frenos de potencia asistente (booster). cuando la mayoría de vehículos usaban frenos de tambor no...
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FRENOS DE POTENCIAASISTENTE (BOOSTER)
• Cuando la mayoría de vehículos usaban frenos de tambor no era necesario el uso de frenos de potencia puesto que de forma natural proveían su propia asistencia de potencia en el frenado.
• Hoy en día la mayoría de los automóviles usan frenos de disco, o al menos en las ruedas delanteras y por lo tanto requieren frenos de potencia.
• El asistente para frenos (Booster, hidrovac) utiliza el vacío proporcionado en el motor para multiplicar la fuerza que actúa sobre el cilindro maestro cuando el conductor presiona con su pie al pedal de freno.
• El asistente para freno es un recipiente metálico que contiene una válvula y un diafragma así como una barra que pasa a través del centro del recipiente metálico.
• Se conecta de un lado con el cilindro maestro y del otro con la conexión del pedal de freno.
Cilindro maestro - Asistente
• Otro elemento importante es la válvula check. Es una válvula de una sola vía que solo permite que el aire sea extraído del asistente de frenado.
• Si el motor es apagado o existe una fuga en la manguera de vacío esta válvula asegura que el aire no entre al asistente
• Su importancia radica en que ante la eventualidad de la detención del motor (p.e se quede sin combustible) el conductor aun disponga de suficiente asistencia en el frenado para detener el vehiculo de forma segura.
• En los vehículos propulsados por gasolina los motores suministran el vacío adecuado para la operación del asistente.
• No ocurre igual con los motores diesel ya que ellos no producen vacío y por lo tanto usan una bomba de vacío adicional para la operación del asistente.
Asistente en Acción
• En un vehiculo equipado con hidrovac, el pedal de freno empuja una barra que pasa a través de asistente hasta en cilindro maestro así actuando sobre el pistón del cilindro maestro.
• Cuando se toca el pedal del freno la barra rompe el vacío al abrirse permitiendo que entre aire al asistente en uno de los lados del diafragma al tiempo que sella el vacio.
• Esta acción permite que aumente la presión en un lado del diafragma de modo tal que ayuda a empujar la barra lo que a la vez empuja el pistón en el cilindro maestro.
• En la medida que el pedal es liberado, la válvula sella el suministro externo de aire a la vez que abre de nuevo la válvula de vacío.
• Esta acción restaura nuevamente el vacío a ambos lados del diafragma, permitiendo que todo retorne a su estado original.
HIDRAULICA
• La idea básica detrás de cualquier sistema hidráulico es muy simple: la fuerza aplicada en un punto es transmitida a otro punto usando un fluido incompresible, por lo general aceite de algún tipo.
• La mayoría de los sistemas de frenos también multiplican la fuerza en el proceso.
SISTEMA HIDRAULICO SIMPLE
• Como el aceite es incompresible la eficiencia es muy buena, casi toda la fuerza aplicada al primer pistón aparece en el segundo pistón.
• Otra ventaja es que la tubería que conecta a ambos cilindros puede ser de cualquier longitud.
• Permite que la tubería pueda serpentear alrededor de diferentes objetos que separan a los dos cilindros.
• La tubería puede también dividirse de modo tal que el cilindro maestro puede accionar mas de un cilindro “esclavo” o dependiente.
(ver próxima figura)
• Los sistemas hidráulicos permiten la multiplicación de fuerza de manera fácil, solo es necesario cambiar los tamaños de cilindros y pistones con relación al otro para lograrlo.
En la próxima figura se ilustra este principio.
• Para determinar el factor de multiplicación hay que primeramente observar el tamaño de los pistones en la figura anterior.
Asumiendo que el pistón de la izquierda tiene un diámetro de 2 pulgadas, mientras que el pistón de la derecha tiene un diámetro de 6 pulgadas:
2 donde A area del piston
r radio del piston
A r
:
;
i
d
i
d
i d
d i
d i
A area del piston de la izquierda
A area del piston de la derecha
F fuerza aplicada al piston de la izquierda
F fuerza aplicada al piston de la dercha
P P presion del aceite en la tuberia
Como ambas presiones son iguales
F Fsust
A A
2 2d i
d i
F Fituyendo
r r
• Despejando:
2
2
dd i
i
d
i
rF F
r
rfm factor multiplicador
r
• Para el caso del ejemplo:
• Cuando se aplica una fuerza de 100 lbs en el cilindro izquierdo, se obtiene una fuerza en el cilindro derecho que es 9 veces mayor, es decir una fuerza de 900 lbs
2 26
92
d
i
rfm
r
PEDAL DE FRENO SIMPLE
• El efecto de multiplicación por efecto palanca producido por el pedal se aprecia en la figura anterior:
Se puede apreciar que la distancia desde el pedal hasta el pivote es 4 veces la distancia entre el cilindro y el pivote. De tal manera la fuerza en el pedal se incrementa por un factor de 4 antes de ser transmitida al cilindro.
