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INGENIERIA AUTOMOTRIZ SISTEMA DE FRENOS
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SISTEMAS DE FRENOS
CONTENIDO:
1. INTRODUCCIÓN.
2. MISIÓN DE LOS FRENOS.
3. DINÁMICA DEL FRENADO.
4. EFECTOS DEL FRENADO SOBRE LA ESTABILIDAD.
5. REFRIGERACIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL CIRCUITO.
6. TIPOS DE SISTEMAS DE FRENO:
7. CONSTITUCIÓN DEL SISTEMA DE FRENOS
7.1. Accionamiento
7.2. Bomba de frenos y depósito de líquido.
a) Depósito de líquido.
b) Cuerpo de bomba y cilindro.
c) Embolo
d) Retenes
e) Muelles recuperadores.
7.3. Zapatas de freno.
7.4. Dispositivos de tensado de las zapatas.
a) Leva en forma de S o Z.
b) Cuña de expansión.
c) Bombín de frenos
8. DISPOSITIVOS DE AJUSTE.
8.1. Sistema girling.
8.2. Sistema bendix.
9. TIPOS DE FRENO DE TAMBOR:
A) freno simplex
B) freno duplex
C) freno duo duplex
D) servofreno
E) freno duo-servo
10. FRENO DE DISCO.
11. CONSTITUCION Y FUNCIONAMIENTO.
12. TIPOS DE FRENO DE DISCO:
A) freno de disco con pinza fija
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B) freno de marco flotante
C) freno de disco con pinza flotante
D) freno de disco neumático con pinza flotante
E) freno de mordaza oscilante
F) sistemas de ayuda a la frenada
HIDROVAC
MASTERVAC
13. COMPENSADORES DE FRENADA PARA EL EJE TRASERO.
14. SISTEMAS DE SEGURIDAD ABS Y ESP.
14.1. Sistema antibloqueo de frenos ABS
14.2. Funcionamiento
14.3. Componentes del sistema ABS
14.4. Interruptor de las luces de freno
15. SISTEMA DE CONTROL DE ESTABILIDAD ESP.
15.1 sensores del control electrónico de estabilidad ESP
16. DIAGNOSTICO, CONSEJOS Y ARGUMENTOS
La bomba de frenos
El servofreno
El compensador de frenada
El líquido
17. CONCLUSIONES
18. BIBLIOGRAFÍA:
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1. INTRODUCCION
En el desplazamiento de los vehículos, cuando el conductor necesita detenerlo o
frenarlo, puede emplear como freno el motor y la caja de cambios, cambiando a
velocidades inferiores; pero si necesita detener el vehículo con rapidez, es
necesario equipar el vehículo con un circuito de frenos adecuado.
Para tener un concepto de la importancia de un buen sistema de frenado,
tomaremos en cuenta como referencia la potencia de frenada que debe tener un
vehículo como el siguiente ejemplo:
Un vehículo familiar de aproximadamente 1200 kg de peso, para conseguir alcanzar
una velocidad de 0 a 100 km/h en menos de 300 metros (11 segundos
aproximadamente) necesita una potencia de 100 CV; pues bien, para poder frenar
este vehículo de 100 a 0 km en menos de 50 metros será necesaria una potencia de
frenado de 600 CV (6 veces más). Analizando la hipótesis anterior podríamos
afirmar lo siguiente:
Los frenos constituyen quizá el conjunto mecánico más importante e imprescindible
del sistema de seguridad activa del vehículo.
En este trabajo trataremos el sistema de frenos de los vehículos de una manera
sencilla, y a nuestro juicio, dando a conocer lo que debe saber sobre una de las
partes más importantes de un automóvil.
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2. MISION DE LOS FRENOS.
Es el órgano de seguridad por excelencia, el sistema de frenado se encarga de
ralentizar o detener el vehículo cuando sea necesario, y en las mejores condiciones;
y además, permite mantener el vehículo parado mediante el freno de
estacionamiento.
A nuestro juicio debemos enumerar las características que debe tener un sistema de
frenos:
Eficacia. Detener el vehículo en un tiempo mínimo y sobre una distancia mínima.
Estabilidad. Conservando la trayectoria del vehículo.
Progresividad. Con un frenado proporcional al esfuerzo del conductor.
Confort. Con un esfuerzo mínimo para el conductor.
Como principio básico lo describiríamos como la manera de crear una fuerza que se
opone al avance del vehículo pero teniendo en cuenta 3 factores:
Mecánico. Es aquel en el que interviene el conductor al pisar el freno y que hace al
sistema funcionar.
Físico. Se trata de la adherencia del vehículo al terreno y puede variar por:
o Peso del vehículo
o Características y estado de los neumáticos.
o Naturaleza y estado del terreno por el que circulamos.
El frenado máximo se obtiene cuando los neumáticos están en el límite de la
adherencia (sin llegar a deslizar).
Fisiológico. Se trata del tiempo de reflejo del conductor.
