UNIDAD 11.
EL SISTEMA DE FRENOS.
El sistema de frenos es un conjunto de elementos cuya misión es disminuir la velocidad del vehículo o mantenerlo parado.
El sistema de frenos esta formado por:
-Freno de servicio: permite al conductor frenar de forma segura, rápida y eficaz (pedal de freno).
-Freno de estacionamiento: permite que el vehículo se quede inmóvil cuando esta el vehículo parado,mediante un dispositivo mecánico y suele actúar siempre sobre las ruedas traseras (freno de mano).
-Freno de socorro: permite detener el vehículo en caso de que falle el freno de servicio.
Los dos tipos de frenos que se utilizan en los vehículos son:
-Freno de disco: la frenada se produce mediante dos pastillas y un disco solidario a la rueda.
-Freno de tambor: la frenada se produce mediante el rozamiento de dos zapatas con un tambor cilíndrico solidario a la rueda.
El sistema de frenos siempre es controlado por el conductor, que lo acciona aplicándole fuerza al pedal de freno o a la palanca de freno. Los frenos son elementos mecánicos que mediante el rozamiento entre ellos transforman la energía del vehículo en calor.
Estudio teórico del proceso de frenado:
Se tiene en cuenta que estos procesos se
realizan cuando el vehículo circula en linea recta, y sin recibir
esfuerzos laterales, aceleración, suspensión y transferencias de carga.
Fuerza de frenado:
Son las fuerzas necesarias como el peso y el coeficiente de rozamiento las encargadas de detener el vehículo. Si la fuerza de frenada es mayor que la adherencia entre el neumático y la calzada, el vehículo patinaría al bloquearse las ruedas.
Deceleración máxima o eficacia de frenado:
Explica el porcentaje en el que se aprovecha la adherencia entre los neumáticos y la calzada. Se determina mediante la siguiente formula:
Son las fuerzas necesarias como el peso y el coeficiente de rozamiento las encargadas de detener el vehículo. Si la fuerza de frenada es mayor que la adherencia entre el neumático y la calzada, el vehículo patinaría al bloquearse las ruedas.
Deceleración máxima o eficacia de frenado:
Explica el porcentaje en el que se aprovecha la adherencia entre los neumáticos y la calzada. Se determina mediante la siguiente formula:
m x g x ymax = m x d
M: masa.
G: gravedad.
ymax: coeficiente de rozamiento.
D: deceleración.
Distancia de parada:
Es la distancia que recorre un vehículo cuando realiza una frenada de emergencia desde que el conductor visualiza el objeto que pude causar un accidente, y se determina mediante la siguiente formula:
Dp = Dpr + Df
Dpr: distancia recorrida desde que el conductor ve el objeto.
Df: distancia de frenada.
Dp: distancia de parada.
Para su calculo se tiene en cuenta el coeficiente de rozamiento, la inclinación de la calzada, el tiempo de percepción y reacción,y la velocidad expresada en km/h.
Tipos de mandos del sistema de frenos:
-Mando mecánico: funciona mediante sistemas de varillas o cable conectado al freno.
-Mando hidráulico: funciona mediante un fluido, necesita elementos como el deposito, bomba, canalizaciones y actuadores. Se utiliza el principio de Pascal.
-Mando neumático: funciona mediante aire a presión, necesita elementos como compresor, calderin, válvulas y actuadores. Se utiliza el principio de Pascal.
Configuración del mando hidráulico:
-Sistema doble YY: dispone de dos circuitos, uno para el eje delantero y otro para el eje trasero.
-Sistema x: dispone de dos circuitos,uno para la rueda delantera izquierda y rueda trasera derecha, y otro para al rueda delantera derecha y la rueda trasera izquierda.
Freno de servicio:
Es el encargado de frenar el vehículo en unas condiciones normales de conducción.
Los principales componentes de este circuito son:
-Pedal: sirve para accionar el circuito, y actúa sobre la bomba de freno.
-Bomba de freno: es el componente encargado de transformar la fuerza ejercida sobre el pedal por el conductor en presión al fluido.
-Servofreno: es el elemento encargado de amplificar la fuerza de frenada.
-Compensador de frenada: es el encargado de disminuir la presión en los frenos del eje trasero.
-Frenos: son los encargados de frenar las ruedas para detener el vehículo.
Bomba de freno o cilindro principal:
Es la encargada de enviar presión al circuito a la hora del proceso de frenado.
Los tipos de bombas mas utilizadas son:
-Bomba de freno simple: se suele utilizar en vehículos que solo disponen de un eje.
