Frenos

Un freno es un dispositivo utilizado para detener o disminuir el la velocidad de algún cuerpo, generalmente, un eje de trasmision o tambor . Los frenos son transformadores de energia, por lo cual pueden ser entendidos como una maquina ya que transforman la energia cinetica 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 teoria de control pueden encontrarse como actuadores.

Tipos de frenos

Frenos de Tambor

Este es un dispositivo de  freno  con  un tambor girando en el cual la  rueda  y neumático  son  montados. Interiormente,  este  tambor  es  un  mecanismo  con material de fricción que genera fuerza de frenado cuando se empuja contra el tambor.

Frenos de Disco

Este es un dispositivo de frenado con un plato redondo de rotación (disco rotor) en el cual la rueda es montada. Los calipers con materiales de fricción sobre ellos son presionados contra el disco en ambos lados para generar fuerza de frenado.

Freno de Estacionamiento, Freno Central y Freno Mecánico

Este freno es usado para estacionamiento. Es un freno mecánico que traba solamente las ruedas posteriores. Este opera jalando la palanca de freno de estacionamiento o presionando el pedal de freno del mismo.Es un freno de tambor que es montado entre el eje principal de transmisión y el árbol de propulsión. Es usado exclusivamente para estacionamiento. Este tipo opera los frenos en cada una de las ruedas usando cables. Puesto que es dificultoso para que la fuerza de frenado actuante en cada una de las ruedas sea uniforme, este tipo de freno  casi nunca usado en estos días, excepto como un freno de estacionamiento

Freno Hidráulico

Este tipo de sistema de frenos usa presión hidráulica para operar los frenos en cada una de las ruedas. Casi todos los vehículos usan este tipo de sistema de frenos, por el freno de pedal.

Cilindro Maestro

Este es un sistema que genera presión hidráulica desde la fuerza de presión del pedal de freno. EI sistema hidráulico dual o Tandem, consiste en dos cilindros uno primario y otro secundario. Al pisar el pedal del freno la fuerza se transmite al pistón primario del cilindro maestro. El pistón secundario también avanzará y será impulsado por un resorte   del pistón primario como consecuencia aumenta la presión hidráulica por igual en ambos circuitos. Al soltar el pedal ambos liberan la presión.

Tipos de tuberias o cañerias

Tubería Convencional
La tubería del freno es distribuida separadamente para las ruedas delanteras y las ruedas posteriores

Tubería Diagonal
La tubería del freno es distribuida a la rueda delantera derecha y a la rueda posterior izquierda y la rueda delantera izquierda y rueda posterior derecha

Partes del freno de tambor

El freno de tambor es un sistema que aplica la fuerza de frenado usando material de fricción que es empujado contra la superficie interior de un tambor que gira conjuntamente con el neumático. Una gran fuerza de frenado puede ser obtenida comparativamente con una pequeña fuerza de presión en el pedal.

Cilindro de Rueda

Este cilindro convierte la presión hidráulica del cilindro maestro en una fuerza que mueve la zapata de freno.

Zapata de freno y forro

La zapata de freno tiene la misma forma circular como el tambor de freno y tiene un  forro  de  zapata  de  freno  (material  de  fricción)  fijado  a  su  circunferencia exterior. El forro de la zapata de freno es un material de fricción que obtiene fuerza de frenado de la fricción entre este y el tambor de freno cuando este rota. Materiales con excelente resistencia al calor y resistencia al desgaste son usados

Tambor de Freno

El tambor de freno es hecho de hierro fundido. Hay una pequeña holgura establecida  entre  el  tambor  y  el  forro  de  la  zapata.  El  tambor  de  freno  rota juntamente con el neumático.  Cuando los frenos son aplicados, el forro de zapata de freno es empujado contra el interior del tambor, estableciendo la fricción que genera la fuerza de frenado.

Partes de frenos de disco

Los frenos de disco son un sistema que obtiene fuerza de frenado por el uso de almohadillas de freno (material de fricción), empujando contra ambos lados del disco rotor cuan este rota con el neumático. Estos frenos tienen un excelente efecto de radiación de calor y una fuerza estable de frenado que es obtenida uniformemente cuando los frenos son usados frecuentemente.

Disco Rotor

Este es un plato redondo hecho de hierro fundido que rota con el neumático. Hay dos tipos de disco rotor, el tipo sólido y el tipo ventilado. El tipo sólido consiste en un simple disco rotor, mientras que el tipo ventilado tiene agujeros en la mitad del disco rotor, haciendo esto un interior hueco.

Estos agujeros amplían la vida de las almohadillas de freno por la mejora de la radiación de calor

Calipers

Son dispositivos que reciben la presión hidráulica del cilindro maestro y obtienen fuerza de frenado por el empuje de los pistones de las almohadillas de disco contra el disco rotor. Comúnmente, los calipers flotantes son usados (con un pistón en uno de los lados del freno de disco solamente). Cuando los pistones empujan las almohadillas contra el disco rotor, los calipers aplican fuerza a los lados opuestos del disco, agarrando y ajustando al disco rotor y de este modo creando la fuerza de frenado.

