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SISTEMA DE FRENOS 1
CLASES DE VINCULACIÓN
Sistema de Frenos.
Santiago E. Espinosa Alvarado.
Universidad Internacional Del Ecuador
Santiago E. Espinosa A, Ingeniería Mecánica Automotriz, Facultad De Ingeniería Mecánica Automotriz,
Universidad Internacional Del Ecuador.
Correo: [email protected] Celular: 0992251352 Facultad De Ingeniería Mecánica
Automotriz.
Guayaquil 05 de julio del 2013
SISTEMA DE FRENOS 6
1 INTRODUCCIÓN
El sistema de frenos del vehículo es sin duda la parte más importante en lo que refiere a la seguridad del conductor por lo
que es necesario conocer acerca de este sistema y mantenerlo en perfectas condiciones de funcionamiento. Este tema
quiere dar a conocer el sistema de frenado comenzando por los dos sistemas que se están montando, frenos de tambor y
frenos de disco, a continuación también, se indica cómo se accionan estos sistemas mediante el circuito hidráulico de frenos
y el freno de estacionamiento.
Por último, se hace referencia a sistemas adicionales, como el ABS, el EBD, la asistencia en frenadas de
emergencia, los frenos electromecánicos.
Una vez finalizado el tema, el alumno debe ser capaz de identificar el sistema de frenos del vehículo y encontrar sobre el
mismo cualquier elemento del sistema y de los circuitos adicionales de frenado.
SISTEMA DE FRENOS
2 SISTEMAS DE FRENOS
7
El sistema de frenado pertenece a la seguridad activa del vehículo. Se encarga de reducir la velocidad del mismo,
y permite detenerlo cuando sea necesario. Además,
mantiene al vehículo parado mediante el freno de estacionamiento.
El frenado se produce por rozamiento entre dos superficies, una fija, sujeta a la suspensión, y otra solidaria a la
rueda y que gira con ella. Al frenar, la energía cinética del vehículo se transforma en calor y se disipa a la atmósfera.
Según este principio, existen dos sistemas de frenos:
Frenos de tambor Frenos de disco
Imagen 1 Frenos de tambor
(CESVIMAP, 2007)
Imagen 2 Frenos de Disco
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS
2.1 FRENO DE TAMBOR
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Este tipo de frenos está formado por un tambor, que gira solidario con la rueda, montado sobre el buje de la rueda o
directamente al eje de giro; también dispone de un plato sobre el que van las zapatas (elementos fijos de fricción) y los
elementos que las accionan, normalmente un bombín hidráulico.
Imagen 3 Componentes del freno de tambor (CESVIMAP,
2007)
Veamos a continuación cada uno de estos elementos:
SISTEMA DE FRENOS 9
2.1.1 TAMBOR
Es el elemento móvil del sistema. Se fabrica de fundición o aleación ligera y se tornea su parte interior y la exterior para
equilibrarlo. La rueda se sujeta al tambor mediante espárragos o tornillos, y al buje o al eje de giro mediante un
rodamiento.
Imagen 4 Tambor
(CESVIMAP, 2007)
2.1.2 PLATO
Se fabrica de chapa embutida y troquelada, y sirve de soporte a los bombines de accionamiento, zapatas y demás
elementos de fijación y regulación.
Imagen 5 Plato
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS 10
2.1.3 ZAPATAS
Se fabrican de chapa de acero, en forma de media luna, a las que se acopla el forro del freno, encargado de detener el
vehículo. Los forros se unen a las zapatas mediante remaches o se pegan con cola de contacto.
Imagen 6 Zapatas
(CESVIMAP, 2007)
Las zapatas se unen, por un extremo, al bombín y, por el otro, a un soporte fijo o regulable; a su vez, se mantienen
unidas al plato por medio de un sistema elástico de pasador y muelle. También se coloca otro muelle, que une las dos
zapatas para permitir su retroceso a la posición de reposo, cuando cesa la fuerza de desplazamiento efectuada
por el bombín.
