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8/19/2019 Manual Sistema Frenos Circuito Partes Componentes Dispositivos Sistemas Clasificacion Servofreno Freno Mano

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Sistema de Frenos

Circuitos de frenos, sistemas de mando de frenos y compensadores de frenado

Circuitos de frenos Según la reglamentación vigente todo vehículo necesita llevar acoplados dossistemas de frenado independientes; uno de ellos, el circuito principal de serviciodebe ser capaz de detener el vehículo en movimiento a voluntad del conductor yotro circuito, auxiliar, que se emplea para bloquear las ruedas cuando el vehículoestá estacionado.

Circuito principal de frenos El circuito principal es accionado por un mando de pedal situado en el interior delhabitáculo que transmite la fuerza aplicada por el conductor a los elementos defrenado de las ruedas. La transmisión de esfuerzos se realiza a través de uncircuito hidráulico o neumático, aprovechando la energía transmitida por estos

fluidos a través de un sistema multiplicador de esfuerzos, para que llegue a lasruedas con la fuerza necesaria para detener el vehículo.

Circuito auxiliar de frenos El circuito auxiliar consiste en un mecanismo de freno mecánico, llamado freno demano, accionado desde el interior del vehículo de forma que, una vez fijado elmando, las ruedas queden bloqueadas para evitar el deslizamiento.Este mecanismo se aplica generalmente a las ruedas traseras.

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Freno complementario de asistencia En vehículos pesados de gran tonelaje suele instalarse un tercer freno deasistencia, cuya misión es colaborar y actuar conjuntamente con el circuitoprincipal para evitar determinados momentos que, por el continuo uso, los frenospierdan efectividad, precisamente cuando más se necesitan.

Entre ellos hay que destacar el freno eléctrico aplicado a la transmisión delvehículo, el cual entra en funcionamiento a voluntad del conductor por medio deun mando situado a su alcance en el volante o tablero de mandos. Elfuncionamiento de este freno evita el continuo uso a que se vería obligado elcircuito principal, evitando por tanto el desgaste excesivo de ferodos queproducirían una disminución en la eficacia de frenado

Centrándonos en el circuito principal de frenos podemos distinguir diferentesconfiguraciones. Las disposiciones legales exigen una instalación de frenosprincipal con dos circuitos.Según la normativa "DIN 74000" hay cinco posibilidades de configurar los circuitos

de frenos en un vehículo. Los circuitos de freno se distinguen a este fin medianteletras: denominándose las distribuciones en: II, X, HI, LL y HHLa forma de las letras se asemeja aproximadamente a la disposición de lastuberías de freno entre el cilindro principal y los frenos de rueda.De estas cinco posibilidades de distribuir los circuitos de freno, las que más seutilizan son la II y la X, que requieren un empleo mínimo de tuberías rígidas, tubosflexibles, empalmes separables y juntas estáticas o dinámicas. Por eso el riesgode un fallo a causa de fugas es tan bajo en cada uno de sus dos circuitos de frenocomo en un sistema de freno de un circuito. En caso de fallar un circuito de freno aconsecuencia de sobrecarga térmica de un freno de rueda, son particularmentecríticas las distribuciones HI, LL y HH, puesto que un fallo de ambos circuitos defreno en una rueda puede causar el fallo total del freno.

Para cumplir las disposiciones legales relativas al efecto del freno auxiliar, losvehículos con carga predominantemente sobre la parte frontal se equipan con ladistribución X. La distribución II es apropiada especialmente para turismos concarga sobre la parte trasera.

Distribución "II"Distribución eje delantero/eje trasero: un circuito de freno (1) actúa en el ejedelantero y el otro circuito (2) actúa en el eje trasero.

Distribución "X"Distribución diagonal: cada circuito de freno actúa en una rueda delantera yen la rueda trasera diagonalmente opuesta



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Distribución "HI"Distribución ejes delantero y trasero/eje delantero: un circuito de freno actúaen los ejes delanteros y trasero, el otro sólo en el eje delantero.

Distribución "LL"

Distribución eje delantero y rueda trasera/eje delantero y rueda trasera.Cada circuito de freno actúa en el eje delantero y en una rueda trasera.

Distribución "HH"Distribución ejes delantero y trasero/ejes delantero y trasero. Cada circuitode freno actúa en el eje delantero y en el eje trasero.

Sistema de mando de frenos Modos de funcionar del sistema de freno

Si un sistema de freno se acciona por completo o parcialmente por la fuerzamuscular del conductor o absolutamente sin ésta, podemos distinguir entre tresmodalidades:

Sistema de freno por fuerza muscular Sistema de freno por fuerza auxiliar Sistema de freno por fuerza ajena



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Sistema de freno por fuerza muscularEn este sistema de freno utilizado en turismos y motocicletas, la fuerza muscularaplicada al pedal de freno o a la palanca de freno de mano se transmitemecánicamente (por varillaje o cable de accionamiento) o de modo hidráulico a losfrenos de rueda. La energía para generar la fuerza de frenado procede

exclusivamente de la fuerza física del conductor

Sistema de freno por fuerza auxiliarEste sistema es el más utilizado actualmente en automóviles y vehículosindustriales ligeros. Se incrementa la fuerza muscular del conductor mediante lafuerza auxiliar de un servofreno. La fuerza muscular amplificada se transmitehidráulicamente a los frenos de rueda.

Sistema de freno por fuerza ajenaEl sistema de freno por fuerza ajena utilizado generalmente en vehículosindustriales se emplea aisladamente en turismos grandes con ABS integrado.

El freno de servicio de este sistema es accionado exclusivamente por fuerzaajena.El sistema trabaja con energía hidráulica (se basa en la presión de un liquido) ycon transmisión hidráulica. El liquido de freno se almacena en acumuladores deenergía (acumuladores hidráulicos).Una bomba hidráulica genera la presión hidráulica, que en el acumulador deenergía se encuentra continuamente en equilibrio con la presión del gas. Unregulador de presión conmuta la bomba hidráulica a marcha en vacío tan prontocomo se alcanza la presión máxima.Por ser el liquido de freno prácticamente incomprensible, pequeñas cantidades deliquido de freno pueden transmitir altas presiones de frenado.

En los automóviles antiguos el sistema de mando de los frenos eraexclusivamente mecánico. Sus grandes inconvenientes (lentitud en la transmisiónde esfuerzos, complejidad de los mecanismos, elevados esfuerzos, dificultad dereglaje y equilibrado y frecuentes averías) ocasionaron su desaparición hacebastantes años. Sin embargo, se siguen empleando en los sistemas de mando delos frenos de mano o también llamado freno de estacionamiento.El sistema de mando hidráulico es el que se emplea desde hace ya bastantesaños en todos los automóviles.El sistema de mando hidráulico se fundamenta en el hecho de que los líquidos sonprácticamente incomprensibles y que según el principio de Pascal, la presiónejercida sobre un punto cualquiera de una masa liquida se transmite íntegramenteen todas direcciones.En la figura inferior se ve la disposición elemental de un sistema hidráulico defrenos, constituido por un cilindro maestro o principal que genera una presiónsobre el liquido que se transmite a través del circuito hacia un cilindro receptor oesclavo, que mueve mediante un pistón unas zapatas que son empujadas contrael tambor.



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Cuando el conductor pisa el pedal de freno, se empuja el embolo del cilindromaestro, el cual comprime y desplaza el liquido por la canalización hasta el cilindrode rueda, en donde se produce el desplazamiento de sus émbolos para aplicar laszapatas contra el tambor. Una vez logrado esto, todo esfuerzo posterior delconductor sobre el pedal de freno se traduce en un aumento de presión en elcircuito hidráulico, que aplica a las zapatas contra el tambor con mayor fuerza.

Elementos principales de un sistema de accionamiento hidráulico de frenos:

Depósito de líquido de frenos Cilindro principal o bomba Conmutador de la luz de freno Tuberías de conducción de líquidos Líquido de frenos Cilindros o bombines de freno Pedal de freno y sus articulaciones Servofreno

Cilindro principal o bomba de frenos Este elemento es uno de los principales del sistema de freno hidráulico, ya que esel encargado de generar la presión que debe actuar sobre los pistones y bombinesde freno.La bomba de freno está constituida por un cilindro (1), con los orificios de entraday salida de liquido, dentro del cual se desplaza un pistón (2), con un retén (3) quehace estanco el interior del cilindro, empujado por el vástago (4) de unión al pedalde freno. Por delante del pistón va montada la copela (5), el muelle (6) quemantiene el pistón en su posición de reposo y la válvula (7) que regula la presiónde salida del líquido. El conjunto va cerrado con una arandela y fiador elástico (10)que impiden que el pistón salga fuera del conjunto.El vástago (4) puede ser accionado directamente por el pedal de freno (como en lafigura inferior) o por un servofreno, si lo lleva instalando el sistema.El depósito del líquido de frenos puede estar separado del ci lindro principal opuede formar un solo cuerpo con el. El depósito suele llevar unas marcas de



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referencia que indican el nivel máximo y mínimo del líquido. En el tapón de llenadohay una válvula pequeña o simplemente un orificio, que permite la comunicacióncon el exterior para que la presión en su interior sea siempre la atmosférica.