Este tiempo es variable según los conductores (presenta un promedio de 0,75
segundos), influye directamente en la distancia de frenado.
Según el estado físico y mental, no todos tenemos el mismo tiempo de reacción en
unas circunstancias de peligro.
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3. DINAMICA DEL FRENADO.
Expliquemos de una manera más técnica lo expuesto en el apartado anterior:
El par motor genera una fuerza de impulsión, que provoca el desplazamiento, y esta
fuerza es equivalente a la energía cinética; para frenar el vehículo será necesaria
una fuerza de igual magnitud que la de impulsión, pero en sentido contrario, a ella
llamaremos fuerza de frenado. Hay que tener en cuenta que si tenemos que frenar
el vehículo en una distancia determinada esa fuerza debe estar determinada por la
distancia a la que queremos detener el vehículo.
Al frenar se absorbe y transforma la energía cinética del vehículo en energía
calorífica por medio del rozamiento de superficies.
La fuerza de frenada máxima depende del peso del vehículo, del coeficiente de
adherencia del neumático, y del terreno en el que nos movemos.
Debemos de referir también la importancia del reparto de los pesos, en parado se
denomina carga estática y en movimiento carga dinámica y esta última depende de
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la velocidad a la que circule el vehículo, su centro de gravedad, la distancia entre
ejes y la dureza que tiene la suspensión.
Para tener en cuenta de la importancia de las cargas que tiene un vehículo, tanto en
parado como en movimiento, diremos que se diseñan los sistemas de frenos
teniendo en cuenta el valor de dichas cargas.
Hemos de decir que de promedio la carga dinámica del eje delantero es un 20%
superior a la dinámica, y un 20% menor en el eje trasero.
4. EFECTOS DEL FRENADO SOBRE LA ESTABILIDAD.
Al frenar en el vehículo se producen diferentes efectos que intervienen
directamente en la estabilidad, direccionalidad y marcha del mismo, estos efectos
son:
Basculación del vehículo sobre el eje delantero. Existe una sobrecarga dinámica
sobre el eje delantero, quedando descargado el eje trasero, aumentando la
adherencia en las ruedas delanteras, en detrimento de las traseras; en las frenadas
fuertes puede llegarse a bloquear el eje trasero, evitando en gran medida por un
corrector de frenado.
Bloqueo de las ruedas delanteras y pérdida de trayectoria. Al bloquear las
ruedas, delanteras se produce una pérdida de control de la dirección y de la
trayectoria del vehículo. Este se desplaza hacia donde existe mayor deslizamiento.
En el paso de una curva se produce un sub viraje del tren delantero, y las ruedas no
obedecen a la dirección.
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Bloqueo de las ruedas traseras. El vehículo tiende a girar sobre sí mismo. El paso
por una curva se produce un sobre viraje, el eje trasero del vehículo se desplaza
hacia el exterior de la curva pivotando sobre el eje delantero.
Pérdida de la trayectoria sin bloqueo de ruedas. Se produce por un frenado
desequilibrado en las ruedas, el fallo se debe a defectos en el circuito y dispositivos
de freno. Este efecto aumenta a mayor velocidad.
5. REFRIGERACION DE LOS ELEMENTOS DEL CIRCUITO.
Durante el frenado, en los frenos se alcanzan temperaturas que puede producir el
fenómeno
“fading”. Este es un fenómeno que se produce por sobrecalentamiento de los frenos.
Las sustancias volátiles que hay en el material de fricción, al evaporarse, forman un
colchón de gas que se interpone entre la superficie de fricción de la pastilla/ forro y
el disco/ tambor evitando que se genere la fricción.
Se manifiesta como una pérdida de la capacidad de la frenada, que viene
acompañada del olor característico de los gases de la resina y otros volátiles.
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Efecto de la temperatura
Las altas temperaturas que se alcanzan en el tambor, cerca de los 400 ºC, pueden
producir el efecto fading, el tambor se dilata y pierde superficie de contacto,
perdiendo el freno su eficacia.
Este fenómeno se soluciona refrigerando los componentes.
6. TIPOS DE SISTEMAS DE FRENO:
En los turismos nos podemos encontrar 3 tipos de sistemas:
De tambor
De disco
De estacionamiento
7. CONSTITUCION DEL SISTEMA DE FRENOS:
El circuito de frenos más sencillo está constituido por las siguientes piezas:
