seguridad activa y pasiva - ingeniería mecanica

seguridad activa y pasiva

1) SEGURIDAD PASIVA REDUCIENDO DAÑOS

Son los elementos que reducen al mínimo los daños que se pueden producir cuando el accidente es inevitable, Los elementos involucrados en la Seguridad Pasiva de un vehículo tienen una función fundamental para la seguridad del conductor y los pasajeros que viajan en él: amortiguar los posibles daños ocurridos en el accidente de tránsito y minimizar el impacto y consecuencias del mismo. Para ello, se han creado una serie de objetos diseñados para que, ocurrido el accidente de tránsito, se proteja la vida y la integridad de las personas que viajan en él. Estos son:

1.1) Los cinturones de seguridad

Imprescindibles para cualquier viajero, básicos en la seguridad vial. En caso de impacto, cuentan con un dispositivo que bloquea el mecanismo en caso de sufrir una fuerte desaceleración. Evitan que la persona salga despedida.

1.2)Los Airbags

Son unas bolsas que, mediante un sistema pirotécnico, se inflan en fracciones de segundo cuando el coche choca con un objeto sólido a una velocidad considerable. Su objetivo es impedir que los ocupantes y el conductor se golpeen directamente con alguna parte del vehículo y y evitar lesiones cervicales al evitar movimientos de la cabeza. Actualmente existen las bolsas frontales, laterales, tipo cortina (para la cabeza) e incluso para las rodillas.

toyota land cruiser

Esta bolsa tiene unos límites de funcionamiento, pues podría tener unas consecuencias desastrosas si saltara en un momento inadecuado. Para que el airbag se dispare deberemos circular a una velocidad superior a 28-30 kilómetros/hora y que la dirección del choque se encuentre dentro de un ángulo de 30 grados a ambos lados del eje longitudinal del coche. Es un elemento muy importante pues a 60 km/h un mapa de unos 1.360 gr. situado en la bandeja trasera del coche saldría disparado con un peso equivalente a 77 Kg.

El sistema del airbag lleva conectado un sensor de choque que es el que regula la activación del mismo y adicionalmente lleva conectado en serie un sensor de seguridad para evitar el disparo accidental debido a un mal funcionamiento o a perturbaciones electromagnéticas. Este sistema tampoco se activará en caso de vuelco. Principalmente este sistema se compone de un módulo que contiene la bolsa y el generador de gas, un módulo electrónico de control y una espiral en el volante que pone en contacto los dos elementos anteriores.

• Airbag de conductor: El airbag de conductor se localiza en el centro del volante, la bolsa se encuentra plegada detrás de un protector que lleva una costura de rotura por la que saldrá el airbag en el momento en que se hinche. El volumen de la bolsa varia entre 35 y 60 litros según cada fabricante y reconoceremos el módulo por unas siglas en el volante ( SRS, airbag… ) y por un testigo en el cuadro de instrumentos.   

                    

•  Airbag de acompañante: El airbag de acompañante va situado en el salpicadero detrás de una cubierta protectora dotada de la pertinente costura de rotura y una inscripción. El tamaño de la bolsa es mayor que la del de conductor puesto que la distancia es mayor, estas varían entre los 65 y 170 litros, su forma también es completamente diferente. El airbag de acompañante lleva un ligero retardo frente al de conductor puesto que el espacio entre el tablero y el ocupante es mayor. 

Algunos fabricantes montan un sensor en el asiento de acompañante que impide la activación del airbag si no nadie en el mismo, reduciendo así los costes de reparación, por ejemplo, Mercedes incorpora una doble lámina conductora de idénticas dimensiones, separadas por una capa aislante, en el momento que se efectúa una presión (mínima de 20 Kg.) se establece contacto entre las dos láminas y el airbag se activa. Otros fabricantes montan sistemas similares, dotados de sensores que detectan si hay o no una persona sentada en el asiento, si no la hay el airbag se desactiva. Los niños se consideran incompatibles con estos sistemas por lo que los fabricantes recomiendan no montar niños en los asientos dotados de este sistema, e incluso, algunos admiten la desactivación del sistema por medio de una llave o un conmutador especial. Actualmente marcas como Opel o Mercedes montan un sistema que detecta la presencia de una silla de niño en el asiento de pasajero gracias a un emisor integrado en el asiento del niño y desactiva automáticamente el airbag de esa plaza. Cuando se retira la silla el sistema vuelve a funcionar correctamente.

1.2.1) historia

La bolsa de aire (en inglés, airbag) es un sistema de seguridad pasiva instalado en la mayoría de los automóviles modernos. Este sistema fue patentado el 23 de octubre de 1971 por la firma Mercedes-Benz, después de cinco años de desarrollo y pruebas del nuevo sistema. El primer modelo que lo incorporó fue el Mercedes-Benz Clase S W126 de 1981 y después fue instalado en el Clase E W123.

