FRENOS

Los frenos y los embragues son en esencia un mismo dispositivo. Cualquiera de ellos permite

una conexión por fricción, magnética, hidráulica o mecánica entre dos elementos de máquina

Si ambos elementos conectados giran, entonces el dispositivo se conoce como embrague. Si

uno de los elementos gira y el otro queda fijo, se conoce como freno. Un embrague, por lo

tanto, permite una conexión interrumpible entre dos flechas en rotación, por ejemplo el

cigüeñal de un motor de automóvil y la flecha de entrada a su transmisión. Un freno permite

una conexión interrumpible entre un elemento giratorio y un plano de tierra no giratorio, por

ejemplo la rueda de un automóvil y su chasis. El mismo dispositivo sirve tanto de embrague

o como de freno, con su elemento de salida fijo en una flecha giratoria o a tierra.

Los frenos se clasifican de diversas maneras, según su forma de accionamiento, su forma de

transferencia de energía entre los elementos, y el carácter del Acoplamiento.

Los medios de accionamiento son: mecánico, como empujar el pedal del embrague de un

automóvil; neumático o hidráulico, en el cual la presión de un fluido impulsa un pistón para

acoplar o desacoplar mecánicamente, como en los frenos de los vehículos; eléctrico, que

suele emplearse para excitar una bobina magnética, o automático, como en un freno contra

desboque, que se acopla debido al movimiento relativo entre elementos.

Frenos Magnéticos

Tienen muchas ventajas, como tiempos de respuesta mus breves, facilidad de control, inicios

y paros muy suaves, y están disponibles energizados acoplados o energizados desacoplados

(a prueba de falla). Se suministran versiones tanto de embragues como de frenos, así como

módulos combinados embrague y freno.

Freno de Fricción de operación magnética

Frenos de partículas magnéticas

No tienen un contacto de fricción directo entre disco del embrague y carcaza, y no hay

material de fricción que se desgaste. El espacio o entrehierro entre superficies está lleno de

un fino polvo ferroso. Al energizarse la bobina, las panículas de polvo forman cadenas a lo

largo de las líneas de flujo del campo magnético, acoplando el disco a la carcaza, sin desli-

zamiento. Es posible controlar el par de torsión, modificando la corriente de la bobina;

entonces, cuando el par de torsión aplicado exceda el valor establecido por la corriente de la

bobina, suponiendo un voltaje constante, el dispositivo se deslizará.

Frenos de histéresis magnética

No tienen un contacto mecánico entre los elementos en rotación y, por lo tanto, al

desacoplarse tienen una fricción cero. El rotor, que también se conoce como taza de arrastre,

es arrastrado (o frenado) por el campo magnético establecido por la bobina de campo (o imán

permanente). Estos dispositivos se utilizan para controlar el par de torsión en flechas, en

aplicaciones como máquinas bobinadoras, donde deba aplicarse una fuerza constante a una

trama o hilo de material, conforme se va embobinando. El par de torsión en un embrague de

histéresis se controla de manera independiente de la velocidad. Estos dispositivos son en

extremo suaves, silenciosos y de larga vida, ya que no hay contacto mecánico dentro del

embrague, excepto en sus cojinetes.

Freno de Histéresis

Frenos de Disco

Los frenos de disco rara vez se fabrican coa recubrimientos cubriendo toda la circunferencia

de la cara, porque entonces se sobrecalentarían. Los frenos a menudo deben absorber grandes

cantidades de energía en aplicaciones repelidas. Los frenos de disco de mordazas, como los

que se usan en los automóviles, utilizan pastillas de fricción que se aplican sólo sobre una

pequeña fracción de la circunferencia del disco, dejando el resto expuesto para enfriamiento.

A veces el disco está ventilado mediante pasajes internos de aire a fin de promover el

enfriamiento. La mordaza casi siempre se monta sobre el disco y consta de dos pastillas, cada

una de ellas frotando en uno de los dos lados del disco. Con esto se compensa la fuerza axial

y se reducen las fuerzas axiales sobre los cojinetes.

Los frenos de disco se utilizan de forma común en automóviles, en particular en las ruedas

delanteras, mismas que aportan más de la mitad de la fuerza de detención. Algunas de las

ventajas de los frenos de disco sobre los de tambor son su buena controlabilidad y linealidad.

Freno de disco para una bicicleta

Frenos de Tambor

Los frenos de tambor aplican el material de fricción contra la circunferencia de un cilindro,

ya sea externa, interna o en ambas caras. Estos dispositivos se utilizan más a menudo como

frenos que como embragues. La parte sobre la cual el material de fricción está remachado o

cementado con adhesivo se conoce como zapata del freno, y la pieza contra la que frota es el

tambor del freno. La zapata es empujada hacia el tambor para crear el par de torsión de

fricción. La configuración más simple de un freno de tambores el freno de banda, que es una

zapata flexible, enrollada alrededor de la mayor parte de la circunferencia externa del tambor,

y que se aprieta contra éste. De manera alterna, una zapata (o varias) relativamente rígida y

recubierta puede pivotearse contra la circunferencia interior o exterior (o ambas) del tambor.