Funcionamiento de un cilindro principal de un solo pistónEn su posición de reposo el pistón está desplazado hacia la izquierda por la accióndel muelle y el interior del recinto está lleno de liquido procedente del depósito,que entra por (A) hacia las cámaras (B) y (C).

Al pisar el pedal de freno la palanca desplaza la varilla (4) que, a su vez, empuja elpistón (2) hacia delante, comprimiendo el líquido en la cámara (C) y saliendo apresión por los orificios de la válvula (7) hacia las conducciones (D) que envían elliquido a los bombines y ejerciendo presión en (E) para efectuar el cierre delinterruptor de la luz de freno.Si se levanta el pie del pedal el pistón (2) vuelve a su posición inicial por la accióndel muelle (6) y el interior del cilindro (C) se llena con el líquido que está en lascanalizaciones debido al vacío que hace el pistón en su retroceso.Si el líquido de las conducciones no vuelve a la bomba, con suficiente rapidez o enla cantidad debida, el vacío interno hace que la guarnición (5) doble a sus bordeshacia el interior, permitiendo que pase líquido desde la cámara (B), a través de losorificios del pistón, llenando así el vacío interno. De esta forma, aunque haya

pérdidas de líquido en las canalizaciones, se compensa en la misma bomba.El orificio de llenado sirve también para compensar la dilatación del líquido,cuando se calientan los frenos, retornando por él al depósito.

Funcionamiento de un cilindro principal con doble pistón (bomba tándem)Para solucionar el inconveniente de las fugas de liquido en el circuito de frenosque puedan inutilizar el sistema de frenos, se idearon los circuito de frenoindependientes, consistentes generalmente en dos circuitos hidráulicos



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independientes, que accionan por separado los frenos delanteros y los traseros. Sihay una fuga en uno de los circuitos el otro sigue funcionando. También sepueden disponer los circuitos de frenos en forma de "X" (rueda delantera izquierdacon rueda trasera derecha y el otro circuito con las otras dos).

En cualquiera de los casos, para disponer de doble circuito independiente defrenos, es necesaria una bomba doble o tándem, consistente en un cilindro en elque se alojan los pistones (7) y (9), de los que este último, llamado primario, esaccionado directamente por el pedal de freno, mientras que el secundario (7) o espor la acción del muelle (8) y la presión generada en la cámara (3). Lainterconexión de ambos pistones se realiza por el pulsador deslizante (13), que apartir de una determinada posición de recorrido del pistón primario hace tope yobliga a desplazarse simultáneamente al pistón secundario. La posición de reposose establece en el pistón secundario (7) por medio del tornillo tope (10), y en elprimario (9) por la fijación trasera (14), similar a la de una bomba convencional.

Por las canalizaciones (2) y (4) llega el liquido a los cuerpos de bomba (1) y (3)desde el depósito de líquido de frenos, y de estos cuerpos salen lascanalizaciones (12) para las ruedas delanteras y (11) para las traseras, o bienpara los dos circuitos conectados en cualquiera otra posición de las citadas.

Cuando el conductor pisa el pedal de freno, el pistón (9) se desplaza a laizquierda, comprimiendo el líquido en el cuerpo de la bomba (3). La presiónobtenida se transmite a las ruedas delanteras por (12) y, al mismo tiempo, empujael pistón (7) hacia la izquierda, el cual comprime el líquido del cuerpo de bomba(1), obteniéndose en él una presión que se aplica a las ruedas traseras por (11).



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Como puede verse en el esquema, esta doble bomba equivale a dos simples,pues cada cuerpo tiene su propio pistón, copelas, muelle, orificio compensador,

etc., como una bomba simple; pero presenta la ventaja de que si hay fugas en unode los circuitos, el otro sigue funcionando. Si la fuga se produce en el circuito paralas ruedas delanteras, aunque se desplace el pistón (9) no se crea presión en elcuerpo de la bomba (3) y, por tanto, los frenos delanteros no actúan; pero el pistón(7) es empujado en principio por el muelle (8) y, posteriormente, cuando el pistón(9) en su desplazamiento hace tope con él, lo desplaza un poco mas creandopresión en el cuerpo de la bomba (1), la cual se transmite a los frenos traseros. Sila fuga ocurriese en este circuito, el desplazamiento del pistón (9) crearía presiónen la cámara primaria (3), que se transmitiría a los frenos delanteros, mientras queesta misma presión empujaría al pistón (7) hasta el final de su recorrido (pues nohay oposición por existir fuga), sin que se creara presión en el cuerpo de bomba(1), por lo cual no actuarían los frenos traseros.Dado que las bombas tándem se disponen dos cámaras de presión independiente,el pistón secundario (7) está provisto de dos guarniciones de estanqueidad (5)orientadas en sentido contrario una de la otra. La primera asegura la estanqueidadde la cámara de compensación secundaria (por detrás de la copela principal)mientras que la segunda garantiza la estanqueidad de la cámara primaria depresión (3).



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Correctores de frenado Debido a que cuando se frena el vehículo parte del peso del mismo se transfiere aleje delantero, la fuerza de frenado no puede ser la misma en el eje delantero queen el trasero. Aunque los cilindros receptores de presión en las ruedas delanterasson mayores que en las traseras, esto significa que la fuerza de frenado es mayor

en las ruedas que tienen el cilindro de frenado con diámetro mas grande. Aun asíse hace necesario la utilización de un mecanismo (corrector de frenado) quecorrija la presión de frenado en las ruedas traseras teniendo en cuenta distintosparámetros, como puede ser el peso que soportan teniendo en cuenta si elvehículo circula en vacío o con carga. Otro parámetro a tener en cuenta por elcorrector de frenada es la deceleración del vehículo en el momento de la frenada,que puede ser más fuerte o suave dependiendo de la acción del conductor sobreel pedal de freno.

Para adecuar la repartición de la fuerza de frenado a la carga, puede tomarsecomo referencia la variación de la distancia del eje trasero y la carrocería, o deésta al suelo, para modificar la presión máxima de frenado de las ruedas traseras.Otra forma de corregir la fuerza de frenado se hace teniendo en cuenta ladeceleración, esto se consigue mediante un mecanismo que actúa de acuerdo conla inclinación que toma el vehículo. Generalmente consiste en una bola que sedesplaza sobre un plano inclinado, cortando la presión aplicada a las ruedastraseras a partir de una determinada inclinación del vehículo.

A pesar de la utilización de correctores de frenado, no se elimina los riesgos de

bloqueo de las ruedas, que se producen cuando la fuerza de frenado se hacesuperior a la adherencia de la calzada. Tampoco eliminan el riesgo de bloqueoque existe por diferencia de adherencia entre las dos ruedas del mismo eje.

Los correctores de frenado se pueden clasificar en dos grandes grupos: los queactúan solamente en función de la presión de frenado (repartidores) y los que lohacen además en función de la carga (limitadora y compensadora).



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Repartidor de simple efecto Tiene la función de limitar la presión de frenado a un valor determinado en el ejetrasero, haciendo que las variaciones de presión en la bomba de frenos soloafecten al eje delantero. Este sistema se aplica generalmente a los vehículosdonde la repartición de los pesos estáticos y la altura del centro de gravedad

varían poco con la carga. Consiste (figura inferior) en una válvula (V) provista deun muelle (M), a la que llega por su parte inferior (E) la presión de la bomba defrenos, saliendo a cada una de las ruedas traseras por los conductos laterales (S).Cuando la presión en el circuito sube por encima del valor tarado del muelle, laválvula se levanta obstruyendo las salidas para las ruedas, lo que no impide quesiga subiendo la presión en la bomba.De esta manera se consigue limitar la fuerza de frenado aplicada a las ruedastraseras, tal como muestra en la gráfica de la figura inferior. El repartidor estáubicado generalmente cerca del eje trasero y fijado a la carrocería del vehículo.

Repartidor de doble efecto La transferencia de peso del eje trasero al eje delantero durante la frenada,depende principalmente de la velocidad del vehículo y de la intensidad de lafrenada. Dentro de estos parámetros se pueden diferenciar entre frenadas fuertesa gran velocidad y a escasa velocidad. En el último caso, la adherencia de lasruedas traseras no tiene tanta importancia y se puede aumentar la presión defrenada en este eje, aunque se nos pudieran llegar a bloquear las ruedas. Paraconseguir este funcionamiento se utilizan estas válvulas acopladas al circuito de

frenos del eje trasero.

FuncionamientoEn posición de reposo (figura inferior), el pistón primario (P) está aplicado contrasu apoyo (M) por la acción del muelle (R), lo mismo que ocurre con el pistónsecundario (Q) bajo el efecto del muelle (r), alojados ambos en el interior huecodel pistón primario (P), el cual está provisto de dos orificios laterales (t), mientrasque el (Q) dispone de una hendidura transversal (f), que establecen en conjunto



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un circuito hacia las ruedas en la posición de reposo, en el cual el líquido pasadesde la entrada a través de la hendidura (f) y los taladros (t) para llegar hasta lasalida hacia las ruedas rodeando al pistón primario (P, entre éste y el cuerpo delrepartidor), tal como indican las flechas.