1.2.2)Funcionamiento

Los airbag o bolsas de aire están diseñadas para evitar que los pasajeros y el conductor se golpeen con el habitáculo del vehículo en caso de una fuerte colisión. En el momento del choque, éstas se activarán automáticamente cuando se cumplen dos condiciones simultáneas: una desaceleración brusca en un segundo de más de 16 kilómetros por hora y un impacto de frente con un elemento contundente.

Para asegurarte de que el airbag de tu carro se activará de manera eficiente en el momento adecuado, debes revisarlo a través de un escáner que evalúe el estado de los sensores y actuadores.

1.2.3)Mantenimiento

Los airbag o bolsas de aire se han convertido con el tiempo en un equipo común en los carros que se venden en Colombia. Su importancia radica en que es una herramienta de seguridad tan importante como el cinturón de seguridad, pero para cumplir su función, en caso de requerirse, necesita mantenimiento. Los expertos recomiendan un mantenimiento preventivo de los airbag cada diez años, pero, en caso de un fuerte impacto, estos deben ser revisados para saber si sufrieron daños graves en su funcionamiento. En caso de que tengas dudas sobre su perfecto funcionamiento, consulta en un taller especializado.

Es mejor que realices esta revisión en el concesionario autorizado por la marca de tu automóvil o un taller especializado de buena calidad. Los precios del mercado para este servicio normalmente rondan los 100 mil pesos.

Ten también cuidado cuando tengas un choque en el que se active el airbag, pues el sistema entero funciona una sola vez y luego debes cambiarlo completamente. Algunos talleres hacen caso omiso de esta indicación y simplemente desactivan el sistema lo que puede conllevar riesgos para tu seguridad.

1.2.4)Tiempos de activación

Tras el impacto, el módulo de control transmite la orden de activación, a los 15 ms, la bolsa se rompe la cubierta protectora para empezar a salir. A los 45ms, la bolsa se despliega y el conductor incide sobre ella y a los 80 ms, esta completamente sumergido sobre ella y a su vez esta empieza a desalojar el gas para amortiguar el golpe. A los 150 ms el conductor ya ha retornado a su posición inicial y la bolsa se encuentra prácticamente desinflada. El airbag de pasajero se mueve dentro de estos tiempos pero con un retardo de unos 5 ms. En la figura podremos apreciar el cuadro de tiempos de ambos

módulos


1.2.5) Componentes de un airbag

• Columna de dirección: Deberá ir reforzada para acomodar el peso extra del módulo airbag, al estar todo el sistema acoplado en la copa del volante.La columna ha de tener un diseño de modo que la columna no penetre en el habitáculo en caso de colisión asegurando que el modulo del airbag permanece en la posición correcta.

• Cubierta protectora: Es el elemento más visible del sistema, protege la bolsa de aire y el generador de gas. En caso de impacto, se rasga por una costura predeterminada, permitiendo el inflado correcto de la bolsa.

• Bolsa de aire: Es una bolsa de tela o poliamida, localizada detrás de la cubierta protectora. Está recubierta de neopreno con una capa de silicona para protegernos de los gases calientes y las llamas producidos en las proximidades del generador. En la parte posterior lleva unos agujeros que hacen la purga de gas, de forma que la absorción de energía sea la apropiada para el impacto del conductor. No obstante el airbag sigue siendo un complemento del cinturón de seguridad frente a impactos a velocidad elevada.

• Generador de gas:  Es un dispositivo explosivo, que contiene un propelente sólido antienvejecimiento (propergol), compuesto por azida de sodio  (NaN3), nitrato potásico (NO3K) y sílice (SiO2), encerrado en una cámara de combustión sellada en forma de cápsulas. En el centro del generador de gas se introduce una cápsula de ignición que lleva su propia carga. En caso de accidente esta cápsula recibe un impulso eléctrico que la hace detonar, activándose el propergol, cuya combustión produce el gas necesario (nitrógeno) para llenar la bolsa. El gas pasa de la cámara de combustión a la bolsa a través de unas rejillas laterales que tienen un efecto filtrante y refrigerante. El alojamiento para el generador se hace en acero de alta tensión. El airbag de acompañante, al ser de mayor tamaño, puede precisar de dos generadores de gas.

Generadores de gas airbag Toyota Corolla

1.2.4)Adelantos

Hoy, ya no basta solamente con tener un airbag frontal: ahora, los vehículos traen además airbags laterales para proteger a los ocupantes de los asientos traseros del auto y airbelt (cinturón de seguridad con airbag incluido), y de cortina (dispuestos en el apoyacabezas). 

Ten en cuenta que el airbag es un elemento complementario al cinturón de seguridad y por ningún caso lo reemplaza, así que si lo retiras del vehículo puede conllevar a lesiones graves en caso de un choque.

