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Los frenos que se debilitan o fallan Los frenos están diseñados para que las zapatas o las pastillas rocen contra los tambores o los discos de freno disminuyendo la velocidad del vehículo. El frenado genera calor, pero los frenos están diseñados para soportar mucho calor. Sin embargo, los frenos pueden debilitarse o fallar a causa del excesivo calor al usarlos demasiado y no contar en el efecto de frenado del motor. El uso excesivo de los frenos de servicio causa recalentamiento y ocasiona el debilitamiento de los frenos. El debilitamiento de los frenos es a causa de que el calor excesivo produce cambios químicos en el revestimiento de los frenos que reducen la fricción y también causa la expansión de los tambores de freno. Como los tambores recalentados se expanden, las zapatas y el revestimiento tienen que moverse a más distancia para entrar en contacto con los tambores, y también se reduce la fuerza de este contacto. El uso excesivo continuado puede aumentar el debilitamiento de los frenos hasta que el vehículo no puede reducir su velocidad o no puede parar en absoluto. El debilitamiento del freno también está afectado por el ajuste. Para controlar un vehículo con seguridad, cada freno debe hacer su parte del trabajo. Los frenos desajustados dejarán de hacer su parte antes que aquéllos que estén bien ajustados. Los demás frenos pueden sobrecalentarse y desvanecerse, y no habrá suficiente freno disponible para controlar el o los vehículo(s). Por lo tanto, verifique el ajuste de los frenos con frecuencia. La presión de aire baja Si se enciende la señal de advertencia de presión de aire baja, deténgase y estacione su vehículo de forma segura lo más pronto posible. Podría haber una fuga de aire en el sistema. El frenado controlado sólo es posible mientras hay suficiente aire en los tanques de aire. Los frenos de resorte se activarán cuando la presión de aire descienda en el orden de los 20 a los 45 psi. Un vehículo muy cargado requerirá una larga distancia para parar porque los frenos de resorte no funcionan en todos los ejes. Los vehículos con poca carga o en carreteras resbaladizas pueden patinar fuera de control cuando se activan los frenos de resorte. Es mucho más seguro parar mientras hay suficiente aire en los tanques para usar los frenos de pie. Los frenos de estacionamiento Cada vez que usted estacione, use los frenos de estacionamiento, excepto como se señala más abajo. Tire de la perilla de comando de los frenos de estacionamiento para aplicar los frenos de estacionamiento, empújela para liberarlos. En los vehículos más nuevos el comando es una perilla amarilla, con forma de diamante con el cartel: "frenos de estacionamiento". En los vehículos más viejos, puede ser una perilla azul, redonda o de alguna otra forma (incluso puede ser una palanca que gira de un lado al otro o de arriba a abajo). No use los frenos de estacionamiento si los frenos están muy calientes (simplemente por haber bajado una pendiente empinada), o si los frenos están muy mojados y a temperaturas congelantes. Si éstos se usan mientras están muy calientes, pueden dañarse por el calor. Si se usan con temperaturas congelantes cuando los frenos están muy mojados, pueden helarse e impedir que el vehículo se mueva. Use calzos en las ruedas para asegurar el vehículo. Deje que los frenos calientes se enfríen antes de usar los frenos de estacionamiento. Si los frenos están mojados, aplique suavemente los frenos mientras conduce con una marcha baja para calentarlos y secarlos. Si su vehículo no tiene vaciado automático del tanque de aire, vacíe sus tanques de aire al final de cada jornada de trabajo para quitar la humedad y el aceite. De otro modo, podrían fallar los frenos. Nunca deje su vehículo solo sin antes aplicar el freno de estacionamiento o sin calzar las ruedas. Su vehículo podría moverse y causar lesiones y daños. 1.¿Por qué debe conducir en la marcha apropiada antes de empezar a descender una colina? 2.¿Qué factores pueden causar que los frenos se debiliten o fallen? 3.El uso de los frenos en un descenso empinado y largo es sólo un complemento del efecto de frenado del motor. ¿Verdadero o Falso? 4.Si usted está fuera de su vehículo sólo por un corto tiempo, usted no necesita usar el freno de estacionamiento. ¿Verdadero o Falso? 5.¿Cuán a menudo debe usted vaciar los tanques de aire? 6.¿Cómo tiene que frenar cuando conduce una combinación de tractor-remolque con frenos antibloqueo? 7.Todavía tendrá funciones de frenado normales si su sistema de frenos antibloqueo no está funcionando. ¿Verdadero o falso? Estas preguntas pueden estar en su examen. Si usted no las puede contestar todas entonces vuelva e leer las posibles causas y efectos del frenado El compresor de aire El compresor de aire bombea el aire en los tanques de almacenamiento de aire (los depósitos). El compresor de aire se conecta al motor por medio de engranajes o por medio de una correa en v. El compresor puede ser enfriado por aire o puede ser enfriado por el sistema de enfriamiento del motor. Puede tener su propio suministro de aceite, o ser lubricado por el aceite del motor. Si el compresor tiene su propio suministro de aceite, verifique el nivel de aceite antes de conducir. - El regulador del compresor de aire El regulador del compresor de aire controla cuando el compresor de aire debe bombear el aire en los tanques de almacenamiento de aire. Cuando la presión en el tanque de aire llega al nivel de "corte" (alrededor de 125 libras por pulgada cuadrada o "psi", el regulador impide que el compresor bombee aire. Cuando la presión del tanque baja por debajo de la presión "mínima" (alrededor de 100 psi), el regulador permite que el compresor comience a bombear nuevamente. El pedal del freno Usted aplica los frenos presionando hacia abajo el pedal del freno. (También se le llama la válvula de pie o válvula de pedal.) A medida que presiona más fuerte el pedal hacia abajo, más presión de aire es aplicada. Al soltar el pedal del freno se reduce la presión de aire y se liberan los frenos. Al liberar los frenos un poco de aire comprimido sale del sistema, por lo que la presión de aire en los tanques se reduce. Ésta debe ser elevada nuevamente por medio del compresor de aire. El presionar y soltar el pedal innecesariamente puede liberar el aire más rápido de lo que el compresor puede reemplazarlo. Si la presión baja demasiado, los frenos no funcionarán. Los tambores, las zapatas, y revestimiento de las zapatas de frenos. Los tambores de freno se localizan en cada extremo de los ejes del vehículo. Las ruedas están aseguradas a los tambores. El mecanismo de freno está dentro del tambor. Al frenar, las zapatas y el revestimiento de las zapatas son empujados contra la parte interior del tambor. Esto causa la fricción que frena al vehículo (y produce calor). El calor que un tambor puede tolerar sin sufrir daños depende de cuánta fuerza y cuánto tiempo se usan los frenos. El calor excesivo puede hacer que los frenos dejen de funcionar. Los frenos de leva en S. Cuando usted pisa el pedal del freno, el aire comprimido penetra en cada cámara de freno. La presión de aire empuja la varilla hacia fuera, moviendo así el ajustador de tensión, haciendo girar el árbol de leva del freno. Esto hace girar la leva en S (así llamada porque su forma es como la de la letra "S". La leva en S fuerza las zapatas hacia fuera y las aprieta contra el interior del tambor del freno. Cuando usted suelta el pedal del freno, la leva en S gira hacia atrás y un resorte aleja las zapatas del tambor, permitiendo a las ruedas rodar libremente de nuevo Los frenos de cuña. En este tipo de freno, la varilla de la cámara de freno empuja una cuña directamente entre los extremos de las dos zapatas. Esto las separa y las empuja contra la parte interior del tambor de freno. Los frenos de cuña pueden tener una sola cámara de freno, o dos, en este caso son empujadas las cuñas en ambos extremos de las zapatas. Los frenos del tipo de cuña pueden ser de ajuste automático o pueden requerir ajuste manual. Los frenos de disco. En los frenos de disco accionados por aire comprimido, la presión de aire actúa sobre la cámara de freno y en el ajustador de tensión, de la misma manera que en los frenos de leva en S. Pero en lugar de la leva en S, se usa un "tornillo de potencia". La presión de la cámara de freno en el ajustador de tensión hace girar el tornillo de potencia. El tornillo de potencia sujeta el disco o rotor entre el revestimiento de las zapatas del freno de un calibrador, similar a una gran abrazadera con forma de c. Los frenos de cuña y los frenos de disco son menos comunes que los frenos de leva en s. Frenos de resorte Todos los camiones, camiones tractores y autobuses deben estar equipados con frenos de emergencia y frenos de estacionamiento. Ellos deben frenar por medio de la fuerza mecánica (porque la presión de aire puede fugarse finalmente). Normalmente se usan frenos de resorte para satisfacer estas necesidades. Cuando se está conduciendo, poderosos resortes son retenidos por la presión de aire. Si la presión de aire es quitada, los resortes aplican los frenos. Un control de freno de estacionamiento en la cabina le permite al conductor quitar el aire comprimido de los frenos de resorte. Esto permite que los resortes apliquen los frenos. Una fuga en el sistema de frenos de aire que cause que se pierda todo el aire también causará que los resortes apliquen los frenos. Los frenos de resorte en los tractores y en los camiones no articulados se aplicarán totalmente cuando la presión de aire descienda por debajo de los 20 a los 45 psi (normalmente entre los 20 y los 30 psi). No espere a que los frenos se apliquen automáticamente. Cuando la luz y el timbre de advertencia de baja presión de aire se enciendan primero, lleve el vehículo en seguida a un lugar seguro para parar, mientras todavía puede controlar los frenos. El poder de frenado de los frenos de resorte depende de que éstos estén ajustados. Si los frenos no están apropiadamente ajustados, ni los frenos normales ni los frenos de emergencia/ estacionamiento funcionarán correctamente 1.¿Por qué deben drenarse los tanques de aire? 2.¿Para qué se usa un medidor de suministro de presión? 3.Todos los vehículos con frenos de aire deben tener una señal de advertencia de baja presión de aire. ¿Verdadero o falso? 4.¿Qué son frenos de resorte? 5.Los frenos en las ruedas delanteras son buenos en todas las condiciones. ¿Verdadero o falso? 6.