Cuando la presión de envío de la bomba aplicada a la sección (C) supera el valorde tarado del muelle (R), el pistón primario (P) se desplaza hacia arriba, mientrasque el secundario (Q) se mantiene en equilibrio, por un lado por la presión ejercidaen su cara inferior y por otro por la fuerza del muelle (r) y la presión ejercida en suparte superior (la reinante en el circuito trasero de frenos). En estas condiciones,el pistón primario hace tope y asiento en (N) cortando el circuito directoanteriormente establecido (corte de presión).Si el conductor sigue ejerciendo fuerza sobre el pedal de freno (sobrepresión),

dado que el pistón primario ha cortado la comunicación con el circuito de frenostrasero, la presión aumenta solamente sobre la parte inferior del pistón (Q) yllegado al límite del valor de tarado del muelle (r), el pistón secundario se desplazahacia arriba en el interior del primario (P) comprimiendo el muelle antagonista. Encuanto al pistón (Q) se despega de su asiento en el fondo del pistón (P), sepermite una fuga de presión por el interior de ambos, para salir a la ruedastraseras, aumentado un poco la fuerza de frenado.Cuando cesa la acción del conductor sobre el pedal de freno, desaparece lapresión en el circuito y ambos pistones, empujados por sus respectivos muelles,vuelven a su posición de reposo.

Limitador de tarado variable En cierto tipo de vehículos, hay que tener en cuenta la variación de carga paramejorar la eficacia de frenado, como ocurre en los que tienen el motor y traccióndelantera, cuyo eje trasero apenas soporta peso en vacío y, sin embargo, cuandoestá cargado soporta más del 50% del peso total. En estos casos, las condicionesde frenado han variado fundamentalmente y resulta necesaria la utilización de unlimitador capaz de variar la presión de corte para las ruedas traseras, en funcióndel peso que sobre ellas descansa.



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El funcionamiento resulta similar al del "repartidor de simple efecto", con lasalvedad de que la fuerza del muelle antagonista se hará variar en función de lacarga que transporta el vehículo. La palanca varía su posición comparando ladistancia entre el eje y la altura de la carrocería. Cuanto mayor es la carga, mayores la tensión sobre el muelle antagonista y por lo tanto la presión de frenado

aumentara en las ruedas traseras.

Se obtienen de esta forma la curva representada en la gráfica inferior, donde semuestra tres puntos (V) particulares del corte de presión; pero en realidad existeun punto para cada valor de la carga.

Compensador de frenada Su funcionamiento es similar al del "repartidor de doble efecto", con laparticularidad de que aquí el muelle antagonista no tiene un tarado fijo, sino quesu tensión depende del peso que carga sobre el eje trasero.



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En la figura inferior se muestra la disposición de un compensador de frenado,donde la fuerza antagonista está encomendada al muelle (R), que tira de lapalanca (L) a la que aplica contra el vástago del pistón (I), sometido a la presiónhidráulica de accionamiento de los frenos traseros. A su vez, esta fuerza esfunción del peso que carga sobre el eje trasero, puesto que la tensión del muelle

viene determinada por al altura de la carrocería al suelo.El compensador modula la presión aplicada al circuito trasero de frenos en funciónde la carga que actúa sobre este eje y de la presión del circuito delantero, pues apartir de un determinado valor de ésta la aplicación al circuito trasero está limitadaa un valor proporcional al del circuito delantero.En la posición de reposo de este mecanismo el muelle (R) tira de la palanca (L),que empuja al pistón sobre su tope (3) desplazando la válvula (2) de su asiento(4), con lo cual se permite el paso de liquido hacia las ruedas traseras, comomuestra el detalle (1) de la figura.En el frenado, la presión de envío ejerce sobre la sección del vástago (5) delpistón un esfuerzo opuesto a la fuerza (F) del muelle (R). Superado el valor de

esta última, el pistón sube y la válvula se cierra cortando la comunicación con losbombines traseros, lo que constituye un límite de la presión de frenado aplicada.Si la presión enviada por la bomba sigue aumentando en la cámara superior (ladel conducto A), se llega a un valor mayor del que existe en la cámara inferior (ladel conducto de salida B), con lo cual se somete al pistón a un esfuerzo del mismosentido que el del muelle (R), debido a la diferencia de las secciones (5) y (6) delmismo. De esta manera se produce un descenso del pistón, que abre nuevamentela válvula, permitiendo una subida de la presión aplicada a las ruedas traseras.Este nuevo aumento de presión actúa también sobre la sección (5), obligando asubir otra vez al pistón, que corta nuevamente la comunicación con los bombinestraseros.

Este ciclo se repite indefinidamente para cada aumento de la presión de envío dela bomba, obteniéndose así un gráfico de la presión de corte como el representado



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en la figura, donde cada punto (V) corresponde a la modificación de la presiónaplicada a los frenos traseros, en función de la presión de envío y de la cargasoportada por las ruedas traseras.Cuando cesa la presión de frenado, la caída de presión en la bomba de frenoshace retornar al pistón a su posición de reposo, restableciéndose la comunicación

con los frenos traseros, que permite el retorno del líquido a la bomba .

En los vehículos que disponen un doble circuito de frenos en "X" se hacenecesario un tipo de compensador especifico, que posee un diseño de cámaradoble, cada una de las cuales dispone de sus propias lumbreras de entrada ysalida de líquido, para acomodar el sistema de frenos de circuitos independientes,funcionando ambos circuitos simultáneamente, de manera similar a la descrita enel anterior modelo.



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Compensador de frenada por inercia Este tipo de compensador de frenado es bastante utilizado debido a su sencillez,su funcionamiento está basado en la deceleración obtenida durante el frenado.Este tipo de compensador se fija al chasis del vehículo en una posición biendeterminada, y en la cercanía de la bomba de frenos.El dispositivo (figura inferior) lo constituye una válvula de bola posicionada con uncierto ángulo (A) con respecto a la horizontal. Cuando se acciona el freno, ellíquido llega por (B), pasando a través del difusor (C) y alrededor de la bola (D),hasta el conducto (F), alcanzando la salida (E) para los frenos traseros.

A medida que se aplica mayor presión, la deceleración aumenta de tal manera quela bola se desplaza a la izquierda a pesar del ángulo de inclinación de sualojamiento, que determina la deceleración necesaria para que se produzca eldesplazamiento. En ese instante queda cerrado el conducto F.Éste es el llamado punto de conexión, a partir del cual queda limitada en principio



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la presión aplicada a los frenos traseros, que está actuando sobre la sección (G)del pistón, al mismo tiempo que el muelle antagonista.Si la presión enviada por la bomba continua aumentando, su aplicación sobre lasección (H) del pistón determina un instante en que éste se desplaza hacia laizquierda, contra la acción de su muelle y la presión reinante en la cara posterior.

Con este movimiento se obtiene la apertura del conducto (F) y la presión de envíode la bomba se aplica nuevamente a los frenos traseros, hasta que se produceotra vez el cierre, motivado por el aumento de presión que actúa sobre la sección(G) del émbolo, desplazándolo nuevamente a la derecha. Esta secuencia se repi teen función de la deceleración obtenida y la fuerza de frenado aplicada.Cuando se deja de accionar el pedal de freno, cae la presión de envío de labomba y la deceleración del vehículo disminuye bruscamente, con lo que la bola(D) regresa a su posición de reposo, permitiendo el retorno del líquido de losfrenos traseros a la bomba.En caso de avería del compensador, no se repara, se sustituye por otro.

Sistema de Frenos

Dispositivos de frenadoPara frenar el vehículo se necesita absorber la energía cinética producida en sudesplazamiento. Esto se realiza por fricción entre dos piezas de elevadocoeficiente de adherencia, una de ellas fija, como son las zapatas o pastillas defreno, y la otra móvil, que pueden ser los tambores o los discos de freno, según seempleen frenos de tambor o frenos de disco o la combinación de ambos en lasdistintas ruedas.El frotamiento entre sí de estos dos elementos detiene el movimiento de lasruedas y transforma la energía de movimiento en calor, que es disipado a laatmósfera por las corrientes de aire que circulan a través de ellos durante eldesplazamiento del vehículo.



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Según los elementos empleados y la forma de efectuar el desplazamiento de laparte móvil, los frenos empleados en las ruedas pueden ser de dos tipos:

Frenos de tambor Frenos de disco

Frenos de tambor Este tipo de freno está constituido por un tambor, que es el elemento móvil,montado sobre el buje de la rueda por medio de unos tornillos o espárragos ytuercas, del cual recibe movimiento, y un plato de freno, elemento fijo sujeto alpuente o la mangueta. En este plato van instalados los elementos de fricción,llamados ferodos, y los mecanismos de accionamiento para el desplazamiento delas zapatas.



