SISTEMA DE FRENOS
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.
El frenado con zapatas:
Este dispositivo esta constituido por una zapata que se 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.
Tipos de 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
Algunas configuraciones frecuentes de los frenos de zapatas son las siguientes:
•Frenos de zapatas de expansión interna (de tambor):
Los frenos de tambor tienen dos zapatas semicirculares que presionan contra la superficie interna de un tambor metálico que gira con la rueda. Las zapatas están montadas en un plato de anclaje; este plato está sujeto en la funda del eje trasero en la suspensión para que no gire.
. El frenado con discos:
El freno de disco consiste en un disco de hierro fundido o rotor que gira con la rueda, y una pinza o mordaza (caliper) montada en la suspensión delantera, que presiona las pastillas de fricción (balatas) contra el disco.
La mayoría de los frenos de disco tienen pinzas corredizas. Se montan de modo que se puedan correr unos milímetros hacia ambos lados. Al pisar el pedal del freno, la presión hidráulica empuja un pistón dentro de la pinza y presiona una pastilla contra el rotor. Esta presión mueve toda la pinza en su montaje y jala también la otra pastilla contra el rotor.
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.
Algunas configuraciones frecuentes de los frenos de disco son las siguientes:
•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.
El 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.
Electrodinámicos:
Cuyo fundamento es hacer que el motor trabaje como generador. Sólo se aplican a ejes motores. Estos a su vez pueden ser:
•Reostáticos:
De gran aplicación 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.
1.2.2. Hidráulicos:
Comprende un rotor calado en el árbol de la máquina que se ensaya, y que gira, bañado en agua, en el interior de un estator solidario de una palanca cuyo extremo puede actuar sobre el platillo de una báscula o ser cargado con pesos. Al girar, el rotor expulsa el agua y tiende a arrastrar en su movimiento al estator proporcionalmente al par desarrollado. Se restablece el equilibrio cargando el brazo de palanca con ayuda de pesos, cuyo momento, con relación al eje del árbol, es igual al par motor buscado.
2. SIN ADHERENCIA:
Hay otros sistemas de frenado menos importantes tales como:
2.1. Patín electromagnético frotante:
Debido a su gran desgaste sólo se utiliza como freno de urgencia.
2.2. Frenos de Foucault:
Basado en crear corrientes parásitas que a su vez crean esfuerzos de frenado.
2.3. 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.
2.4. 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:
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.
El frenado con zapatas:
Este dispositivo esta constituido por una zapata que se 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.
Tipos de 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
Algunas configuraciones frecuentes de los frenos de zapatas son las siguientes:
•Frenos de zapatas de expansión interna (de tambor):
Los frenos de tambor tienen dos zapatas semicirculares que presionan contra la superficie interna de un tambor metálico que gira con la rueda. Las zapatas están montadas en un plato de anclaje; este plato está sujeto en la funda del eje trasero en la suspensión para que no gire.
. El frenado con discos:
El freno de disco consiste en un disco de hierro fundido o rotor que gira con la rueda, y una pinza o mordaza (caliper) montada en la suspensión delantera, que presiona las pastillas de fricción (balatas) contra el disco.
La mayoría de los frenos de disco tienen pinzas corredizas. Se montan de modo que se puedan correr unos milímetros hacia ambos lados. Al pisar el pedal del freno, la presión hidráulica empuja un pistón dentro de la pinza y presiona una pastilla contra el rotor. Esta presión mueve toda la pinza en su montaje y jala también la otra pastilla contra el rotor.
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.
Algunas configuraciones frecuentes de los frenos de disco son las siguientes:
•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.
El 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.
Electrodinámicos:
Cuyo fundamento es hacer que el motor trabaje como generador. Sólo se aplican a ejes motores. Estos a su vez pueden ser:
•Reostáticos:
De gran aplicación 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.
1.2.2. Hidráulicos:
Comprende un rotor calado en el árbol de la máquina que se ensaya, y que gira, bañado en agua, en el interior de un estator solidario de una palanca cuyo extremo puede actuar sobre el platillo de una báscula o ser cargado con pesos. Al girar, el rotor expulsa el agua y tiende a arrastrar en su movimiento al estator proporcionalmente al par desarrollado. Se restablece el equilibrio cargando el brazo de palanca con ayuda de pesos, cuyo momento, con relación al eje del árbol, es igual al par motor buscado.
2. SIN ADHERENCIA:
Hay otros sistemas de frenado menos importantes tales como:
2.1. Patín electromagnético frotante:
Debido a su gran desgaste sólo se utiliza como freno de urgencia.
2.2. Frenos de Foucault:
Basado en crear corrientes parásitas que a su vez crean esfuerzos de frenado.
2.3. 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.
2.4. 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: