Mc401 Elemtos De Maquinas. Los Frenos

TEMA : LOS FRENOS CURSO: ELEMENTOS DE MÁQUINAS COD. CURSO : MC-401 ALUMNO : GARAY REINOSO ; RICARDO CÓDIGO : 20080095H SECCIÓN: “ F ” NACIONAL PROFESOR :UNIVERSIDAD ESCUDERO VEGA , DE INGENIERIA

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LOS FRENOS

Los frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseño de elementos de máquinas, 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 máquinas herramientas, mecanismos móviles, aparatos elevadores, turbinas, etc. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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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 está 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. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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CLASIFICACIÓN GENERAL FRENOS DE ADHERENCIA: 1.1. CLÁSICOS 1.1.1. 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.

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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. Cuando el conductor pisa el pedal del freno, la presión hidráulica aumenta en el cilindro maestro y pasa a cada cilindro de rueda. Los cilindros de rueda empujan un extremo de cada zapata contra el tambor, y un pivote, llamado ancla, soporta el otro extremo de la zapata. En el ancla, generalmente hay un ajustador de freno. Cuando las balatas, que van unidas a las zapatas, se desgastan, hay que acercar más las zapatas al tambor con un ajustador de rosca para mantener la máxima fuerza de frenado. En algunos automóviles se debe hacer un ajuste manual a intervalos de 5,000 a 10,000 kilómetros. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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1.1.2. 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. Figura: Freno de Disco

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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.

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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.

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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 anti patinaje. Mayor distancia de parada.

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1.1.3. 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.

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1.2. MOTOR Dentro de los distintos frenos motores están: 1.2.1. 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.

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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.

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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:

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Según el tipo de frenado que se quiera hacer éste puede ser: 1) Frenado continuo: 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 graduados: si se realiza de una forma escalonada. Tipos de frenos neumáticos: 1- De aire comprimido. 2- De vacío. 3- Una combinación de los dos. Frenado por aire comprimido: Figuras aclarativas de cómo funciona este tipo de frenado:

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Llave de mando del freno y sus diferentes posiciones

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Inconvenientes en este sistema de freno: - Retraso en el frenado de los vagones de cola. - Es difícil obtener aflojamientos graduados. Solución a estos inconvenientes: Utilizar un sistema mezcla del automático y directo:

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Dentro del frenado por aire comprimido hay que incluir también el freno de mano, indispensable para el estacionamiento del tren:

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EL SISTEMA DE FRENOS Y EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE El sistema de frenos juega un papel muy importante tanto en la seguridad como en el rendimiento de un automóvil por ejemplo unos frenos demasiado ajustados podrían provocar: el sobrecalentamiento de las balatas generar la cristalización de las mismas provocando una falta de frenado calentamiento excesivo daño a los sellos de los cilindros (“gomas”) daño al neumático (generalmente en forma de pequeñas grietas “cuarteamiento de las caras”) falla en los sellos de las ruedas (retenes) y por lo tanto fuga de aceite del diferencial o del transeje contaminando las balatas reducción en la capacidad de frenado sobre consumo de combustible (en un 10% o más). Es importante hacer revisiones frecuentes (una vez a la semana) para determinar si no hay fugas de líquido de frenos, estas fugas se pueden detectar porque generalmente se bajan los niveles de los depósitos del líquido de frenos.

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SISTEMAS DE ANTIBLOQUEO DE FRENOS (ABS) Un sistema de frenado antibloqueo (ABS) controla automáticamente la presión del liquido de frenos, evitando que las ruedas se bloqueen cuando se ejerce excesiva presión sobre el pedal, generalmente en situaciones de alto riesgo, optimizando de tal manera el funcionamiento del sistema y permitiendo al conductor, al mismo tiempo, mantener la estabilidad y control del vehículo. Las siglas que lo identifican provienen de su denominación en idioma ingles: Antilock Breaking System: Algunos autores españoles han castellanizado la acepción, denominándolos SFA (Sistema de Frenos Antibloqueo). Se lo suele calificar como sistema reactivo, pues funciona reaccionando frente a una o más ruedas bloqueadas. ¿ Por qué el sistema ABS es beneficioso? La primer ventaja a destacar es que los sistemas antibloqueo permiten que el automotor se detenga en distancias más cortas. Esto se explica porque al mejorar el contacto neumático-suelo, se mantiene un mayor coeficiente de rozamiento y, como consecuencia, se logra una mayor eficiencia de frenado.

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Sobre pavimento húmedo, el sistema permite que el agua drene por las estrías y no se forme la cuña de agua que caracteriza el hidroplano (acquaplanning). La segunda mejora, pero no menos importante, se pone de manifiesto cuando, en situaciones extremas, los conductores ejercen la máxima presión posible sobre el pedal de freno. En vehículos provistos de sistemas estándar de frenado, es común que durante una frenada de pánico, sobre pavimento seco, las ruedas delanteras se bloqueen. Cuando la calzada esta mojada o resbaladiza, ese riesgo aumenta significativamente, especialmente a velocidades altas o cuando el dibujo de los neumáticos se encuentra desgastado. Cuando esto ocurre, el conductor pierde el control del vehículo, que no responde al giro del volante y se desliza en la dirección y sentido que llevaba al iniciarse el bloqueo. Al evitar ese bloqueo, el sistema ABS permite que el conductor mantenga bajo control el direccionamiento del vehículo, al mismo tiempo que lo desacelera optimizando, de esa manera, la conducción en situaciones de riesgo.

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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. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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