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Tambor

El tambor es la pieza que constituye la parte giratoria del freno y que recibe la casitotalidad del calor desarrollado en el frenado.Se fabrica en fundición gris perlitica con grafito esferoidal, material que se ha

impuesto por su elevada resistencia al desgaste y menor costo de fabricación yque absorbe bien el calor producido por el rozamiento en el frenado. Cabedestacar también, para ciertas aplicaciones, las fundiciones aleadas, de grandureza y capaces de soportar cargas térmicas muy elevadas.

El tambor va torneado interior y exteriormente para obtener un equilibradodinámico del mismo, con un mecanizado fino en su zona interior o de fricción parafacilitar el acoplamiento con los ferodos sin que se produzcan agarrotamientos. En



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Forma y características de las zapatas Las zapatas de freno están formadas por dos chapas de acero soldadas en formade media luna y recubiertas un su zona exterior por los ferodos o forros de freno,que son los encargados de efectuar el frenado por fricción con el tambor.Los forros de freno se unen a la zapata metálica por medio de remachesembutidos en el material hasta los 3/4 de espesor del forro para que no rocen conel tambor, o bien pegados con colas de contacto. El encolado favorece laamortiguación de vibraciones y, como consecuencia, disminuyen los ruidos queéstas ocasionan durante el frenado.



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Tipos de freno de tambor Según la forma de acoplamiento de las zapatas al tambor para ejercer el frenado,los frenos de tambor se clasifican en los siguientes tipos:

Freno de tambor Simplex

En este tipo de freno las zapatas van montadas en el plato, fijas por un lado alsoporte de articulación y accionadas por medio de un solo bombín de doble pistón.Este tipo de frenos de tambor es de los más utilizados sobre todo en las ruedastraseras.

Con esta disposición, durante el frenado, una de las zapatas llamada primaria seapoya sobre el tambor en contra del giro del mismo y efectúa una fuerte presiónsobre la superficie del tambor. La otra zapata, llamada zapata secundaria, que

apoya a favor del giro de la rueda, tiende a ser rechazada por efecto del giro deltambor, lo que hace que la presión de frenado en esta zapata sea inferior a laprimaria.

Invirtiendo el sentido de giro, se produce el fenómeno contrario: la zapata primariase convierte en secundaria y la secundaria en primaria.



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Este tipo de freno de tambor se caracteriza por no ser el más eficaz a la hora defrenar, debido a que las zapatas no apoyan en toda su superficie sobre el tambor,pero destaca por su estabilidad en el coeficiente de rozamiento, es decir, latemperatura que alcanza los frenos en su funcionamiento le afectan menos que alos otros frenos de tambor

Freno de tambor DúplexEn este freno, y con el fin de obtener una mayor fuerza de frenado, se disponenlas zapatas en forma que ambas resulten primarias. Para ello se acopla un doblebombín de pistón único e independiente para cada zapata, los cuales reparten porigual las presiones en ambos lados del tambor.Estos frenos provistos de bastidores con efecto unilateral son muy eficaces perosensibles a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Presentan la ventaja deque, con su empleo, no se ponen de manifiesto reacciones sobre los rodamientosdel buje.



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Freno de tambor TwinplexEste tipo de freno de tambor es muy similar al Dúplex salvo que los puntos deapoyo de las zapatas en vez de ir fijos se montan flotantes. En este freno las doszapatas son secundarias, pero por un sistema de articulaciones, trabajando enposición flotante, se acoplan al tambor en toda su superficie, evitando elacuñamiento y ejerciendo una presión uniforme sobre el tambor. En un sentido degiro las dos zapatas actuarían como zapatas primarias y en el otro sentido comozapatas secundarias.

Freno de tambor Duo-servoEstá constituido por dos zapatas primarias en serie, con lo cual se aumenta elefecto de autobloqueo. En este freno, una zapata empuja a la otra mediante unabiela de acoplamiento. Es un freno altamente eficaz, pero muy sensible a lasvariaciones del coeficiente de rozamiento. Se consiguen esfuerzos más elevadosde frenado y las zapatas ejercen en cada sentido de giro igual esfuerzo. Este tipode freno se emplea mucho en frenos americanos.



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Bombines o cilindros de freno de tambor Estos elementos son los encargados de efectuar el desplazamiento lateral de laszapatas para el frenado del tambor.

Según la finalidad que tienen que cumplir y la clase de freno empleado, seconstruyen tres tipos principales de bombines:

Bombín de doble pistón: está formado por un cilindro (1) con los taladros (8)de amarre al plato portafrenos. En su interior van alojados los pistones (2)en oposición, sobre los que van roscados los tornillos (3) para el apoyo delas zapatas. Las cazoletas de goma (4) hacen de retén para mantenerestanco el interior del cilindro y los pistones se mantienen separados por laacción del muelle (5) centrado sobre las dos cazoletas retén (4).Por el orificio (A), donde se rosca el latiguillo de freno, tiene lugar la entradade liquido a presión procedente de las canalizaciones del circuito; en el

orificio (B) se monta el purgador (6) que sirve para extraer el aire de lascanalizaciones. El conjunto va cerrado con los guardapolvos (7), que evitanla entrada de polvo y suciedad al interior del cilindro.



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Bombín de émbolo único: su constitución y funcionamiento es parecido alanterior, lleva un solo émbolo y se utiliza en los sistemas en que las doszapatas son primarias.



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Bombín de cilindros escalonado: también llamado "bombín diferencial" estemodelo tiene dos pistones o émbolos de diámetros diferentes. El pistón máspequeño empujaría a la zapata primaria (la que mas frena) y el de masdiámetro empujaría a la zapata secundaria (la que menos frena).

Sistema de reglaje de los frenos de tambor El desgaste que se produce en las frenadas como consecuencia del rozamientode las zapatas contra el tambor, hace que aquellas queden cada vez masseparadas de este en posición de reposo, lo que supone un mayor recorridomuerto en la acción de frenado y el envió de mayor cantidad de liquido desde labomba. Para solucionar este problema existen unos sistemas de reglaje que

pueden ser manuales o automáticos.

Sistema de reglaje manual:

Sistema Bendix: en este tipo de freno para aproximar las zapatas altambor cuando se produce el desgaste de los ferodos, se dispone de unsistema mecánico de accionamiento manual, que consiste, en unas levasexcéntricas sobre el plato de frenos que limitan el recorrido tope de las



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zapatas hacia su posición de retroceso. Las excéntricas forman cuerpo conun eje, cuyo extremo posterior sobresale por la parte trasera del plato defreno, resultando así accesible aun con la rueda montada, lo cual suponeque la operación de reglaje pueda ser efectuada sin necesidad dedesmontar ningún componente.

Sistema Girling: en este tipo de freno el reglaje se efectúa sobre el mismobombín, actuando desde el exterior del plato de freno sobre la coronadentada del émbolo y tornillo ajustador, o sobre el mecanismo ajustadorsituado en el soporte inferior de apoyo de las zapatas cuyo despiece puedeverse en la figura.

Sistemas de reglaje automáticoEn la actualidad y desde hace bastantes años la mayor parte de los vehículosdisponen de un sistema de reglaje automático para sus frenos de tambor. Existentres tipos de sistemas de reglaje automático: el sistema Bendix, el Lucas Girling yel Teves.



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Sistema Bendix Esta constituido por una palanca (1), articulada en la parte superior de la zapataprimaria, que su extremo inferior está provista de muescas en forma de diente desierra, con las cuales engrana el trinquete (w), empujado por el muelle (3) yacoplada a la primaria en la ventana (7) de la palanca (1). Ambas zapatas se

mantienen en posición de reposo por la acción del muelle (6). La holgura demontaje (H) determina el juego ideal entre zapata y tambor.

Funcionamiento

Al frenar, cuando el juego entre zapatas y tambor es superior al juego (H): laszapatas se separan, la zapata secundaria mueve la bieleta, y mueve también lapalanca (1) (después de recorrer el juego H). La palanca se desplaza y pasa unnúmero de dientes sobre el trinquete (2) correspondientes al juego a aproximar.

Al des frenar, la palanca no puede regresar por el trinquete dentado. El muellehace que las zapatas hagan contacto sobre la bieleta por acción de la palanca yde la palanca del freno de mano. El juego determina entonces el juego ideal entrezapatas y tambor.



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Sistema Girling

Este sistema hace variar la longitud de una biela situada entre las dos zapatas,primaria y secundaria. Está constituido por una bieleta de longitud variable,

merced a una rueda moleteada que hace tope entre las dos mitades que laforman, que encajan una en el interior de la otra, sin roscar. La bieleta apoya porun extremo en la zapata secundaria y por el otro en la palanca y zapata primariaconjuntamente. En los dientes de la rueda moleteada encaja la punta de la leva,que se articula en la zapata secundaria, fijándose a ella también mediante unmuelle.

Funcionamiento Al frenar, las zapatas se separan y liberan así la bieleta. La palanca pivota sobresu eje bajo la acción del muelle y hace girar la rueda del empujador con el dedo: la



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bieleta se alarga. Si la aproximación es buena (separación pequeña), el esfuerzoejercido por el resorte es insuficiente para mover la rueda y la longitud de la bielano cambia.