¿Cómo sabe usted si su vehículo está equipado con frenos antibloqueo? si usted no puede contestar estas preguntas repase de nuevo lasindicaciones Freno de disco En los automóviles, los frenos de disco suelen encontrarse dentro de las ruedas.El freno de disco es un sistema de frenado normalmente para ruedas de vehículos, en el cual una parte móvil (el disco) solidario con la rueda que gira es sometido al rozamiento de unas superficies de alto coeficiente de fricción (las pastillas) que ejercen sobre ellos una fuerza suficiente como para transformar toda o parte de la energía cinética del vehículo en movimiento, en calor, hasta detenerlo o reducir su velocidad, según sea el caso. Esta inmensa cantidad de calor ha de ser evacuada de alguna manera, y lo más rápidamente posible. El mecanismo es similar en esto al freno de tambor, con la diferencia de que la superficie frenante es menor pero la evacuación del calor al ambiente es mucho mejor, compensando ampliamente la menor superficie frenante. Historia Inicialmente los frenos de disco fueron introducidos en los vehículos deportivos que demandaban una mayor capacidad de frenada. Algunos estaban colocados dentro del vehículo, junto al diferencial, pero la inmensa mayoría de los actuales se colocan dentro de las ruedas. Los posicionados dentro del vehículo permiten disminuir la masa suspendida y el calor transmitido a las ruedas, importante en la alta competición. En la actualidad los frenos de disco han sido introducidos prácticamente en la totalidad de los vehículos, si bien se siguen utilizando los frenos de tambor en el eje trasero en las gamas bajas, como forma de reducir costes y simplificar el funcionamiento del freno de mano. Dado que la mayoría del esfuerzo de frenada se produce en el eje delantero, esta solución ofrece un compromiso razonable entre coste y seguridad. Frenos de Disco Freno de disco.En rojo, la pinza, mordaza o caliper.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. Mordazas (Calipers) o pinzasLa mordaza es el soporte de las pastillas y los pistones de freno. Los pistones están generalmente hechos de Hierro dulce y luego son recubiertos por un 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 piston 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 mordazas flotantes pueden fallar debido al enclavamieto 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 recalenamiento 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. Pistones y cilindrosLos pistones cuentan con una fijación que va alrededor y sellos que impiden el escape de la presión ejercida por el líquido de frenos, a través del cual son accionados. La mordaza lleva un conducto por el cual entra el líquido de frenos y eso hace que la mordaza empuje la pastilla contra el disco y, a la vez, que se corra la mordaza para frenar con ambas y se logre uniformizar el frenado y el desgaste. Pastillas de frenoLas 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 chillido 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. Daños en los discos de frenoLos discos pueden sufrir diferentes daños: alabeado, rayado, rotura y cristalización. AlabeadoEl alabeado se produce por un sobrecalentamiento de la superficie de frenado que provoca una deformación en el disco. Esto provoca vibraciones en la frenada y una disminución en la potencia de frenado. El alabeado puede ser prevenido con una conducción menos exigente con los frenos, aprovechando el freno motor con un uso inteligente de la caja de cambios para reducir la carga del freno de servicio. Pisar el freno continuamente provoca una gran cantidad de calor, por lo que debe evitarse. para verificar se mide con micrómetro (el espesor) y con un comparador de dial o carátula (para medir la deformación). RoturaLa rotura está en todos los tipos de discos, en los que pueden aparecer grietas entre los agujeros (para los ventilados y super ventilados), y grietas en la superficie de fricción que tiene el disco. RayadoEs producido cuando las pastillas de freno no están bien instaladas o son de material más duro que el material proveniente de los discos, esto al frenar provoca un rayado en el cual hace que el disco, en la superficie de fricción se deforme. la solución para este problema es el rectificado de ambos discos. pero a veces es a causa de la mal instalacion de ese sistema CristalizaciónEl disco se cristaliza cuando, al momento de frenar, el material de fricción del disco con las pastillas generan una mayor temperatura (por ejemplo, al frenar desembragado en la bajada de una cuesta),y a su vez generan que la resina que contiene el material de fricción se haga liquida y suba a la superficie formando una capa que evita el rozamiento y la abrasión entre ambos objetos, provocando que el disco o la pastilla se deterioren, quedando la pastilla con un brillo en la superficie y con textura ultra dura y el disco en cambio de un color azulado. Para este daño hay que reemplazar el disco o la pastilla de freno por uno nuevo. Sin embargo esta peligrosa práctica puede dejar al vehículo sin frenos, ya que puede causar el "desvanecimiento" de estos, es decir la pérdida momentánea de gran parte o la totalidad de la capacidad de frenado en tanto los frenos no se enfríen. Este percance puede sucederle a quien ignore la teoría del frenaje, la que podría resumirse así: "para poder cumplir su cometido los sistemas de freno tienen que ejecutar dos funciones, la primera es convertir la energía cinética, es decir la que posee todo vehículo en movimiento, en otra forma de energía que pueda ser sacada del móvil, causando la reducción de la velocidad o la detención en caso necesario, en la mayoría de los casos la energía cinética es convertida en calor por medio del roce entre zapatas y tambores o entre discos y pastillas. La segunda función es la de disipar el calor producido por el roce antes mencionado en el medio ambiente, por lo tanto puede decirse que la capacidad de los frenos está limitada por la cantidad de calor que puedan disipar al medio ambiente, también es necesario saber que con cada frenada se reduce momentáneamente la capacidad de frenado, razón por la cual los frenos deben usarse lo estrictamente necesario y nunca para ir "aguantando" o refrenando un vehículo en el descenso de una larga o empinada cuesta, cuestión que podría resultar fatal, no sólo para el conductor y sus acompañantes, sino que también para muchas otras personas. La "cristalización" de zapatas y pastillas es una evidencia concluyente de que los frenos fueron abusados y por lo tanto recalentados. EL EMBRAGUE Los embragues son uno de los componentes de los vehículos sujetos a las mayores exigencias en su funcionamiento. La demanda continua de sus servicios, hace que su papel resulte fundamental en el funcionamiento de los automóviles. Por todo ello, estos integrantes mecánicos se deben utilizar y mantener con el debido cuidado para evitar desgastes prematuros. Un embrague puede durar muchos años o apenas unos kilómetros según sea el trato que reciba. A continuación reproducimos algunos datos técnicos y consejos para un mejor conocimiento del embrague y su cuidado. El embrague del vehículo se encuentra ubicado en el flujo de fuerza existente entre el motor y la caja de cambios. Esta tiene como función primordial acoplar la masa del vehículo al motor durante el arranque de forma uniforme y libre de sacudidas, así como interrumpir cuando se le requiere, el flujo de fuerza durante la marcha para efectuar el correspondiente cambio de velocidades. DISEÑO Un embrague completo consta básicamente de: * Volante motor * Plato de presión * Disco de embrague * Cojinete de empuje Plato de presión: Los platos de presión con muelles helicoidales ofrecen la ventaja constructiva de poder variar fácilmente la fuerza de la presión, seleccionando grupos de muelles de diferente efecto. Embragues de diafragma son corrientes en turismos y cada vez se emplean más en vehículos industriales, ya que no son sensibles a números de revoluciones elevados y son de menor espesor. La relación entre la fuerza de presión y de desembrague es más favorable. Discos de embrague: El modelo más simple de un disco de embrague, moyu y chapa portante con dos anillos de forro remachados, se aplica sólo en casos especiales. Para mejorar las propiedades de puesta en marcha es común un amortiguamiento axial de las superficies de fricción. Amortiguadores de oscilaciones de torsión cada vez más complejos tienen la función de reducir los ruidos de la caja de cambios. Cojinete de empuje: Existen dos tipos básicos: Guiado de forma central sobre un manguito desplazable. o giratorio en una horquilla de desembrague. TRANSMISIÓN E INTERRUPCIÓN DE FUERZA Transmisión de fuerza: El embrague en su función como elemento de unión, transmite el par del motor a la caja de cambios. El plato de presión atornillado al volante presiona al disco de embrague contra el volante El disco de embrague montado sobre un eje estriado transmite el movimiento giratorio a la caja de cambios. En embrague de diafragma por tracción el cojinete de empuje está fijo en el diámetro interior a las lengüetas del diafragma. El diafragma se apoya en el diámetro exterior a la carcasa y presiona sobre el plato. Interrupción de fuerza: El varillaje del pedal embrague presiona el cojinete de empuje contra las lengüetas del diafragma y lo desplaza la distancia Ballestas tangenciales tiran al mismo tiempo del plato de presión hasta que se separa del disco de embrague. El disco de embrague se libera (desplazándose en sentido axial); en este momento, se puede efectuar el cambio de velocidad. Al desembragar el cojinete de empujese desplaza hacia la caja de cambios y lleva consigo las lengüetas del diafragma. Las ballestas tangenciales separan el plato de presión de los forros del disco de embrague. DISCO DE EMBRAGUE CON AMORTIGUADOR DE TORSIÓN Cálculo de la capacidad de transmisión: La marcha no uniforme de los motores de combustión, puede ocasionar en determinados estados y números de revoluciones de servicio, fuertes ruidos que se perciben de forma desagradable en la cabina. Estos ruidos son ocasionados en la mayoría de los casos por grupos de engranajes de la caja de cambios, Igualmente, otras piezas de transmisión en el flujo de fuerza pueden oscilar de forma que se produzcan ruidos. Por ésta razón, se aconseja el montaje de un disco de embrague con amortiguación de torsión, cuya construcción permite diversas variantes para ser adaptado a cada tipo de vehículo. El amortiguador de torsión consta de suspensión elástica de torsión y dispositivo de fricción. La suspensión elástica determina el giro sobre el cual el dispositivo de fricción reduce las oscilaciones de forma que no tienen una influencia perturbadora sobre la caja de cambios. Además de eliminar los ruidos, el amortiguador de torsión absorbe los picos de par, con lo cual el tramo de accionamiento se protege y se evita un desgaste prematuro de las piezas motrices. MONTAJE DEL DISCO DE EMBRAGUE 1.- Antes del montaje en el vehículo se debe controlar el alabeo del disco de embrague. La desviación máxima no debe exceder 0,5 mm. Precisamente este punto conduce frecuentemente a reclamaciones (dificultades de separación) ya que en el transporte o almacenamiento, existe el peligro de que el disco de embrague se deforme. 2.