El efecto de frenado consiste, por tanto, en absorber y transformar la energía cinética producida por el movimiento del vehículo, en energía calorífica, al hacer rozar una parte móvil solidaria a las ruedas (tambores y discos),contra una parte fija en el vehículo (zapatas y pastillas). La energía calorífica generada en los elementos frenantes es transmitida a la atmósfera que a su vez mantiene fríos los elementos frenantes por medio de la disipación.
SISTEMAS DE FRENADO
Los sistemas de frenado se diferencian en función de los elementos constitutivos y en la forma de actuación de las piezas sobre los elementos móviles clasificándose en:
- Frenos de tambor.
- Frenos de disco.
FRENOS DE TAMBOR
Denominados también frenos de expansión, están constituidos básicamente por un elemento móvil denominado tambor y un elemento fijo o plato de freno, donde se alojan, entre otros elementos frenantes, denominados zapatas.
Tambor
Es la parte móvil del sistema. Consiste en una pieza cilíndrica en forma de tambor, abierto por una de sus caras (cuando está desmontado). Se fabrica con fundiciones aleadas o de aluminio con una camisa de acero.
Es capaz de soportar elevadas cargas térmicas y grandes presiones. En el interior del tambor se encuentra la zona de fricción, finalmente mecanizada, para facilitar el acoplamiento de las zapatas y evitar su agarrotamiento. En la zona central, lleva unos taladros para el acoplamiento de los tornillos de sujeción de la rueda. Además, posee otro orificio que le sirve de guía para el centrado de la rueda.
Plato de freno
Es la parte fija del sistema. Está constituido por un plato de chapa embutida sobre el que se montan unas zapatas, los elementos de fijación y los mecanismos de accionamiento y regulación.
Sobre ellos se monta el tambor, cerrando así todo el conjunto.
Zapatas
Están constituidas por dos chapas de acero, fundición de hierro o de aleación ligera, que están soldadas entre sí, formando un casco en forma de media luna.
Por su parte exterior están recubiertas de unos forros de freno, que se unen al casco a través de remaches o bien pegados con cola, siendo esto último lo más usado.
Elementos de accionamiento
El accionamiento de las zapatas puede ser mecánico o hidráulico. Las zapatas están colocada concéntricamente a la zona de fricción, situada en la parte interna del tambor.
Se encuentran apoyadas por uno de sus extremos a unos pivotes y por el extremo contrario sobre el mecanismo de accionamiento, que será una leva (accionamiento mecánico) o un bombín (accionamiento hidráulico).
El bombín está constituido por un pequeño cilindro en cuyo interior se desplazan dos pequeños émbolos opuestos, que se moverán en sentidos contrarios impulsados por la fuerza hidráulica.
Funcionamiento de los frenos de tambor
Al accionar el conductor el pedal de freno, gira la leva o se desplazan los pistones, según el accionamiento que lleve montado, por lo que las zapatas se abren basculando sobre los pivotes.
Los forros de las zapatas entran en contacto con la zona de fricción del tambor, disminuyendo la velocidad de giro de éste y con ello la de la rueda.
Las zapatas poseen un muelle recuperador, unido por sus extremos a cada una de ellas. Al pisar el pedal de freno, las zapatas se separan estirando el muelle. Al soltar el pedal de freno, el muelle se contrae, arrastrando a las zapatas, hasta llevarlas a su posición inicial.
Por tanto, los frenos de tambor actúan por la expansión de unas zapatas situadas en un plano fijo, contra un tambor en movimiento que se encuentra solidario a la rueda.
(Este tipo de freno es el menos eficaz y está practicamente en desuso por que no tiene una buena ventilación, aún así dándole un uso apropiado sigue siendo un freno eficaz)
FRENOS DE DISCO
Muy utilizados en la actalidad en la mayoría de los turismos. Suelen colocarse en las ruedas delanteras, aunque hay vehículos que los llevan instalados en todas las ruedas.
Este tipo de frenos realizan la frenada de una forma más enérgica que los frenos de tambor, debido a que su forma de actuar es por compresión del elemento móvil (disco). Los frenos de tambor actúan por expansión contra el elemento móvil (tambor), siendo menos eficaces. Por tanto, los frenos de disco reducen la distancia de frenado.
Otra de las ventajas es que no suele aparecer el fenómeno FADING (pérdida de eficacia de los frenos por la imposibilidad de evacuar el calor), ya que los elementos de fricción van montados al aire, por lo que la evacuación del calor se realiza más rápidamente que en los frenos de tambor.
Estos frenos están constituidos por un disco y una mordaza o pinza de freno.
