u
n
i
d
a
d
11
El sistema de frenos I
SUMARIO ■
Teoría del proceso de frenado
■
Elementos fundamentales del freno de servicio de accionamiento hidráulico
■
Frenos de disco y de tambor
■
El freno de estacionamiento
OBJETIVOS ·· Comprender los principios teóricos del proceso de frenado. ·· Conocer los elementos fundamentales del sistema de frenos y su funcionamiento.
2
Unidad 11 - El sistema de frenos I
Sugerencias didácticas
Ideas clave
·· El objetivo principal de esta unidad es que los alumnos comprendan los principios teóricos del proceso de frenado y que conozcan a fondo los elementos fundamentales del sistema de frenos y su funcionamiento. Es muy interesante utilizar la Galería de imágenes de esta unidad, que se encuentra en el CD Recursos audiovisuales, para apoyar nuestras explicaciones. Otros materiales interesantes que se pueden utilizar en el aula como material complementario son los vídeos relacionados con esta unidad del CD Recursos audiovisuales. Además, recomendamos realizar varios test del CD Generación de pruebas de evaluación para comprobar si los alumnos han alcanzado los objetivos propuestos.
Solucionario a las actividades finales Página 284
.: CONSOLIDACIÓN :. 1�� ¿Cómo influye el estado de la superficie de la calzada en la distancia de parada? La longitud del recorrido en el proceso de frenado, hasta la parada del vehículo, viene determinada por una ley física. La distancia de parada ( D p) se incrementa en función del cuadrado de la velocidad ( v ) y es tanto menor cuanto más elevada es la deceleración ( d ) del vehículo. La deceleración es aproximadamente diez veces mayor que el coeficiente de fricción de adherencia que, si bien dependiendo del estado de la superficie de la calzada y del de los neumáticos, suele estar comprendido entre 0,2 (calzada helada) y 1. D p
=
v 2
2 ⋅ d
2�� ¿Por qué el efecto de frenado en las ruedas del tren delantero no posee la misma magnitud que el de las ruedas del tren trasero aun teniendo ambos frenos las mismas dimensiones? La menor distancia de parada de un vehículo o la máxima eficacia de frenado del mismo se obtiene cuando se frenan las cuatro ruedas, pero solamente cuando las ruedas son frenadas en función de la carga que soportan. En la acción de frenado en el vehículo, a consecuencia de la fuerza de inercia, se produce un desplazamiento de las cargas por eje cuando el centro de gravedad del vehículo está por encima de la altura de los mismos. Las ruedas del tren delantero tienen que soportar más carga que las ruedas del tren trasero (entre el 60 y 70%). Mediante la utilización de los correctores de frenada puede evitarse que las ruedas del tren trasero lleguen a bloquearse.
3�� ¿Por qué el sistema de mando hidráulico se divide en dos circuitos independientes? Una anomalía que se puede presentar en los sistemas de mando hidráulico del sistema de frenos es la fuga de líquido de frenos por cualquiera de sus componentes, lo que llega a inutilizar el sistema de frenos por falta de presión de manera que no se puede transmitir la fuerza de frenado a los cilindros de freno de rueda. Con el sistema de configuración del mando hidráulico con dos circuitos independientes (dual o desdoblado) se puede llegar a frenar el vehículo, a pesar de que ocurra una anomalía o fuga del líquido de frenos en uno de los dos circuitos hidráulicos independientes.
3
Unidad 11 - El sistema de frenos I
4�� ¿En qué tipo de vehículos se dispone de una configuración del sistema de frenos dual de tipo diagonal? Dibuja el esquema correspondiente. En los vehículos con carga más elevada en el tren delantero (vehículos de tracción delantera con motor delantero) se utiliza el sistema de frenos de configuración dual de tipo diagonal.
1
2
5�� ¿Cuál es la misión que cumple la bomba de freno? Explica la función y el funcionamiento de los orificios de compensación. La bomba de freno o cilindro principal es uno de los componentes principales del sistema hidráulico del freno de servicio y es el encargado de generar y controlar la presión hidráulica que debe actuar sobre los cilindros de freno de las ruedas. Al soltar el pedal del freno, el pistón de la bomba de freno retorna a su posición de reposo por la acción del muelle y, en consecuencia, el interior del cilindro de la bomba se llena del líquido que está en las canalizaciones debido al vacío que hace el propio pistón en su retroceso. Si el líquido de las canalizaciones no retorna a la bomba de freno con la suficiente rapidez o con el volumen necesario, el vacío interno provoca que la copela del pistón se deforme hacia el interior, ocasionando que el líquido de frenos pase desde la cámara intermedia a través de los orificios de compensación del pistón, llenando así el vacío interno generado. En el caso de que haya pérdidas de líquido de frenos en las canalizaciones, estas se compensan en la propia bomba de freno. El orificio de compensación o de llenado del deposito del líquido de frenos tiene también como función la de compensar el volumen por la dilatación que experimenta el líquido de frenos cuando se calientan los cilindros receptores de freno. El líquido de frenos retorna al deposito por el orificio de compensación o de llenado.