- El disco de embrague debe poder desplazarse fácilmente sobre el perfil del eje de la caja de cambios. De gran importancia en el montaje del embrague es el engrase correcto del estriado moyu. Consejo: Engrasar varias veces el estriado del moyu y el eje de la caja de cambios, luego desplazar varias veces de un lado a otro el disco de embrague sobre el eje de la caja de cambios. La grasa excesiva se ha depositado en el extremo del moyu y se debe retirar. De lo contrario puede engrasar los forros ocasionando tirónes o patinaje del embrague. Por el contrario, en el montaje sin grasa se presenta, tras un breve tiempo, la formación de óxido en los perfiles y con ello se causan dificultades de separación. Atención!!, es importante la utilización de un lubricante adecuado. Este debe ser termoestable y soportar elevadas cargas por unidad de superficie. 3.- Antes de atornillar el plato de presión debe centrar el disco de embrague en el volante motor con la ayuda de una espiga auxiliar, en embragues de dos discos con un eje estriado. 4.- Al montar el eje de la caja de cambios en el disco de embrague, se debe proceder de forma cuidadosa para no causar daños en el estriado del moyu. Perfiles deteriorados causan dificultades de separación. No repare por sí mismo piezas de acoplamiento,ya que solamente las piezas originales garantizan un perfecto funcionamiento. No olvide que como norma general , los fabricantes no ofrecen ninguna garantía para piezas reparadas por el taller. Embrague multidisco Embrague multidisco en seco en una moto de competición. Se aprecian claramente los muelles. Componentes de un embrague multidisco: a la izquierda, el tambor y el buje, a la derecha los discos.Los embragues multidisco funcionan según el mismo principio, sólo que se utiliza un "paquete" de discos, unos con dentado externo engrana con el cigueñal mediante el "tambor" ; los otros, intercalados con los anteriores, con dentado interno engranan con el cambio mediante el "buje". Este paquete de discos en reposo está presionado por una serie de muelles helicoidales, con lo que el tambor y el buje giran solidarios. Su uso está limitado a las motocicletas, ya que el par que transmiten hacia el cambio es mucho más elevado que el que produce el cigueñal debido a la desmultiplicación primaria, inexistente en el automóvil. Por tanto el acoplamiento ha de ser mucho más progresivo, mejorándose el proceso al estar sumergido en baño de aceite, que absorbe el calentamiento originado por el rozamiento, que se reparte además entre varios discos. Sólo las máquinas de competición poseen embrague en seco, de tacto mucho más brusco Características técnicasEl par que puede transmitir un embrague depende del material de fricción del disco, del área de las superficies en contacto, del diámetro del disco y de la fuerza del o los muelle(s). Hay casos en que el mecanismo del embrague se sustituye por un convertidor de par hidráulico. Es el sistema de la Transmisión automática Elementos constitutivos y de funcionamientoEl mecanismo del embrague está formado por los componentes siguientes:El volante motor 2, atornillado al cigüeñal 1. El disco de fricción 3 que gira solidario con el eje de entrada al cambio o "primario" 6 gracias a un estriado. El plato de presión 4, que presiona al disco asegurando su adherencia al volante motor 2 cuando el mecanismo está en posición de reposo (embragado). Los muelles del mecanismo (en este caso de diafragma), 5 apoyan en el cojinete o "collarín" 7. Cuando el mando hidráulico (o por cable) del conductor es activado por el conductor, la palanca desplaza al cojinete, el cual empuja al diafragma, que articula sobre los apoyos 9 que a su vez están fijos a la cubierta o tapa 8 , dejando entonces de hacer fuerza con lo que el disco de fricción ya no apoya sobre el volante. El primario 6 queda libre, no recibe par del motor, podemos cambiar de marcha con suavidad. Del mismo modo, si salimos desde parado, acoplaremos el disco de fricción con el pedal tanto más progresivamente cuanto más incremento de par necesitemos en el primario . Por ejemplo en una cuesta muy pronunciada, haremos lo que se llama " hacer patinar el embrague ». Esquemática de funcionamiento de un embrague a diafragma. A: posición de acoplamiento o "embragado", B: posición de desacople o "desembragado".1. Cigüeñal (u otro eje conductor); 2. Volante; 3. Disco de fricción; 4. Plato de presión; 5. Muelle o resorte de diafragma; 6. Eje primario o conducido; 7. cojinete de empuje; 8. cubierta o tapa ; 9. Anillos de apoyo; 10. Tornillos de fijación; 11. Anillos. ClasificaciónExisten diferentes tipos de embrague: Según el número de discos hidráulico. No tiene discos. Se utiliza en vehículos industriales. monodisco seco. bidisco seco con mando único; bidisco con mando separado (doble); multidisco húmedo o seco. Según el tipo de mando mando mecánico; mando hidráulico; mando eléctrico asistido electrónicamente. centrífugo. FuncionamientoEstá constituido por un conjunto de piezas situadas entre el motor y los dispositivos de transmisión, y asegura un número de funciones: En posición acoplado (o "embragado" transmite el par motor suministrado por el motor . En un automóvil, cuando el embrague gira, el motor está vinculado a la transmisión. En posición desacoplado (o "desembragado" se interrumpe la transmisión. En un automóvil, las ruedas giran libres o están detenidas, y el motor puede continuar girando sin transmitir este par de giro a las ruedas. En las posiciones intermedias restablece progresivamente la transmisión de par, mediante rozamiento o fricción. Si consideramos la ecuación que define la potencia de un motor: Potencia = Par x RPM = 2 · π · R · D · n, en la que R = radio de la muñequilla del cigüeñal F = fuerza media de la biela sobre la muñequilla n = revoluciones por minuto del motor Según la cual, en la transmisión de fuerza mediante giro (la definición misma de momento de fuerza o par) toda disminución de la velocidad de giro (RPM) implica un aumento de par en la misma proporción. Esta es la razón de ser de las desmultiplicaciones de la caja de cambio y del grupo, reducir la velocidad de giro para ganar par. Disco de embrague.Por tanto una disminución a la mitad del régimen del primario con respecto al del motor, implica un aumento al doble del par transmitido al primario, conservándose el producto, o sea la potencia, sin tener cuenta las pérdidas por calor debidas al rozamiento. Esto se entiende fácilmente si se imagina intentando subir una cuesta muy pronunciada, hasta el punto de hacer "patinar" el embrague durante un período prolongado: de esta manera se obtiene el par que el motor no puede dar, mediante reducción de su régimen al entrar la fuerza al cambio. Asimismo, permite moderar los choques mecánicos evitando, por ejemplo, que el motor se detenga o que los componentes de los sistemas se rompan por la brusquedad que se produce entre la inercia de un componente que se encuentra en reposo y la potencia instantánea transmitida por el otro. En algunos países de Suramérica se le suele llamar cloche (anglicismo de clutch). Los frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseño de elementos de maquinas, actualmente es común ver estos dispositivos principalmente en cualquier tipo de automóviles, incluso su simple mención esta relacionada con ellos. Sin embargo, cabe mencionar que a pesar de la enorme aplicación que tienen en la industria automotriz, los frenos y los embragues son también componentes fundamentales en partes de maquinas herramientas, mecanismos móviles, aparatos elevadores, turbinas, etc. En este trabajo de investigación se mencionaran los tipos de frenos y embragues en la actualidad, así como lo más reciente en diseño y la tecnología de materiales en la fabricación de estos. Embrague: Son acoplamientos temporales, utilizados para solidarizar dos piezas que se encuentran en un mismo eje, para transmitir a una de ellas el movimiento de rotación de la otra, y desacoplarlas a voluntad de un operario externo, cuando se desea modificar el movimiento de una sin necesidad de parar la otra, se halla siempre intercalado entre un motor mecánico o térmico y el órgano de utilización, a fin de poder parar este último sin que deje de funcionar el motor. Freno: Se llama freno a todo dispositivo capaz de modificar el estado de movimiento de un sistema mecánico mediante fricción, pudiendo incluso detenerlo completamente, absorbiendo la energía cinética de sus componentes y transformándola en energía térmica. El freno esta revestido con un material resistente al calor que no se desgasta con facilidad, no se alisa y no se vuelve resbaladizo. Los frenos y embragues están completamente relacionados ya que ambos utilizan la fricción como medio de funcionamiento, en teoría existen cálculos y normas con las que se pueden diseñar y dar mantenimiento a estos dispositivos. Sin embargo en la práctica es difícil prevenir su comportamiento, ya que existen innumerables factores que actúan en contra del comportamiento de estos, como las altas temperaturas, desgaste de los materiales, fallas en el material, etc. No obstante con los avances en la tecnología se ha podido reducir el riesgo de falla y se ha logrado optimizar el funcionamiento, tomando en cuenta que ambos dispositivos representan una gran parte del factor de seguridad del conjunto completo. HISTORIA La mas reciente evidencia que tenemos acerca de la existencia de la rueda se remonta casi seis mil años. Y sin embargo aun no sabemos cuando ni como surgió la necesidad del impedimento del avance de aquellos vehículos primitivos. El primer freno que puede haber existido talvez haya sido alguna especie de ancla o algún dispositivo sostenido en el chasis que pudiera haber sido enterrado en la tierra, mientras este se movía. Cuando la bicicleta apareció hace un par de siglos, la única manera de desacelerar era presionando el zapato sobre la rueda aunque era muy peligroso y provocaba cierto desbalance en el aparato. Por eso, en 1783 Kirkpatrick Macmillan, un herrero escocés invento el freno de cuchara que consistía en una palanca que presionaba un bloque de madera contra la llanta (actualmente la banda de hierro). Posteriormente, una mejoría enorme en el poder de frenado apareció, los frenos de tambor de expansión interna, atribuido al francés Louis Renault. Inicialmente los tambores eran de acero estampado, lo que aumentaba el ruido de la frenada que generalmente no era muy agradable. Los tambores de hierro fundido aparecieron poco después y en 1919 un diseño hispano-sueco introdujo un aluminio refinado con líneas de hierro. Los frenos de tambor hicieron un buen trabajo, sin embargo la disipación de calor era un gran problema debido a rozamiento entre los materiales y los sistemas de refrigeración no eran lo suficientemente avanzados como para mantener factible este diseño de frenos, y conforme las velocidades de los automóviles fueron aumentando se hacia menos viable la idea. Alrededor de 1890 entran los frenos de disco, aunque sea poco creible una de las primeras versiones de estos frenos fueron usados en las llantas delanteras de un carro electrico diseñado por Elmer Ambrose Sperry en 1998, en donde una electroimán forza a un dispositio protector contra el rotor. El primer diseño que se conoce que disponia de frenos de disco es el Crosley 49', después aparecieron en los frenos de aviones. En 1950 los Franceses e Ingleses introducieron en grandes cantidades