FUNCIONAMIENTO DE SISTEMAS DE FRENOS HIDRAULICOS EN AUTOMOVILES LIVIANOS

INDICE

Introducción

Sistemas de Frenos……......……………………….……………………………………......Pag. 03

Sistemas de Frenos Hidráulicos………………………………………………….………….Pag. 05

Componentes del sistema de frenos hidráulicos…………………………….…………...….Pag. 07

Tipos de Frenos (Disco - Tambor) ……………………………….………………………..Pag. 12

Fading ……………………………………………………………………………………..Pag. 16

Sistema antibloqueo de frenos (ABS)…………………………...…………………………..Pag. 17

Freno de Mano………………………………………………...…………………………….Pag. 18

Líquido de Frenos……………………………….………….…...…………………………..Pag. 18

Fuerza de frenado……………………………….………….…...…………………………..Pag. 20

Ventajas que representan los frenos de disco frente a los de tambor……………………….Pag. 21

Situaciones que evidencian fallos en el sistema de frenos……………………………….….Pag.23

Que se espera en el futuro……………………….………….…...…………………………..Pag. 23

Conclusiones……….…………………………….………….…...………………………….Pag. 24

INTRODUCCIÓN

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

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

SISTEMAS DE FRENOS EN AUTOMOVILES

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

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

• Seguridad de funcionamiento 100%

• Alto confort de frenado

• Alta resistencia térmica y mecánica

• Resistencia a la corrosión

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

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

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

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

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

Frenos Mecánicos

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

Frenos de Aire

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

FRENOS HIDRÁULICOS

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

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

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

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

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

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

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

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

Debajo se muestra imagen de un sistema de frenos hidráulico:

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

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

COMPONENTES DEL SISTEMA DE FRENOS HIDRAULICOS

Bomba de frenos o Cilindro maestro

Válvula dosificadora

Booster (reforzador de frenos por vacío)

Caliper o Mordaza

Cilindro de rueda

Mangueras y líneas de conducción

Definición de cada componente:

Cilindro maestro

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

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

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

Válvula dosificadora

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

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

Booster (reforzador de frenos por vacío)

La función del booster, o reforzador de frenos, es minimizar la fuerza requerida, para presionar el pedal, y obtener respuesta de frenado. Es un amplificador de fuerza de frenado que aprovecha la depresión generada en la cámara de combustión para incrementar la fuerza del pie del conductor del vehiculo. Puede amplificar la fuerza del pedal de freno hasta 5 veces.

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

Hidrovac:

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

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

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

Caliper o Mordaza

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

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

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

Cilindro de rueda

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

Mangueras y líneas de conexión

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

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

Resumen del Funcionamiento del sistema

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

TIPOS DE FRENOS HIDRÁULICOS

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

Frenos de disco

Frenos de Tambores

Frenos de disco:

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

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

 

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

Pastillas de freno

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

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

Frenos de tambor

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

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

 

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

FADING

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

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

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

SISTEMA ANTIBLOQUEO DE FRENOS

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

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

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

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

FRENO DE MANO

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

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

LIQUIDO DE FRENOS

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

Incompresible (Que no se comprima en lo mas mínimo)

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

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

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

Debe de tener fluidez aun a bajas temperaturas.

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

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

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

Agua en el líquido

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

FUERZA DE FRENADO

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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

Las principales ventajas son de los frenos a disco son:

 

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

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

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

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

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

Mayor facilidad de intervención y sustitución de las guarnituras.

No pierden eficacia al sumergirlos en agua

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

SITUACIONES QUE EVIDENCIAN FALLOS EN EL SISTEMA DE FRENOS

El aumento de la distancia de frenado.

El aumento del recorrido del pedal de freno.

Ruidos o vibraciones al momento de frenar.

Disminución en el nivel del líquido de frenos.

QUE SE ESPERA EN UN FUTURO

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

CONCLUSIONES

En un vehiculo liviano, el sistema de frenos representa el componente mas importante a nivel de seguridad. La comprensión de su funcionamiento facilita las tareas de mantenimiento a dicho sistema y podría facilitarnos la actuación en caso de fallas. Los aspectos más relevantes descubiertos durante la investigación se describen a continuación:

Al accionar el pedal de freno, un reforzador aumenta la fuerza ejercida y transmite una presión mayor a los cilindros de las ruedas, en algunos casos el reforzador funciona con la cámara de combustión del motor, si el motor se detiene, el reforzador también pero el sistema de frenos no lo hace, así que basta con aplicar mayor fuerza sobre el pedal para que ejecute la acción de frenar.

La liga de frenos empleada debe ser de la mayor calidad posible para garantizar que su punto de ebullición sea alto y no absorba agua proveniente del vapor que se genera por las altas temperaturas a las que se somete el sistema. Esta liga debe ser reemplazada cada 80.000Kms, cada año, o cada vez que se haga mantenimiento al sistema de frenos que implique contacto de la liga con el aire. Nunca se debe emplear liga que haya estado en contacto prolongado con el aire.

En una situación de emergencia en la que el sistema completo de frenos falle (en ese caso sería por fallas en la bomba de frenos, ya que la distribución se la liga se hace en circuitos independientes para que cuando uno falle, el otro no), es posible frenar el vehiculo con el freno de mano, pero se corre el riesgo de que las ruedas patinen sobre el pavimento por ser bloqueadas bruscamente.

Cualquier sonido al frenar obliga a hacer mantenimiento ya que las pastillas cuentan con sensores que emiten sonido cuando están cerca del desgaste.

Tomado de especificaciones técnicas de Servo freno (Booster) de Bosch

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