Sistema Hidráulico
Se trata del sistema de frenado utilizado prácticamente en todos los automóviles.
El freno hidráulico está constituido por un cuerpo de bomba principal que lleva el pistón unido al pedal de freno. Su cilindro de mando está sumergido en un líquido especial (a base de aceite o de alcohol y aceite o de glicerina), que contiene un depósito al efecto. Del cilindro sale una tubería que se ramifica a cada una de las ruedas.
En los platos del freno de cada rueda hay unos cuerpos de bomba de embolo doble, unidos a cada uno de los extremos libres de las zapatas.
Las partes más importantes son pues: depósito de líquido, bomba de émbolos y cilindro de mando.
Su funcionamiento consiste en que al accionar el pedal del freno, el embolo de la bomba principal comprime el liquido y la presión ejercida se transmite al existente en las conducciones y por él, a los cilindros de los frenos separando sus émbolos que, al ir unidos a las zapatas, producen su separación ejerciéndose fuerza sobre el tambor del freno.
Al dejar de pisar el pedal del freno cesa la presión del líquido y zapatas, recuperándose la situación inicial.
Las principales características de este sistema es la uniformidad de presión o fuerza que se ejerce en todas las ruedas, incluso con posibles deficiencias por desgaste de alguna zapata, pues su émbolo tendrá más recorrido haciendo que el contacto zapata-tambor sea el mismo en ambas zapatas.
El sistema de frenos hidráulicos tiene la ventaja de que su acción sobre las cuatro ruedas es perfectamente equilibrada, pero también tiene la desventaja de que si pierde liquido frena mal o nada.
Si se observa debilidad en el freno hidráulico, puede suceder que la causa sea generalmente por la presencia de aire en las canalizaciones por donde tiene que pasar él líquido de frenos.
Si a pesar de todo se nota debilidad o desigualdad en la acción de los frenos, hay que purgar (sangrar) las canalizaciones por separado en cada uno de los frenos, hasta que el liquido salga sin burbujas, debiendo tener en cuenta que el juego entre el pedal de los frenos y el piso del vehículo no sea alterado.
SERVO FRENOS
Para que el esfuerzo aplicado sobre el pedal del freno tenga que ser considerable, sobre todo en grandes vehículos (gran tonelaje) se usan los servo-frenos (multiplicadores de fuerza) los cuales pueden ser: hidráulicos, de aire comprimido, eléctricos y de vacío.
- HIDRÁULICOS: Consiste en el envío de un líquido a presión por una bomba accionada por la transmisión del vehículo. Una válvula que se abre al presionar el pedal del freno deja paso al líquido adicional a las conducciones correspondientes.
- AIRE COMPRIMIDO: Se trata de una combinación del freno hidráulico y de aire comprimido. AL pisar el pedal del freno se abre una válvula que deja paso libre al aire comprimido a la parte anterior de la bomba, presionando sobre el émbolo ayudando la acción del conductor sobre el pedal del freno.
- ELÉCTRICO: Al pisar el pedal del freno se establece un circuito eléctrico permitiendo el paso de una corriente que activa unos electroimanes situados en los tambores del freno de cada rueda. El electroimán atrae a una leva que ayuda la acción del conductor sobre el pedal del freno. Más usado es el “ralentizador “eléctrico para grandes camiones. Para largas pendientes alivia el esfuerzo del motor, que puede ir en punto muerto, y el de los frenos.
- DE VACÍO: El servo-freno por vacío es similar al de aire comprimido, con la diferencia que lo que hace mover las zapatas, no es una presión (aire comprimido), sino una depresión (vacío). En el servo-freno de vacío existen tres cilindros con sus émbolos, cuyo principal envía el líquido a presión a los cilindros de los frenos. Otro secundario acciona una válvula que cierra o abre la comunicación con el aire exterior. En el tercer cilindro (de mayor diámetro) actúa, sobre su pistón, el vacío de la admisión o la presión atmosférica.