los frenos de disco en las producciones de sus automóviles comerciales. En 1961 apareció el servofreno, como ayuda al esfuerzo que ejerce el conductor sobre el pedal; y en 1965, Volvo añadió una válvula limitadora de presión. En 1963, Mercedes comenzó a instalar de serie sistemas de frenos con 3 circuitos. En la carrera por disipar mejor el calor, en 1966 Porsche lanzó el disco autoventilado. En 1985 comenzó a ofrecerse de serie (Mercedes Clase S y Ford Scorpio, los primeros) el ABS, en lo que fueron los inicios de la aplicación de la electrónica a los sistemas de frenado. Abierto ya el camino, la llegada de más sistemas electrónicos a los frenos fue cuestión de tiempo: en 1986 llegó el control de tracción (ASD y ASR) que funciona en conexión con el ABS; en 1994, el ESP; en 1996, y posteriormente la asistencia a la frenada. LOS FRENOS son elementos de maquinas que absorben energía cinética o potencial en el proceso de detener una pieza que se mueve o de reducirse la velocidad. La energía absorbida se disipa en forma de calor. La capacidad de un freno depende de la presión unitaria entre las superficies de energía que esta siendo absorbida. El comportamiento de un freno es análogo al de un embrague, con la diferencia que un embrague conecta una parte móvil con otra parte móvil, mientras que el freno conecta una parte móvil con una estructura. SISTEMAS DE FRENOS Cuando se presiona el pedal de freno, se transmite una fuerza desde el pie hasta los frenos. En la actualidad la fuerza para frenar requerida es mucho mayor de lo que se puede aplicar con la pierna por lo que el sistema de frenado debe incrementar la fuerza aplicada por el pie, esto se logra por medio de dos formas: Ventaja Mecánica (palanca) Incremento de fuerza Multiplicación de fuerza hidráulica Sistema Básico de Frenos Para que se pueda frenar es necesario pisar el pedal de los frenos. Este, mediante el principio de palanca acciona una bomba de frenos, técnicamente conocida como cilindro maestro. El cilindro maestro envía el fluido conocido como liga de frenos,desde su depósito hasta cada una de las ruedas. Por razones de seguridad, existen dos líneas ó circuitos que distribuyen la liga a las ruedas. Por eso se llaman frenos de doble circuito. TIPOS DE FRENOS FRENO DE TAMBOR Estos dispositivos están constituidos por una zapata que obliga a entrar en contacto con un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende controlar, la zapata se construye de forma tal que su superficie útil, recubierta de un material de fricción, calza perfectamente sobre el tambor. Una vez más, al forzarse el contacto entre zapata y tambor, las fuerzas de fricción generadas por el deslizamiento entre ambas superficies producen el par de frenado. Zapatas: Son bloques de madera o metal que presiona contra la llanta de una rueda mediante un sistema de palancas, existen dos tipos que son: a) De fundición b) Compuestas Este tipo de freno consta de un tambor, por lo general realizado en hierro fundido, solidario al cubo de la rueda, en cuyo interior, al pisar los frenos, se expanden unas zapatas de fricción en forma de "C" que presionan contra la superficie interna del tambor. Ya no se utilizan en el tren delantero de los coches modernos, que es el que soporta el mayor esfuerzo en la frenada, porque presentan desventajas a la hora de disipar el calor, y porque al ser más pesados que los frenos de disco pueden producir efectos negativos en la dirección del vehículo. Sí se utilizan con frecuencia en el eje posterior de muchos vehículos, combinados con discos delanteros. PARTES DEL FRENO DE TAMBOR Tambor del freno Zapata Resortes de retorno de las zapatas Plato de anclaje Cable de ajuste Pistón hidráulico Cilindro de rueda FRENO DE DISCOS Se componen de un disco montado sobre el cubo de la rueda, y una mordaza colocada en la parte externa con pastillas de fricción en su interior, de forma que, al aplicar los frenos, las pastillas presionan ambas caras del disco a causa de la presión ejercida por una serie de pistones deslizantes situados en el interior de la mordaza. La mordaza puede ser fija y con dos pistones, uno por cada cara del disco. Pero también existen mordazas móviles, que pueden ser oscilantes, flotantes o deslizantes, aunque en los tres casos funcionan de la misma manera: la mordaza se mueve o pivota de forma que la acción de los pistones, colocados sólo a un lado, desplaza tanto la mordaza como la pastilla. Son más ligeros que los frenos de tambor y disipan mejor el calor, pues los discos pueden ser ventilados, bien formados por dos discos unidos entre sí dejando en su interior tabiques de refrigeración, bien con taladros transversales o incluso ambas cosas. La imagen muestra un freno de disco el cual funciona a base de fricción por lo que su fabricación debe ser de alta calidad y los materiales deben tener determinadas características lo que mas adelante se analizara Este sistema de frenado tiene las siguientes ventajas: 1. No se cristalizan, ya que se enfrían rápidamente. 2. Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hace más grueso, aumentando la presión contra las pastillas. 3. Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua y el polvo por acción centrífuga. Por otra parte, las desventajas de los frenos de disco, comparados con los de tambor, son que no tienen la llamada acción de servo o de aumento de potencia, y sus pastillas son más pequeñas que las zapatas de los frenos de tambor, y se gastan más pronto. Frenos de disco cerrado El disco se aloja se aloja en un cárter solidario a la rueda. El apriete se efectúa sobre varios sectores regularmente repartidos sobre la periferia, el frenado se obtiene por la separación de dos discos, cada uno de los cuales se aplica contra la cara interna correspondiente del cárter giratorio. Freno de disco exterior El disco es solidario del árbol o de la rueda. El apriete se efectúa mediante un sector limitado y rodeado por unos estribos, en el interior de los cuales se desplazan unos topes de fricción. El frenado con discos se puede realizar mediante: 1) Discos: Inicialmente fueron de acero, ahora suelen ser de fundición. 2) Pastillas: Suelen ser de aleaciones de cobre, estos elementos de frenado se colocan en la rueda directamente o en el cuerpo del eje. Las ventajas e inconvenientes, frente al frenado con zapatas de este tipo de frenado son: Ventajas •Frenado poco ruidoso. •Menores gastos de conservación. •Mayor periodo de vida. •La mayor parte del calor desprendido durante el frenado la absorben los discos, a los cuales se les proviene de un sistema de ventilación. •Materiales protegidos de agentes externos. •Se comportan bien hasta los 230 Km/h; a partir de esta velocidad el desgaste aumenta considerablemente. Inconvenientes •Menor aprovechamiento de la adherencia. Para solucionar este problema se suelen utilizar sistemas mixtos de zapatas y discos junto con sistemas de antipatinaje. •Mayor distancia de parada. •No tienen la llamada acción de servo o de aumento de potencia, y sus pastillas son más pequeñas que las zapatas de los frenos de tambor, y se gastan más pronto. FRENO DE CINTA Posiblemente el dispositivo de freno más sencillo de concebir es el llamado freno de cinta o freno de banda, el cual consiste fundamentalmente de una cinta flexible, estacionaria, que se tensa alrededor de un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende modificar, la fricción existente entre la cinta y el tambor es responsable de la acción del frenado. Se usa en las máquinas de vapor, en los vehículos a motor y en algunos tipos de bicicletas, pero sobre todo en aparatos elevadores. FRENOS HIDRAULICOS El sistema de frenos hidráulicos usado en el automóvil es un sistema de múltiple sesión de pistones. Ya que este sistema permite que se transmitan fuerzas hacia dos o mas pistones en la manera indicada en la figura. El sistema de frenado hidráulico desde el cilindro maestro hasta los cilindros de las llantas en la mayoría de los automóviles opera de manera similar al sistema ilustrado en la figura. Cuando el pedal del freno es accionado, la presión del pedal de freno mueve el pistón dentro del cilindro maestro, forzando el fluido del freno desde el cilindro maestro por medio del tubo y la manguera flexible del cilindro de las llantas. El cilindro de las llantas contiene dos pistones colocados de forma opuesta y desconectados, cada uno de ellos sostiene la zapata de frenado ajustada dentro del tambor. Cada uno de los pistones presiona la zapata contra la pared del tambor provocando el frenado de la rotación de la llanta. Cuando la presión en el pedal es liberada, el resorte en la zapata de frenado regresa los pistones en los cilindros de las llantas a su posición liberada. Esta acción fuerza el desplazamiento del líquido de frenos de vuelta por medio de la manguera al cilindro maestro. La fuerza aplicada en el pedal de frenado produce una fuerza proporcional en cada uno de los pistones de salida los cuales aplican la fuerza sobre las zapatas friccionantes contra el giro de la llanta retardando la rotación. FRENOS MOTORES Electrodinámicos: Cuyo fundamento es hacer que el motor trabaje como generador. Sólo se aplican a ejes motores. Estos a su vez pueden ser: Reostáticos: Se aplican en locomotoras eléctricas. Se basa en que la inercia del motor, una vez desconectado de la red, hace que éste siga girando, pasando a funcionar como generador y de este modo la energía mecánica acumulada se va disipando en unas resistencias en forma de energía eléctrica, creando a su vez las corrientes circulantes por los devanados un par contrario al de giro, que hace que disminuya la velocidad del motor hasta valores en que los frenos de fricción puedan actuar y detener la máquina. De recuperación: Se basa en conseguir transformar la energía cinética del tren en energía eléctrica reenviándola a la red. Se suele aplicar en el caso de trenes de cercanías y con grandes pendientes. Por ultimo existe una última clasificación de frenos que no utilizan adherencia para lograr el frenado ya sea total o parcial ya que suelen utilizar otros medios diferentes a los antes mencionados. Patín electromagnético frotante: Debido a su gran desgaste sólo se utiliza como freno de urgencia. Frenos de Foucault: Basado en crear corrientes parásitas que a su vez crean esfuerzos de frenado. Frenos aerodinámicos: En un avión en vuelo, disminuyen rápidamente la velocidad por un fuerte aumento de la resistencia al avance, dispuestos en las alas o a lo largo del fuselaje, están constituidos por elementos móviles, que se pueden levantar en el aumento deseado, se utilizan sobre todo durante los picados y en ciertas acrobacias. Frenos neumáticos: Su funcionamiento se basa en que el esfuerzo de frenado aplicado por las zapatas o discos proviene indirectamente del hecho de mover el pistón de un cilindro. Su esquema es el siguiente: Según el tipo de frenado que se quiera hacer éste puede ser: 1) Frenado continúo: el que realiza normalmente el maquinista o un viajero en caso de parada de emergencia. 2) Frenado automático: el que ocurre si hay una avería en el propio sistema de frenado. 