Tecnología de Frenado Automotriz: Componentes y Sistemas Avanzados

Sistemas de Transmisión y Frenado en Vehículos

Sistemas de Transmisión

• Transmisión: Mecánica, Neumática, Eléctrica, Combinada, Hidráulica.

Tipos de Freno

• Frenos de Fricción: Basados en el rozamiento entre superficies.
• Frenos Eléctricos: Utilizan principios electromagnéticos para la frenada.
• Frenos de Fluido: Emplean un fluido para generar resistencia.
• Frenos Aerodinámicos: Aprovechan la resistencia del aire para decelerar.

Tipos de Frenado

• Frenado de Servicio: El freno principal para reducir la velocidad o detener el vehículo.
• Frenado de Estacionamiento: Mantiene el vehículo inmovilizado cuando está parado.
• Frenado de Socorro (o Emergencia): Un sistema secundario para detener el vehículo en caso de fallo del freno de servicio.

Configuraciones de Circuitos Hidráulicos (Distribución)

Se refieren a la disposición de los circuitos de frenado para distribuir la presión de forma segura y eficiente. En vehículos con bomba simple, especialmente en sistemas más antiguos o de baja velocidad (ej. hasta 20 Km/h), la distribución puede ser más básica. Ejemplos comunes de configuraciones de circuitos incluyen:

• Circuito II (Longitudinal): Un circuito para el eje delantero y otro para el eje trasero.
• Circuito LL (Longitudinal Independiente): Similar al II, con circuitos completamente independientes para cada eje.
• Circuito HT (Delantero y Completo): Un circuito para el eje delantero y otro que cubre ambos ejes (a menudo diagonal o combinado).
• Circuito X (Diagonal): Un circuito para la rueda delantera izquierda y trasera derecha, y otro para la rueda delantera derecha y trasera izquierda. Común en vehículos modernos para mantener la capacidad de frenado en caso de fallo de un circuito.

Componentes del Sistema de Frenado

Frenos de Tambor

Partes del Freno de Tambor

• Portafrenos: Soporte de los componentes internos.
• Cilindro de Rueda (Bombín): Contiene los pistones que empujan las zapatas.
• Zapatas: Elementos de fricción que presionan contra el tambor.
• Resortes: Retraen las zapatas a su posición original.
• Palanca del Freno de Estacionamiento (FM): Activa el freno de mano.
• Tambor: Componente giratorio contra el que friccionan las zapatas.

Tipos de Freno de Tambor

• Simplex: Un cilindro de rueda con dos pistones. Ofrece mayor eficacia de frenado en la zona del cilindro.
• Dúplex: Dos cilindros de rueda y dos pistones, mejorando la distribución de la fuerza.
• Dúoservo: Dos cilindros de rueda y cuatro pistones, proporcionando una mayor amplificación de la fuerza de frenado.

Sistemas de Regulación del Freno de Tambor

Sistemas de ajuste que compensan el desgaste de las zapatas, como los desarrollados por Girling o Bendix, o sistemas de ajuste automático.

Frenos de Disco

Partes del Freno de Disco

• Cuerpo de la Pinza (Caja de Brida): Estructura que aloja los componentes.
• Cilindro de la Pinza: Contiene el émbolo que empuja las pastillas.
• Junta: Sella el cilindro para evitar fugas de líquido.
• Émbolo: Transmite la presión hidráulica a las pastillas.
• Tapa Protectora: Protege el conjunto del cilindro.
• Anillo de Sujeción: Asegura el émbolo.
• Ballesta Expansible: Ayuda a separar las pastillas del disco.
• Disco: Componente giratorio contra el que friccionan las pastillas.
• Pasador: Sujeta las pastillas en la pinza.
• Cubierta de la Pinza (Caja Tapa): Protege el mecanismo.

Tipos de Freno de Disco

• Pinza Fija (Mordaza Fija): La pinza no se mueve, y los pistones actúan desde ambos lados del disco.
• Pinza Flotante: La pinza se desliza, y los pistones actúan desde un solo lado, empujando la pinza para que la pastilla opuesta también presione el disco.

Fenómeno del Fading

Fading: Pérdida de eficacia de frenado debido al sobrecalentamiento de los componentes del sistema (pastillas, discos, líquido de frenos). Esto reduce el coeficiente de fricción y la capacidad de disipación de calor.

Tipos de Fading

• Clásico o de Montaña: Ocurre en descensos prolongados o uso intensivo del freno.
• Por Altas Velocidades: Se manifiesta en frenadas bruscas y repetidas a alta velocidad.

Comparativa Freno de Disco vs. Freno de Tambor (Ventajas del Disco)

• Mayor Estabilidad: Ofrecen una frenada más consistente y predecible.
• Carrera del Pedal Constante: La carrera del pedal no varía significativamente por variaciones de espesor de las pastillas.
• Mayor Eficacia: Especialmente en disipación de calor y resistencia al fading.
• Diseño más Sencillo: Generalmente con menos piezas complejas y más fáciles de mantener.
• Mayor Coste: Suelen tener un coste inicial y de mantenimiento superior al de los frenos de tambor.