Al des frenar, las zapatas retornan, la palanca vuelve a su posición inicial, su dedopasa hacia delante de los dientes de la rueda sin moverla. El alargamiento de la

biela ha permitido reducir el juego entre zapatas y tambor.

Sistema Teves El principio de funcionamiento es el mismo que los sistemas anteriores, por lo queno vamos a explicarlo.



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Sistema de Frenos

Frenos de disco

Este tipo de freno adoptado en la mayoría de los vehículos de turismo, tiene laventaja sobre el freno de tambor de que su acción se frenado es más enérgica,obteniendo, por tanto, un menor tiempo de frenado que se traduce en una menordistancia de parada. Ello es debido a que elementos de fricción van montados alaire, al disponer de una mejor refrigeración, la absorción de energía ytransformación en calor se puede realizar más rápidamente.

Otra de las ventajas de estos frenos es que en ellos no aparece el fenómeno de"fading" que suele presentarse en los frenos de tambor. Este efecto se producecuando por un frenado enérgico o frenados sucesivos, el tambor no tiene tiempo

de evacuar el calor absorbido en la transformación de energía. En estascondiciones, el tambor se dilata alejando la superficie de adherencia del contactocon las zapatas, quedando momentáneamente el vehículo sin frenos.En los frenos de disco al mejorar la evacuación del calor no existe calentamientocrítico y por tanto dilatación, pero en caso de haberla el disco se aproximaría mása las pastillas de freno, lo cual favorecería la presión y efecto de frenado.

Constitución El freno de disco está formado por un disco que se une al buje de la rueda o forma

parte de él, girando con la rueda y constituyendo el elemento móvil de frenado.Sobre este disco, abarcando aproximadamente la quinta parte de la superficie delmismo, va montada una mordaza sujeta al puente o mangueta en cuyo interior seforman los cilindros por los que se desplazan los pistones. A estos pistones seunen las pastillas de freno de un material similar a los ferodos de las zapatasutilizadas en los frenos de tambor.



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Por el interior de la mordaza (2) van situados los conductos por donde secomunica el liquido de freno a los cilindros (3), acoplando en (A) el latiguillo defreno y en (B) el purgador. El líquido a presión, procedente del circuito de frenos yque entra por (A), desplaza a los pistones (4) hacia el interior, aplicando laspastillas de freno (5) sobre el disco (1), las cuales, por fricción, detienen el giro del

mismo.

Sistemas de mordazas o pinza de freno Según el sistema empleado para la sujeción de la mordaza o pinza, los frenos dedisco se clasifican en:

Freno de pinza fija También llamada de doble acción, la mordaza va sujeta de forma que permanecefija en el frenado. La acción de frenado se realiza por medio de dos o cuatropistones de doble acción, desplazables, que se ajustan a caja una de las caras deldisco.

En este tipo de pinzas, cada pistón se encuentra en cada mitad de la mordaza.Durante el proceso de frenado, actúa una presión hidráulica sobre los dos pistonesy cada pistón aprieta la pastilla contra el disco.Los frenos de pinza fija contra el disco de freno son muy sólidos, por lo que seemplea en vehículos rápidos y pesados.



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Freno de pinza oscilante En este tipo de freno la mordaza o pinza (1) se halla sujeta con un perno (2) quesirve de eje de giro. Al aplicar presión al líquido para accionar el pistón (3) seejerce una presión igual y opuesta sobre el extremo cerrado del cilindro. Estoobliga a la mordaza a desplazarse en dirección opuesta a la del movimiento delpistón, ya que describe un pequeño giro alrededor del perno, con lo cual lamordaza empuja a la otra pastilla (4) contra el disco (5) quedando aprisionadaentre las pastillas (4) y (6).

Freno de pinza flotante También llamado de reacción, el freno de disco de pinza flotante sólo utiliza unpistón, que cuando se acciona aprieta la pastilla de freno correspondiente contra eldisco de freno. La fuerza con la que el pistón aprieta la pastilla contra el discogenera una fuerza opuesta o de reacción. Esa fuerza opuesta desplaza la pinza defreno y aplica la otra pastilla contra el disco.



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Si en el eje trasero se monta un sistema pinza flotante, éste se puede utilizartambién como freno de estacionamiento (freno de mano) por activación mecánica.

Dentro de los frenos de pinza móvil podemos encontrar:

Bastidor flotante Pinza flotante

Bastidor flotante: está formado por un bastidor flotante (2) que se monta sobre unsoporte (1) unido al porta mangueta. El bastidor flotante se fija sobre el soporte (1)mediante chavetas (6) y muelles (3), de manera que pueda deslizarse lateralmenteen la acción de frenado. En el bastidor flotante (2) esta labrado el único cilindro,contra cuyo pistón (8) se acopla la pastilla (5), mientras que la otra se aloja en el

lado opuesto del disco.



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El pistón está provisto de un anillo obturador (7), que realiza estanqueidadnecesaria. El guardapolvos (9) impide la entrada de suciedad en el cilindro. En laacción de frenado, el pistón es desplazado hacia afuera del cilindro aplicando a lapastilla de ese lado contra el disco, mientras la pinza se desliza sobre el soporteen sentido contrario, aplicando la otra pastilla contra la cara contraria del disco,consiguiéndose con esta acción de frenado del mismo.



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Pinza flotanteEste es el sistema de frenado de disco más utilizado actualmente, debido a lasventajas que presenta con respecto al sistema de freno anterior. Estas ventajas setraducen en una menor fricción de la pinza en su deslizamiento, que supone unaccionamiento más silencioso y equilibrado, que además atenúa el desgaste de

las pastillas y lo reparte más uniformemente.Este sistema está constituido por la pinza de frenos (1), la cual esta acoplada alporta pinza (2) en las guías (3) fijadas por unos tornillos y protegidas de lasuciedad por los guardapolvos (5). El porta pinza, a su vez, va fijado al portamangueta por medio de otros tornillos.

Cuando la presión del liquido enviado por la bomba de frenos produce eldesplazamiento del pistón (7) en el interior de la pinza (3), la pastilla de freno (4)se aplica contra el disco (5), mientras que la pinza es desplazada en sentidocontrario aplicando la otra pastilla también contra el disco, produciéndose la acciónde frenado. El movimiento de la pinza es posible gracias al montaje deslizante enlos tornillos guía (2), que le permiten un cierto recorrido axial, equilibrando losesfuerzos en ambas caras del disco.



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Sistema de reglaje Una vez cesa el esfuerzo de frenado, las placas de fricción (pastillas), debido alefecto producido por el pequeño alabeo en la rotación del disco, tienden asepararse de él y el pistón retrocede una distancia tal que permite mantener undeterminado juego entre el disco y las pastillas.El reglaje o aproximación de las pastillas de freno al disco se realiza en estesistema de frenos de una forma automática, empleando para ello mecanismos deacción simple situados en el interior del cilindro. Entre los sistemas principales deregulación empleados en la actualidad destacan los siguientes:

Regulación con junta de hermetismo. Regulación mediante perno y manguito roscado.

Regulación con junta de hermetismo El sistema consiste en colocar un anillo obturador elástico (1) a base de un reténen una garganta (2) situada en el interior del cilindro (figura inferior).Cuando se ejerce la acción de frenado, la presión del líquido que entra por elconducto (3) actúa sobre la cara frontal del anillo obturador (1) y del pistón (4)haciendo desplazar a éste y produciendo una deformación lateral en el anillo en elsentido de desplazamiento. Al soltar el pedal de freno, retrocede el líquido de frenopor el conducto (3) y el anillo obturador (1), que había sido deformada, vuelve porelasticidad a su posición de reposo, empujando al pistón (4) hacia atrás en unrecorrido proporcional a la deformación efectuada. De esta forma quedacompensado el desgaste de las pastillas, dejando la holgura normal defuncionamiento por aproximación automática de reglaje.



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Regulación mediante perno y manguito roscado

Este sistema, además del retén o anillo obturador (6) de hermetismo, lleva por elinterior del pistón (7), que es hueco un perno (1) roscado al manguito (2) que seapoya a través de un rodamiento del bolas (3) sobre la chapa (5) solidaria alpistón. Entre el manguito (2) y el pistón va situado el muelle (4) con sus espirasdispuestas en sentido de avance del manguito.

Al desplazarse el pistón (7) por efecto de la presión del líquido de frenado, realizauna carrera igual al juego existente entre la pastilla y el disco. Como consecuenciade ello el retén se deforma proporcionalmente al desplazamiento del émbolo.Cuando cesa el esfuerzo, el retén recupera la posición de reposo produciendo,como en el caso anterior, el retroceso del pistón.



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En los sistemas de disco, vistos hasta ahora, las pastillas de freno se montansobre las pinzas de freno de forma simétrica sobre el disco de freno; sin embargo,actualmente se tiende a montar las pastillas de forma asimétrica, como se muestra

en la figura inferior. Ambas pastillas están decaladas sobre el disco siguiendo elgiro de éste. La ventaja fundamental de este montaje estriba en que con elladisminuyen la vibraciones que pueden producirse en la frenada, debidas a losposibles alabeos del disco.