SISTEMA DE FRENOS 11
Imagen 7 Elementos del freno de Tambor (CESVIMAP,
2007)
Existen dos tipos de montaje de zapatas:
• El sistema Simplex
• El sistema Dúplex
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2.1.3.1 SISTEMA SIMPLEX
Este sistema está formado por dos zapatas unidas a un mismo punto fijo y accionado por un solo bombín por el otro extremo
de la zapata. El inconveniente de este sistema es que una zapata trabaja más que la otra, no desgastándose uniformemente.
Imagen 8 Sistema Simplex (CESVIMAP, 2007)
2.1.3.2 SISTEMA DÚPLEX
Sistema formado por dos zapatas unidas cada una a un punto fijo y accionado por el otro extremo por un bombín, uno
para cada zapata. En este caso las zapatas trabajan y se desgastan por igual.
Imagen 9 Sistema Dúplex
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS 13
2.1.4 BOMBÍN HIDRÁULICO
Desplaza lateralmente las zapatas por uno de sus extremos para frenar el tambor. Se compone de un cilindro, por
donde se desplazan uno o dos pistones, cada uno unido al extremo de una zapata, a la que empuja por la acción del líquido
de freno, que actúa en el interior del cilindro.
Imagen 10 Cilindro de Freno
(CESVIMAP, 2007)
Este sistema también dispone de un tornillo para su purgado. Al abrirlo, sale el líquido de frenos, permitiendo que se
elimine el aire del circuito, que viciaría el funcionamiento
del sistema.
SISTEMA DE FRENOS
2.2 FRENO DE DISCO
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Están formados por un disco de freno, que se une al buje y gira con la rueda, por lo que es el elemento móvil del sistema de
frenado. El disco es abrazado por una pinza, sujeta a la mangueta, en la que se colocan los pistones de accionamiento
de las pastillas de freno.
Por el interior de la pinza van situados los conductos que alimentan de líquido de frenos a los pistones de accionamiento.
El líquido de frenos viene del circuito de frenos y desplaza los pistones, haciendo que las pastillas de freno, por
fricción, detengan el giro de los discos. El dispositivo de frenos de disco está integrado por el disco, la mordaza o pinza
(que puede ser fija o de doble acción, o móvil o de reacción) y las pastillas.
Imagen 11 Disco de Freno
(CESVIMAP, 2007)
Veamos cada uno de estos elementos a continuación:
SISTEMA DE FRENOS 15
2.2.1 DISCO DE FRENO
Es el elemento móvil del sistema. Se fabrican de acero, pudiendo ser macizos o ventilados. Los ventilados llevan
orificios intermedios para favorecer su refrigeración por el paso del aire. La rueda se sujeta al disco de freno
mediante tornillos o espárragos, y el disco se monta en el buje mediante un rodamiento.
Imagen 12 Disco
(CESVIMAP, 2007)
2.2.2 MORDAZAS O PINZAS DE FRENO
Se fabrican de acero y soportan el sistema de accionamiento de las pastillas de freno. Según el sistema de
accionamiento de las pastillas, las mordazas se clasifican en:
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• Mordaza fija o de doble acción: la mordaza va fija a la mangueta y el
desplazamiento de las pastillas, una a cada lado del disco, se realiza mediante 2 ó 4 pistones.
Imagen 13 Mordaza fija de doble acción
(CESVIMAP,2007)
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• Mordaza móvil o de reacción: la mordaza es móvil. Existe una pastilla de
freno a cada lado del disco, pero sólo una es accionada por un pistón para empujar el disco contra la
segunda pastilla.
Imagen 14 Mordaza Móvil
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS 18
2.2.3 PASTILLAS DE FRENO
Son los elementos de fricción del sistema de frenado. Están formados por una base metálica, por donde actúan los
pistones, que sirve de soporte del material de fricción. A las pastillas de freno se las acopla un cable, que se usa como
testigo de desgaste; el cable cierra un circuito eléctrico cuando las pastillas están desgastadas, activando un
indicador luminoso situado en el cuadro de instrumentos.