Disco de freno
Es la parte móvil del sistema, consiste en una pieza con forma de disco, fabricada en fundición gris perlítica o fibra de carbono. Se encuentra unida al buje de la rueda y en su zona central lleva unos taladros para el acoplamiento de los tornillos de sujeción de la rueda. En ambas caras del disco se encuentra una zona mecanizada, que representará la zona de fricción donde presionarán las pastillas.
Mordaza de freno
Es la parte fija del sistema, formada por una pieza en forma "U" fijada generalmente a la mangueta.
Esta pieza abraza el disco ocupando una quinta parte de la superficie del mismo.
Esta pieza abraza el disco ocupando una quinta parte de la superficie del mismo.
En el interior de la mordaza se encuentran unos cilindros, donde se desplazan unos pistones accionados hidráulicamente.
La mordaza lleva unos alojamientos para el acoplamiento de las patillas, que serán los elementos que friccionarán y comprimirán al disco. Las pastillas se encuentran situadas entre los pistones de accionamiento de la mordaza y el disco de freno.
Funcionamiento de los frenos de disco
Al pisar el pedal de freno, aumenta la presión en el líquido o el aire del circuito. Como consecuencia de esta presión, los pistones situados en la mordaza se desplazan. Esto obliga a la pastillas de freno a presionar fuertemente el disco, frenando así su giro y, con ello, la rueda.
Una junta o anillo elástico se deforma cuando se desplaza el pistón. Al soltar el pedal de freno y decrecer la presión hidráulica, el anillo recupera su forma llevándose al pistón hasta su posición inicial.
SISTEMAS DE MANDO DE FRENO
Se denominan sistemas de mando, al conjunto de mecanismos destinados a producir la fuerza para el accionamiento de los elementos frenantes (zapatas y pastillas). Estos sistemas pueden ser:
- Sistema mecánico.
- Sistema hidráulico.
- Sistema neumático.
- Sistema hidroneumático.
SISTEMA HIDRÁULICO
Este sistema empleado en turismo y pequeños vehículos comerciales, basa su funcionamiento en los principios de hidrostática sobre incompresibilidad de un líquido y la transmisión de presiones dentro de su masa.
Los líquidos son incompresibles (no se pueden comprimir como el aire),por tanto, cuando se ven sometidos a una presión, su volumen no disminuye, en consecuencia la presión administrada se transmitirá por igual a toda la masa del líquido, produciendo al mismo tiempo el desplazamiento de dicha masa. El sistema hidráulico consigue aumentar sencillamente las fuerzas resultantes en los émbolos receptores, por medio de la relación existente entre sus diámetros.
Elementos del circuito hidráulico
Los elementos que componen un circuito hidráulico de frenos son:
- Líquido de frenos.
- Depósito de líquido de frenos.
- Pedal de freno.
- Cilindro principal o bomba de freno.
- Tuberías de conducción.
- Cilindros o bombines de freno.
Líquido de freno
Es el elemento hidráulico empleado para transmitir la presión de la bomba a los bombines. Es un líquido sintético que no ataca a las gomas existentes en el circuito, teniendo la propiedad de que su fluidez no varía considerablemente con la temperatura.
Este líquido lleva unos aditivos a base de antioxidantes y anticorrosivos, para no afectar en su funcionamiento a la bomba, bombines y conducciones. Debe estar, por tanto, libre de agua, que produciría la oxidación de los elementos móviles del circuito, así como obstrucciones en las canalizaciones.
Depósito de líquido de frenos
Este depósito alimenta a la bomba principal de freno y pueden estar separado o montado sobre el cuerpo de la bomba. Lleva unas marcas de referencia que indican el nivel máximo y mínimo del líquido. En el tapón de cierre se encuentra un pequeño taladro para permitir que en el interior del depósito siempre exista la presión atmosférica permitiendo así el movimiento del líquido.
Bomba de freno
Está constituida por un cilindro dentro del cual se desplaza un pistón, unido al pedal de freno a través de una varilla o empujador. El cilindro lleva practicados dos taladros; uno en comunicación con el depósito de líquido de frenos y el otro de salida del líquido hacia los bombines situados en las ruedas. A través de una válvula se regula la presión de salida del líquido.
Tuberías de conducción
Son las encargadas de transmitir la presión desde la bomba principal hasta los bombines situados en las ruedas. Estas tuberías pueden ser rígidas o flexibles (latiguillos).
ELEMENTOS AUXILIARES DE FRENADO
FRENO DE SOCORRO O SEGURIDAD
El sistema hidráulico de frenos presenta el problema de que una fuga de líquido en el circuito dejaría sin funcionamiento a todo el sistema. Para prevenir este posible problema se dota a los vehículos de dos circuitos independientes de frenos, de tal manera, que, ante una fuga en uno de los circuitos, el otro seguiría funcionando normalmente. En el sistema de doble circuito de frenos, el cilindro principal o bomba de frenos dispone de dos pistones para el accionamiento de cada uno de los circuitos.