3) Frenado de apriete y aflojamiento graduado: si se realiza de una forma escalonada. Tipos de frenos neumáticos: 1- De aire comprimido. 2- De vacío. 3- Una combinación de los dos. LOS FRENOS DE ZAPARA EXTERNA O DE BLOQUE constan de zapatas o de bloques presionados contra la superficie de un cilindro giratorio llamado tambor de freno. La palanca puede estar rígidamente montada sobre una palanca articulada, como muestra la figura 1, o puede estar articulada a la palanca, como muestra la figura 2 Figura 1 Figura 2 El diseño de un FRENO DE BLOQUE sencillo se puede hacer con base en el análisis de fuerzas y momentos de la palanca y de la zapata, a manera de un cuerpo libre, se puede suponer que la fuerza normal N y la fuerza de rozamiento fN actúan en el punto medio de contacto de la zapata, sin cometer un error apreciable, para ángulos menores de 60°. Sumando momentos alrededor de la articulación fija O, o Nótese que para una rotación del tambor en el sentido del movimiento de las agujas del reloj, la fuerza de rozamiento fN ayuda a la fuerza F en la aplicación del freno y el freno es parcialmente autoactuante. Para un coeficiente de rozamiento dado, el freno puede diseñarse para que sea completamente autoactuante (o autocerrante). Para que esta condición exista, F debe ser igual a cero o negativo en la ecuación anterior. Podemos suponer también que el peso W es despreciable; entonces es decir, que cuando el freno es autocerrante El momento de frenado T para una situación autocerrante es Lb-plg Donde f = Coeficiente de rozamiento N = Fuerza normal total en lb. R = Radio del tambor del freno en plg LOS FRENOS DE ZAPATA DOBLE se utilizan comúnmente para reducir las cargas en el eje y en los cojinetes, para obtener mayor capacidad y para reducir la cantidad de calor generado por pulgada cuadrada, la fuerza normal NL que actúa sobre la zapata izquierda no es necesariamente igual a la fuerza normal NR que actúa sobre la zapata derecha. Para frenos de doble bloque, cuyas zapatas tengan ángulos de contacto pequeños, digamos que menos de 60°, el momento de frenado puede aproximarse por si el ángulo de contacto de la zapata es mayor a 60°, se requiere una evaluación mas precisa del momento de frenado para las zapatas articuladas, el cual esta dado entonces por El diseño de FRENOS DE ZAPATA INTERNA del tipo simétrico su diseño se puede aproximar por medio de las siguientes ecuaciones: El momento de frenado T puede determinarse por Donde: Coeficiente de rozamiento Ancho de la cara de la zapata en plg Radio interno del tambor en plg Angulo central comprendido desde la articulación de la zapata hasta la punta de revestimiento en grados Angulo central comprendido desde la articulación de la zapata hasta la punta del revestimiento en grados. Presión máxima en psi (zapata derecha) Presión máxima en psi (zapata izquierda) LOS FRENOS DE BANDA constan de una banda flexible enrollada parcialmente alrededor del tambor, se accionan halando la banda fuertemente contra el tambor. La capacidad del freno depende del ángulo de abrazamiento, del coeficiente de rozamiento y de las tensiones en la banda. Para este tipo de freno el sentido de rotación del tambor es tal que la banda anclada al marco constituye el ramal tenso F1, como se muestra En cuanto a correas con velocidad cero, la relación entre el ramal tirante y el ramal flojo de la banda es: Donde F1 = Tensión en el ramal tirante de la banda en Lb F2 = Tensión en el ramal flojo de la banda en Lb e = base de los logaritmos naturales f = coeficiente de rozamiento Angulo de abrazamiento en radianes La capacidad del momento de frenado T es: Lb-Plg Donde r = radio del tambor de freno en plg. Este tipo de freno de banda no tiene propiedades autocerrantes. PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE FRENOS 1. Un freno de simple de banda tiene el ramal tirante de la banda unido a una articulación fija. El ángulo de abrazamiento es de 280° alrededor de un tambor de 18 Plg. De diámetro. Si se sostiene un momento de 1500 Lb-Plg a 900 rpm y el coeficiente de rozamiento es 0.2 determinar las tensiones requerida en la correa Solución: De la Ec. = = 2.665 y obtenemos 266.5 Lb 2. Un ascensor de 250 Kg desciende a una velocidad constante de 3 m/s merced a la acción de un freno-motor. En caso de fallo del freno-motor, existe un sensor de velocidad que lo detecta, y da la orden de entrar en funcionamiento a plena capacidad al freno de emergencia de doble zapata interior representado en la figura, que detiene al ascensor. El tiempo que transcurre desde que se produce el fallo hasta que entra en acción el freno de emergencia es de un segundo. El eje en que se encuentran el freno motor y el freno de emergencia tiene una masa de 140 Kg y un radio de giro de 180 mm. El freno de emergencia posee zapatas con revestimiento moldeado y tiene un radio de tambor de 400 mm.. Suponiendo que la articulación de cada zapata (talón) se va a situar en un extremo de la misma, indicar cuál es el extremo adecuado en cada una para lograr la máxima capacidad de frenado con el mínimo esfuerzo. Determinar el ancho de zapata necesario para que el freno de emergencia sea capaz de detener el ascensor en medio segundo La presión de las articulaciones que da lugar a un mayor par de frenado en relación al esfuerzo requerido es la que hace que ambas zapatas sean autoaplicantes En el momento de producirse un fallo la velocidad del ascensor, la relación entre la coordenada “Y” que actúa en el ascensor y la coordenada “P” que indica el giro del eje es MATERIALES DE FRICCION USADOS EN FRENOS Y EMBRAGUES Algunos Frenos y Embragues trabajan con fricción, los dos materiales que están en contacto deben tener un alto coeficiente de fricción. Este parámetro es usado en todos los cálculos de diseño, y debe tener un valor Fijo. Los materiales deben ser resistentes a la intemperie así como a la humedad y las altas temperaturas. Una característica calorífica excelente debe ser cuando se convierte satisfactoriamente la energía mecánica en calor en el embrague o freno. Esto significa que la alta capacidad de calor y las propiedades térmicas son proporcionales a las altas temperaturas. Los materiales deben ser resistentes en general y tener una alta dureza. Últimamente se han optado por materiales de carbono, o con alto contenido del mismo, actualmente también existen materiales con incrustaciones de asbesto que mejora las propiedades térmicas de los frenos y embragues, también se ha optado por materiales de aleación como el tungsteno y el vanadio aunque son muy caros por eso las aleaciones con alto contenido de carbono son la mas viables. Algunos de los materiales típicamente usados en la fabricación de frenos y embragues se listan en la tabla siguiente, mostrando los coeficientes de fricción, las temperaturas máximas y las presiones máximas en KPa. En la columna de lado izquierdo muestra 2 materiales los cuales están sometidos a contacto. La siguiente tabla muestra algunos parámetros de desgaste respecto al tipo de movimiento Rotary: rotatorio, Oscillatory: oscilatorio, Reciprocating: Reciproco Como parámetros están la Presión en Psi, la Velocidad en ft/min y el coeficiente de ficción.

EL TRANSFORMADOR La invención del transformador, data del año de 1884 para ser aplicado en los sistemas de transmisión que en esa época eran de corriente directa y presentaban limitaciones técnicas y económicas. El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores, se puso en operación en los Estados Unidos de América. En el año de 1886 en Great Barington, Mass., en ese mismo año, al protección eléctrica se transmitió a 2000 volts en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de esta pequeñas aplicaciones iniciales, la industria eléctrica en el mundo, ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador. El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes. Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo. Principios de inducción electromagnética. La electricidad magnetismo en un electroimán, que es distinto de un imán permanente, y que el Campo magnético se produce sólo cuando las espiras de alambre arrolladas alrededor del núcleo magnético, transportan corriente eléctrica. Para determinar la polaridad de un electroimán se puede usar la llamada regla de la mano izquierda. Principio de funcionamiento del transformador. El principio de funcionamiento del transformador, se puede explicar por medio del llamado transformador ideal monofásico, es decir, una máquina que se alimenta por medio de una corriente alterna monofásica. A reserva de estudios con mayor detalle, la construcción del transformador, sustancialmente se puede decir que un transformador está constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito magnético cerrado, y sobre de cuyas columnas o piernas se localizandos devanados, uno denominado “primario” que recibe la energía y el otro el secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía. Los dos devanados se encuentran eléctricamente asilado entre sí. El voltaje en un generador eléctrico se induce, ya sea cuando una bobina se mueve a través de un campo magnético o bien cuando el campo producido en los polos en movimiento cortan una bobina estacionaria. En ambos casos, el flujo total es sustancialmente contante, pero hay un cambio en la cantidad de flujo que eslabona a la bobina. Este mismo principio es válido para el transformador, solo que en este caso las bobinas y el circuito magnético son estacionarios (no tienen movimiento), en tanto que el flujo magnético cambio continuamente. El cambio en el flujo se puede obtener aplicando una corriente alterna en al bobina. La corriente, a través de la bobina, varía en magnitud con el tiempo, y por lo tanto, el flujo producido por esta corriente, varia también en magnitud con el tiempo. El flujo cambiante con el tiempo que se aplica en uno de los devanados, induce un voltaje E1 (en el primario). Si se desprecia por facilidad, la caída de voltaje por resistencia de el devanado primario, el valor de E1 será igual y de sentido opuesto al voltaje aplicado V1. De la ley de inducción electromagnética, se sabe que este voltaje inducido E1 en el devanado primario y también al índice de cambio del flujo en la bobina. Se tienen dos relaciones importantes. V1 = - E1 E1 a N1 (0/T) La mismo tiempo que el flujo cambia en al bobina primaria, también cambia en la bobina secundaria, dado que ambas bobinas se encuentran dentro del mismo medio magnético, y entonces el índice de cambio del flujo magnético en ambas bobinas es exactamente el mismo. Este cambio en el flujo inducirá un flujo E2 en la bobina secundaria que será proporcional al número de espiras en el devanado secundario N2. Si se considera que no se tiene carga conectada al circuito secundario, el voltaje inducido E2 es el voltaje que aparece en las terminales del secundario, por lo que se tienen dos relaciones adicionales. E2 a N2 (0/T) E2 = V2 En virtud de que armas bobinas se encuentran devanadas en el mismo circuito magnético, los factores de proporcionalidad