6�� ¿Qué exigencias debe cumplir el líquido de frenos? – Punto de ebullición: debe poseer elevada temperatura de ebullición, tanto en seco como en húmedo. – Viscosidad: debe poseer una baja temperatura de solidificación y su fluidez no debe variar notablemente con la temperatura. – Compresibilidad: debe ser lo más pequeña posible e independiente de la temperatura. – Protección: no debe agredir los materiales con los que está en contacto. – Conductibilidad: debe poseer una buena conductibilidad térmica.
7�� Enumera los tipos de frenos de disco y explica brevemente el funcionamiento y las características de cada uno. – Frenos de disco de pinza fija: poseen pistones en cada una de las dos partes en que se divide su pinza. De esta forma, los pistones presionan por ambos lados a cada una de las pastillas de freno contra el disco repartiendo equitativamente la fuerza de frenado. Proporcionan una mayor fuerza de frenado.
4
Unidad 11 - El sistema de frenos I
– Frenos de disco de pinza flotante: disponen de un único pistón que presiona una de las pastillas de freno contra la superficie del disco. La fuerza de reacción desplaza la pinza, que es la que empuja la pastilla de freno contrapuesta contra el disco de freno. Son de menor tamaño, volumen y peso que los de pinza fija.
8�� Indica la función y los componentes de una pastilla de freno. Las pastillas de freno con sus forros de fricción son las encargadas de realizar la fuerza de fricción necesaria contra la superficie del disco de freno durante la acción de frenado. Están compuestas por una primera capa con canto biselado donde se sitúa el forro de fricción y al que se le da el tratamiento térmico adecuado, una capa intermedia que va pegada a la placa soporte y que proporciona una reducción del ruido y máximo confort y, por detrás de la placa soporte, una chapa de amortiguación del ruido.
9�� ¿Cuál es la función del anillo obturador del pistón de un freno de disco? El anillo obturador se encuentra en la garganta situada en el interior del cilindro de la pinza del freno de disco. Cumple una doble función: da hermetismo al cilindro de la pinza de freno y efectúa el reglaje de aproximación de las pastillas de freno. Cuando se realiza la fuerza de frenado, la presión del líquido de frenos que llega al cilindro de la pinza de freno actúa sobre la cara frontal del anillo obturador y del pistón, provocando el desplazamiento del pistón y la deformación lateral del anillo obturador en el sentido del desplazamiento. Al cesar la fuerza de frenado y soltar el pedal del freno, retrocede el líquido de frenos y el anillo obturador que había sido deformado retorna por su elasticidad a su posición inicial, provocando, a su vez, que retroceda el pistón en un desplazamiento proporcional a la deformación efectuada. Con este sistema se compensa el desgaste de las pastillas de freno, quedando la holgura correcta de aproximación de las pastillas al disco de freno.
10�� Explica las características de funcionamiento de un freno de tambor.
T 2
F 2 F ´ 1
T 1
F ´ 2
F 1
Z 2
Z 1
P
P
El freno de tambor está constituido por un elemento móvil, que es el tambor, situado sobre el buje de rueda mediante una unión roscada y del cual recibe el movimiento, y un plato portazapatas fijado al puente o la mangueta. Sobre el plato portazapatas van instaladas las zapatas con sus elementos de fricción (forros) y el mecanismo de accionamiento para el desplazamiento de las zapatas (bombín) y de retracción de las mismas (resortes).
El bombín desplaza las dos zapatas lateralmente contra la superficie del tambor Zapata Zapata con fuerzas contrarias pero de la misma secundaria primaria intensidad. De ello surgen, sobre la superficie de los forros, unas fuerzas tangenciales de rozamiento (T 1 y T 2) que se descomponen en F 1 y F 2, que se generan en el punto de giro (P ), y F’1 y F’2, perpendiculares a estas, que provocan diferentes comportamientos de las zapatas. La zapata primaria aumenta el esfuerzo total de frenado (autofrenado) y la zapata secundaria disminuye el esfuerzo total de frenado. Cuando el vehículo circula marcha atrás, el efecto descrito se invierte. El efecto de autofrenado que se produce en la zapata primaria provoca un mayor desgaste de la superficie del forro, así como un desgaste desigual, dado que el esfuerzo no es uniforme (zapatas articuladas). Disponiendo las zapatas simplemente apoyadas por la parte inferior con forma oblicua se consigue una distribución de presiones y un desgaste de los forros constante, además de una mayor duración de los mismos.