-Bomba de freno de doble cuerpo o tipo tándem: se utiliza en sistemas de frenos con dos circuitos independientes.
-Bomba de freno tipo tándem con taladro de compensación: esta compuesta por dos cámaras de presión, una para las ruedas delantera derecha y trasera izquierda, y otra para las ruedas delantera izquierda y trasera derecha. Posee una cámara intermedia y un taladro de compensación para igualar la presión, y un taladro de retorno. Estas bombas se incorporan en vehículos que no tienen ABS.
-Bomba de freno tipo tándem con válvula central: es similar a la de antes, solo que dispone de una válvula central integrada, que en la posición de reposo la bomba deja circular el liquido por el orificio de la espiga de la válvula. Esta bomba es usada para vehículos que disponen sistema antibloqueo de frenos(ABS, ESP, ASR..).
-Bomba de freno tipo tándem con embolo buzo: proporciona las mismas funciones que las bombas anteriores, y dispone de un embolo flotante y además cuenta con las siguientes características:
-Su tamaño es mas reducido, y puede ubicarse en espacios mas pequeños.
-Pesa menos que la bomba con válvula central.
-Posee de menos componentes.
-Dispone de baja absorción de volumen y deformaciones elásticas para las juntas mas pequeñas.
-Tiene juntas estancas dentro de la carcasa, lo que aporta resistencia a la contaminación y al desgaste, y una vida útil mas larga.
-Este tipo de bombas va incorporada en vehículos fabricados a partir de 2003 conforme a la normativa anticontaminacion establecida.
-Es apta para vehículos que incorporan ABS, ESP, ASR...
Circuito hidráulico:
El circuito hidráulico esta compuesto por elementos encargados de transportar el liquido de frenos de la bomba a las pastillas de frenos, y pueden ser:
-Canalizaciones: están constituidas por tramos metálicos tramos flexibles. Todos los tramos están conectados mediante uniones roscadas y están fijados a la carrocería mediante grapas.
-Tuberías metálicas: están fabricadas de acero cobriza do y un recubrimiento de cobreado galvánico. Están protegidas con múltiples capas que le aportan rigidez y las protegen de la corros ion. las tuberías están a una distancia adecuada de la carrocería para evitar que entren en contacto.
-Manguitos flexibles o latiguillos de caucho: están formados por una capa interior de goma, dos capas de rayón, un revestimiento exterior de goma y los elementos de unión de los extremos. Los manguitos flexibles están situados en el tramo de los dispositivos de frenado para absorber las oscilaciones y movimientos que realizan las ruedas cuando se desplazan.
Liquido de frenos:
Es el fluido que se utiliza en el circuito de frenos para transmitir la fuerza.
Las siguientes características de los líquidos de frenos deben cumplir una serie de requisitos recogidas en las normas SAE J1703, FMVSS116 e ISO 4925:
-Punto de ebullición en seco: representa la capacidad de carga térmica del liquido de frenos. Por encima de los 500 grados centígrados.
-Punto de ebullición en húmedo: es el equilibrio del liquido de frenos después de haber absorbido agua. Debe ser muy bajo.
-La viscosidad no varia entre - 40 y 100 grados centígrados.
-Ensanchamiento de elastómeros (No mas del 16%).
Tipos de líquidos:
-Líquidos minerales (LHM): están compuestos por aceites de bases de minerales y aditivos como alquiditiofosfato de cinc y alquilmetacrilato. Algunas marcas como citroen y Rolls Royce,comparten la hidráulica del circuito de frenos con la dirección asistida.
-Líquidos sintéticos: están compuestos principalmente de éteres de poliglicol(98%) y aditivos(2%), para evitar la degradación química por altas temperaturas y la corrosión.
Freno de disco:
Esta compuesto por los siguientes elementos:
-Disco: Es un elemento móvil que gira con la rueda, y va unido al buje. Están compuestos por una fundición de acero mas cromo, y viene especificado el desgaste máximo. Y el proceso de verificación se realiza con el reloj comparador viendo si tiene ovalamiento.
-Pinzas: es la parte fija del freno. Esta situada sobre el disco y fijada a la mangueta por tornillos. Pueden ser:
-Fijas: van unidas a la mangueta, tienen tantos émbolos como pastillas (2 o mas), y es el sistema mas efectivo.
-Flotantes: vas móviles a la mangueta, tienen solo un embolo, y es el sistema mas utilizado.
-Embolo: son los encargados de recibir la presión del sistema de frenos y empujar a las pastillas para realizar el frenado. Posee un reten o anillo obturador con forma cuadrada, un guardapolvos, y suele ir insertado a presión.
