FRENOS DE MOTOR Y RETARDADORES (sistema auxiliar de frenos) Alumnos curso 9315: Alexis Cornejos. Carlos Jiménez. Profesor sistemas de frenos Rodolfo Suaznaba Su aznabarr.
INTRODUCCION Los sistemas de frenos auxiliares fueron creados, por profesionales del mundo automotriz, (para ser utilizados en camiones y autobuses de mediano y gran peso de tara y carga) carga) con el fin de disminuir la velocidad del vehículo y aliviar el uso continuo de los frenos de servicio liberando , en hasta un 90% su utilización, previniendo el desgaste prematuro , alargando su vida útil, bajando los costo de mantención pero por sobre todo brindando seguridad ya sea en plano o en cuestas prolongadas. Su tipo de construcción los hace de uso continuo o de intervalos cortos . Entre estos sistemas tenemos los frenos auxiliares que intervienen directamente en el motor y los frenos auxiliares retardadores en los que se encuentran los retardadores retardadores hidrodinámicos y los electromagnéticos, que a continuación nombraremos
FRENOS DE MOTOR FRENO DE ESCAPE. El sistema auxiliar de frenos mas frecuente de encontrar, en los vehículos de transporte medianos tanto en camiones como en autobuses, son los frenos de escape. Este consiste simplemente en la utilización de una válvula mariposa o chapaleta instalada en el sistema de escape de los gases de combustión; este estrangula ó restringe el paso de los gases de escape. es accionado ya sea por el pedal o mediante un interruptor y al momento de desacelerar al motor; cuando el operador del vehículo lo acciona activa un cilindro neumático (en su mayoría) y este cilindro desplaza un vástago que mueve la chapaleta he impide la salida de los gases del motor acumulando presión que finalmente dificulta el desplazamiento de los pistones del motor reduciendo la velocidad el motor y así la velocidad del vehículo producto del par negativo que genera hacia la inercia que mantiene el vehículo al momento de desacelerar el motor o pisando el freno de servicio
FRENOS DE MOTOR El freno de escape trabaja cerrando el tubo de escape por medio de una válvula de tipo mariposa situada entre el turbo y el silenciador. La acción de cierre y apertura es realizada por un cilindro hidráulico o neumático cerrando el paso de los gases en función de la posición de giro adoptada, o bien de los del tipo de guillotina. Tiene efecto de frenada en la fase de escape de los gases del motor.
Se recomienda el uso intermitente de este sistema ya que la presión de contención de gases calientes acorta la vida útil de la chapaleta o mariposa porque esta tiende a ovalarse con el tiempo perdiendo efectividad y también porque las juntas del sistema de escape de gases de la combustión tienden a agrietar (junta del múltiple de escape, picarones, y la recuperación de giro de los turbocompresores si lo tuviese)
FRENOS DE MOTOR Los frenos de escape ofrecen las siguientes ventajas: No
frenan por fricción Incrementan la vida útil de los frenos de servicio Ayuda en la conducción, permiten aumentar las velocidades medias, acorta las distancia de frenado y transitar por cuestas con mayor seguridad. No intervienen directamente en el interior del motor. Los frenos de escape ofrecen las siguientes desventajas:
Acorta la vida útil de las juntas del sistema de escape . Su utilización no es continua y su efectividad es menor a los que intervienen directamente en el motor. Están expuestos al lodo y necesitan aseo y lubricación regularmente en sus piezas móviles
FRENOS DE MOTOR FRENOS DE MOTOR (JACOBS O JAKE BRAKE) Este es un mecanismo que cambia el tiempo de las válvulas en el motor del vehículo. Normalmente cuando el pistón esta cerca de la parte superior del cilindro, se inyecta el combustible, este se enciende y el pistón es empujado hacia abajo en el tiempo de potencia. Pero cuando el freno de motor se activa, justo antes de que el pistón llegue al punto superior la válvula de escape se abre y deja salir el aire comprimido, antes que llegue al punto donde se inyecta combustible. La energía utilizada para comprimir el aire sale por el tubo de escape al exterior. De este modo, el motor funciona como compresor de aire absorbente de potencia, de esta manera, se produce una acción de retardo o desaceleración en las ruedas propulsoras del vehículo, esto conduce a una disminución en la utilización del freno de servicio y así en su mantenimiento. Cabe mencionar que el freno de motor solo sirve para desacelerar el vehículo o para disminuir su velocidad pero no para detener por completo el vehículo
FRENO DE MOTOR
La ilustración A le muestra un pistón que opera normalmente; mientras que B le demuestra lo que sucede cuando se acciona el freno de motor. El freno de motor se activa por medio de controles localizados en la cabina, una vez que se enciende el sistema, generalmente la operación es automática. Entra a funcionar siempre que se deja de presionar el pedal de acelerador en donde el sistema deja de inyectar combustible aprovechando y aumentando el par negativo que el motor y la transmisión puede ejercer sobre la inercia del vehículo.