1. Pedal de accionamiento
2. Bomba de frenos y depósito de líquido de freno
3. Zapatas de freno.
4. Tambores o discos
5. Correctores de frenada
6. Canalizaciones
7. Freno de mano
8. Servofreno
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7.1. ACCIONAMIENTO:
Antiguamente, se utilizaba para accionar el freno de servicio con varillas y cables,
en la actualidad, este tipo de sistema sigue funcionando para accionar el freno de
estacionamiento, en la actualidad se utiliza el accionamiento hidráulico para coches
y vehículos ligeros; este tipo de accionamiento está basado en los principios de la
hidrostática (principio de Pascal). Cuando el conductor pisa el pedal de freno,
empuja el émbolo de la bomba y genera una presión hidráulica, y al ser un circuito
cerrado, la presión generada se transmite por el líquido a través de las
canalizaciones hasta empujar los émbolos de accionamiento, aumentando la fuerza
que se aplica en la bomba. Debemos mencionar aquí los circuitos de freno con una
fuerza auxiliar hidráulica, estos circuitos utilizan, como fuente de presión, una
bomba hidráulica accionada por el motor. La bomba de frenos de pedal se sustituye
por una válvula dosificadora y compensadora, y el resto de los componentes son
similares a los empleados en los circuitos convencionales.
El conductor cuando pisa el pedal de freno, no genera una presión hidráulica, sino
que abre una válvula que permite que el líquido a presión llegue a los émbolos de
las pinzas de freno o a los bombines de los tambores.
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7.2. BOMBA DE FRENOS Y DEPÓSITO DE LÍQUIDO.
La bomba de frenos es la encargada de desplazar y comprimir el líquido del circuito
cuando el conductor pisa el pedal de freno.
Transforma la fuerza que se aplica en el pedal en presión hidráulica en el circuito.
La bomba generará más presión cuanto menor sea el diámetro de su cilindro y
mandará menor caudal de líquido, con un buen diseño evita que el pedal llegue
hasta el fondo y la máxima fuerza que el conductor pueda aplicar no sobrepase los
800 newton.
La bomba de freno está constituida básicamente por los siguientes órganos:
a) Depósito de líquido.
b) Cuerpo de la bomba y cilindro.
c) Embolo.
d) Retenes
e) Muelle recuperador.
a) DEPOSITO DE LÍQUIDO.
Va situado encima de la bomba y unido a ésta mediante dos orificios de
alimentación de líquido. Dispone de un medidor de nivel, una de nivel máximo y otra
para el nivel mínimo.
Actualmente se fabrican de plástico.
El acoplamiento a la bomba se realiza por medio de dos gomas o retenes para
hermetizar el depósito.
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Puede llevar un dispositivo de nivel, por medio de un contacto y una boya, cuando el
líquido de frenos se sitúa en un nivel mínimo, en el cuadro de instrumentos nos
avisa de la falta de líquido.
b) CUERPO DE BOMBA Y CILINDRO.
Es el lugar del circuito en el que se genera la presión hidráulica al pisar el pedal de
freno. Las bombas más utilizadas son:
De un émbolo, de dos émbolos y dos cámaras, de dos émbolos de distinto diámetro.
Las más empleadas en la actualidad son las de doble émbolo o de dos cámaras.
El principal objetivo de estas bombas es la de mantener la seguridad del sistema, ya
que permiten tener dos circuitos independientes, y si existe una avería en un circuito
el otro estaría perfectamente operativo.
c) EMBOLO
Cada émbolo da presión a un circuito independiente que, en función, del sistema de
frenos utilizado, en cruz o en paralelo, accionará simultáneamente las ruedas, en
cruz o las delanteras, por un lado, y traseras por otro. Esta presión la proporcionan
los anillos flotantes al desplazarse dentro del cilindro, a la vez que independiza las
cámaras.
d) RETENES
Los anillos o retenes hermetizan la cámara del cilindro, a la vez que optimizan la
presión que proporciona la bomba al pisar el pedal del freno.
e) MUELLES RECUPERADORES.
Cada émbolo tiene un muelle de recuperación para devolverlo a su posición inicial
de reposo, y poder así iniciar su trabajo.
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7.3. ZAPATAS DE FRENO.
Están formadas por dos placas de acero en forma de media luna sobre las que van
fijados los forros (ferodo), encargados de detener el vehículo. Los forros se fijan a
las zapatas mediante remaches o adhesivos.
Estas zapatas se unen, por un extremo, al bombín y, por el otro, a un soporte fijo o
regulable; a su vez, se mantienen unidas al plato, por medio de un sistema elástico
de pasador y muelle.
Se coloca un muelle entre las dos zapatas, facilitando el retroceso de las mismas
cuando cesa la fuerza ejercida por el bombín.
Las zapatas se caracterizan por:
El auto reforzamiento de las zapatas de freno primarias.
La disminución de la fuerza de accionamiento con respecto al freno de disco.
Las capacidades de ser sensibles a las oscilaciones del coeficiente de rozamiento y
temperatura.
Una mala auto limpieza y escasa protección contra la suciedad.
7.4. DISPOSITIVOS DE TENSADO DE LAS ZAPATAS.
Estos dispositivos son los encargados de efectuar el desplazamiento de las zapatas
en la operación de frenado.
Los empleados son:
a) Leva en forma de S o Z.
b) Cuña de expansión.
c) Bombín de frenos.
a) Leva en forma de S o Z.