En los vehículos de altas prestaciones se suelen utilizar frenos de disco de 4

pistones con mordaza fija. Estos pistones pueden empujar una sola pastilla porcada lado del disco de freno, o también se puede dividir la pastilla en dos partespor lo que cada pistón empuja una pastilla. Con esto se consigue una ciertadistancia entre pastillas, creándose así un espacio que mejora la evacuación delcalor generado en la frenada. Para una misma superficie de rozamientocomparativamente con las pastillas convencionales, este sistema presenta laventaja principal de que las temperaturas de funcionamiento son menores, altiempo que disminuyen también los ruidos y vibraciones producidos en la acciónde frenado. Por otra parte, puede aumentarse la superficie de fricción y, con ello,la eficacia de frenado.



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Disco de freno

El material para fabricar los discos de freno es la fundición gris nodular de grafitolaminar, ya que garantiza una estabilidad de las prestaciones durante el periodode vida de los discos. El disco puede ser macizo o con huecos (autoventilado), pordonde circula el aire en forma de ventilador centrífugo

Los discos de freno pueden ser:

Clásicos (macizos)

Ventilados Taladrados o perforados Estriados cerámicos

Discos clásicos o macizos Estos discos poseen una superficie de fricción solida y lisa, no poseen ningún tipo



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de ventilación y son muy propensos a acumular calor, suciedad y tienden acristalizar las pastillas. Tienen la ventaja de ser económicos de fabricar y comodesventaja es que tienden a recalentarse impidiendo una frenada efectiva y acristalizar las pastillas. Se doblan bajo el estrés continuo.

Discos ventilados Los discos ventilados son como si se juntasen dos discos, pero dejando unaseparación entre ellos, de modo que circule aire a través de ellos, del centro haciaafuera, debido a la fuerza centrípeta. Con ello se consigue un mayor flujo de airesobre los discos y por lo tanto más evacuación de calor.

Discos perforados Los discos perforados aumentan la superficie del disco con las perforaciones yademás llevan aire fresco a la pastilla del freno. Una perforación es como unpequeño túnel, las paredes del túnel seria el aumento de superficie capaz dedisipar calor, además de cuando la perforación llega a la zona de las pastillas,llega con aire fresco que las refresca evitando el calentamiento en exceso.

Normalmente se usan discos ventilados en vehículos de serie de media potencia.Para altas potencias se utilizan los perforados.

Discos estriados Estos discos se podrían clasificar dentro de los "perforados" ya que la finalidad delestriado o rayado es mejorar la refrigeración de los mismos. El estriado tiene lafunción principal de remover el aire caliente y de limpiar la pastilla de polvo y crearuna superficie idónea para el frenado, con la única desventaja que desgasta masrápido la pastilla en pro de una mejor y más efectiva frenada.



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Discos ceramicos Los discos de frenos Carbo-Ceramicos, tienen sus orígenes en la industria de laaviación, mas tarde a principio de la década de los 80 se utilizaron en lascompeticiones de F1, actualmente algunos automóviles muy exclusivos y de altasprestaciones también los utilizan como el Porche 911 Turbo.

Están hechos de compuesto de Carbono en una base Cerámica para darle laresistencia tan alta a las temperaturas que estos operan..Los discos son de color negro (por el carbono) y cerámica como compuesto base,por eso a medida que se desgastan se desprende un polvo negro. Las pastillasque usan estos discos son también de carbo-ceramica o de carbono.La principal ventaja de estos frenos es su bajísimo peso, su altísimo poder defrenado por la alta fricción y su gran poder estructural que evita roturas grietas yfallas a altísimas temperaturas. Pueden detener un vehículo de 320 Kms/h a 0 enmenos de 30 metrosSu desventaja es su alto precio.

Pastillas de freno Para cumplir con la normativa vigente de la fabricación de vehículos, lacomposición de las pastillas cambia dependiendo de cada fabricante.

Aproximadamente 250 materiales diferentes son utilizados, y pastillas de calidadutilizan entre 16 a 18 componentes.

Ejemplo de composición:

20% aglomerantes: Resina fenólica, caucho 10% metales: Lana de acero, virutas de cobre, virutas de zinc, virutas de

latón, polvo de aluminio 10% fibras: Fibras de carbón, fibras orgánicas, lana mineral, fibras químicas 25% material de relleno: Óxido de aluminio, óxido de hierro, sulfato sódico 35% deslizantes: Grafito, sulfuro de cobre, sulfuro de antimonio



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Sistema de Frenos

Servofreno

Es el elemento que se utiliza para ayudar al conductor en la acción de frenado. Laacción del servofreno se suma a la fuerza ejercida por el conductor sobre el pedalde freno, con el fin de mejorar la frenada. El servofreno se fue implantando entodos los vehículos a medida que estos ganaban en peso y potencia.El servofreno funciona por medio del vacío generado en el colector de admisióndel propio motor del vehículo. En los motores Otto este vacío es suficiente para elfuncionamiento del servofreno, pero en los motores Diesel, la depresión reinanteen el colector de admisión no es suficiente y se necesita de una bomba de vacíoauxiliar.

En los automóviles se utilizan principalmente dos tipos de servofreno: el

"Hidrovac" que se instala entre la bomba de frenos y los cilindros receptores y el"Mastervac" que se instala entre el pedal de freno y la bomba. El Mastervac setiene que ubicar teniendo en cuenta la situación del pedal de freno, mientras queel Hidrovac se puede instalar en cualquier sitio del vano motor.Cualquiera que sea el tipo de servofreno utilizado, se tiene que garantizar que encaso de fallo de éste, el sistema de frenos tiene que seguir funcionando. En casode avería del servo, los frenos son accionados únicamente por la fuerza delconductor sobre el pedal.

Servofreno Hidrovac Este servofreno tiene ventaja principal que puede ubicarse en cualquier parte delvehículo, ya que puede ser accionado hidráulicamente a distancia. Este conjuntoestá constituido (figura inferior) por tres elementos básicos de funcionamiento,formados por: un cilindro hidráulico, un cuerpo de vacío y una válvula de control.



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Cilindro hidráulico El cilindro hidráulico está formado por un cuerpo de bomba (1), que se comunicacon la válvula de control por el conducto (23), y los orificios de entrada (5) y salidadel líquido (6), procedente de la bomba principal de frenos, hacia lascanalizaciones de las ruedas. Por su interior se desplaza un émbolo (2) unido

mecánicamente, por medio del vástago (10), al plato (8) situado en el cuerpo devacío, que se mantienen en su posición de reposo por medio del muelle (12)situado en la parte anterior del plato.

Cuerpo de vacío El cuerpo de vacío, formado de chapa y cerrado herméticamente, lleva en suinterior al plato (8) que hace de émbolo y separa herméticamente las dos cámarasde vacío (A) y (B) por medio de la junta (7). Estas dos cámaras se comunican conla toma de vacío a través de la válvula de control.

Válvula de control

La válvula de control está formada por un cuerpo de válvulas unido con tornillos ala tapa (11) del cuerpo de vacío. En su interior se forman dos cámaras (C) y (D),separadas por una membrana elástica (15), que se comunican a través de unaválvula (17) unida al pistón (16) accionado por el líquido de frenos. Ambascámaras se comunican a su vez con la toma de vacío y con las cámaras formadasen el cuerpo de vacío. La válvula (18) pone en comunicación la parte superior delcuerpo de válvulas con el aire exterior a través de un filtro (21) y se mantienecerrada en su posición de reposo por la acción del muelle (19).



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Funcionamiento

Posición de reposoEn su posición de reposo (figura inferior) el plato (8) y el pistón (2) seencuentran situados, por la acción del muelle (12), en la parte posterior delservofreno (parte derecha del dibujo), mientras que las cámaras anterior (A)y posterior (B) del cuerpo de vacío se encuentran sometidas a la depresióncreada por el vacío interno en ellas.En esta posición, el circuito hidráulico procedente de la bomba que llega alcircuito hidráulico del servofreno, pasa por el interior del pistón (2) a travésde la válvula (3), situada en él, y que permanece abierta por la presión del

líquido a las canalizaciones de las ruedas. De esta forma, si se produce unaavería en el servofreno o fallos en el circuito se vacío que impide elfuncionamiento del mismo, el sistema hidráulico queda establecido a travésdel émbolo, funcionando, en este caso, como un sistema simple sin elservofreno.



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Posición de frenado

Al accionar los frenos (figura inferior) el liquido a presión, procedente de labomba, entra por el orificio (5), pasa por el conducto (23) y actúa sobre elémbolo (16) de la válvula de control, que cierra la válvula (17)incomunicando las dos cámaras de la válvula (C) y (D). A su vez abre laválvula de aire (18) pasando éste a la cámara posterior (B) del cuerpo devacío, a través del conducto (22), mientras que la cámara anterior (A) siguesometida al vacío.La depresión existente en la cámara anterior (A), ayudada por la presiónatmosférica, al entrar en la cámara posterior (B), hace avanzar el plato (8)en el sentido indicado, desplaza el pistón (2) del cilindro hidráulico quecierra la válvula e impulsa el liquido a presión hacia los bombines de las

ruedas.Como se puede observar, sobre el émbolo del cilindro hidráulico actúan lafuerza de empuje del servofreno y la presión del líquido transmitido por labomba, por lo que la presión total de salida del líquido hacia los bombinesde las ruedas es la suma de ambos efectos.