Imagen 15 Pastillas de Freno
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS
3 ACCIONAMIENTO DE FRENOS
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Para activar el sistema de frenado a voluntad del conductor, se necesita un elemento que transmita el movimiento del pedal
del freno al mecanismo de frenado. Actualmente, el
sistema más utilizado son los circuitos hidráulicos.
3.1 CIRCUITOS DE ACCIONAMIENTO
Dado que el sistema de frenos es un sistema de seguridad, se montan dos circuitos de accionamiento totalmente
independientes, cada uno de ellos se encarga de accionar los frenos de dos ruedas, de modo que si uno de los circuitos
tiene una avería, siempre se podrá frenar con las otras dos ruedas.
Existen dos tipos de circuitos:
• En cruz
• En paralelo
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3.1.1 CIRCUITO EN CRUZ
Es aquél en el que se activan las ruedas delantera izquierda y trasera derecha
simultáneamente; lo mismo sucede con las otras dos ruedas.
Imagen 16 Circuito en Cruz
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS 21
3.1.2 CIRCUITO EN PARALELO
En el circuito en paralelo, se frenan las delanteras, por un lado, y las traseras, por otro. Este sistema no se suele utilizar
por los problemas de direccionalidad que puede provocar si la frenada no se realiza en línea recta.
Imagen 17 Circuito en Paralelo
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS
3.2 DEPOSITO DE LÍQUIDO DE FRENOS
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Va situado encima de la bomba y unido a ésta mediante dos orificios de alimentación de líquido de frenos. Además,
dispone de un medidor de nivel y en la parte exterior se indica con dos marcas, el nivel máximo y mínimo de llenado
del depósito. Actualmente, se fabrican de plástico.
Imagen 18 Deposito de Líquido de Frenos
(CESVIMAP,2007)
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Imagen 19 Cilindro Principal de Freno
(CESVIMAP,2007)
Imagen 20 Cilindro Principal Partes (CESVIMAP,
2007)
3.3 BOMBA DE FRENO
Es el elemento encargado de mandar el líquido de frenos, a presión, por las tuberías para que accione los cilindros de freno.
Está constituida por un cilindro; por su interior, se desplazan dos pistones movidos por un vástago, accionado por un
servofreno o por el propio pedal de freno.
SISTEMA DE FRENOS
3.4 SERVOFRENO
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El objeto del servofreno es disminuir el esfuerzo que hay que aplicar sobre el pedal del freno. Los más habituales
trabajan por depresión (vacío). El vacío se obtiene, en los motores de gasolina, mediante el colector de admisión; en
los diésel, se genera con una bomba de vacío, y en los eléctricos la depresión es creada por una bomba de vacío
eléctrica.
Imagen 21 Servo
(CESVIMAP, 2007)
Se compone de un depósito de chapa, separado en dos cámaras por una membrana, delantera y trasera. La cámara
delantera está constantemente sometida al vacío; la cámara trasera es sometida a la presión atmosférica durante el
accionamiento del freno,y el resto del tiempo, a la misma depresión que la cámara delantera.
SISTEMA DE FRENOS 25
Imagen 22 Componentes del Servo (CESVIMAP,
2007)
Cuando se pisa el pedal del freno se provoca el cierre de la válvula de comunicación entre las dos cámaras, aislando una
de otra. Entonces, la válvula de presión atmosférica se abre y permite que la presión aumente en la cámara trasera. Durante
esta fase existe un desplazamiento del conjunto y una asistencia al esfuerzo del conductor.
SISTEMA DE FRENOS
3.5 TUBERÍAS Y LATIGUILLOS
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Se encargan de llevar el líquido de frenos desde la bomba de frenos hasta los cilindros de accionamiento.
Las tuberías son metálicas y van sujetas a la carrocería mediante regletas y grapas. Deben ser resistentes a la
oxidación y se unen a la bomba del freno y a los latiguillos mediante diferentes tipos de racores.
Imagen 23 Cañerías de frenos
(CESVIMAP, 2007)
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Los latiguillos son de caucho. Al ser flexibles, permiten que varíe su posición en los giros de las ruedas delanteras.
Van situados en el último tramo de alimentación de los cilindros de freno.