Consiste en dispositivo mecánico formado por una leva en forma de S o Z, que se
acciona mediante la palanca de frenos.
Realiza la apertura de las zapatas por lo que se genera la fuerza de frenado sobre la
superficie interna del tambor.
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b) Cuña de expansión.
Este sistema utiliza una varilla en forma de cuña que introducida desde la parte
posterior del plato, desplaza progresivamente la zapata.
El máximo desplazamiento de las zapatas se produce cuando se introduce la cuña
en su parte final.
c) Bombín de frenos
Los bombines de frenos transforman la presión hidráulica del circuito, y realiza la
fuerza de empuje por el accionamiento de las zapatas.
Podemos encontrar los siguientes puntos:
Bombín de un émbolo. Este bombín dispone de un cilindro, que es el cuerpo del
mismo y que arma el conjunto un émbolo o pistón, un retén de hermeticidad y sus
guardapolvos y la canalización de entrada de líquido y purgador.
8. DISPOSITIVOS DE AJUSTE.
Los frenos de tambor y zapatas, para un frenado eficaz, necesitan de un ajuste
inicial de todo el conjunto. Con este ajuste se consigue que las zapatas una vez
montadas no rocen sobre el tambor, y que las dos ruedas del mismo eje frenen
equilibradamente.
Los podemos englobar en dos grupos:
• Dispositivos de ajuste manual:
Los sistemas más empleados son el sistema Girling y Bendix
8.1. SISTEMA GIRLING.
El reglaje se realiza sobre bombín de frenos mediante un sistema de ajuste por
medio de una rosca o mediante un conjunto de ajuste de las zapatas.
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8.1. SISTEMA BENDIX.
Los frenos de tambor de tipo bendix permiten aproximar las zapatas al tambor
mediante un sistema mecánico de regulación. Este sistema consiste en una leva por
zapata que la aproxima o la aleja al tambor.
El ajuste se realiza desde el exterior, por la parte trasera de la porta frenos, girando
la leva. El desplazamiento máximo de ajuste corresponderá con el alzado de la le
va. Si tras un giro completo de leva, el freno no se queda bloqueado, esto indica que
el desgaste de las zapatas es excesivo y debe sustituirse.
• Dispositivos de ajuste automático:
Los automóviles modernos que montan frenos de zapatas en el eje trasero disponen
de dispositivos de reglaje automático. Los sistemas más empleados son:
• Ajuste con trinquete.
• Ajuste con arandela de fricción.
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9. TIPOS DE FRENO DE TAMBOR:
a) Freno Simplex.
b) Freno Dúplex.
c) Freno Dúo-Dúplex.
d) Servofreno.
e) Freno Dúo-Servo.
a) FRENO SIMPLEX:
En el freno Simples, ambas zapatas se aprietan en un extremo contra el tambor de
freno mediante un dispositivo de tensado común; el otro extremo está alojado de
forma fija o móvil.
El dispositivo de tensado puede ser un cilindro de doble efecto, parra turismos, y
una cuña de expansión con una leva en ese en los vehículos industriales. El
retroceso de las zapatas se efectúa gracias a los resortes recuperadores.
Las características más significativas en esta configuración del tambor son:
- El autoreforzamiento de las zapatas es pequeño.
- Permite fácilmente integrar el mecanismo tensor del freno de estacionamiento.
b) FRENO DUPLEX:
En este freno, cada zapata tiene su propio dispositivo de tensado en forma de
cilindro de freno de simple efecto. Este sirve de punto apoyo para la zapata opuesta.
El cilindro hidráulico entre ambos cilindros es común y produce la misma presión en
los cilindros. Puesto que la superficie que los émbolos tiene igual tamaño, también
podrán ejercer la misma fuerza de apriete.
Así pues, las características más importantes son:
- En comparación con el freno simplex, el freno duplex tiene un mejor efecto de
frenado hacia delante puesto que utiliza el autoreforzamiento en las dos zapatas.
- En marcha atrás disminuye el efecto de frenado, ya que las zapatas se convierten
en secundarias.
- El montaje de freno de estacionamiento es complicado.
c) FRENO DUO DUPLEX:
Es un sistema muy poco utilizado. Consiste en un freno de tambor con dos cilindros
de freno de doble efecto como elementos de tensado.
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Sus características principales son:
-Mismo efecto de frenado hacia delante y a trás .
-Complicado montaje de freno de estacionamiento.
d) SERVOFRENO:
Es un sistema muy parecido al freno simplex. Consiste en un cilindro de freno doble
que sirve como dispositivo de tensado para ambas zapatas.
El servofreno se caracteriza por presentar un gran efecto de frenado gracias al
autoreforzamiento. En marcha atrás frena igual que el freno simplex.
e) FRENO DUO-SERVO:
Al igual que en el Servofreno, un cilindro de doble efecto realiza la función de
dispositivo de tensado.