Ventajas y Desventajas del freno de tambor

Freno de estacionamiento o freno de mano

El freno de estacionamiento es un sistema que transmite fuerza de operación a los frenos traseros por medio de un cable u otro dispositivo. Cuando la palanca del freno de estacionamiento es jalada y traba el tambor o disco de freno impide el movimiento de las ruedas cuando el vehículo está estacionado.

Calculo de la fuerza  F para freno de tambor con zapatilla interior.

Ventejas y Desventajas de freno de disco

Lámpara de control

Esta lámpara va situada en el tablero de mandos para su rápida percepción. Durante el chequeo de la unidad de control electrónico la lámpara de aviso permanece encendida.

Mientras esta lámpara permanezca encendida, el sistema antibloqueo de frenos está fuera de servicio, es decir, solo disponemos de los frenos convencionales.

Funcionamiento

En la situación de frenado intenso, cuando una rueda tiende a bloquear entra en funcionamiento el sistema antibloqueo de frenos para que esto no suceda. Para este bloqueo el sistema pasa por tres fases repitiéndolas hasta la detención del vehículo o dejar de presionar el pedal de freno.

Fase de frenada normal: 

El cilindro maestro actúa directamente sobre la pinza de frenado, produciendo una frenada convencional. El captador de velocidad informa a la U.C.E del descenso de velocidad pero hasta que la rueda no tiende a bloquearse

el sistema no pasa a la fase siguiente.

Fase de mantenimiento de presión:

La U.C.E por medio de los captadores de velocidad detecta este posible bloqueo y envía una señal a la electro-válvula para cortar el suministro de líquido de frenos procedente del cilindro maestro, manteniendo la presión en la pinza de frenado. Si esta situación de bloqueo persiste el sistema pasa a la última fase.

Fase de reducción de la presión:
En esta fase la U.C.E permite el paso del líquido de frenos a la bomba de presión, la cual succiona líquido y lo envía al cilindro maestro, por lo que la presión en la pinza de freno se reduce y la rueda se acelera.

El ciclo de regulación de frenada viene determinado por la consecución de las tres fases anteriormente señaladas, pasando de una fase otra cuando el sistema lo requiere con el fin de disponer en todo momento de dirigibilidad en el vehículo.

Este ciclo se repite de 4 a 10 veces por segundo dependiendo de las condiciones de la calzada. Una vez que el vehículo ha descendido su velocidad a 8 km/h el sistema abandona la regulación dejando actuar libremente a los frenos.

Grupo Hidraulico

El grupo hidráulico está formado por una serie de electroválvulas y una bomba de presión, cuya misión principal consiste en eliminar presión de las pinzas de freno cuando sea necesario, disponiendo para su accionamiento de un motor eléctrico.
La activación eléctrica de estos componentes se realiza mediante unos relés y el mazo de cables de la unidad de control electrónico, siendo ésta la que organiza el funcionamiento del grupo hidráulico.













Bomba de presión
Como se ha explicado anteriormente, en la fase tres la bomba de presión se encarga de extraer el líquido de frenos necesario para rebajar la presión de la pinza de freno, devolviéndolo al cilindro maestro.
El líquido retornado se encuentra a una presión superior a la del cilindro maestro produciendo unas pulsaciones, en algunos casos desagradables, en el pedal de freno, las cuales informan al conductor del funcionamiento del A.B.S.

Electroválvulas
Son unas válvulas de tres vías y tres posiciones activadas eléctricamente para la realización de las tres fases de todo sistema antibloqueo de frenos.

Fase 1 ó de reposo: 

El cilindro maestro está conectado directamente con la pinza de freno, lo que implica que si se pisa el freno la rueda tiende a pararse.

Fase 2 ó de mantenimiento de presión:

Una intensidad circula por la electroválvula cerrando el paso del cilindro maestro, por lo que la presión deja de aumentar y como el líquido de frenos no puede salir por ningún sitio se mantiene dicha presión.

Fase 3 ó de reducción de la presión:

Se aumenta la intensidad de la electro-válvula abriendo el paso hacia la bomba de presión, ésta succiona el líquido de frenos y disminuye la presión en la pinza de frenado.

Al ser la carrera del pistón de estas electroválvulas de centésimas de milímetro permite realizar estas tres fases varias veces por segundo.

Captadores o sensores de velocidad

Son unos sensores magnéticos instalados en las ruedas sobre una corona dentada. Al pasar los dientes de la corona por el sensor producen una variación en el campo magnético, produciendo una tensión en la bobina que rodea al sensor magnético. Estas variaciones de tensión conllevan una frecuencia, dando a la unidad de control

electrónica la información necesaria para determinar la velocidad del automóvil en todo momento.

Si se producen variaciones de la velocidad, los impulsos producidos en el sensor harán que la unidad electrónica de control actué en consecuencia.

FUERZA ELECTROMOTRIZ AUTOINDUCIDA

Esquema hidrahulico de un sistema ABS