para las ecuaciones de voltaje son iguales, de manera que si se dividen las ecuaciones para E1 y E2 se tiene: E1 = N1 E2 N2 Además como numéricamente deben ser iguales E1 y V2 o V2 - A ecuación anterior se puede escribir como: V1 = Ng V2 N2 Relación de corriente. Si se conecta una carga al secundario del transformador, el voltaje inducido Eg hace que circule una corriente I2 en el devanado secundario. Debido a la circulación de corrientes, se tiene en el devanado secundario una fuerza magnetomotriz (FMM) N2 I2 opuesta a la del primario N1 I1. Es conveniente recordar que el voltaje inducido en el primario E1 es siempre directamente proporcional al flujo 0 y también es igual al voltaje aplicado V1, considerando como antes, todos estos valores como eficaces. Dado que el voltaje aplicado no cambia, el flujo en el núcleo debe ser constante, cualquier incremento en la corriente secundaria, será balanceado por un incremento en la corriente primaria, de manera que el flujo de energización producido por la corriente en el primario tendrá un valor efectivo constante durante la operación del transformador. En los transformadores de potencia de valor relativamente pequeño, se puede decir que prácticamente el flujo que eslabona al devanado primario, es el mismo que eslabona al secundario y de aquí que la corriente de vacío o de energización representa sólo el 2% o 3% de la corriente primaria de plena carga ya se puede decir que los ampere-espira del primario son iguales a los ampere-espira del secundario, es decir: N1 I = N2 I2 I1 = N2 I2 N1 La aplicación de los circuitos equivalentes. Cuando los transformadores se usan dentro de una red compleja para estudiar el comprometido por lo que se refiere a la distribución de la carga, las caídas de tensión, el corto circuito, etc. conviene, con relación hasta lo ahora expuesto sobre el funcionamiento del transformador, considerando con lo que se conoce como “El circuito equivalente” que en su forma más completa está constituido por un transformador “ideal” (de relación N1/N2) conectado a las resistencias R0, R1 y R2 y a las reactancias X0, X1 y X2. Diagrama equivalente de un transformador monofásico. La resistencia Ro representa el efecto disipativo, debido a las pérdidas en vacío, R1 es la resistencia del devanado primario, R2 la del secundario. En forma análoga Xo representa el efecto de absorción de la corriente de magnetización, en tanto que X1 y X2 representan los efectos de los flujos dispersos en los devanados primario y secundario. Para algunos estudios, no se requiere considerar los efectos de la saturación del núcleo del transformador y son despreciables, en cambio en otros se requiere de mayor precisión y entonces a Ro y Xo se les atribuyen propiedades no lineales. Como se mencionó antes, para algunos estudios es conveniente hacer referencia a los valores de tensiones y corrientes referidos a un devanado a un lado del transformador, por lo general, el primario que es el de alimentación. En estos casos el esquema equivalente se simplifica a un circuito “T”. CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR REFERIDO AL LADO PRIMARIO. La resistencia y reactancia secundarias se refieren al devanado primario de acuerdo con las relaciones: R21 = R2 (N1)2 N2 X21 = X2 (N2)2 N2 En forma análoga la resistencia y reactancia primaria se pueden referir al secundario. Determinación las constantes del transformador.Los valores reales de resistencia y reactancia de los devanados de un transformador, se pueden obtener de pruebas de laboratorios mediante mediciones y algunos cálculos relativamente simples y que son la base de los valores usados en los circuitos equivalente son la base de los valores usados en los circuitos equivalentes. Algunos de estos valores o parámetros del transformador obtenidos para el transformador pueden no existir físicamente, pero pueden ayudar a comprender la operación del transformador. La prueba de corto circuito en el transformador. La prueba de corto circuito consiste en cerrar o poner en corto circuito, es decir, con una conexión de resistencia despreciable, las terminales de uno de los devanados y alimentar el otro con un voltaje reducido (aplicado en forma regulada_ de un valor reducido de tensión que representa un pequeño porcentaje del voltaje del devanado por alimentar, de tal forma, que en los devanados circulen las corrientes nominales. En esta condiciones se miden las corrientes nominales y la potencia absorbida. Debido a que la tensión aplicada es pequeña en comparación con la tensión nominal, las pérdidas en vacío o en el núcleo se pueden considerar como despreciables, de manera que toda la potencia absorbida es debida a las pérdidas por efecto joule en los devanados primario y secundario. Diagrama para la prueba de cortocircuito de un transformador monofasico. Wattmetor que indica la potencia de pérdidas por efecto de circulación de las corrientes en los devanados primario y secundario. Conexión de corto circuito entre las terminales del devanado. Voltaje de alimentación de valor reducido, de manera que se hagan circular las corrientes I1, I2 de valor nominal en cada devanado. El voltaje aplicado (Vc) es regulado y se varía como se indicó antes, hasta que circule la corriente de plena carga en el primario. De los valores medidos se obtiene “la impedancia total” del transformador como: Zg Vcc I1 Donde: I1 = Corriente nominal primaria. Vcc = Voltaje de corto circuito aplicado en la prueba. Zt = Impedancia total interna referida a devanado primario. Esta impedancia se conoce también como impedancia equivalente del transformador. Perdida en los devanados a plena carga. Debido a que el flujo es directamente proporcional al voltaje, el flujo mutuo en el transformador bajo las condiciones de prueba de corto circuito es muy pequeño, de manera que las pérdidas en el núcleo son despreciables. Sin embargo, la corriente que circula a través de la resistencia de los devanados produce las mismas pérdidas en estos, que cuando opera en condiciones de plena carga, esto se debe a que en ambos devanados e hace circular la corriente nominal. En el circuito para la prueba de corto circuito, si el wattmetor se conecta en el devanado primario o de alimentación, entonces se “miden” las pérdidas en los devanados ya que no ha otras pérdidas consideradas, de este valor que se toma de las pérdidas, se puede calcular “la resistencia equivalente” del transformador como: RT Pcc (I1)2 Donde: Pcc = Pérdidas en los devanados y que se obtienen de la lectura del Wattmetro. Se deben tener siempre en mente, que el valor de la resistencia Rt, no es la suma aritmética de las resistencias en los devanados primario y secundario. Es un valor que se determina del circuito equivalente y por tal motivo se le denomina "“la resistencia equivalente del transformador”. La impedancia equivalente de un transformador se puede expresar en términos de la resistencia y reactancia equivalente como: de tal forma, que la reactancia equivalente del transformador se calcula como: Estos valores están por lo general referidos al devanado de alto voltaje, debido a que se acostumbra poner en corto circuito el devanado de bajo voltaje, es decir las mediciones se hacen en el devanado de alto voltaje. Esto es por lo general el método normal de prueba. Las razones principales para esto: 1. La corriente nominal en le devanado de alto voltaje es menor que la corriente nominal en el devanado de bajo voltaje. Por lo tanto, son menos peligrosas y por otra parte es más fácil encontrar instrumentos de medición dentro del rango. 2. Debido a que el voltaje aplicado es por lo general menor que el 5% del valor del voltaje nominal del devanado alimentado, se obtiene una lectura del vóltimeto con una de flexión apropiada para el rango de voltajes que se miden. Regulación del transformador. La regulación de un transformador se define como al diferencia entre los voltajes secundarios en vacío y a plena carga, medidos en terminales, expresada esta diferencia como un porcentaje del voltaje a plena carga. Para el cálculo del voltaje en vacío se debe tomar en consideración el factor de potencia de la carga. POTENCIA Y RENDIMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES MONOFASICOS Y TRIFASICOS. La potencia de los transformadores. Como se sabe, la potencia en corriente alterna monofásica está dada como el producto de la tensión por la corriente y por el factor de potencia, de acuerdo a la expresión. P = VI cos 9 Esta fórmula expresa la “potencia real” que se mide en watts, el producto del voltaje (solo) por la corriente da la denominada potencia aparente. P = VI Las normas para transformadores cuando hablan de potencia nominal, se refieren a una potencia que es el producto de la corriente por el voltaje en vacío. La potencia nominal es por lo tanto una “potencia aparente” que es la misma, ya sea que se considere el devanado primario o el devanado secundario. La razón de esta definición que es sólo convencional, se debe al hecho de que se caracteriza a la máquina desde el punto de vista del dimensionamiento. Las prestaciones de una máquina eléctrica están limitadas por el calentamiento de sus componentes, las cuales está causadas por las pérdidas que tiene. En particular, en un transformador se tienen las pérdidas en el núcleo y al pérdidas en los devanados. Para el núcleo magnético, las pérdidas dependen de la inducción magnética B, la cual es proporcional a la tensión inducida, en los devanados, las pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente. La prueba de corto circuito del transformador, permite obtener las pérdidas a plan carga con los devanados, a parir de éstas se pueden calcular para cualquier otro valor de carga. La llamada prueba de “circuito abierto” en el transformador, permite obtener el valor de las llamadas pérdidas en vacío o pérdidas den el núcleo, que como se mencionó, consisten de dos partes, las pérdidas por histéresis y las pérdidas por corriente circulantes. En la prueba de circuito abierto, el devanado que se alimenta es por lo general el de bajo voltaje, debido a que resulta el más conveniente par a la medición. La eficiencia en los transformadores. En general, la eficiencia de cualquier máquina eléctrica, se calcula como: Eficiente Pot. Salida = Pot. Salida Pot. Entrada Pot. Salida + Pérdidas En virtud de que la capacidad de un transformador está basada en su potencia de salida, esta ecuación se puede escribir como: Eficiente = KVA salida x FP KVA salida por FP Perd. Núcleo + perd. devanados Eficiencia diaria de los transformadores. Dependiendo de la aplicación de los transformadores, con frecuencia se usan para operar las 24 horas por día, aún cuando la carga no sea contínua en el período total de operación. En estas condiciones un transformador tiene dos conceptos de eficiencia, una global para condición de plena carga y otro para distintas cargas al día, es decir, la llamada eficiencia diaria. Esta eficiencia diaria se expresa como la relación de la energía de salida a la energía de entrada durante el período de 24 horas. Transformadores trifasicos. La