Imagen 24 Latiguillos
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS
3.6 LIQUIDO DE FRENOS
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El líquido de frenos es el elemento que, al ser presurizado por la bomba, empuja los cilindros de las pinzas contra
las pastillas o las zapatas contra el tambor, produciéndose así la acción de frenado.
3.7 FRENO DE ESTACIONAMIENTO O DE SEGURIDAD
También denominado freno de mano es un sistema de accionamiento mecánico, generalmente, de los frenos de las
ruedas traseras. Cumple funciones de:
•Seguridad: se emplea cuando el circuito principal no funciona. Por eso se le da un modo de accionamiento (mecánico),
diferente al del circuito de frenado (hidráulico).
• Estacionamiento: frena las ruedas traseras y mantiene el vehículo parado cuando está estacionado.
Imagen 25 Freno de Mano
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS 29
Su funcionamiento del freno de estacionamiento o de seguridad es el siguiente:
La palanca de mando (1) es accionada por el conductor, que activa un cable primario (2), que termina en un ancla (3).
Del ancla parten dos cables secundarios (4); cada uno actúa sobre una rueda. Al accionar la palanca, el cable
primario tira del ancla y se tensan los cables secundarios. En sus extremos, se sitúan las palancas (5) de
accionamiento de los frenos.
• EPB (Electronic Parking Brake), Freno de estacionamiento eléctrico).
Imagen 26 EPB (Electronic Parking Brake)
(CESVIMAP,2007)
SISTEMA DE FRENOS 30
• APB (AUtomatic / Active Parking Brake), freno de estacionamiento activo o
automático) o EHP (electrohydraulic Parking Brake), freno
de estacionamiento electrohidráulico).
Imagen 27 APB (AUtomatic / Active Parking Brake), (CESVIMAP, 2007)
3.7.1 FRENO DE ESTACIONAMIENTO ELÉCTRICO
En este tipo de sistemas se sustituye el clásico accionamiento, mecánico mediante palanca, por un motor eléctrico,
que tira de los dos cables de accionamiento de los frenos de estacionamiento de las ruedas traseras.
El freno de estacionamiento tiene un modo de funcionamiento manual y otro automático, según lo requieran las
circunstancias.
SISTEMA DE FRENOS 31
El sistema se compone de los siguientes elementos:
1: Módulo de freno de estacionamiento
2: Cables de accionamiento de los frenos
3: Cable de desenganche de emergencia
4: Interruptor de accionamiento
5: Sensor de posición del pedal de embrague
6: Indicadores del freno de estacionamiento
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Para enganchar o desenganchar los frenos de estacionamiento, el módulo del freno de estacionamiento ha de accionar el
motor eléctrico, que, a su vez, activa el sistema de desmultiplicación. Este último hace girar un eje estriado para
aumentar o reducir la tensión en los cables de freno, en función de que se quiera activar o desenganchar el freno de
estacionamiento. El módulo de freno de estacionamiento controla la carga ejercida por los cables de freno mediante la
señal que recibe del sensor de fuerza.
Imagen 28 Diferentes módulos de estacionamiento eléctrico (CESVIMAP, 2007)
Las pinzas de freno se traban en esa Posición Mediante una válvula magnética controlada eléctricamente y montada en la propia pinza de freno.
La pinza de freno se mantendrá bloqueada sin necesidad de ejercer presión hidráulica alguna sobre el circuito de frenos.
Los elementos del sistema se indican en el siguiente dibujo.
Imagen 29 SISTEMA APB O EHP
(CESVIMAP,2007)
3.7.1.2 SISTEMA APB O EHP
Este sistema, desarrollado por BOSCH actúa de la siguiente manera: cuando el conductor activa el freno de
estacionamiento mediante el interruptor, el ESP proporciona presión a los frenos automáticamente y presiona las
pastillas contra el disco.