-Pastillas: están situadas sobre los émbolos, y son las encargadas de realizar la fricción sobre el disco. Están formadas por una placa base, material sinterizado, incorporan sensor desgaste, un fleje de sujeción en el lado del embolo y pueden llevar postura de montaje, y además se rigen por el código ECE R90.
Freno de tambor:
Se utiliza en el eje trasero de los vehículos. Estos frenos producen la fuerza de frenada mediante un cilindro hidráulico que oprime unas zapatas con unos forros contra la superficie interna del tambor.
Ventajas: mayor superficie de fricción, menor ruido y menor dureza que materiales de freno de disco.
Inconvenientes: menor capacidad de evacuar el calor y genera mas calor.
Esta compuesto por los siguientes elementos:
-Tambor: es el elemento que gira con el conjunto de la rueda y que soporta la mayor parte del calor generado durante el frenado. Precisa de equilibrado y su verificación se realiza midiendo el diámetro interior máximo con el calibre.
-Plato: es la parte fija del conjunto. Esta fabricado de chapa de acero.
-Zapatas: son las encargadas de producir la fricción con la superficie interna del tambor. Esta compuesta por una zapata primaria y otra secundaria(mecanismo freno socorro) y el material de fricción va unido a ellas por remaches o pegado.
-Bombín: es el encargado de realizar el desplazamiento lateral de las zapatas. Esta compuesto por el cuerpo, los pistones(uno para cada zapata), muelle intermedio, guardapolvos, orificio de entrada y tornillo de purga.
-Muelles: son los encargados de volver las zapatas a su posición inicial.
-Aproximador: son los encargados de aproximar o alejar las zapatas del tambor. Pueden ser manuales(aproximación manual) o automáticos(girling o bendix).
Sistema de reglaje automático Bendix
-Freno de mano o socorro:Su función es bloquear los frenos del eje trasero para mantener parado el vehículo.el mecanismo de estacionamiento puede ser manual(cable bowden) o eléctrico a través de un motor eléctrico controlado por una UCE o a través de un interruptor mediante el conductor. Y el elemento de bloqueo que utiliza puede ser mediante la zapata secundaria con bieleta o por un disco con un embolo roscado interiormente.
-Freno de estacionamiento electromecánico freno de aparcamiento eléctrico:
Este sistema de frenos,en vez de incorporar palanca de mano, es sustituida por un interruptor; además dispone de una gestión electrónica e interconexión can bus, por lo que aporta las siguientes funciones:
-Función de freno de aparcamiento.
-Asistente dinámico de arranque en rampa.
-Función dinámica de frenada de emergencia.
-Función de asistencia auto hold, que retiene el vehículo en cada parada para evitar los continuos usos del freno de mano y de servicio.
-Controla y vigila el funcionamiento del sistema.
Esta compuesto por los siguientes elementos:
-Sensor de posición del embrague.
-Interruptor para el freno de estacionamiento.
-Interruptor para auto hold.
-Motores de inmovilización de las ruedas traseras.
-Testigo luminoso del freno de estacionamiento.
-Testigo luminoso del sistema de frenos.
-Testigo de avería del freno de estacionamiento.
-Testigo luminoso de auto hold.
-Unidades de control del freno de estacionamiento y ABS.
-Servofreno: es un mecanismo que proporciona ayuda en el proceso de frenado, amplificando la fuerza ejercida por el conductor al pisar el pedal del freno.
-Sistema electrónico de frenada ABS: es un sistema electrónico cuya misión es impedir que se bloquen las ruedas, enviando una señal eléctrica a la UCE.
Esta compuesto por tres partes:
-Mecánica: son el pedal, pastillas,disco o tambor y zapatas.
-Hidráulica: el deposito, bomba, bombines, pinza, servofreno, canalizaciones, caja de válvulas y acumuladores.
-Eléctrica: UCE, captadores de giro, bomba hidráulica y electroválvulas( posee dos válvulas por rueda, una admisión y ora escape).
-Programa electrónico de estabilidad ESP: es un sistema de seguridad cuya misión es estabilizar y darle direccionalidad al vehículo bloqueando las ruedas.
Incorpora los mismos elementos del ABS, y además incorpora dos válvulas mas que el ABS, un sensor de ángulo del volante de dirección, y un sensor combinado de aceleración y de giro o de derrape.
Tipos de mandos del sistema de frenos:
-Mando mecánico: funciona mediante sistemas de varillas o cable conectado al freno.
-Mando hidráulico: funciona mediante un fluido, necesita elementos como el deposito, bomba, canalizaciones y actuadores. Se utiliza el principio de Pascal.
