 2 de cada 3. (Bosh G., 2003. p.18)”
El ABS de Bosch cumple 30 años
➢ La producción en serie del sistema de frenos antibloqueo controlado electrónicamente de Bosch comenzó en 1978.
➢ El ABS previene que las ruedas se bloqueen al frenar ante una emergencia.
➢ El ABS constituye la base de todos los sistemas activos de seguridad.
➢ Es equipo original en automóviles de pasajeros en la Unión Europea, USA y Japón.
➢ En 2007, el 76% de los vehículos nuevos en todo el mundo fueron equipados con ABS.
a. ABS – El largo proceso de poner una idea en práctica
Desde principios del siglo veinte, la prevención del bloqueo de las ruedas ha sido objeto de investigación –no sólo en automóviles, sino también en trenes, e incluso en aviones-. El propio Robert Bosch registró una primera patente en 1936.
Los primeros diseños para automotores compartían los mismos defectos: eran demasiado complejos y trabajaban de manera muy lenta. En 1964, Teldix comenzó un trabajo de desarrollo en el primer sistema totalmente controlado
electrónicamente, y sus ingenieros registraron sus primeros resultados exitosos dos años más tarde.
Mediante diversas pruebas, los vehículos equipados con ABS alcanzaron una distancia de frenado menor, y el dominio y la estabilidad de manejo se mantenían al tomar las curvas La estructura básica de este diseño conocido como ABS 1 se puede encontrar todavía en casi todos los ABS.
Pero los aproximadamente 1000 componentes análogos y los switches de seguridad hacían que la confiabilidad y durabilidad de la unidad de control electrónico de este sistema todavía no fueran lo suficientemente buenas para su producción masiva –ambas propiedades debían ser mejoradas. En 1975, Bosch finalmente adquirió el desarrollo del ABS de Teldix, y el knowhow de todos los ingenieros con grandes avances en tecnología digital, incluyendo circuitos
integrados, logró que el número de componentes electrónicos pueda ser reducido a 140. Después de 14 años de desarrollo, en 1978 el sistema conocido como ABS inició su
b. ABS – Mejoras en el sistema y funciones adicionales
Durante los años sucesivos, los ingenieros trabajaron en la simplificación del sistema. En 1989, una unidad híbrida de control entró en producción en serie. Su diseño compacto hacía que pueda ser montada directamente sobre el modulador hidráulico, reduciendo el peso total del ABS generación 2E.
Aplicando nuevas válvulas solenoides, los ingenieros de Bosch crearon la "generación 5.0" en 1993, y en los años siguientes las versiones 5.3 y 5.7. Las principales innovaciones fueron nuevamente la reducción significativa del peso y funciones adicionales como la distribución electrónica de la presión de
frenado, que reemplazó a la válvula mecánica situada en el eje trasero. En paralelo a este desarrollo, la producción de ABS para motos comenzó en 1994, en Japón. En las motocicletas, cualquier bloqueo en la rueda delantera causa casi inevitablemente la caída del conductor.
En el año 2001, Bosch comenzó la producción del actual ABS 8° Generación, el cual fue modificado y mejorado en varias oportunidades desde entonces. En su última versión, más compacta, pesa sólo 1.4 Kg (con apenas 14 componentes integrados en la unidad de control y 256kb de memoria). La 8° generación es modular, lo cual permite varios grados de complejidad del ABS, TCS y ESP. Esto hace posible optimizar sinergias, ya que todos los sistemas
producidos por Bosch se producen con idénticos estándares de calidad en una red internacional de desarrollo y producción.
Con el crecimiento de los procesos técnicos, el rango y número de funciones también
si las curvas se toman demasiado rápido, el sistema incrementa la estabilidad reduciendo la potencia del motor.
En 1995, Bosch lanzó el primer ESP (Programa Electrónico de Estabilidad). Esto mejoró la estabilidad no sólo al frenar o acelerar, sino en todas las situaciones de manejo.
Si existe el riesgo de que el auto derrape, el ESP reduce la potencia del motor y
simultáneamente provee presión de frenado individualmente a cada rueda. De acuerdo con los estudios, entre el 30% y el 50% de todos los accidentes fatales que involucran a un solo vehículo pueden ser prevenidos con el ESP. En los próximos años, los ingenieros trabajarán para hacer este sistema de control de frenado más compacto y eficiente. En mayor medida, las nuevas funciones incluirán la interacción con otros sistemas de a bordo, como el control de consumo y sistemas de vídeo.
c. 30 años del ABS Bosch – Hitos en su desarrollo
➢ 1936 - Se le otorga a Bosch una patente por un mecanismo para prevenir el bloqueo de las ruedas de un automotor.
➢ 1970 - Los prototipos del ABS 1 desempeñan todas las funciones requeridas; No obstante, la seguridad funcional de la unidad de control todavía no es la suficiente.
➢ 1978 - Comienza la producción en serie del primer Sistema de Freno Antibloqueo, ABS 2, instalado en autos de Mercedes-Benz y BMW.
➢ 1981 - Distribución de 100.000 ABS. El ABS ahora estaba disponible en vehículos comerciales.
➢ 1985 - El ABS de Bosch se instala por primera vez en vehículos en USA.
➢ 1987 - TCS, el Sistema de Control de Tracción para autos de pasajeros entra en producción de serie.
➢ 1989 - El ABS 2E es el primero en contar con una unidad de control montada directamente en el modulador hidráulico.
➢ 1992 - 10 millones de sistemas ABS de Bosch
➢ 1993 - Producción en serie del ABS 5.0 de Bosch
➢ 1995 - Producción en serie del ABS 5.3 (con unidad de control micro-híbrida). Introducción del ESP (Programa Electrónico de Estabilidad).
➢ 1998 - Bosch comienza la producción del ABS 5.7
➢ 1999 - 50 millones de sistemas ABS de Bosch
➢ 2001 - Producción en serie del ABS 8
➢ 2003 - 100 millones de sistemas ABS de Bosch
➢ 2004 - El ABS se convierte en equipo original en los 15 países miembros de la Unión Europea.
➢ 2008 - 30° Aniversario de la producción en serie del ABS.
3.4. Componentes del sistema de frenado electrónico (ABS)
Un ABS utiliza muchos de los componentes de un sistema de frenado convencional. Los componentes son un servofreno, bomba de freno, cables de freno, cilindros / pinzas de rueda, tambores / discos de freno y pastillas / zapatas de freno.
Los componentes exclusivos en un ABS incluyen son:
➢ Unidad de control electrónico.
➢ Sensores de ruedas
Figura 38 Componentes del ABS
3.4.1. Unidad de control electrónica
Recibe información de la velocidad del vehículo a través de las señales que proceden de cada uno de los captadores (sensores) de rueda. Las informaciones medidas por los captadores son transformadas eléctricamente y tratadas en paralelo mediante dos microcomputadores
(microprocesadores). En caso de desigualdad en las informaciones recibidas, el calculador reconoce un fallo y se inicializa un proceso de regulación del sistema ABS. Tras la
amplificación, las señales de salida aseguran la activación de las electroválvulas y el motor-bomba (electromotor-bomba).
El calculador trabaja según el principio de la redundancia simétrica; los dos