Servofreno

El servofreno es un sistema que amplifica la fuerza ejercida por el conductor sobre el pedal de freno, facilitando la frenada. Funciona por medio del vacío generado en el colector de admisión del propio motor del vehículo. En motores diésel, que no generan suficiente vacío, se requiere una bomba de vacío auxiliar.

Tipos de Servofreno

• El Hidrovac: Se instala entre la bomba de frenos y los cilindros receptores.
• El Mastervac: Se instala entre el pedal de freno y la bomba.

Cilindro Maestro (Bomba de Freno)

Convierte el movimiento del pedal del freno en presión hidráulica, que se transmite a los cilindros de rueda o pinzas de freno.

Reparto de Peso en Frenado

Durante una frenada, el peso del vehículo se transfiere hacia el eje delantero. Un reparto típico de la fuerza de frenado puede ser aproximadamente 30% en el eje trasero y 70% en el eje delantero para optimizar la estabilidad y la eficacia.

Compensador (Válvula Proporcionadora Sensible a la Carga)

Dispositivo que ajusta la presión de frenado en el eje trasero para evitar el bloqueo de las ruedas, especialmente bajo diferentes condiciones de carga. La presión hidráulica (A) ejerce fuerza sobre un muelle, haciendo descender el pistón hasta limitar el paso (B) del fluido al eje trasero. Este limitador/compensador puede estar ubicado en la carrocería y actuar en función del resorte de las ruedas. En algunos sistemas, una bola se desplaza en función de la deceleración para ajustar dinámicamente la distribución de frenado.

Tuberías de Freno

Las tuberías de freno son cruciales para la transmisión del fluido hidráulico. Están fabricadas en metal o goma.

Características de las Tuberías de Freno

• Deben soportar alta presión.
• Los tubos metálicos conducen el fluido a lo largo de la carrocería.
• En zonas móviles (como la dirección y la suspensión), se utilizan tuberías de goma.
• Estas tuberías de goma suelen ser de neopreno con trenzado de acero para soportar alta presión y variaciones de temperatura (termovariabilidad).

Líquido de Freno

Fluidos hidráulicos esenciales para el funcionamiento del sistema de frenado, homologados por el Ministerio de Transporte (normativa DOT).

Propiedades Clave del Líquido de Freno

• Punto de Ebullición Elevado: Para evitar la formación de burbujas de vapor por calor.
• Baja Compresibilidad: Prácticamente incompresible para una respuesta de frenado directa.
• No Reactivo: No debe reaccionar químicamente con los componentes del sistema de freno.
• Punto de Congelación Reducido: Para asegurar el funcionamiento en climas fríos.
• Higroscópico: Absorbe humedad del ambiente, lo que con el tiempo reduce su punto de ebullición y requiere su reemplazo periódico.
• Propiedades Lubricantes: Para proteger los componentes internos del sistema.
• Buena Resistencia al Paso del Tiempo: Mantiene sus propiedades durante un período razonable.

Sistemas Electrónicos de Seguridad Activa

ABS (Antiblockiersystem - Sistema Antibloqueo de Frenos)

Sistema que impide el bloqueo de las ruedas de un vehículo en una maniobra de frenado brusco, manteniendo la capacidad de dirección y la estabilidad del vehículo.

Esquema Electrohidráulico del ABS

Componentes principales de un sistema ABS:

• Pedal de freno
• Depósito de líquido
• Cilindro maestro
• Electroválvula de entrada
• Freno de rueda
• Electroválvula de salida
• Tubería de retorno
• Acumulador de presión
• Válvula de aspiración
• Bomba de retorno ABS (motorizada)
• Válvula de presión
• Sensores de rueda (generalmente inductivos)

EBV (Distribución Electrónica de la Fuerza de Frenado)

Sistema que evita el frenado excesivo del eje trasero, optimizando la distribución de la fuerza de frenado entre los ejes delantero y trasero en función de la carga y las condiciones de adherencia.

EDS (Bloqueo Electrónico del Diferencial)

Sistema que, cuando una de las ruedas motrices desliza en aceleración, aumenta el par de tracción en la rueda con mayor adherencia, simulando un bloqueo de diferencial para mejorar la tracción.

ESP (Programa Electrónico de Estabilidad)

Elemento de seguridad activa del automóvil que actúa frenando individualmente las ruedas en situaciones de riesgo para evitar derrapes, tanto sobrevirajes (cuando el vehículo tiende a girar más de lo deseado, frenando la rueda delantera exterior de la curva) como subvirajes (cuando el vehículo tiende a girar menos de lo deseado, frenando la rueda trasera interior de la curva).

EPB (Freno de Estacionamiento Eléctrico)

Sistema que realiza las funciones de apriete y aflojado automático o manual del freno de estacionamiento, sustituyendo al freno de mano tradicional y ofreciendo funciones adicionales como la asistencia al arranque en pendiente.