5
Unidad 11 - El sistema de frenos I
.: APLICACIÓN :. 1�� Un vehículo circula por una pendiente del 3% a una velocidad de 80 km/h. ¿Qué distancia se necesita para detener el vehículo teniendo en cuenta el tiempo de reacción del conductor? La distancia comprende el espacio recorrido durante la percepción del obstáculo y la reacción del conductor ( D pr ) más el espacio recorrido durante la frenada del vehículo ( D f ), es decir: D p = Dpr + D f Así, se tiene: D pr
=
D p
v ⋅ t pr
D f
3, 6
=
v ⋅ t pr 3,6
+
v 2
=
254 ⋅
v 2 254 ⋅
(μ
r
±
)
i
(μ
r
±
)
i
metros
Por tanto, teniendo en cuenta el coeficiente de rozamiento a 80 km/h que aparece en la tabla de la página 259 del libro del alumno, la solución será: D p
=
80 ⋅ 2 3,6
+
802 254 ⋅ (0,348 − 0, 03)
=
123, 67 m
2�� El diámetro del pistón de una bomba de freno es de 19 mm y el diámetro del pistón del cilindro de la rueda es de 23 mm. Calcula la fuerza que se comunica al pistón del freno de la rueda cuando el conductor ejerce una fuerza de 350 N sobre el pedal del freno, sabiendo que la relación de los brazos de palanca de este pedal es de 1:5. Para resolver la actividad se calculan las siguientes magnitudes: – Fuerza ejercida por el brazo de palanca del pedal (1:5): 350 � 5 = 1750 N – Presión generada en el circuito de mando hidráulico por la bomba de freno. Para calcularla primero hay que pasar la fuerza generada por el pedal a kg: 1 kg = 9, 8 N ⇒ 1750 N =
S
π ⋅ =
d 2
4 F
P =
S
=
=
1750 kg 9, 8
3,14 ⋅ 1,9 2 4 178,5 2, 83
=
=
=
178,57 N
2, 83 cm2
63 kg/cm2
– Fuerza que llega al pistón del freno de la rueda: S F
=
P ⋅S
=
π ⋅ =
d 2
4
63 ⋅ 4,15
=
=
3, 14 ⋅ 2,32 4
261, 45 kg
⇒
=
4,15 cm2
261,45 ⋅ 9 ,8
=
2562,21 N
3�� Localiza e identifica los componentes del freno de servicio y del freno de estacionamiento en los vehículos automóviles de turismo que se encuentren en tu aula taller. Identifica también el tipo de configuración dual del mando hidráulico. En el interior del vehículo hay que localizar el pedal del freno, el interruptor o conmutador de la luz de freno y la palanca del freno de estacionamiento o pulsador. En el compartimento del motor hay que localizar e identificar los siguientes componentes: – Servofreno. – Bomba de freno. – Canalizaciones hidráulicas. – Unidad electrohidráulica del ABS/ESP (si dispone de ABS o ESP).
6
Unidad 11 - El sistema de frenos I
También en el compartimento del motor hay que identificar la correspondencia de las canalizaciones hidráulicas con los cilindros receptores del freno de rueda (configuración dual del mando hidráulico). Tomando las precauciones debidas y con la supervisión del profesor, se posiciona y calza el vehículo sobre un elevador de tijera, se aflojan los tornillos de las ruedas delanteras y traseras y se sube el elevador. Cuando el vehículo está arriba se extraen los tornillos y las ruedas delanteras y traseras, y se localizan e identifican los siguientes componentes: – Para los frenos de disco: • Pinza de freno. • Disco. • Purgador. • Manguitos flexibles. • Sensor de velocidad de rueda (vehículos con ABS/ESP). • Tuberías metálicas. – Para los frenos de tambor: • Tambor. • Purgador. • Tuberías metálicas. – Para los frenos de estacionamiento: • Cable. • Tensor. • Motores de inmovilización de las ruedas traseras. Al finalizar todas las identificaciones hay que colocar las ruedas y sus respectivos tornillos y darles un apriete, bajar el elevador y, con las ruedas del vehículo apoyadas en el suelo, darles el par de apriete especificado por el fabricante utilizando una l lave dinamométrica; al finalizar no hay que olvidarse de destensar dicha llave. Finalmente, tomando las precauciones debidas y con la supervisión del profesor, se quitan los calzos y se retira el vehículo.
4�� Indica el nombre de los componentes de la bomba de freno señalados en la siguiente figura:
Orificio de compensación
Copela
Depósito Pistón
Cámara
Conducto hidráulico
Cilindro Muelle
Varilla de accionamiento