mayoría de las redes de distribución son trifásicas y también un buen número de usuarios de tipo comercial e industrial hacen uso de sistemas de alimentación tfifásicos, esto hace que sea necesario considerar la importancia que tienen los sistemas trifásicos en las instalaciones eléctricas y en consecuencia los transformadores trifásicos en estas. La energía de un sistema trifásico se puede transformar, ya sea por medio de tres transformadores monofásicos (formando un banco trifásico) o bien mediante el uso de un transformador trifásico. Por razones de tipo económico, de espacio en las instalaciones y confiabilidad en los equipos, se puede decir, que en general, es preferida la solución del uso de transformadores trifásicos en las instalaciones eléctricas que requieren de este tipo de alimentación. Los transformadores trifásicos normalmente están constituidos de un núcleo que tiene 3 piernas o columnas, sobre cada una de las cuales se encuentra dispuestas los devanados primarios y secundarios de la misma fase. Estos devanados para cada una de las fases ese pueden conectar en estrella, delta a Zig-Zag. La conexiones entre los devanados secundarios pueden ser iguales o distintas de aquellas que se usen entre las fases del primario por lo que en teoría puede haber nueve combinaciones de conexión. En la práctica se pueden usar las siguientes conexiones entre los devanados primario y secundario: Estrella-estrella, delta-estrella, estrella/zig-zag, estrella-delta, delta-delta. Relación de transformación para los transformadores trifásicos. Cuando los devanados primario y secundario de un transformador trifásico tienen conexiones distintas, la relación entre las dos tensiones de vacío (sin carga) en las terminales, no es igual a la relación entre las espiras de una fase primaria y secundaria. Esto depende de los tipos de conexiones que e seleccionen, debido a que, como se ha notado, cada tipo de conexión corresponde una determinada realización entre las tensiones concatenadas y las tensiones de fase. Si se considera por ejemplo un transformador con devanado primario en delta y devanado primario en delta y devanado secundario en estrella. Si se designan por V1 y V2 las tensiones de una fase del primario y de una fase del secundario respectivamente y con V1 y V2, los voltajes concatenados (indicados) en terminales del primario y secundario, respectivamente. En el devanado primario, por estar conectado en delta se tiene: V1 = V1 En el devanado secundario conectado en estrella: V2 = 3 V2 = 1,732 V2, por lo tanto, la relación entre las tensiones en vacío en las terminales será: V1 = V1 V20 1,732 V20 Hasta ahora, se ha hablado de transformadores monofásicos, y en estos, la relación entre las tensiones primaria y secundaria en vacío se le conoce como “relación de transformación” (se designa con la letra A) y esta relación es válida también para le número de espiras primarias N1 y secundarias N2. Si se le quiere dar el significado de relación de transformación a la relación entre espiras: A = N1 N2 RELACIONES ENTRE LAS ESPIRAS CON RELACION AL TIPO DE CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS. Criterios para la selección de conexiones. La selección de la combinación de las conexiones depende de consideraciones económicas y de las exigencias que impone la operación. Por ejemplo, en las redes de distribución que usan tres fases con neutro, es necesario el uso de devanados secundarios en estrella, ya que éstos tienen un punto daccesible para el neutro. En los transformadores con devanado primario en delta y secundario en estrella/ o con primario en estrella y secundario en Zig-Zag los desequilibrios o desbalances en la carga (cuando las fases no se encuentran igualmente cargadas), repercuten menos sobre la línea de alimentación primaria. Con respecto a los efectos económicos, se puede decir como criterio general que los devanados en delta son más costosos que aquellos conectados en estrella, requiriéndose emplear conductores de diámetro menor o debiendo emplear un mayor número de espiras. Defasamiento entre las fases. En los transformadores trifásicos, tiene importancia entre otra cosas, el eventual defasamiento de fases de la tensión secundaria respecto a la tensión primaria., que puede afectar a la conexión en paralelo de los transformadores. En los transformadores monofásicos en conexión trifásica, a los transformadores trifásicos, los devanados primario y secundario que tienen la misma conexión (por ejemplo estrella/estrella, delta/delta) la tensión secudnria puede esta sólo en fase (A 00) o en posición de fase, es decir, a 180o. En cambio, los transformadores, trifásicos con conexión mixta en los devanados (por ejemplo estrella/delta, delta/estrella, estrella/zig-zag), este defasamiento angular no puede ser nunca 0o o 180o pero debe ser múltiplo de 30o. Examinando vectorialmente todas las combinaciones de conexiones trifásicas, resulta que incluyendo el defasamiento de 0o, pueden haber 12 distintos valores de defasamiento angular de 30 agrados en 30 grados, los valores más usuales de defasamiento angular se dan en la tabla. LA CONSTRUCCION DEL TRANSFORMADOR. Consideraciones generales. Un transformador consta de dos partes esenciales: El núcleo magnético y los devanados, estos están relacionados con otros elementos destinados a las conexiones mecánicas y eléctrica entre las distintas partes al sistema de enfriamiento, al medio de transporte y a la protección de la máquina en general. en cuanto a las disposiciones constructivas, el núcleo determina característica relevantes, de manera que se establece una diferencia fundamental en la construcción de transformadores, dependiendo de la forma del núcleo, pudiendo ser el llamado NUCLEO TIPO COLUMNAS y el NUCLEO TIPO ACORAZADO, existen otros aspectos que establecen diferencias entre tipos de transformadores, como es por ejemplo el sistema de enfriamiento, que establece la forma de disipación del calor producido en los mismos, o bien en términos de su potencia y voltaje para aplicaciones, como por ejemplo clasificar en transformadores de potencia a tipo distribución. La construcción del núcleo. El núcleo magnético está formado por laminaciones de acero que tienen pequeño porcentajes de silicio (alrededor del 4%) y que se denominan “laminaciones magnéticos”, estas laminaciones tienen la propiedad de tener pérdidas relativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes circulantes. Están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas en la forma y dimensiones requeridas. La razón de usar laminaciones de acero al silicio en los núcleos de las máquinas eléctricas, es que el silicio aumenta la resistividad del material y entonces hace disminuir la magnitud de las corrientes parásitas o circulantes y en consecuencia las pérdidas por este concepto. En el caso de transformadores de gran potencia, se usan las llamadas “laminaciones de cristal orientado” cuyo espesor es de algunos milímetros y contienen entre 3% y 4% de silicio, se obtienen de material laminado en caliente, después se hace el laminado en frío, dando un tratamiento térmico final a la superficie de las mismas. Este tipo de laminación cuando se sujetan al flujo en la dirección de las laminaciones, presentan propiedades magnéticas mejores que la laminación “normal” de acero al silicio usada para otro tipo de transformadores. Elementos de los núcleos de transformadores. En los núcleos magnéticos de los transformadores tipo columna se distinguen dos partes principales: “las columnas” o piernas y los “yugos”. En las columnas se alojan los devanados y los yugos unen entre si la las columnas para cerrar el circuito magnético. Debido a que las bobinas se deben montar bajo un cierto procedimiento y desmontar cuando sea necesario por trabajos de mantenimiento, los núcleos que cierran el circuito magnético, terminar al mismo nivel en la parte que está en contacto con los yugos, o bien con salientes. En ambos casos los núcleos se arman con “juegos” de laminaciones para columnas y yugos que se arman por capas de arreglos “pares” e “impares”. Cuando se emplean laminaciones de cristal orientado, es necesario que las uniones entre yugos y columnas se realicen con cortes inclinados para evitar trayectorias transversales de las líneas de flujo respecto a tales direcciones. Cuando se han armado los niveles a base de juegos de laminaciones colocadas en “pares” e “impares” el núcleo se sujeta usando tornillos opresores y separa por medio de los tornillos tensores. En cuanto a los Yugos, se refiere, no estando vinculados estos con los devanados, pueden ser, entonces, rectangulares, aún cuando pueden tener también escalones para mejorar el enfriamiento. Tipos de núcleos. Cuando se ha mencionado con anterioridad, laso núcleos para transformadores se agrupan básicamente en las siguientes categorías: a) Tipo núcleo o de columnas. b) Tipo acorazado. c) Tipo núcleo o de columnas. Existen distintos tipos de núcleos tipos columna, que está caracterizados por la posición relativa de las columnas y de los yugos. Núcleo monofásico. Se tienen dos columnas unidas en las partes inferior y superior por medio de un yugo, en cada una de estas columnas se encuentran incrustados la mitad del devanado primario y la mitad del devanados secundario. Núcleo trifásico. Se tienen tres columnas dispuestas sabor el mismo plano unidas en sus partes inferior y superior por medio de yugos. Sobre cada columna se incrustan los devanados primarios y secundario de una fase. Las corrientes magnetizantes de las tres fases son distintas entre sí, debido principalmente a que el circuito magnético de las columnas externas es más largo que el correspondiente a la columna central. Este desequilibrio, tomando en cuenta que la corriente magnetizantes de las tres fases son distintas entre sí, debido principalmente que el circuito magnético de las columnas externas es más largo que el correspondiente a la columna central. Este desequilibrio, tomando en cuenta que la corriente de vacío es bastante baja, tiene influencia solamente para las condiciones de operación en vacío. Tipo acorazado. Este tipo de núcleo acorazado, tiene la ventaja con respecto al llamado tipo columna, de reducir la dispersión magnética, su uso es más común en los transformadores monofásicos. En el núcleo acorazado, los devanados se localizan sobre la columna central, y cuando se trata de transformadores pequeños, las laminaciones se hacen en troqueles. Las formas de construcción pueden ser distintas y varían de acuerdo con la potencia. Herrajes o armadura. Como se ha mencionado antes, los núcleos de los transformadores tienen partes que cumplen con funciones puramente mecánicas de sujeción de las laminaciones y estructuras, estas pares o elementos se conocen como “herrajes” o armadura y se complementan con componentes como fibra se vidrio o madera para protección de la sujeción de los yugos. Los devanados de los transformadores. Los devanados de so transformadores se pueden clasificar en baja y alta tensión, esta distinción es de tipo global y tiene importancia para los propósitos