SERVOFRENO
Los sistemas servoasistidos consisten en combinar un circuito hidráulico y un sistema de asistencia por vacío, cuyo funcionamiento mixto facilita la acción de frenado y permite obtener una gran potencia de frenado con el mínimo esfuerzo.
El servofreno va colocado en serie con el circuito hidráulico, es decir, está situado entre el pedal y el cilindro principal o bomba.
El funcionamiento está basado en el vacío parcial o total que se crea a ambos lados de un pistón y que se encuentra dentro de una cámara de vacío. Las diferencias de presiones a ambos lados del pistón provocará el movimiento de éste, realizando un empuje sobre los émbolos de la bomba de freno, en combinación con el movimiento del pedal de freno.
El conjunto está formado por tres elementos básicos: CÁMARAS DE VACÍO, VÁLVULA DE CONTROL Y CILINDRO PRINCIPAL DE FRENOS.
SISTEMA NEUMÁTICO
Este sistema de frenos consiste en utilizar aire comprimido, generado en el propio vehículo, para el accionamiento de los elementos frenantes. Se utiliza este sistema para camiones y autocares, ya que se necesitan elevadas potencias de frenado para detener estos vehículos. Suministra aire para toda la instalación de freno y la de suspensión, cuando ésta es neumática.
- Compresor de aire. Accionado por el motor a través de una correa. Aspira aire de la atmósfera y, previamente filtrado, lo manda al calderín a unos 8-10 bares de presión. El aire se va acumulando hasta que se alcanza la máxima presión, la cual está limitada pro medio de una válvula de desacarga. Antes de entrar en el depósito se encuentra con una válvula de retención de un solo sentido, deja pasar el aire hacia el calderin pero no lo deja salir. El compresor dispone de un regulador de presión que, cuando recibe la señal de que en el calderín ha alcanzado la presión correcta de funcionamiento, manda una señal neumática al compresor para que se detenga la carga de aire.
- Filtro de aire.Depura el aire procedente de la atmósfera para que pase limpio de impurezas al circuito.
- Calderín secador. Algunos circuitos de alimentación disponen de un dispositivo de anticongelamiento con evaporador de alcohol o secador de aire, para separar la humedad que contiene el aire, para evitar la formación de hielo en los conductos.
- Válvula de cuatro vías. La salida de aire comprimido del calderin se efectúa a través de una válvula de protección de cuatro vías, que es la encargada de distribuir aire comprimido a cuatro calderines de almacenaje del conjunto. A través de esta válvula, si hay una fuga de aire en un circuito, se conserva la presión en el resto de circuitos. También la conserva si falla la fuente de energía, aunque en este caso dependerá de la disponibilidad de aire comprimido en los calderines.
- Uno o dos depósitos (calderines): con capacidad suficiente para suministrar aire a presión al circuito de frenado y a otros sistemas, asistidos neumáticamente, que puedan instalarse en el vehículo. La presión se controla Además lleva un testigo indicador de presión mínima.
- Una válvula de paso: Accionada por el pedal de freno, que deja pasar el aire a presión hasta los cilindros de las ruedas.
- Además una válvula de paso: Que deja salir el aire de los cilindros de freno combinado, de tal forma que el muelle de recuperación aplica los frenos, inmovilizando el vehículo. Se acciona a través de la palanca del freno de estacionamiento.
- Indicador de baja presión: Del calderín del freno de estacionamiento y freno de remolque para controlar su presión.
- Cilindros: Para el accionamiento de las zapatas o las patillas de freno en las ruedas.
- Válvula de descarga rápida: Situada en la bifurcación de canalizaciones, tanto de ruedas delanteras como traseras, para eliminar automáticamente el aire contenido en los cilindros cuando cesa la acción de frenado. Las válvulas de drenaje existentes en todos los calderines, sirven para permitir efectuar la retirada del agua que se acumula en el interior de los mismos.
- Sistema hidroneumático (Oleoneumático). Este sistema de frenos está compuesto por dos circuitos combinados. Uno de ellos, neumático hasta su llegada al pedal de freno y el otro, hidráulico con amplificador de frenada, que va desde el pedal de freno hasta las ruedas. Por tanto, el accionamiento de los elementos frenantes de las ruedas es hidráulico. El aire comprimido sólo sirve de ayuda a la fuerza aplicada sobre el pedal de freno, ya que actúa sobre la bomba principal de frenos. Si el vehículo tuviera un fallo en la instalación de aire comprimido se podría frenar a través del esfuerzo muscular del conductor, pero no sería tan eficaz la frenada.