1.3)Chasis y Carrocería

En ambos existen zonas que absorben la energía en caso de un impacto. Si es un choque frontal, acomoda el motor para que no se introduzca en el habitáculo.

1.4)Cristales

El compuesto del cristal parabrisas está preparado para que, en caso de accidente, no salten astillas que puedan dañar a los pasajeros del vehículo. Las ventanillas laterales son más débiles y se pueden romper. Es la salida más cómoda si en caso de vuelco las puertas se quedan bloqueadas.

1.5)Reposacabezas

Son los elementos fundamentales en la protección de la persona frente al latigazo cervical, siempre que se ajusten a la altura de la persona que vaya sentada

2) SEGURIDAD ACTIVA: PREVINIENDO ACCIDENTES

Los elementos que hacen parte de la seguridad activa del vehículo son los encargados de mantener el control del mismo y realizar adecuadamente las acciones que realiza el conductor con el fin de evitar accidentes de tránsito. Entre ellos se encuentran:

2.1) Frenos

Son los encargados de detener el vehículo cuando ante este se presentan obstáculos que impiden su circulación.

Los frenos son elementos de gran importancia para la seguridad y deben garantizar detener el vehículo en una distancia mínima y mantener la trayectoria deseada durante el proceso de frenado.
Hay 2 tipos de frenos: de tambor y de disco, aunque el principio en el que se basa su actuación es el mismo. El funcionamiento es sencillo: el conductor acciona con su pie un pedal que actúa sobre una bomba hidráulica. A través de un circuito se transmite la presión a las zapatas o a las pastillas, aproximándolas al tambor o a los discos respectivamente, provocando el rozamiento entre ambas piezas, y por ende, la disminución de la velocidad.
Se trata de transformar la energía cinética que tiene un vehículo en movimiento en energía calorífica, para así disminuir su velocidad de circulación. La forma de actuar es frotando una pieza solidaria con el bastidor del vehículo (zapata o pastilla) sobre otra (disco o tambor) que gira solidariamente con las ruedas.
En el caso de vehículos pesados habrá que transformar en calor mucha energía, lo que puede provocar un recalentamiento excesivo de los componentes del sistema de frenado, y perder eficacia. Este fenómeno se suele producir cuando se desciende por pendientes muy pronunciadas y de gran longitud (puertos de montaña). En este tipo de vehículos se instalan frenos dinámicos (Hidraulico, freno motor o eléctrico) para disipar gran parte de esta energía, manteniendo o reduciendo la velocidad en bajadas prolongadas, sin usar los frenos de rozamiento y, por tanto, manteniendo estos fríos para mejorar su eficacia cuando son requeridos.,
Con el objeto de mejorar la frenada y reducir los esfuerzos que debe transmitir el conductor se utiliza el servofreno, éste es un sistema que ayuda al conductor a frenar, pues aumenta en varias veces la fuerza ejercida en el pedal, proporcionando una mayor comodidad y seguridad en el frenado. La mayoría de los vehículos que salen al mercado actualmente lo llevan incorporado.
Los vehículos actuales suelen disponer de un circuito de frenos doble asistido con servofreno, válvula compensadora, frenos delanteros de disco ventilados y traseros de tambor de gran diámetro o de disco.

Las características que debe tener un sistema de frenos:

• Eficacia.: detener el vehículo en un tiempo mínimo y sobre una distancia mínima.

• Estabilidad: conservando la trayectoria del vehículo.

• Progresividad: .con un frenado proporcional al esfuerzo del conductor.

• Confort: con un esfuerzo mínimo para el conductor.

• Mecánico: interviene el conductor al pisar el frenoy que hace al sistema funcionar.

• Físico: se trata de la adherencia del vehículo al terreno y puede variar, por: 
• Peso del vehículo
• Características y estado de los neumáticos.
• Naturaleza y estado del terreno por el que circula

2.1.1) Constitución del sistema de frenos 

El circuito de frenos más sencillo está constituido por las siguientes componentes:

• Pedal de freno
• Cilindro de freno
• Depósito de líquido de freno
• Zapatas de freno.
• Tambores o discos
• Canalizaciones
• Freno de mano
• Servofreno

2.1.2) Servofreno 

El servofreno intensifica la fuerza del pie al accionar el freno y disminuye así la energía que debe que aplicar. Combinado con el cilindro principal, es parte integrante de la mayoría de sistemas de freno de turismos. La exigencia técnica fundamental impuesta a los servofrenos es la que reduzcan la fuerza necesaria aplicada por el pie sin menoscabar la graduación precisa de la fuerza de frenado. Las dos versiones de servofreno usuales, son la de depresión y la hidráulica, utilizan las fuentes de energía ya existentes en el vehículo: la depresión en el colector de admisión o respectivamente la presión hidráulica generada por una bomba.