Al pisar el pedal del freno se manda líquido a presión (como si no existiera el servo). Una parte del líquido va al cilindro secundario accionando una válvula que deja pasar al aire exterior (presión atmosférica), a una de las caras del émbolo del tercer cilindro a la vez que da paso al vacío de la admisión a su otra cara, produciéndose una diferencia de presión en ambas caras que obliga al émbolo a desplazarse, empujando al émbolo del cilindro principal ayudando con ello la acción del conductor.
Al cesar la acción sobre el pedal del freno se cierra la válvula de comunicación con el aire exterior y desaparece la presión atmosférica sobre el émbolo del tercer cilindro, restableciéndose el equilibrio.
BOMBA DE VACÍO
Los motores diesel no tienen el vacío que tienen los motores a gasolina en su línea de admisión de aire, por lo tanto, para una perfecta amplificación de la fuerza de frenado requiere crearse un vacío.
Por ello, los automóviles con motores diesel llevan una bomba de vacío giratoria que recibe energía del eje de levas.
La función principal de esta bomba es crear un vacío para la amplificación de la fuerza de frenado por parte del servofreno.
También se aprovecha para mejorar el comportamiento de la válvula de recirculación de gases EGR y de la válvula que limita la sobrealimentación.
CILINDRO MAESTRO
A veces integrado al servo freno, el cilindro maestro, que es la pieza que ejerce la presión al sistema hidráulico de frenos, está en el cofre del motor, al lado del conductor, encima de la columna de dirección.
La fuerza ampliada del pedal de freno (por el servofreno) actúa sobre el cilindro maestro, encargado de repartir la presión de frenado hacia las cuatro ruedas. Esta presión está dividida en dos circuitos separados en diagonal.
El cilindro maestro tiene en su interior otros pistones en serie o en tándem (uno detrás del otro), que se desplazan cerrando la comunicación con el reservorio y ejerciendo presión efectiva en cada uno de los dos circuitos hidráulicos en diagonal. Al regresar los pistones a su posición original por acción de resortes, los circuitos se mantienen a baja presión. El recipiente de llenado de líquido de frenos pertenece al cilindro maestro.
FRENO DE DISCO
El freno de disco es un dispositivo cuya función es detener o reducir la velocidad de rotación de una rueda. Hecho normalmente de acero, está unido a la rueda o al eje. Para detener la rueda dispone de unas pastillas que son presionadas mecánica o hidráulicamente contra los laterales de los discos. La fricción entre el disco y las pastillas hace que la rueda se frene. Los frenos de disco son utilizados en automóviles, motocicletas y algunas bicicletas.
Existen diferentes tipos de discos de freno. Algunos son de acero macizo mientras que otros están rayados en la superficie o tienen agujeros que los atraviesan. Estos últimos, denominados discos ventilados, ayudan a disipar el calor. Además, los agujeros ayudan a evacuar el agua de la superficie de frenado. Las ranuras sirven para eliminar con más facilidad el residuo de las pastillas. Algunos discos están perforados y rayados
EL CALIPER
La mordaza es el soporte de las pastillas y los pistones de freno. Los pistones están generalmente hechos de acero aluminizado o cromado. Hay dos tipos de mordazas: flotantes o fijas. Las fijas no se mueven, en relación al disco de freno, y utilizan uno o más pares de pistones. De este modo, al accionarse, presionan las pastillas a ambos lados del disco. En general son más complejas y caras que las mordazas flotantes. Las mordazas flotantes, también denominadas "mordazas deslizantes", se mueven en relación al disco; un pistón a uno de los lados empuja la pastilla hasta que esta hace contacto con la superficie del disco, haciendo que la mordaza y con ella la pastilla de freno interior se desplacen. De este modo la presión es aplicada a ambos lados del disco y se logra la acción de frenado.
LAS PASTILLAS DE FRENO [DISCO]
Las pastillas están diseñadas para producir una alta fricción con el disco. Deben ser reemplazadas regularmente, y muchas están equipadas con un sensor que alerta al conductor cuando es necesario hacerlo. Algunas tienen una pieza de metal que provoca que suene un chirrido cuando están a punto de gastarse, mientras que otras llevan un material que cierra un circuito eléctrico que hace que se ilumine un testigo en el cuadro del conductor.