• Como se vio anteriormente, el diámetro del cilindro de freno es 3 veces mayor que el diámetro del cilindro maestro, por lo tanto la fuerza aplicada adicionalmente se multiplica por 9. En su conjunto este sistema incrementa la fuerza aplicada por el pie del conductor por un factor de 36.
Si el pie del conductor aplica una fuerza de 10 lbs sobre el pedal, se generan 360 lbs en la rueda, apretando las pastillas de freno sobre el disco.
FRENOS DE DISCO
• La mayoría de los automóviles modernos tienen frenos de disco en las ruedas delanteras y algunos tienen frenos de disco en las cuatro ruedas.
• El tipo más común de freno de disco en los automóviles modernos es el de caliper flotante de un solo pistón
• Las principales componentes son:
Las pastillas de freno.
El caliper o mordaza.
Cilindros.
Pistones.
Disco.
• Los frenos de disco auto ajustables de un solo pistón se auto ajusta y se auto centra.El caliper es capaz de deslizarse de lado a lado de modo tal que se mueve al centro cada vez que se aplica el freno.
• Las pastillas siempre mantienen un ligero contacto con el disco debido a que no existen resortes que permitan retirar las pastillas del disco. Aunque los sellos y bamboleo del disco permiten un pequeño retiro.
• El que las pastillas mantengan un ligero contacto es importante ya que si el pistón se retrajera completamente en el cilindro, obligaría al conductor hacer varias aplicaciones del freno antes de poder frenar.
FRENOS DE TAMBOR
• Funcionan bajo los mismos principios, existen unas zapatas que presionan sobre una superficie en rotación a la que se le llama tambor.
• Tiene un numero mayor de componentes que un freno de disco.
• Requieren mayor esfuerzo para hacerles servicio.
• Son menos costosos de fabricar.
• Se les puede incorporar mecanismos para frenado de emergencia mas fácilmente.
• En el freno de tambor existen 2 zapatas.
• Un pistón.
• Un mecanismo de ajuste.
• Un mecanismo para freno de emergencia.
• Y muchos resortes.
• Cuando las zapatas entran en contacto con el tambor se presenta un cierto grado de auto bloqueo lo cual tiene el efecto de presionar aun mas las zapatas contra el tambor con mayor fuerza.
• Este efecto cuña permite el uso de pistones mas pequeños que los usados en frenos de disco.
• Debido al efecto cuña, las zapatas deben ser separadas del tambor cuando se libera el freno.
• Esta es la razón para la existencia de algunos de los resortes.
• Otros resortes ayudan a mantener a las zapatas en su lugar y el retorno al brazo o palanca de ajuste después de que actúe.
• Para que los frenos de tambor funcionen correctamente las zapatas deben permanecer muy próximas al tambor sin tocarlo.
• Si están lejos el pistón debe recorrer una mayor distancia y requiere mas fluido y el pedal llegaría mas próximo al piso del automóvil.
• Por esta razón es necesario la presencia de un mecanismo de ajuste.
• La mayoría de los frenos de tambor están dotados de un mecanismo automático de ajuste.
• Cada vez que el carro se detiene, mientras esta en reversa, las zapatas son arrastradas mas fuertemente hacia el tambor.
• Cuando la separación es suficientemente grande (entre tambor y zapatas), la palanca de ajuste se mueve lo suficiente para hacer avanzar un diente al mecanismo.
• El mecanismo de ajuste tiene rosca, como un tornillo de modo tal que se desatornilla un poco cuando gira, alargándose para reducir la separación.
• En algunos carros el mecanismo de ajuste es activado por el freno de emergencia (freno de mano) cuando este se aplica.
• Este tipo de mecanismo se desajusta si el freno de mano no se usa por periodos prolongados.
FRENO DE EMERGENCIA
• Trabaja independiente del sistema principal de frenado.
• Consiste de un sistema sencillo actuado por un cable.
• Cuando se activa, el cable hala una palanca que a la vez empuja ambas zapatas separándolas y produciendo el contacto con el tambor.