SISTEMA DE FRENOS
4 SISTEMA ANTIBLOQUEO DE FRENOS (ABS)
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Cuando un conductor está obligado a parar bruscamente frente a un obstáculo, su reacción inmediata es pisar a fondo
el pedal de freno e intentar evitar la colisión con un giro de volante. La frenada excesiva conlleva el bloqueo de las
ruedas que llevará irreversiblemente al derrapaje, aumentando notablemente la distancia de frenado, y nos hará perder el
control sobre la dirección del vehículo. Si la carretera está deslizante a causa de las condiciones atmosféricas o del
estado del pavimento, la situación puede ocasionar un accidente grave.
Imagen 30 Sistema Abs (CESVIMAP, 2007)
Pocos son los conductores capaces de evaluar correctamente, en casos críticos, todos los
parámetros físicos y actuar en consecuencia para obtener el frenado óptimo del vehículo. Por esta razón, se ha
desarrollado el denominado Sistema Antibloqueo de Frenos (ABS), que mantiene o disminuye la presión en el circuito
de frenos para evitar que las ruedas se bloqueen y derrapen.
SISTEMA DE FRENOS
4.1 ELEMENTOS DE UN SISTEMA ANTIBLOQUEO DE FRENOS
35
El ABS consiste en intercalar un grupo hidráulico (3) que se encarga unas veces de mantener y otras de
disminuir la presión de frenado de cada rueda mediante electroválvulas, en un circuito convencional de frenos,
entre el cilindro maestro (1) y el
freno de la rueda (2).
Imagen 31 Descripción
ABS (CESVIMAP, 2007)
Estas electroválvulas están pilotadas por un calculador (4) a partir de las informaciones suministradas, normalmente, por
cuatro captadores (5), uno en cada rueda, sensibles a
las variaciones de velocidad de las ruedas.
Un testigo (6) se ilumina cuando el calculador detecta un fallo del sistema.
SISTEMA DE FRENOS 36
4.1.1 GRUPO HIDRÁULICO
Está compuesto, básicamente, por las electroválvulas que abren y cierran el paso de líquido de frenos procedente de
la bomba principal de freno, hacia los actuadores de freno y una bomba electrohidráulica, encargada de devolver el
líquido de freno a la bomba principal en fases de reducción de presión.
Imagen 32 Grupo Hidráulico
(CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS 37
Imagen 33 Rueda Fónica
(CESVIMAP, 2007)
Imagen 34 Señal ABS
(CESVIMAP, 2007)
4.1.2 CAPTADORES DE VELOCIDAD
Se encargan de determinar la velocidad de giro de las ruedas. Están constituidos por un captador y una rueda dentada,
denominada rueda fónica.
El captador genera un campo magnético mediante un núcleo magnético (imán), que se difunde hacia la rueda fónica.
Ésta, al girar con la rueda, produce una variación del campo magnético e induce una tensión alterna y sinusoidal en un
bobinado situado en el captador. Esta señal es enviada al calculador del ABS
SISTEMA DE FRENOS 38
Nos encontramos con los sistemas ABS de:
• Cuatro captadores y cuatro canales
• Cuatro captadores y tres canales.
• Tres captadores y tres canales.
4.2.1 ABS DE CUATRO CAPTADORES Y CUATRO CANALES
Dispone de un captador de giro y circuito de regulación de la presión de frenado para cada rueda.
Imagen 35 ABS DE CUATRO CAPTADORES Y CUATRO CANALES (CESVIMAP, 2007)
4.2 CLASIFICACIÓN DE LOS CIRCUITOS ABS
Los sistemas ABS se pueden clasificar según el número de captadores y de canales de regulación.
SISTEMA DE FRENOS 39
4.2.2 ABS DE TRES CAPTADORES Y TRES CANALES
Dispone de un captador de giro para cada una de las ruedas delanteras y traseras. La regulación es independiente para
las ruedas delanteras y conjuntas para las traseras.
Imagen 36 ABS DE TRES CAPTADORES Y TRES CANALES (CESVIMAP, 2007)
4.2.3 ABS DE CUATRO CAPTADORES Y TRES CANALES
Dispone de un captador de giro para cada una de las ruedas delanteras y traseras. La regulación es independiente para
las ruedas delanteras y conjuntas para las traseras.