-Mando neumático: funciona mediante aire a presión, necesita elementos como compresor, calderin, válvulas y actuadores. Se utiliza el principio de Pascal.
Configuración del mando hidráulico:
-Sistema doble YY: dispone de dos circuitos, uno para el eje delantero y otro para el eje trasero.
-Sistema x: dispone de dos circuitos,uno para la rueda delantera izquierda y rueda trasera derecha, y otro para al rueda delantera derecha y la rueda trasera izquierda.
Freno de servicio:
Es el encargado de frenar el vehículo en unas condiciones normales de conducción.
Los principales componentes de este circuito son:
-Pedal: sirve para accionar el circuito, y actúa sobre la bomba de freno.
-Bomba de freno: es el componente encargado de transformar la fuerza ejercida sobre el pedal por el conductor en presión al fluido.
-Servofreno: es el elemento encargado de amplificar la fuerza de frenada.
-Compensador de frenada: es el encargado de disminuir la presión en los frenos del eje trasero.
-Frenos: son los encargados de frenar las ruedas para detener el vehículo.
Bomba de freno o cilindro principal:
Es la encargada de enviar presión al circuito a la hora del proceso de frenado.
Los tipos de bombas mas utilizadas son:
-Bomba de freno simple: se suele utilizar en vehículos que solo disponen de un eje.
-Bomba de freno de doble cuerpo o tipo tándem: se utiliza en sistemas de frenos con dos circuitos independientes.
-Bomba de freno tipo tándem con taladro de compensación: esta compuesta por dos cámaras de presión, una para las ruedas delantera derecha y trasera izquierda, y otra para las ruedas delantera izquierda y trasera derecha. Posee una cámara intermedia y un taladro de compensación para igualar la presión, y un taladro de retorno. Estas bombas se incorporan en vehículos que no tienen ABS.
-Bomba de freno tipo tándem con válvula central: es similar a la de antes, solo que dispone de una válvula central integrada, que en la posición de reposo la bomba deja circular el liquido por el orificio de la espiga de la válvula. Esta bomba es usada para vehículos que disponen sistema antibloqueo de frenos(ABS, ESP, ASR..).
-Bomba de freno tipo tándem con embolo buzo: proporciona las mismas funciones que las bombas anteriores, y dispone de un embolo flotante y además cuenta con las siguientes características:
-Su tamaño es mas reducido, y puede ubicarse en espacios mas pequeños.
-Pesa menos que la bomba con válvula central.
-Posee de menos componentes.
-Dispone de baja absorción de volumen y deformaciones elásticas para las juntas mas pequeñas.
-Tiene juntas estancas dentro de la carcasa, lo que aporta resistencia a la contaminación y al desgaste, y una vida útil mas larga.
-Este tipo de bombas va incorporada en vehículos fabricados a partir de 2003 conforme a la normativa anticontaminacion establecida.
-Es apta para vehículos que incorporan ABS, ESP, ASR...
Circuito hidráulico:
El circuito hidráulico esta compuesto por elementos encargados de transportar el liquido de frenos de la bomba a las pastillas de frenos, y pueden ser:
-Canalizaciones: están constituidas por tramos metálicos tramos flexibles. Todos los tramos están conectados mediante uniones roscadas y están fijados a la carrocería mediante grapas.
-Manguitos flexibles o latiguillos de caucho: están formados por una capa interior de goma, dos capas de rayón, un revestimiento exterior de goma y los elementos de unión de los extremos. Los manguitos flexibles están situados en el tramo de los dispositivos de frenado para absorber las oscilaciones y movimientos que realizan las ruedas cuando se desplazan.
Liquido de frenos:
Es el fluido que se utiliza en el circuito de frenos para transmitir la fuerza.
Las siguientes características de los líquidos de frenos deben cumplir una serie de requisitos recogidas en las normas SAE J1703, FMVSS116 e ISO 4925:
-Punto de ebullición en seco: representa la capacidad de carga térmica del liquido de frenos. Por encima de los 500 grados centígrados.
-Punto de ebullición en húmedo: es el equilibrio del liquido de frenos después de haber absorbido agua. Debe ser muy bajo.
-La viscosidad no varia entre - 40 y 100 grados centígrados.
-Ensanchamiento de elastómeros (No mas del 16%).
Tipos de líquidos:
-Líquidos minerales (LHM): están compuestos por aceites de bases de minerales y aditivos como alquiditiofosfato de cinc y alquilmetacrilato. Algunas marcas como citroen y Rolls Royce,comparten la hidráulica del circuito de frenos con la dirección asistida.