Hasta hace poco tiempo las pastillas contenían asbesto, que ha sido prohibido por resultar carcinógeno. Por lo tanto, al trabajar con vehículos antiguos se debe tener en cuenta que no se debe inhalar el polvo que pueda estar depositado en las inmediaciones de los elementos de frenada. Actualmente las pastillas están libres al 100% de este material, ya que fue catalogado como carcinógeno
FRENO DE TAMBOR
El freno de tambor es un tipo de freno en el que la fricción se causa por un par de zapatas o pastillas que presionan contra la superficie interior de un tambor giratorio, el cual está conectado al eje o la rueda.
Los frenos de tambor modernos se inventaron en 1902 por Louis Renault, aunque un tipo de freno similar pero menos sofisticado ya se había usado por Wilhelm Maybach un año antes. En los primeros diseños las zapatas eran dirigidas mecánicamente; a mediados de los años '30 se introdujo un sistema hidráulico por medio de aceite, si bien el sistema clásico se siguió utilizando durante décadas en algunos modelos.
Las zapatas eran un elemento que había que ajustar regularmente hasta que en los años 50's se introdujo un sistema de autoadaptación que hacía innecesario el ajuste manual. En los años 60 y 70 se empezaron a dejar de fabricar coches con frenos de tambor en el eje delantero. En su lugar se fue introduciendo el freno de disco y actualmente todos los vehículos de gama media y alta los incorporan. Esto es debido a que los frenos de tambor con zapatas internas tienen poca capacidad de disipar el calor generado por la fricción, lo que hace que se sobrecalienten fácilmente. En esos casos los materiales se vuelven más endebles y es necesario presionar con más fuerza para obtener una frenada aceptable.
Las mordazas flotantes pueden fallar debido al enclavamiento de la mordaza. Esto puede ocurrir por suciedad o corrosión, cuando el vehículo no es utilizado por tiempos prolongados. Si esto sucede, la pastilla de freno de la mordaza hará fricción con el disco aún cuando el freno no esté siendo utilizado, ocasionando un desgaste acelerado de la pastilla y una reducción en el rendimiento del combustible, junto con una pérdida de la capacidad de frenado debida al recalentamiento del respectivo conjunto de frenado (tambor-balata o disco-pastilla) provocando además desequilibrio en el frenado, ya que la rueda con freno recalentado frenará menos que su contraparte.
FRENO DE MANO
El funcionamiento del freno de mano es muy sencillo y se divide en dos fases, la de tensión y la de reposo. En la de reposo el freno no interactúa con el vehículo, esto ocurre al estirar de ella con cierta cantidad de fuerza, que provoca que los frenos presionen las pastillas o tambores (solamente frena las ruedas traseras), con lo que el vehículo queda estático en el punto donde está (entendiendo que el vehículo está parado). Para devolverla a su posición inicial basta con estirar ligeramente de la palanca y apretar el botón que llevan en su parte delantera hasta que baja completamente.
Algunos vehículos llevan el freno de mano en la zona de reposo del pie izquierdo por lo que se opera sobre él con el pie.
El ABS (Antilock Braking System)
Dispositivo que evita el bloqueo de las ruedas al frenar. Un sensor electrónico de revoluciones, instalado en la rueda, 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 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 óptimo 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 liquido 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.
¿Cómo funciona el ABS?
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 sistema reduce automáticamente la presión de frenado en la rueda en cuestión hasta alcanzar un valor umbral fijado por debajo del límite de bloqueo.
Cuando la rueda gira libremente se vuelve a aumentar al máximo la presión de frenado. Solo una gira que rueda puede generar fuerzas laterales y, consecuentemente, cumplir funciones de guiado. Este proceso (reducir la presión de frenado / aumentar la presión de frenado) se repite hasta que el conductor retira el pie del freno o disminuye la fuerza de activación del mismo.
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