FRENO DE MOTOR
FRENOS DE MOTOR Si al funcionamiento de este sistema se considera la combinación de una relación de compresión mas eficaz y un sistema de turbocompresores de alto rendimiento se obtendrá un porcentaje mas elevado del par negativo que este sistema auxiliar de frenos puede ejercer sobre la inercia que el vehículo lleva. Las condiciones ideales de operación de este sistema están consideradas las rpm del motor (mín. 850 rpm y máx. 2300 rpm aprox.) la velocidad seleccionada en la transmisión (se considera en una pendiente la misma velocidad con la que se subiría la pendiente) y el peso total del vehículo ya que una operación errónea podría dañar al motor y sus componentes
FRENOS DE MOTOR Los frenos de motor ofrecen las siguientes ventajas: Frenan sin desgaste, no frenan por fricción Incrementan la vida
útil de los frenos de servicio Ayuda en la conducción, permiten aumentar las velocidades medias, acorta las distancia de frenado y transitar por cuestas con mayor seguridad. Los frenos de motor ofrecen las siguientes desventajas: Acorta
la vida de las cabezas del motor en un 50% o mas. Provocan desgaste de válvulas, pistones, etc.
RETARDADORES Este sistema auxiliar a los frenos de servicio, tiene el mismo propósito que los sistemas anteriores, pero se diferencian en la forma y en donde intervienen principalmente, ya que no restringen al motor en forma directa, y son instalados en la transmisión (al interior o en el eje cardan). Los tipos de retardadores son del tipo electromagnético y el hidrodinámico, pueden ser de uso constante como también de uso intermitente, generalmente son utilizados en camiones y en algunos casos en autobuses (electromagnéticos) de mediana y gran capacidad de tara y carga, son activados desde la cabina he interviene en forma directa el conductor del vehículo aunque en algunos casos son combinados con sistemas electrónicos para regular velocidades programadas (vel. cruceros)
RETARDADORES Retardador electromagnético. El principio de funcionamiento se basa en la generación de un campo magnético entre el núcleo de bobinas y los rotores El campo se opone al movimiento de los rotores que giran con el eje cardan, con relación al núcleo de bobinas que se encuentran fijas al chasis del vehículo y que son alimentadas por corrientes parasitas de las baterías . Es precisamente esta oposición al movimiento, lo que permite retardar la velocidad del vehículo , sin fricción entre sus componentes.
RETARDADORES
RETARDADORES Los rotores de los frenos electromagnéticos están diseñados para absorber el calor generado por el magnetismo, y conforme al giro de este, se enfríe por el paso de aire a través de sus aletas de respiración. De tal manera que siempre que la unidad circule sin el freno activado, este irá enfriándose.
RETARDADORES Los retardadores electromagnéticos ofrecen las siguientes ventajas:
Frenan sin desgaste, no frenan por fricción Incrementan la vida útil de los frenos de servicio Ayuda en la conducción, permiten aumentar las velocidades medias, acorta las distancia de frenado y transitar por cuestas con mayor seguridad. Su uso puede ser continuo.
Los retardadores electromagnéticos ofrecen las siguientes desventajas:
Mantenimiento constante (observación periódica). Riesgo de incendio por sobrecalentamiento eléctrico.
RETARDADORES RETARDADORES HIDRODINAMICOS Este tipo de freno ayuda considerablemente al frenado del vehículo sin utilizar los frenos de servicio ni el freno de motor del vehículo; ahora bien al combinar ambos produce una mayor frenada al vehículo aumentando la potencia de frenado. Utilizando el freno hidrodinámico se ahorrara en la prolongación de los servicios de mantenimiento de los frenos de servicio debido a la disminución en el uso, también aumenta la seguridad del vehículo así como la velocidad promedio del mismo.