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Presiones de frenado

En la gráfica inferior se pueden ver las curvas de presión de frenado; "con" o "sin"servofreno para una misma fuerza ejercida sobre el pedal de freno. En la gráficapodemos destacar tres zonas de funcionamiento:

Presión comprendida entre 0 y 6 kgf/cm2; que resulta ser presión mínimade funcionamiento del servo; la válvula de control no actúa y la presióntransmitida a los bombines de las ruedas es la suministrada por la bomba.

Presión comprendida entre 6 y 25 kgf/cm2; la presión de salida a lascanalizaciones es la correspondiente a la acción combinada del servofrenoy la bomba, cuyos esfuerzos se suman aumentado progresivamente.

Presiones superiores a los 25 kgf/cm2; las líneas siguen paralelas, ya que

el servo no transmite más presión por haber llegado al límite máximo devacío (unos 500 mm de mercurio).



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Reversibilidad de frenado El efecto de funcionamiento del servofreno es reversible, ya que como losdesplazamientos del liquido, por efecto de un mayor recorrido del émbolo en elcilindro hidráulico son mayores que los desplazamientos en la bomba, el resultadoobtenido se transforma en un menor recorrido del pedal y, por tanto, exige un

menor esfuerzo por parte del conductor para obtener el mismo efecto de frenado.

Servofreno Mastervac Este sistema se emplea cuando las condiciones de instalación lo permiten, ya quees posible simplificar la instalación al ir unida la bomba y el pedal de freno alservofreno (figura inferior).

Al igual que en el sistema Hidrovac, la depresión actúa en el interior de su cilindrode depresión en la situación de reposo, penetrando aire a la depresión atmosféricasolo durante el frenado. El vástago (1) se une al pedal del freno (15) y el vástago(11) empuja al pistón del cilindro principal (10) que va acoplado al servofreno.Las partes principales de este mecanismo son:

Una cámara de vacío. Una válvula de control. Un cilindro principal o bomba.



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Posición de reposo Cuando el vehículo está en marcha y los frenos en reposo la depresión obtenidadel colector de admisión se transmite por las cámaras (A) y (B) a través delémbolo de vacío (12) y de la válvula de control.Con la válvula en la posición de reposo el orificio (14) de paso de aire a la presiónatmosférica está cerrado y el orificio (2) de entrada de la depresión a través delémbolo de vacío está abierto, permitiendo así el paso de la depresión de lacámara (A) a la (B). La membrana (16) del émbolo de vacío (12) está entoncesequilibrada por el vacío y a la vez es mantenida en la posición de reposo por elresorte de retroceso (4).



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Posición de funcionamiento Cuando se accionan los frenos (figura inferior), la varilla de empuje (1) y el émboloválvula (3) se desplazan hacia la derecha, dentro del émbolo de vacío (12),cerrando el orificio (2) de comunicación de la depresión y abriendo al mismotiempo el de entrada de presión atmosférica (14), lo que permite la entrada de aireen la parte izquierda del émbolo de vacío o cámara (B), a través del filtro de aire(17) y de la válvula de control.

Al existir depresión en la parte derecha (cámara A) y presión en la parte izquierda(cámara B) de la cámara de vacío, se produce un desequilibrio que empuja hacia

la derecha al émbolo de vacío (12), al vástago de empuje (11) del cilindro principal(10) y al émbolo que, a su vez, produce una fuerte presión en todo el circuito defrenos.Durante la aplicación de la presión hidráulica por el cilindro principal, una fuerza dereacción actúa, por medio del vástago de empuje (1) y del disco de reacción (13),sobre el émbolo válvula (3), que tiende a cerrar el paso de entrada de la presiónatmosférica y abrir la comunicación de vacío.Como esta fuerza está en oposición a la fuerza aplicada sobre el pedal de frenopor el conductor, permite regular y medir la fuerza aplicada a los frenos. La fuerzade reacción es proporcional a la presión hidráulica existente en el circuito defrenos.



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Posición de equilibrio Durante el frenado, la reacción contra el émbolo válvula (3) tiende constantementea cerrar la entrada de aire y a abrir la comunicación de vacío de la válvula .Cuando los dos orificios están cerrados se dice que el Mastervac está en posiciónde equilibrio.

Retorno a la posición de reposo Soltando el pedal de freno (figura inferior) la varilla de empuje (1) retrocede por laacción de su resorte y arrastra con ella el émbolo válvula (3), el cual cierra elorificio de entrada de la presión atmosférica y abre la comunicación de vacío. A

partir de este momento las dos cámaras (A) y (B) están de nuevo encomunicación, la depresión vuelve a pasar de uno a otro lado del émbolo de vacío(12), el cual, empujado por su resorte (4), vuelve a la posición de reposo.



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Este montaje tiene la ventaja de su fácil aplicación a cualquier tipo de vehículo. Sinembargo el funcionamiento del servo está supeditado al funcionamiento del motor,ya que el vacío se realiza por la succión efectuada en los cilindros. El grado devacío en el servo está en función del número de revoluciones del motor, lo quequiere decir que a motor parado el servofreno no actúa, quedando el circuito de

frenos solamente con su circuito hidráulico.

Como se dijo anteriormente la depresión en los motores Diesel no es suficientepara un buen funcionamiento del servofreno, por lo que se recurre a una bomba

de vacío o depresores (figura inferior). Estas bombas de vacío suelen estaracopladas en la culata del motor, recibiendo movimiento del árbol de levas delmotor.



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Sistema de Frenos

Freno de mano Este sistema de freno, conocido también como freno de estacionamiento, actúamecánicamente sobre las ruedas traseras del vehículo por medio de un sistemade varillas o cables accionados por una palanca situada en el interior de lacarrocería al alcance del conductor. La palanca amplifica la presión de frenado y elcable compensa o equilibra las diferencias de movimiento de las varillas. Por otraparte pueden originarse presiones desiguales de frenado; para corregirlas seinstalan dispositivos especiales equilibradores, los cuales actúan de forma

automática, o bien por ajuste manual.

Constitución En la figura inferior se puede ver el despiece de un freno de mano clásico, en elque puede verse la palanca de mando (1), situada entre los asientos delanterosdel vehículo, a la que se une la varilla de tiro (5), en el otro extremo de la varilla seune la pieza derivadora (6), que se sujeta con las tuercas de reglaje (7). De estapieza parten los cables con funda (8), que van a cada una de las ruedas,uniéndose a la palanca de accionamiento (9), que acciona las zapatas,aplicándolas contra el tambor. Por el interior de la palanca de mando pasa lavarilla (3), que acciona una uña que enclava el trinquete (4).



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Funcionamiento Al girar la palanca (1) hacia arriba para accionar los frenos, la uñeta del trinquete(4) se desliza a lo largo de los dientes del sector, quedándose fija en la posición

deseada e impidiendo que la palanca se baje. Este desplazamiento de la palancaal girar sobre su eje accionando la varilla (3) y los cables (8) que accionan losdispositivos de frenado en los platos porta frenos o mordazas.Para desconectar el freno de mano basta con pulsar sobre el botón de desenclavamiento (2) que acciona la varilla (3) soltando la uñeta del trinquete por loque permite el giro angular de la palanca (1) hacia abajo, desconectando la fuerzade tiro sobre los elementos de frenado.

Mecanismos de accionamiento de los frenos de mano La fuerza de tracción del cable no actúa directamente sobre las zapatas o laspastillas de los frenos sino que lo hace por medio de unas palancas deaccionamiento (9) que transmiten, a su vez, el esfuerzo a las dos zapatas opastillas mediante varillas de presión.



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Aunque no es lo habitual hay vehículos donde el mando del freno deestacionamiento se hace por medio de un pedal, situado en el piso del vehículo, ala izquierda del pedal del embrague, en una zona alejada donde no se pueda

activar de manera indeseada. Este sistema se utiliza en combinación de un frenode disco que a su vez tiene acoplado un pequeño tambor con sus zapatascorrespondientes que funcionaran solo cuando se acciona el freno de mano.En el pedal de freno de estacionamiento se dispone de un sector dentado y untrinquete, de manera que deje enclavado el pedal cuando se acciona este freno. Eldes enclavamiento del mismo se logra mediante un "tirador" ubicado debajo deltablero de instrumentos.