Imagen 37 ABS DE CUATRO CAPTADORES Y TRES CANALES (CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS
4.3 FUNCIONAMIENTO DEL ABS
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El sistema más utilizado está constituido por ocho electroválvulas (dos posiciones y dos vías), dos para cada rueda.
La electroválvula de admisión (1, 2, 3 y 4) está situada entre el cilindro maestro y la pinza de freno, abierta en fase
de frenado normal. La electroválvula de escape (5, 6, 7 y 8), que está situada entre la pinza de freno y la
bomba de reinyección, se encuentra cerrada en posición de reposo.
Imagen 38 FUNCIONAMIENTO DEL ABS (CESVIMAP, 2007)
Durante el frenado normal, sin intervención del ABS, la presión proporcionada por el
cilindro maestro o bomba de freno atraviesa las válvulas de admisión de cada rueda y permite, a cada freno, detener la
rueda. La electroválvula de escape está cerrada y la bomba de reinyección no actúa. Si se sigue pisando el freno, puede
llegar a bloquearse alguna rueda. Para evitarlo, el ABS actúa en dos fases:
• Fase de mantenimiento de la presión de frenado.
• Fase de reducción de la presión de frenado.
SISTEMA DE FRENOS 41
4.3.1 FASE DE MANTENIMIENTO DE LA PRESIÓN
En la fase de mantenimiento de la presión, el calculador, por medio del captador de rueda, detecta el riesgo de
bloqueo sobre una rueda (por ejemplo, la rueda delantera derecha). El calculador comanda el cierre de la válvula de
admisión (1), manteniendo cerrada también la válvula de escape o retorno (5).
Imagen 39 DIAGRAMA DE PRESION DEL SIST. (CESVIMAP, 2007)
SISTEMA DE FRENOS 42
4.3.2 FASE DE REDUCCIÓN DE LA PRESIÓN
En fase de reducción de presión, la rueda está en el límite de su bloqueo. El calculador comanda entonces la apertura de la
válvula de retorno (5). El líquido liberado pasa al amortiguador y es reinyectado hasta la bomba de freno, gracias a
la bomba de reinyección (10).
Imagen 40 FASE DE REDUCCION DE PRESION (CESVIMAP, 2007)
Los amortiguadores (12) y los acumuladores (11) absorben todas las pulsaciones del líquido debidas al
funcionamiento cíclico de la bomba de reinyección (10) y al paso por las canalizaciones. Bajo el efecto de la bomba de
reinyección y de las aperturas y cierres de las válvulas, el pedal del freno tiembla y, de este modo, avisa al
conductor del funcionamiento del ABS.
SISTEMA DE FRENOS 43
4.4 EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS DE FRENADO
La tendencia actual se encamina a eliminar los sistemas de mando mecánico, sustituyéndolos por sistemas de
mando eléctrico y gestión electrónica. Las innovaciones más importantes son:
• Distribución electrónica de frenada (EBD).
• Asistencia para frenadas de emergencia.
En cuanto al circuito de frenos, la tendencia será sustituir el accionamiento hidráulico por circuitos eléctricos, dando lugar
a los frenos electromecánicos.
4.4.1 DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA DE LA FRENADA (EBD)
El EBD (Electronic Brake Force Distribution) distribuye de manera ideal la presión del líquido de los frenos delanteros y
traseros para evitar el bloqueo de las ruedas traseras antes que el de las delanteras.
El EBD sustituye al compensador de frenada, empleando exclusivamente elementos del ABS para hacer su trabajo. Es
una función añadida al sistema ABS, que no requiere componentes adicionales y que es controlada por la unidad de
mando de ABS.
Su funcionamiento es el siguiente: cuando se frena, si el deslizamiento de la rueda trasera supera al de la
delantera, la función EBD empieza a limitar el aumento de la presión de la frenada en la rueda trasera.
SISTEMA DE FRENOS 44
Bibliografía
CESVIMAP. (2007). SISTEMA DE FRENOS.
--------------------------------------- SANTIAGO E. ESPINOSA A. C.I.: 070506391-5