RETARDADORES En los vehículos el freno hidrodinámico puede ser montado, bien directamente sobre la caja de velocidades, posición focal, o bien intercalado en la transmisión o eje cardan, posición libre. El freno hidrodinámico esta compuesto de varias piezas para su funcionamiento entre ellas: • Carcasa • Estator • Rotor • Carter o deposito de aceite
RETARDADORES El rotor del freno hidrodinámico es directamente accionado por el árbol de la transmisión. Frente al rotor se encuentra el estator, que esta unido directamente a la carcasa del freno hidrodinámico. El medio de trabajo utilizado usualmente es aceite sintético 10W30 o bien aceite SAE 30, este sufre una aceleración por el rotor en su movimiento que lo lanza contra el estator, experimentando con ello una desaceleración. La energía cinética se transforma en energía térmica, sufriendo el vehículo una reducción de su velocidad. El calor producido se disipa por medio del intercambiador de calor en el sistema de refrigeración del motor.
RETARDADORES
El estator o rueda exterior es el rodete que, junto con la cubierta forma la envoltura exterior del turbo acoplador o carcasa, el estator es la parte en la que choca el aceite o fluido de trabajo y absorbe la energía cinética del fluido de trabajo; prácticamente este dispositivo es el que detiene al vehículo por medio del fluido de trabajo, en este caso aceite. En la figura se ve al lado izquierdo el estator que va acoplado estáticamente a la carcasa, en medio se puede observar el rotor y al extremo derecho parte de la carcasa del freno hidrodinámico.
RETARDADORES El rotor es el rodete que queda envuelto entre la rueda exterior o estator y la cubierta o parte de la carcasa, esta pieza es la que se mueve juntamente con el eje cardan del vehículo o la transmisión del mismo, cuando el operador acciona el freno, el aire comprimido que entra al deposito inferior de aceite hace que el mismo suba hasta donde esta el rotor y el estator haciendo que el rotor lo envié con fuerza contra el estator provocando fricción y una fuerza contraria al movimiento haciendo que el vehículo sufra una disminución en su velocidad.
RETARDADORES Debido a que el freno hidrodinámico carece de un sistema de enfriamiento propio, se aprovecha el sistema de enfriamiento del motor para enfriar también el freno hidrodinámico, debido a que este ultimo solo produce calor cuando se esta utilizando y además el calor producido es menor a la temperatura que produce el motor del vehículo por lo que se cambia el flujo de agua de enfriamiento del motor de la siguiente manera: • Primero por medio de una tubería instalada se toma el flujo de refrigerante listo para absorber calor a la salida del radiador. • El refrigerante pasa por el freno hidrodinámico absorbiendo el calor generado por este; si el freno hidrodinámico no esta trabajando el refrigerante pasa sin absorber calor. • Luego de que el refrigerante ha absorbido el calor producido por el freno hidrodinámico, el refrigerante pasa al motor donde debe absorber el calor de este, recordemos que el calor del freno hidrodinámico es menor al del motor. • Luego de absorber el calor del freno hidrodinámico y del motor del vehículo el refrigerante continua con su flujo normal hacia el radiador para la disipación del calor, ver próxima figura.
RETARDADORES
Debido a la instalación del freno hidrodinámico y la extensión del sistema de enfriamiento del motor es necesario agregar aproximadamente 5 litros más de refrigerante para que pueda absorber de mejor manera el calor generado por el motor y el freno hidrodinámico.
RETARDADORES Los retardadores hidrodinámicos ofrecen las siguientes ventajas: Seguridad en la
conducción del vehículo Alta potencia de frenado (4000 N-m) Aumento de velocidad promedio del vehículo Disminución de desgaste en el embrague Disminución del uso de los frenos de servicio hasta en un 90% menos de lo normal Disminución de fugas de aceite por los retenedores de bufa Aumento en el intervalo de servicios a los frenos de servicio o cambio de fricciones Los retardadores hidrodinámicos ofrecen las siguientes desventajas:
constante monitoreo de niveles de aceites y refrigerantes Observación en estados de mangueras, cañerías. He intercambiador de calor. Requiere de un entrenamiento básico para su operación.
CONCLUSION Con los sistemas auxiliares de frenos de servicios, se nota una mejora importante en la seguridad de las personas que conducen vehículos con estos sistemas (camiones y autobuses), como de las personas u otros vehículos, reduce notablemente el deterioro de los componentes de rose o fricción de los frenos de servicio, aprovechando, de las diversas formas comentadas anteriormente, el par negativo que implica la desaceleración del motor impulsor y la transmisión, bajando los costos de mantención y reparación de estos últimos, disminuye los tiempos de viaje de un punto a otro ya que se eleva la velocidad promedio desde el punto de origen al punto de destino, y que existe una amplia gama de diferentes sistema para cada necesidad aportando ganancias para quienes lucran con estos medios de transportes, y para quienes somos consumidores ya que los costos de traslado no se traspasan a los diversos productos que son transportados vía terrestre.