de el realización práctica de los devanados debido a que los criterios constructivos para la realización de los devanados de baja tensión, son distintos de los usados para los devanados de alta tensión. Para los fines constructivos, no tiene ninguna importancia la función de un devanado, es decir, que sea primario o el secundario, importa solo la tensión para la cual debe ser previsto. Otra clasificación de los devanados se puede hacer con relación a la potencia del transformador, para tal fin existen devanados para transformadores de baja potencia, por ejemplo de 1000 a 2000 VA y para transformadores de media y gran potencia. Los devanados para transformadores de pequeña potencia son los más fáciles de realizar. En este tipo de transformadores los devanados primario y secundario son concéntricos y bobinado sobre un soporte aislante único. Por lo general, se usan conductores de cobre esmaltado, devanados en espiral y con capas sobrepuestas. Por lo general, el devanado de menor tensión se instala más cerca del núcleo interponiendo un cilindro de papel aislante y mediante separadores, se instala en forma concéntrica el devanado de tensión mayor. Los extremos de los devanados (denominados también principio y final del devanador) se protegen con aislante de forma de tubo conocido como “spaguetti”. Devanados para transformadores de distribución. En estos transformador, las diferencia entre las tensiones primaria y secundaria es notable, por ejemplo, los transformados para reces de distribución de 13200 volts a las tensiones de utilización de 220/127 volts debido a estas diferencias, se emplean criterios constructivo distintos a os considerados en los transformadores pequeños de baja tensión y se dividen en devanados de baja tensión y de alta tensión. Devanados de baja tensión. Están constituidos por lo general, de una sola espiral (algunas veces en dos o tres capas sobrepuestas), con alambres rectangular aislado. El conductor se usa generalmente para potencia pequeñas y tiene diámetros no superiores a 3 o 3.5 mm. El aislamiento de los conductores, cuando son cilíndricos, puede ser de algodón o de papel, más raramente conductor esmaltado en el caso que los transformadores que no sean enfriados por aceite. Para transformadores de mediana y gran potencia, se recurre al uso de placa o solera de cobre aislada, el aislamiento es por lo general de papel. En el caso de que las corrientes que transporte el devanado sean elevadas ya sea por vacilidad de manipulación en la construcción o bien para reducir las corrientes parásitas, se puede construir el devanado don más de una solera o placa en paralelo. Devanados de alta tensión. Los devanados de alta tensión, tiene en comparación con los de baja tensión, muchos espiras, y la corriente que circula por ellos, es relativamente baja, por lo que son de conductor de cobre de sección circular con diámetro de 2.5 a 3.0 mm. Con respecto a las características constructivas, se tienen variantes de fabricante a fabricante, hay básicamente dos tipos, el llamado “tipo bobina” formados de varias capas de condutores, estas bobinas tienen forma discoidal, estas bobinas se conectan, por lo general, en serie para dar el número total de espiras de una fase. El otro tipo des el llamado “de capas” constituido por una sola bobina con varias capas, esta bobina es de longitud equivalente a las varias bobinas discoidales que constituirían el devanado equivalente, por lo general, el número de espiras por capa en este tipo de devanado, es superior al constituido de varias bobinas discoidales. Como aspectos generales, se puede decir que el primer tipo (bobinas discoidales), da mayor facilidad de enfriamiento e impregnarse de aceite, debido a que dispone canales de circulación más numerosos, también tiene la ventaja de que requiere de conductores de menor diámetro equivalente al otro tipo, da mayor facilidad constructiva. Tiene la desventaja de ser más tardado en su construcción. Las bobinas discoidales se conocen también como “tipo galleta” en algunos casos, se forman cada una, de un cierto número de conductores dispuestos en capas y aisladas estas capas entre sí por papel aislante, cada bobina al terminar se “amarra” con cinta de lino o algodón para darle consistencia mecánica y posteriormente se les da un baño de barniz y se hornean a una cierta temperatura, con lo cual adquiere la rigidez mecánica necesaria. Cada bobina, está diseñada para tener una tensión no superior a 1000-1500 volts, por lo que para dar la tensión necesaria para una fase, se deben colocar varias bobinas en serie. Posición de los devanados. La disposición de los devanados en los transformadores, debe ser hecha de tal forma, que se concilien en la mejor forma las dos exigencias que son contrastentes entre sí, del aislamiento y de la menor dispersión del flujo. La primera requiere de la mayor separación entre devanados, en tanto que la segunda, requiere que el primario s encuentra los más cercano posible del secundario,. En la práctica, se alcanza una solución conveniente del problema con la disposición de los devanados dentro e los siguientes tipos: Ø Concéntrico. Ø Concéntrico doble. Ø Alternado. En el tipo concéntrico, cada uno de los devanados está distribuido a lo largo de toda la columna el devanado de tensión más baja se encuentra en al parte interna (más cercan al núcleo) y aislado del núcleo, y del de tensión más elevada, por medio de tubos aislantes (cartón baquelizado, baquelita, etc.). En la disposición de concéntrico doble, el devanado de tensión más de baja se divide en dos mitades dispuestas respectivamente al interior y al exterior uno de otro. En el llamado tipo alternado, los dos devanados están subdivididos cada uno en una cinta número de bobinas que están dispuestas en las columnas en forma alternada. La consideraciones que orientan desde el punto de vista de diseño, la disposición de los devanados, son aquellos referentes al enfriamiento, el aislamiento, la reactancia de dispersión y a los esfuerzos mecánicos. Con relación a los aislamientos, la solución más conveniente la representa el tipo concéntrico simple, porque requiere de una sola capa aislante entre los dos devanados, por lo que esta disposición es ventajosa en el caso de tensiones elevadas. El llamado concéntrico doble tiene la prerrogativa de dar lugar a la reactancia de dispersión con valor de alrededor de la mitad de aquel relativo al concéntrico simple. El tipo alternado, en cambio, permite variar tales reactancias, repartiendo en forma distinta las posiciones de las bobinas de los dos devanados.. para los esfuerzo mecánicos son mejor las disposiciones de tipo alternado, pues permite que el transformador soporte mejor los esfuerzos mecánicos. TransformadorSe denomina transformador o trafo (abreviatura), a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario FuncionamientoSi se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, circulará por éste una corriente alterna que creará a su vez un campo magnético variable. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. Relación de TransformaciónLa relación de transformación nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida del transformador. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) La razón de la transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión. Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario ó corriente de salida. El nacimiento del primer transformadorEntre 1884 y 1885, los ingenieros húngaros Zipernowsky, Bláthy y Deri de la compañía Ganz crearon en Budapest el modelo “ZBD” de transformador de corriente alterna, basado en un diseño de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo de núcleo abierto). Descubrieron la fórmula matemática de los transformadores: Donde: (Vs) es la tensión en el secundario y (Ns) es el número de espiras en el secundario, (Vp) y (Np) se corresponden al primario. Su solicitud de patente hizo el primer uso de la palabra "transformador", una palabra que había sido acuñada por Bláthy Ottó. En 1885, George Westinghouse compro las patentes del ZBD y las de Gaulard y Gibbs. Él le encomendó a William Stanley la construcción de un transformador de tipo ZBD para uso comercial. Este diseño se utilizó por primera vez comercialmente en 1886 Tipos de transformadores] Según sus aplicaciones Transformador elevador/reductor de tensión Un transformador con PCB, como refrigerante en plena calle.Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. Transformadores elevadoresEste tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno. Transformadores variablesTambién llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores. Transformador de aislamientoProporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí. Transformador de alimentaciónPueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador. Transformador trifásicoTienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían. Transformador de pulsosEs un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220 V. Transformador de línea o FlybackArtículo principal: Transformador Flyback Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios. Transformador diferencial de variación linealArtículo principal: Transformador diferencial de variación lineal El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo. Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos. Transformador con diodo divididoEs un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador. Transformador de impedanciaEste tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n². Estabilizador de tensiónEs un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.Transformador híbrido o bobina híbridaEs un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc. BalunEs muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador. Transformador electrónicoEstá compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada. Transformador de frecuencia variableSon pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control. Transformadores de medidaEntre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés. Según su construcción Pequeño transformador con núcleo toroidal. Como caracterizar un núcleo toroidal. Transformador de grano orientado. AutotransformadorArtículo principal: Autotransformador El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario. Transformador con núcleo toroidalEl núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault. Transformador de grano orientadoEl núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas. Transformador de núcleo de aireEn aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia. Transformador de núcleo envolventeEstán provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión. Transformador piezoeléctricoPara ciertas apli link: http://www.youtube.com/watch?v=http://www.youtube.com/watch?v=U58gfiyaRbE&feature=related caciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles. link: http://www.youtube.com/watch?v=http://www.youtube.com/watch?v=rA5AkTglHAM link: http://www.youtube.com/watch?v=http://www.youtube.com/watch?v=g1zrxEzfGDM