1. Función del sistema de frenos y elementos del equipo de frenos
La función del sistema de frenos es reducir la velocidad del vehículo de forma progresiva mientras está en marcha, detenerlo por completo o mantenerlo inmovilizado cuando ya se encuentra parado.
El sistema de frenos está compuesto por los siguientes elementos:
Mando
Es el elemento que acciona el conductor para frenar, normalmente el pedal de freno. A través de él se transmite la energía necesaria para realizar el frenado. Esta energía puede proceder directamente de la fuerza muscular del conductor o de una fuente auxiliar, como un sistema de asistencia, siempre bajo su control.
Transmisión
La transmisión está formada por el conjunto de elementos que se sitúan entre el mando y los frenos. Su función es llevar la fuerza de frenado desde el pedal hasta el dispositivo de freno. Según el tipo de sistema, la transmisión puede ser mecánica, hidráulica, neumática, eléctrica o mixta. En estos sistemas, la energía de frenado suele provenir de una fuente independiente del conductor.
Dispositivo de freno
Es el elemento sobre el que actúa directamente la fuerza de frenado y cuya función es oponerse al movimiento del vehículo. El dispositivo de freno puede ser de distintos tipos:
- De fricción: la fuerza de frenado se produce por el rozamiento entre dos piezas que se mueven una respecto a la otra, como ocurre en los frenos de disco o de tambor.
- Eléctrico: la fuerza se genera mediante la acción electromagnética entre dos elementos en movimiento, sin que exista contacto físico entre ellos.
- Hidráulico: la fuerza se produce gracias a la acción de un líquido que actúa entre dos piezas móviles.
- De motor: el frenado se consigue aumentando de forma controlada la resistencia del motor, transmitiendo esa fuerza de retención a las ruedas.
2. Tipos de frenos
Encontramos los frenos de servicio, frenos de socorro o auxiliar y el freno de estacionamiento.
Frenos de servicio
Los frenos de servicio permiten al conductor reducir la velocidad del vehículo durante la marcha normal y conseguir que frene y se detenga. El conductor debe poder frenar desde su asiento sin retirar las manos del volante. El circuito de frenos de servicio en un automóvil está formado por:
- Un pedal de freno.
- Una bomba hidráulica con el depósito de líquido.
- Un servofreno.
- Discos y pinzas de freno o tambores y zapatas.
- Un regulador de frenado en el eje trasero.
Pueden usar un circuito para los dos frenos del eje o un circuito mixto para cada eje. La fuerza máxima es de unos 800 Newton, con una presión máxima en el circuito de 20 a 50 bares. La relación del pedal es de 5:1 u 8:1.
Freno de socorro o auxiliar
El freno de socorro o auxiliar debe permitir detener el vehículo en una distancia razonable en caso de que fallen los frenos de servicio. Este debe ser accionado por el conductor con al menos una mano en el volante. Este freno se encuentra en el mismo sitio que el freno de estacionamiento, ya que los dos forman el freno de mano. Consiste en un mecanismo de accionamiento manual que actúa sobre las dos ruedas de un mismo eje, normalmente las traseras.
Freno de estacionamiento
Cuando el vehículo está parado, este sistema debe permitir mantener el vehículo detenido cuesta arriba o cuesta abajo, incluso en ausencia del conductor. El sistema empleado en este es mecánico permanente, generalmente con un trinquete. El conductor debe poder accionar este freno desde su asiento.
El freno de estacionamiento es independiente del de servicio. La fuerza máxima a realizar es de 400 Newton. La relación de la palanca es inferior a 1 y tendría que ejercer al menos un 20% de la fuerza del frenado total, con una aceleración media mínima de 1,5 m/s² para poder detener el vehículo completamente en una pendiente igual a la que pueda subir.
7. Efectos del frenado sobre la estabilidad
Al realizar una frenada se producen en el vehículo distintos efectos que intervienen en la estabilidad, direccionalidad y marcha del mismo. Los principales efectos son:
Basculación del vehículo sobre el eje delantero
Cuando realizamos una frenada se produce un fenómeno en el que el peso del eje delantero aumenta y el del trasero disminuye. La adherencia en el eje delantero es mayor y menor en el trasero. Debido a esto, es importante montar un regulador de frenado en el eje trasero para evitar el bloqueo de las ruedas traseras en frenadas fuertes.
Bloqueo de las ruedas delanteras y pérdida de trayectoria
El bloqueo de las ruedas delanteras produce una pérdida de direccionalidad y trayectoria. Si al tomar una curva frenando se bloquean las ruedas delanteras, por más que giremos el volante el vehículo no obedecerá a la dirección debido al deslizamiento por el bloqueo. En consecuencia, el vehículo seguirá una trayectoria recta. Para evitarlo se montan sistemas como el ABS.
Pérdida de trayectoria sin bloqueo de ruedas
Se produce por un frenado desequilibrado en las ruedas. Al frenar, una rueda frena más que la otra y, como consecuencia, se produce una pérdida de trayectoria hacia donde se encuentra esa rueda.
3. ¿Qué es la fuerza de frenado y en qué consiste?
La fuerza de frenado es la fuerza ejercida en sentido contrario a la del impulso, con la finalidad de conseguir detener el vehículo. El frenado consiste en la transformación de la energía cinética en calorífica mediante el rozamiento de superficies. Para ello se emplean los discos y pastillas o los tambores y zapatas.
4. Fuerza de frenado máxima sin deslizamiento
Esta es la fuerza que se puede ejercer sobre la rueda sin que exista deslizamiento. Por norma general, será siempre menor que la total capaz de ejercer. Esto es debido a que se toman en cuenta factores externos como el tipo de frenado, el agarre y factores climatológicos.
5. Eficacia de frenado
La aceleración máxima que sucede durante el proceso de frenado determina la eficiencia de frenado de este sistema. En estas situaciones, la máxima aceleración posible es la gravedad (9,8 m/s²), aunque en la práctica es imposible conseguir el 100% de eficacia. Esto se debe a factores externos como el agarre del neumático, el terreno, climas adversos y temperaturas. Por tanto, la eficacia depende del coeficiente de adherencia entre las ruedas y el terreno y de la fuerza aplicada.
6. Distancia de parado o detención
La distancia de parado o detención es el espacio que recorre un vehículo desde que se acciona el freno hasta que se detiene por completo. Esta distancia dependerá de la fuerza de frenado, la adherencia, la velocidad del vehículo y su propio peso.