Entre otras características, el freno Dúo-Servo tiene mayor efecto de frenado tanto
hacía delante como hacía detrás. Posee un gran autoreforzamiento y en el se puede
instalar el freno de mano.
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10. FRENO DE DISCO.
Los frenos de disco son más ligeros, sencillos y efectivos que los frenos de tambor,
y se están imponiendo como frenos de rueda en la mayoría de vehículos.
Los frenos de disco basan su funcionamiento y constitución en principios mecánicos
e hidráulicos sencillos: el disco gira solidario a la rueda y las pastillas lo presionan
hasta detenerlo.
El accionamiento hidráulico de las pinzas se basa en el más elemental de los
principios hidráulicos, la Ley de Pascal.
11. CONSTITUCION Y FUNCIONAMIENTO.
El conjunto está constituido por un disco, que gira solidario al buje de la rueda, que
constituye el elemento móvil del conjunto, y la pinza con sus émbolos y pastillas,
que se encuentra fija.
Los discos de freno se fabrican en fundición perlítica, mecanizando las dos caras de
fricción de las pastillas y taladrando los orificios de sujeción.
Estos pueden ser macizos o autoventilados a través de ranuras interiores o taladros.
La pinza o armazón abraza el disco por su periferia. Esta tiene mecanizados los
cilindros que alojan a los pistones o émbolos que empujan las pastillas contra el
disco. La pinza se encuentra unida a la mangueta.
Las pinzas también disponen de conductos por donde circula el líquido de frenos, un
purgador de aire del circuito, una rosca para latiguillo de frenos, retenes de
hermeticidad de los émbolos y guardapolvos.
El funcionamiento del circuito de frenos es similar al del freno de zapatas. La bomba
transmite la presión en el circuito, y por medio de los émbolos de las mordazas, se
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transforma en fuerza de empuje sobre las pastillas y contra el disco. El rozamiento
de las pastillas contra el disco frena el giro de este y, por consiguiente, el vehículo.
12. TIPOS DE FRENO DE DISCO:
Los sistemas de frenos más empleados son:
a) Freno de disco con pinza fi j a .
b) Freno de marco flotante.
c) Freno de disco con pinza flotante.
d) Freno de disco neumático con pinza neumático.
e) Freno de mordaza oscilante.
a) FRENO DE DISCO CON PINZA FIJA
La mordaza fija se halla en el cuerpo portante del eje. Dentro, se encuentran en
cada lado del disco de freno, uno o dos cilindros.
Mediante ballestas expansibles, las pastillas se aprietan en la cavidad de la
mordaza para que no se muevan.
Las características principales de este tipo son:
- La pinza está montada fijamente en el cuerpo portante del eje.
- En cada lado del disco de freno se encuentra un cilindro de freno.
Gracias a e l l o e l espacio de montaje es grande.
- Sin el debido mantenimiento se pueden forman burbujas de vapor en el conducto
hidráulico del cilindro interior al cilindro exterior.
- La alta rigidez de los componentes permite el uso de disco de gran diámetro.
- Son idóneos para vehículos de altas prestaciones; por ello, se emplean en
turismos pesados y vehículos industriales.
- En combinación con frenos de estacionamiento separados, también se utilizan en
los ejes traseros de vehículos industriales.
b) FRENO DE MARCO FLOTANTE:
El marco se halla en un alojamiento desplazable en un soporte fijo atornillado en la
suspensión de la rueda. En el marco solo hay un cilindro de freno, y su embolo en la
cara interior de la rueda.
Las características principales son:
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-El empleo de un cilindro unilateral permite ganar espacio de montaje; con ello se
consigue un radio de pivotamiento pequeño o incluso negativo.
-El calentamiento del líquido de frenos es menor, ya que los conductos no pasan
cerca del disco de freno. Por consiguiente, se reduce la emisión de calor al líquido
de frenos y e l peligro de formarse burbujas de vapor. Este tipo se utilizan en
vehículos de poco peso.
c) FRENO DE DISCO CON PINZA FLOTANTE:
Este freno se compone de dos componentes principales, caja y soporte.
La caja tiene forma de puño y e l la se incorporan las pastillas de freno, las bridas de
fleje y e l c i l i n d r o y e l embolo de freno en un lado.
El cilindro se encuentra en la caja. Gracias a la forma del puño la caja permite una
mayor superficie del embolo. Gracias a esto con la misma presión se puede ejercer
una mayor fuerza en el disco.
Las principales características son:
-La forma de puño de la caja permite una mayor superficie del embolo.
-El reducido espacio de montaje en la rueda, que permite la realización de un radio
de pivotamiento pequeño sin disco de rueda muy abombada.
-El peligro de formarse burbujas de vapor es pequeño, puesto que no hay conductos
de freno cerca del disco de freno calentado.