-Líquidos sintéticos: están compuestos principalmente de éteres de poliglicol(98%) y aditivos(2%), para evitar la degradación química por altas temperaturas y la corrosión.
Freno de disco:
Esta compuesto por los siguientes elementos:
-Disco: Es un elemento móvil que gira con la rueda, y va unido al buje. Están compuestos por una fundición de acero mas cromo, y viene especificado el desgaste máximo. Y el proceso de verificación se realiza con el reloj comparador viendo si tiene ovalamiento.
-Pinzas: es la parte fija del freno. Esta situada sobre el disco y fijada a la mangueta por tornillos. Pueden ser:
-Fijas: van unidas a la mangueta, tienen tantos émbolos como pastillas (2 o mas), y es el sistema mas efectivo.
-Flotantes: vas móviles a la mangueta, tienen solo un embolo, y es el sistema mas utilizado.
-Embolo: son los encargados de recibir la presión del sistema de frenos y empujar a las pastillas para realizar el frenado. Posee un reten o anillo obturador con forma cuadrada, un guardapolvos, y suele ir insertado a presión.
-Pastillas: están situadas sobre los émbolos, y son las encargadas de realizar la fricción sobre el disco. Están formadas por una placa base, material sinterizado, incorporan sensor desgaste, un fleje de sujeción en el lado del embolo y pueden llevar postura de montaje, y además se rigen por el código ECE R90.
Freno de tambor:
Se utiliza en el eje trasero de los vehículos. Estos frenos producen la fuerza de frenada mediante un cilindro hidráulico que oprime unas zapatas con unos forros contra la superficie interna del tambor.
Ventajas: mayor superficie de fricción, menor ruido y menor dureza que materiales de freno de disco.
Inconvenientes: menor capacidad de evacuar el calor y genera mas calor.
Esta compuesto por los siguientes elementos:
-Tambor: es el elemento que gira con el conjunto de la rueda y que soporta la mayor parte del calor generado durante el frenado. Precisa de equilibrado y su verificación se realiza midiendo el diámetro interior máximo con el calibre.
-Plato: es la parte fija del conjunto. Esta fabricado de chapa de acero.
-Zapatas: son las encargadas de producir la fricción con la superficie interna del tambor. Esta compuesta por una zapata primaria y otra secundaria(mecanismo freno socorro) y el material de fricción va unido a ellas por remaches o pegado.
-Muelles: son los encargados de volver las zapatas a su posición inicial.
-Aproximador: son los encargados de aproximar o alejar las zapatas del tambor. Pueden ser manuales(aproximación manual) o automáticos(girling o bendix).
Sistema de reglaje automático Bendix
Sistema de reglaje automático Girling
-Freno de estacionamiento electromecánico freno de aparcamiento eléctrico:
Este sistema de frenos,en vez de incorporar palanca de mano, es sustituida por un interruptor; además dispone de una gestión electrónica e interconexión can bus, por lo que aporta las siguientes funciones:
-Función de freno de aparcamiento.
-Asistente dinámico de arranque en rampa.
-Función dinámica de frenada de emergencia.
-Función de asistencia auto hold, que retiene el vehículo en cada parada para evitar los continuos usos del freno de mano y de servicio.
-Controla y vigila el funcionamiento del sistema.
Esta compuesto por los siguientes elementos:
-Sensor de posición del embrague.
-Interruptor para el freno de estacionamiento.
-Interruptor para auto hold.
-Motores de inmovilización de las ruedas traseras.
-Testigo luminoso del freno de estacionamiento.
-Testigo luminoso del sistema de frenos.
-Testigo de avería del freno de estacionamiento.
-Testigo luminoso de auto hold.
-Unidades de control del freno de estacionamiento y ABS.
-Servofreno: es un mecanismo que proporciona ayuda en el proceso de frenado, amplificando la fuerza ejercida por el conductor al pisar el pedal del freno.
Esta compuesto por tres partes:
-Mecánica: son el pedal, pastillas,disco o tambor y zapatas.
-Hidráulica: el deposito, bomba, bombines, pinza, servofreno, canalizaciones, caja de válvulas y acumuladores.
-Eléctrica: UCE, captadores de giro, bomba hidráulica y electroválvulas( posee dos válvulas por rueda, una admisión y ora escape).
-Programa electrónico de estabilidad ESP: es un sistema de seguridad cuya misión es estabilizar y darle direccionalidad al vehículo bloqueando las ruedas.
Incorpora los mismos elementos del ABS, y además incorpora dos válvulas mas que el ABS, un sensor de ángulo del volante de dirección, y un sensor combinado de aceleración y de giro o de derrape.
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