Si la zapata entra en contacto con sólo una pequeña porción anular del tambor, se trata de un

freno de zapata corta, de lo contrarío se trata de un freno de zapata larga. La geometría de la

zapata corta, comparada con la de la larga, requiere en cada caso un tratamiento analítico

diferente. Los principios también son los mismos para los frenos con zapatas internas.

Frenos de tambor externos de zapata corta

En la imagen siguiente se muestra un diagrama esquemático de un freno de tambor externo,

de zapata corta. Si el ángulo θ subtendido por el arco de contacto entre zapata y tambores

pequeño (mas o menos 45°) entonces podemos considerar que la fuerza distribuida entre la

zapata y el tambor es uniforme.

Ensamble del freno de tambor externo

Frenos de tambor externos de zapata larga

Si el ángulo de contacto θ entre zapata y tambor de la siguiente imagen es mayor a 45°, en-

tonces no será correcta la hipótesis de una distribución uniforme de presión sobre la

superficie de la zapata. La mayor parte de los frenos de tambor tienen ángulos de contacto de

90° o mayores, por lo que será necesario un análisis más preciso al de la hipótesis de zapata

corta. Dado que cualquier zapata de freno en realidad no será infinitamente rígida, sus

deflexiones afectarán la distribución de la presión. Resulta muy complicado un análisis que

lome en consideración los efectos de la deflexión y casi no se requiere aquí. Conforme la

zapata se desgasta, girará alrededor punto O y el punto A se moverá mis que el punto B en

razón de su mayor distancia desde O. La presión en cualquier punto de la zapata también

variará en proporción a su distancia a O.

Ensamble de freno de tambor externo de zapata larga

Frenos de tambor internos de zapata larga

La mayor parte de los frenos de tambor (y casi todos los de automóvil) llevan zapatas internas

que se expanden contra la parte interior del tambor. Por lo general se utilizan dos zapatas, que

se pivotean contra los extremos de un tomillo de ajuste y que son empujados contra el tambor

por un cilindro hidráulico de doble actuación. Resortes ligeros mantienen las zapatas contra

los pistones del cilindro de la rueda y tiran de las zapatas alejándolas del tambor cuando no

están activados. La rueda del automóvil n fija directamente al tambor del freno. El análisis de

un freno con zapata interna es el mismo que el correspondiente a uno de zapata externa.

Asociaciones Internacionales

SAE J 880-2011 (SAE J880-2011)

Sistema de frenos calificación de la prueba ~ Código de Vehículos Comerciales

Este código está diseñado para vehículos comerciales de más de 4500 kg (10 000 lb) con

sistemas de freno que tienen rangos de presión típicas de servicio 0 a 14,1 MPa (0 a 2050 psi)

hidráulico o de 0 a 830 kPa (0 a 120 psi) de aire y no es directamente aplicable a vehículos

con otros sistemas.

SAE J 2536-2011 (SAE J2536-2011)

Procedimiento de prueba para el sistema de frenos antibloqueo (ABS / Anti-Lock) el

rendimiento de los camiones, camiones tractores y autobuses de más de 4536 kg (10 000 lb).

Este procedimiento de ensayo está diseñado para determinar la estabilidad del vehículo, la

maniobrabilidad, la capacidad de frenado y la función del sistema en diferentes condiciones

de las carreteras de la superficie, incluyendo superficies de fricción variables y uniforme con

aplicación de los frenos full-threadle/pedal para obtener el máximo rendimiento con la

activación del ABS / Anti-Lock.

SAE J 1291-2011 (SAE J1291-2011)

Sistema de frenos de automóviles hidráulico

Este documento ha sido declarado "estabilizado" y ya no ser sometido a revisiones periódicas

de la moneda. Los usuarios son responsables de verificar las referencias y la adecuación

permanente de los requisitos técnicos.

ASTM E1337 - 90 (2008) Método de prueba estándar para determinar la máxima

longitudinal de frenado Coeficiente de superficies pavimentadas por medio de neumáticos

estándar de prueba de referencia

ASTM D622 - 99 (2005) Métodos de prueba estándar para manguera de goma para aire

acondicionado automotriz y sistema de frenos de vacío

ASTM F1649-96 (2003) Métodos de prueba estándar para la Evaluación de Rendimiento en

mojado tracción de frenado de los neumáticos para turismos en vehículos equipados con

sistemas antibloqueo de frenado

ISO 8710:2010

Motocicletas - Frenos y sistemas de frenos - Pruebas y métodos de medición

ISO 8710:2010 especifica los ensayos y métodos de medición para sistemas de frenos de servicio y, en su caso,

los sistemas asociados del freno de estacionamiento de motocicletas de dos ruedas (3-3), motocicletas con

sidecar (3-4) y vehículos de tres ruedas (3-5), que son destinado a circular por las vías públicas, con el fin de

uniformar los procedimientos de prueba en todo el mundo para sistemas de frenado.

BS ISO 8709:2010

Los ciclomotores. Los frenos y sistemas de frenos. Las pruebas y los métodos de medición (British Standard)

ISO 8709:2010 especifica los ensayos y métodos de medición para sistemas de frenos de servicio y, en su caso,

los sistemas asociados del freno de estacionamiento de los ciclomotores de dos ruedas (3-1) y ciclomotores de

tres ruedas (3-2) que están destinados para su uso en la vía pública, con el fin de establecer procedimientos de

ensayo uniformes en todo el mundo para sistemas de frenado.