-Se emplean en vehículos ligeros industriales y t u r ismos.
d) FRENO DE DISCO NEUMATICO CON PINZA FLOTANTE:
Los dos componentes principales son la caja y el soporte. El soporte está fijado a la
suspensión de las ruedas. La caja se aloja en el soporte, sobre pernos de
deslizamiento atornillado en el portafreno. El freno se acciona mediante una palanca
que actúa a través del puente y la placa de presión con rosca de reajustes sobre la
pastilla de freno interior.
Las principales características son:
- Solo puede ser montado sobre mordazas flotante en un lado del freno.
- La forma de puño de la mordaza permite alcanzar grandes fuerzas de apriete
sobre las pastillas de freno.
- El reducido espacio de montaje permite un radio de pivotamiento pequeño.
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- Se utiliza en vehículos industriales y autobuses.
e) FRENO DE MORDAZA OSCILANTE:
Es un freno de disco mono cilíndrico con poco peso y de dimensiones muy
compactos, desarrollado para motocicletas.
f) SISTEMAS DE AYUDA A LA FRENADA:
Estos sistemas son conocidos como servofrenos. El objeto del servofreno es
disminuir el esfuerzo que hay que aplicar sobre el pedal de freno. Los más
habituales trabajan por depresión (vacío). El vacío se obtiene, en los motores de
gasolina, mediante el conector de admisión; en los diesel se genera con una bomba
de vacío.
Se compone de un depósito de chapa, separado por una membrana en dos
cámaras, delantera y trasera. La cámara delantera está constantemente sometida a
la presión atmosférica durante el accionamiento del freno, y el resto de tiempo, a la
misma depresión que la cámara delantera.
Cuando se pisa el pedal de freno, se provoca el cierre de la válvula de comunicación
entre las dos cámaras, aislando una de otra. Entonces, la válvula de presión
atmosférica se abre y permite que la presión aumente en la cámara trasera. Durante
esta fase, existe un desplazamiento del conjunto y una asistencia al esfuerzo del
conductor.
Los servofrenos más empleados son:
Hidrovac.
Mastervac.
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HIDROVAC
Es sistema emplea la depresión en su funcionamiento, y la principal diferencia con
el resto de los servofrenos, y con el Mastervac, que es e l más empleado, porque se
puede montar en cualquier vehículo. La ventaja que tiene este tipo de ayuda a la
frenada es que se puede accionar hidráulicamente a distancia.
MASTERVAC
Este tipo de servofreno es el más utilizado en los automóviles y va intercalado entre
la bomba y el pedal de freno.
13. COMPENSADORES DE FRENADA PARA EL EJE TRASERO.
En una frenada, el peso que recae sobre cada eje del vehículo, depende de la
velocidad y de la deceleración. En el eje delantero recae del 60 al 70% del peso y e l
40 o 30% restante recae sobre el eje trasero.
Los fabricantes diseñan los circuitos de frenos teniendo en cuenta el peso que recae
sobre cada eje y separa el circuito de frenos del eje delantero del circuito del eje
trasero.
El circuito delantero se sobredimensiona teniendo en cuenta que sobre él recae la
mayor parte del peso y se debe realizar la mayor fuerza de frenado.
En el eje trasero, la presión se modula y se controla para evitar que en
determinadas circunstancias y en deceleraciones bruscas reciba la misma presión
que en el eje delantero. Al recaer menor peso sobre el trasero, se pueden bloquear
las ruedas y perder la estabilidad del vehículo.
Los dispositivos que se montan para evitar el bloqueo del eje trasero se conocen
como compensadores y limitadores de frenada.
14. SISTEMAS DE SEGURIDAD ABS Y ESP.
14.1. SISTEMA ANTIBLOQUEO DE FRENOS ABS:
Este sistema evita el bloqueo de las ruedas al frenar. Un sensor electrónico de
revoluciones, instalado en las ruedas, detecta en cada instante de la frenada si una
rueda está a punto de bloquearse. En caso afirmativo, envía una orden que reduce
la presión de frenado sobre esa rueda y evita el bloqueo. El ABS mejora
notablemente la seguridad dinámica de los coches, ya que reduce la posibilidad de
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pérdida de control del vehículo en situaciones extremas, permite mantener el control
sobre la dirección (con las ruedas delanteras bloqueadas, los coches no obedecen a
las indicaciones del volante) y además permite detener el vehículo en menos
metros.
El sistema antibloqueo ABS constituye un elemento de seguridad adicional en el
vehículo. Tiene la función de reducir el riesgo de accidentes mediante el control
optimo del proceso de frenado. Durante un frenado que presente un riesgo de
bloqueo de una o varias ruedas, el
ABS tiene como función adaptar el nivel de presión del líquido de freno en cada
rueda con el fin de evitar el bloqueo y optimizar así el compromiso de:
- Estabilidad en la conducción: Durante el proceso de frenado debe garantizarse la
estabilidad del vehículo, tanto cuando la presión de frenado aumenta lentamente
hasta el límite de bloqueo como cuando lo hace bruscamente, es decir, frenando en
situación límite.