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Sistema de Frenos

Introducción

El sistema de frenos en un vehículo tiene la misión de reducir la velocidad, hastallegar a detenerlo si fuera preciso. El efecto de frenado consiste en absorber laenergía cinética producida por el vehículo en movimiento, energía que estransformada en calor por el rozamiento mutuo entre los elementos de frenado,tales como zapatas de freno y tambor, pastillas de freno con su disco, etc., ydisipado a la atmósfera.En la acción de frenado intervienen otras fuerzas, además del sistema de frenos.De ellas destacan los rozamientos de los órganos de la transmisión, la resistenciaopuesta por el aire al desplazamiento del vehículo y el mismo motor cuando actúacomo freno por girar más rápido las ruedas que el propio motor.

Fuerza de frenado La fuerza de frenado (Ff) que hay que aplicar a un vehículo para disminuir suvelocidad o detenerlo está en función del peso del vehículo (P) y del coeficiente deadherencia en las ruedas (µ). Por lo tanto la Fuerza de frenado viene determinadapor esta expresión.

El coeficiente de adherencia en las ruedas está en función del desgaste de losneumáticos y del estado del terreno sobre el que se desplaza el vehículo. Acontinuación se dan algunos valores del coeficiente de adherencia (µ).

Naturalezadela

carretera

Estado Neumáticos

nuevos Neumáticos

viejos

Hormigón Seco 1,00 1,00



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Mojado 0,7 0,5

Asfaltogrueso

SecoMojado

1,000,7

1,000,5

Asfaltonormal

SecoMojadoBarroHielo

0,60,50,2

0,05

0,60,30,1

Fi), la resultante es negativa, creándose un par de fuerzascontrario al giro motor que bloquea la rueda y produce el arrastre de la misma.

La fuerza de frenado tiene que ser la adecuada, un exceso de esta, no significaque el vehículo se detenga antes, ya que, para frenar, hay que transformar encalor la energía de la fuerza de impulsión (Fi). Si se bloquea la rueda, al no haber

rozamiento entre sus elementos de frenado, deja de convertirse en calor laenergía cinética del desplazamiento y, por tanto, el vehículo seguirá enmovimiento hasta que la energía sea eliminada por otro medio, lo que ocurre porefecto del rozamiento del neumático contra el terreno.

El bloqueo de las ruedas provoca un efecto de frenado desequilibrado. El frenadodesequilibrado trae consigo una pérdida de control del vehículo. Si el bloqueo delas ruedas se produce en uno solo de los ejes se origina la pérdida de control del



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vehículo, de forma que, si el bloqueo se produce sobre las ruedas traseras, elarrastre producido en ellas tiende a ponerlas por delante de las delanteras, ya queestas están frenadas, manifestándose el efecto por bandazos traseros en elvehículo. Si el bloqueo se produce sobre las ruedas delanteras, el arrastre enellas, al no avanzar (por estar detenidas las traseras), se traduce en una

desviación lateral del vehículo con la correspondiente pérdida del control de ladirección.

De todo lo expuesto se deduce que la fuerza de frenado debe ser tal, que detengarápidamente la rueda pero sin llegar a bloquearla. Como la fuerza de frenado (Ff)también está en función del peso del vehículo (P) y del coeficiente de adherenciaen los neumáticos, se pone de relieve la importancia que tiene el estado de losmismos, así como las condiciones del terreno en el momento de frenado.Un neumático desgastado disminuye el coeficiente de adherencia y, por tanto, laeficacia en los frenos. Lo mismo ocurre cuando el neumático pierde contacto conla calzada por el estado del suelo debido a la lluvia, barro, nieve, etc. Estas

condiciones hacen disminuir el par resistente en las ruedas, de forma que la fuerzade frenado aplicada debe ser menor para que el vehículo no patine.

Reparto de frenada Considerando que tenemos en las cuatro ruedas el mismo grado de adherencia, lafuerza de frenado se distribuye por igual entre las ruedas delanteras y las traserasen función del peso que soportan. En el reparto de la fuerza de frenado hay quetener en cuenta que, en el momento de frenado y por efecto de la inercia, apareceuna fuerza (F) que aplicada al centro de gravedad del vehículo (C.G), desplaza elconjunto de elementos suspendidos (peso total del vehículo) hacia adelante. Esteefecto obliga a modificar las cargas sobre los ejes, ya que parte del peso sedesplaza de las ruedas traseras a las delanteras, con lo cual aumenta laadherencia de éstas al suelo, debiéndose aplicar, por tanto, una mayor fuerza defrenado a las ruedas delanteras.El peso transferido (Pt) en función de la fuerza (F), denominado carga dinámica,que depende del peso del vehículo y de la velocidad de desplazamiento, origina,en el momento de frenado, una inclinación del vehículo cuyo ángulo (ß) dependede la situación del centro de gravedad y de la distancia entre ejes, así como de lascaracterísticas de flexibilidad en la suspensión de sus ejes.



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El valor del peso transferido al eje delantero suele ser aproximadamente el 20%del peso total del vehículo, calculándose en la mayoría de los casos por la formula:

Al diseñar un vehículo, el fabricante tiene en cuenta este efecto, a fin de nosobrepasar la fuerza de frenado en cada una de las ruedas, obteniéndose así unagran eficacia en los frenos. Esta llega al 100% cuando la fuerza de frenado esigual al peso real que descansa sobre cada rueda al frenar.Generalmente nunca se alcanza ese grado de eficacia en los frenos,considerándose buenos frenos cuando la eficacia es igual o mayor al 80% y malosfrenos cuando es igual o inferior al 50%.

Repartos de cargas en el vehículoEl reparto de cargas sobre los ejes del vehículo, según la posición del grupo motopropulsor, suele estar comprendido entre los siguientes valores:

Motor delantero y propulsión trasera: el 50% para cada eje



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Motor y tracción delantera: el 60% en el eje delantero y 40% en el trasero

Motor y propulsión traseros: el 40% en el eje delantero y el 60% en eltrasero

La influencia del frenado en las ruedas también se manifiesta en las curvas. Enellas, junto a la fuerza de frenado aplicada a las ruedas, aparece una fuerzatransversal consecuencia de la fuerza centrifuga, que hace aumentar o disminuir laadherencia del neumático con el suelo, en función del peso transferido en la curvahacia las ruedas exteriores, las cuales ganan adherencia, mientras la pierden lasinteriores. Si en estas circunstancias se frena, puede llegarse a bloquear

prematuramente cualquiera de las ruedas interiores, en particular la trasera, con elconsiguiente derrapado del vehículo y pérdida de estabilidad.

Distancia de parada Se llama distancia de parada, al espacio recorrido por el vehículo desde que seaccionan los frenos hasta que se detiene por completo. Esta distancia depende dela fuerza de frenado, grado de adherencia al suelo en ese momento, velocidad delvehículo, fuerza y dirección del viento, etc., factores todos ellos variables y muy



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difíciles de determinar que no permitirán calcular con exactitud el valor de ladistancia de parada.La distancia de parada de los vehículos suele calcularse por medio de una fórmulasimplificada; en esta fórmula no se tiene en cuenta la resistencia del viento, seconsidera que los neumáticos están en buen estado y se aplica la máxima fuerza

de frenado.

D = distancia de parada en metrosV2 = velocidad en Km/he = porcentaje de eficacia de los frenos254 = constante para que para que las distancias vengan expresadas en metros

Dando valores a esta fórmula, con una eficacia de frenada conocida, se puederepresentar en una gráfica como la siguiente, la distancia de parada en función dela velocidad del vehículo. Como se puede apreciar la distancia de parada no creceproporcionalmente a la velocidad, ya que, a 50 km/h le corresponderían 12 metrosde distancia de parada y sin embargo al doble de velocidad (100 km/h) lecorresponderían 47 m.

Como se puede apreciar, la distancia de parada (D) no depende para nada delpeso del vehículo (a mayor peso hay más adherencia), sino del cuadrado de lavelocidad y de la eficacia de los frenos. Por ello la distancia de parada es igualpara un vehículo pesado que para un turismo, siempre que la velocidad y laeficacia de los frenos sea las mismas.



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Disposiciones legales para la instalación de frenos en los vehículos Estas disposiciones implantadas por decreto ley y tenidas en cuenta por losfabricantes de automóviles, son contrastadas por la Jefatura de Industria parapoder dar de alta a los vehículos fabricados. Entre ellas se pueden destacar lassiguientes:

1. Todo vehículo debe tener dos sistemas de frenos, independientes uno delotro, de forma que pueda funcionar uno de ellos cuando falle el otro.

2. Uno de los sistemas debe actuar mecánicamente y poderse fijar cuando elvehículo quede estacionado.

3. Los frenos de servicio deben actuar enérgicamente sobre el vehículo enmovimiento, debiendo producir una deceleración mínima de 2,4 m/s2.

4. De tener que utilizar el freno auxiliar de estacionamiento como freno deemergencia, éste debe ser capaz de producir una deceleración mínima de

1,5 m/s2.

5. Los remolques con dos o más ejes deben disponer de una instalaciónpropia de frenado capaz de producir una deceleración mínima de 2,5 m/s2y, al desconectarse del vehículo de arrastre, sus ruedas deben de quedarbloqueadas automáticamente.

6. Los remolques de un solo eje, no necesitan instalación de frenos propiacuando la carga

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