- Dirigibilidad: El vehículo puede conducirse al frenar en una curva aunque pierdan
adherencia alguna de las ruedas.
- Distancia de parada: Es decir acortar la distancia de parada lo máximo posible.
Para cumplir dichas exigencias, el ABS debe de funcionar de modo muy rápido y
exacto (en décimas de segundo) lo cual no es posible más que con una electrónica
sumamente complicada.
14.2. FUNCIONAMIENTO:
Unos sensores ubicados en las ruedas controlan permanentemente la velocidad de
giro de las mismas. A partir de los datos que suministra cada uno de los sensores, la
unidad de control electrónica calcula la velocidad media, que corresponde
aproximadamente a la velocidad del vehículo. Comparando la velocidad específica
de una rueda con la media global se puede saber si una rueda amenaza con
bloquearse.
Si es así, el modulo activa las válvulas electromagnéticas del bloque hidráulico, las
cuales liberan de presión el circuito de dicha rueda, y mantienen las presiones para
que la rueda gire dentro de los parámetros marcados en la velocidad de referencia
calculada por el módulo para esa frenada.
14.3. COMPONENTES DEL SISTEMA ABS:
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Los componentes del sistema de ABS son los siguientes:
UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICA Y BLOQUEO HIDRAULICO
Forman un conjunto en el que también se encuentran la bomba del
ABS.
La unidad de control electrónica recibe las señales de entrada de los sensores, del
conmutador de luces de freno y de los demás captadores o demás elementos de
que disponga el sistema. Procesa las señales, y cuando detecta que la rueda puede
bloquearse, activa las válvulas electromagnéticas del bloque hidráulico y la bomba
del ABS.
La unidad de control dispone de la función autocomprobación y memoria de averías
para localizar los fallos. Cuando detecta fallos o averías importantes, anula el ABS y
el circuito funciona como un circuito de frenos normal.
SENSORES DE RUEDAS
La misión de un sensor es transformar las magnitudes físicas en magnitudes
eléctricas que un módulo pueda procesar. En los ABS se emplean sensores de dos
tipos:
• Sensores pasivos (sensores inductivos).
• Sensores activos (magnetorresistivos).
14.4. INTERRUPTOR DE LAS LUCES DE FRENO:
El interruptor de las luces de freno se puede fijar al soporte del pedal de freno. El
módulo recibe la señal de la tensión del interruptor cuando se pisa el pedal. Si el
vehículo dispone de control de tracción, al pisar el pedal se desact i v a y prevalece
la función de frenado sobre el control de la tracción.
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15. SISTEMA DE CONTROL DE ESTABILIDAD ESP.
Llamado programa electrónico de estabilidad (Electronic Stability Program en
inglés), este sistema mejora las prestaciones del vehículo en cualquier combinación
de las tres situaciones básicas de la conducción: aceleración, frenado y curva.
Los ESP reconocen eficazmente cuando un conductor puede perder el control del
vehículo y a c t ivan los frenos individualmente en cada rueda, además de reducir el
par motor para ayudar a mantener la estabilidad.
El sistema se compone de sensores de velocidad, de aceleración y de giro del
volante, entre otros, junto con actuadores en los frenos para cada rueda y un
procesador que analiza la dinámica del vehículo más de
100 veces por segundo.
Cuando se realiza una maniobra brusca o a elevada velocidad en un vehículo,
pueden producirse dos situaciones: el subviraje y el sobreviraje. El subviraje ocurre
cuando deslizan las ruedas del eje delantero en una curva, provocando que el
vehículo tienda a segui r derecho realizando una trazada más amplia que la
determinada por su conductor. El sobreviraje, por su parte, corresponde al
deslizamiento del eje trasero del vehículo en una curva. En estas circunstancias, el
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eje trasero tiende a girar más que el resto del vehículo lo que podría provocar un
trompo.
El sistema ESP permite controlar, siempre dentro de los límites de la física, las
situaciones anteriores mucho mejor que un conductor promedio. Por ejemplo, si en
una curva hacia la derecha se produce sobreviraje y el vehículo comienza a realizar
un trompo, el sistema interviene frenando la rueda delantera izquierda, creando de
esta forma una fuerza que contrarresta el sobreviraje y permite estabilizar el
vehículo. Por otro lado, si en la misma curva anterior se produce subviraje, el ESP
frena la rueda trasera derecha de manera que el vehículo mantenga la trayectoria
escogida por su conductor. En casos extremos, el sistema también puede reducir el
par motor con el objetivo de disminuir la velocidad, a través de la gestión electrónica
del motor.
15.1 SENSORES DEL CONTROL ELECTRÓNICO DE ESTABILIDAD ESP:
Emplea los sensores del ABS y además dispone de sensores específicos del ESP,
como:
• Sensor de giro del volante (optoelectrónico o magnetorresistivo)
• Sensor de aceleración (acelerómetro capacitivo).
• Sensor de derrapaje piezoel é c t r i c o .
• Sensor de presión (capacitivo o piezoeléctrico).
• Sensor de recorrido del pedal de freno.
OTROS SISTEMAS DE CONTROL NOVEDOSOS
Sistema distribución automática de frenado (EBD)
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El EBD (Electronic Brake Distribution) representa un perfeccionamiento del sistema
ABS y proporciona una extraordinaria estabilidad al frenar bruscamente en curvas,
regulando individual y electrónicamente la presión de frenado en cada una de las
cuatro ruedas. Este sistema
Utiliza la infraestructura de los frenos antibloqueo, a la que agrega un sensor del
ángulo de la dirección y un control sobre la gestión del motor.
Sistema de asistencia a la frenada (BAS)
El sistema de asistencia a la frenada (Brake Assistant System) es un sistema
electrónico que interpreta el comportamiento del conductor, e inicia un frenado a
fondo cuando identifica una situación de emergencia, lo que hace reducir la
distancia de frenado sustancialmente. Para realizar la frenada el sistema guarda en
un acumulador líquido de freno, el cual se abre para provocar la sobrepresión en la
frenada cuando el sistema lo determina.
16. DIAGNOSTICO, CONSEJOS Y ARGUMENTOS:
La bomba de frenos
Debe ser controlada sistemáticamente, cada vez que se intervenga en el circuito y
cuando se sustituyan las pastillas o las zapatas. Un pedal de freno que desciende
blandamente bajo la presión del pie, señala una fuga en el circuito o una fuga
interna de la bomba de frenos (copela principales deterioradas). Cualquier anomalía
interna implica la sustitución de la bomba de frenos.
Control de las fugas: visualmente, es fácil constatar las fugas a nivel de los racores
de salida de la bomba de frenos y de las juntas de estanqueidad, requiere la
sustitución de la bomba de frenos y se aprecia normalmente por la presencia de
líquido bajo la base de fijación.
El servofreno
Controlar visualmente la estanqueidad del empalme en el colector de admisión. La
eficacia se controla con el pedal, con el motor girando. Un pedal demasiado duro
señala un defecto de funcionamiento que necesita la reparación del tubo de
empalme (perforado o poroso) o de la bomba de vacío (motor diesel) o incluso del
propio servofreno (membrana, puesta en atmósfera).
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El compensador de frenada
El control visual permite detectar las fugas. Verificar el mando mecánico de los
limitadores dependientes de la carga. Controlar el equilibrio de las presiones
delantera/trasera, sobre todo en un vehículo hundido, utilizando los manómetros.
Toda fuga constatada impone la sustitución del limitador.
*Nota: ciertos compensadores están integrados en los cilindros de rueda. Todo
funcionamiento anómalo implica que se cambien los 2 cilindros.
Los órganos de mando
• Verificar el buen correcto funcionamiento de la palanca y de los cables de freno de
estacionamiento.
• Verificar el buen estado del pedal de freno (fijación, goma, contactores de stop,
muelles de recuperación).
• Controlar el estado correcto (descaste, torsión, fijación, rozamiento) del conjunto
del circuito (flexibles, racores y canalizaciones). No estirar nunca una canalización
deformada.
El líquido
Recuerde: el líquido de freno es incomprensible y absorbe las variaciones de calor
importantes. Su principal enemigo es la humedad (agua) ya que son higroscópicos.
Mezclado con 2-3% de agua, pierdes sus propiedades y participa en la corrosión del
circuito.
¿Cuándo se debe cambiar el líquido de frenos?
Después de cada intervención en el circuito de frenos, se aconseja cambiar el
líquido mediante una purga total del circuito.
Renovar el líquido de frenos cada 50.000 o 60.000 km. En esta perspectiva, y a
título preventivo, mantener los tornillos de purga en buen estado, tratándolos con
degripaje en cualquier ocasión.
ATENCIÓN: el líquido de frenos es corrosivo, proteger las pinturas durante las
manipulaciones, la piel y ojos.
NOTA: Un dato que nosotros damos por interesante y que nunca se tiene en cuenta
cuando vamos a pasar la ITV de vehículos, es el porcentaje de humedad del líquido
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de frenos en el sistema, ya que es un factor muy importante, que puede provocar un
accidente por un alto porcentaje de humedad.
Aconsejamos que se realice a todo vehículo que pase la ITV.
17. CONCLUSIONES
En un vehículo liviano, el sistema de frenos representa el componente más
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 vehículo 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.
18. BIBLIOGRAFÍA:
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Arias Paz, manual de automóviles 56ª edición-DOSSAT CIE DE
INVERSIONES EDITORIALES-ISBN 978-84-96437-38-8, Año
edición: 2006.
Mecánica Del Automóvil por “Alonso Pérez” Editorial: Paraninfo
(Año: 2003).ISBN: 8428315841-Idioma: Español.
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