• Servofreno de depresión de dos cámaras:Los servofrenos de depresión utilizan en los motores de gasolina la depresión generada en el colector de admisión durante la carrera de aspiración, y en los motores diesel la depresión generada por una bomba de vacío, para intensificar la fuerza del pie del conductor. Al accionar el freno la fuerza de intensificación aumenta proporcionalmente a la fuerza
  del pie hasta el punto de intensificación total, que se encuentra cerca de la presión de bloqueo de las ruedas delanteras.La cámara de depresión (3) con empalme de depresión está separada de la cámara
  de trabajo (12) por una membrana. El vástago (10) transmite al émbolo 8 de trabajo (5) la fuerza aplicada reguladamente por el pie, mientras que la fuerza de frenado intensifica actúa a través del vástago de presión (1) sobre el cilindro principal. 

Al no estar accionado el freno, la cámara de depresión (3) y la cámara de trabajo (12) comunican una con otra a través de canales existentes en el cuerpo de válvula (8). En ambas cámaras reina vació establecido a través del empalme de depresión (3).
En cuanto comienza un proceso de frenado, el vástago del émbolo (10) se mueve hacia la cámara de depresión (3) y empuja la guarnición de la válvula doble (7) contra el asiento de la válvula (11). Con ello, la cámara de depresión y la de trabajo quedan separadas una de otra. Como sea que al seguir avanzando el vástago el émbolo sensitivo (6) se separa de la guarnición de la válvula doble, penetra aire de la atmósfera en la cámara de trabajo. Ahora reina en la cámara de trabajo una presión mayor que la existente en la cámara de depresión. La presión atmosférica actúa a través de la membrana (4) sobre el disco de esta, al que ella esta aplicada. El disco de la membrana arrastra el cuerpo de la válvula (8) en dirección hacia la cámara de depresión, intensificando así la fuerza del pie. La fuerza del pie y la fuerza de intensificación empujan ahora el disco de membrana (4) venciendo la fuerza del muelle la compresión (2). El vástago de presión (1) se mueve a causa de ello y transmite la fuerza de salida al cilindro principal.Tras la conclusión del proceso de frenado, la cámara de depresión y la de trabajo comunican de nuevo una con otra y se encuentran bajo depresión.

 
2.1.3) tipos de frenos

      1.    frenos de tambor    

El mando de frenos tendrá por misión separar las zapatas y poner en contacto las guarniciones con el tambor. La recuperación es efectuada por un muelle. En movimiento el tambor tiene tendencia arrastrar a las zapatas. Por esto las zapata primaria va a sostenerse sobre la articulación de modo que aumentará el rozamiento y por tanto la frenada. Este es el fenómeno de arrastre. Por el contrario, la zapata secundaria tendrá tendencia a ejercer menos presión sobre el tambor: esto es por lo que generalmente la guarnición secundaria es más corta. Tambor.El tambor es la pieza que constituye la parte giratoria del freno y que recibe la casi totalidad del calor desarrollado en el frenado.Se fabrica en fundición gris perlitica con grafito esferoidal, material que se ha impuesto por su elevada resistencia al desgaste y menor costo de fabricación y que absorbe bien el calor producido por el rozamiento en el frenado.Cabe destacar también, para ciertas aplicaciones, las fundiciones aleadas, de gran dureza y capaces de soportar cargas térmicas muy elevadas

tambor

El tambor va torneado interior y exteriormente para obtener un equilibrado dinámico del mismo, con un mecanizado fino en su zona interior o de fricción para facilitar el acoplamiento con los ferodos sin que se produzcan agarrotamientos.
Esta pieza es la parte giratoria del freno y la que se va a llevar prácticamente todo el calor generado en el frenado. Normalmente está fabricado en fundición, ya que es un material de bajo costo y con un alto coeficiente de absorción de calor.

En la zona central lleva practicados unos taladros donde se acoplan los espárragos de sujeción a la rueda y otros orificios que sirven de guía para el centrado de la rueda al buje.

•  Zapatas de freno

Están formadas por dos placas de acero en forma de media luna sobre las que van fijados los forros (ferodo), encargados de detener el vehículo. Los forros se fijan a las zapatas mediante remaches o adhesivos
Estas zapatas se unen, por un extremo, al cilindro 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.Se coloca un muelle entre las dos zapatas, facilitando el retroceso de las mismas cuando cesa la fuerza ejercida por el cilindro.Las zapatas se caracterizan por:  

1. El auto reforzamiento de las zapatas de freno primarias.
2. La disminución de la fuerza de accionamiento con respecto al freno de disco.
3. Las capacidades de ser sensibles a las oscilaciones del coeficiente derozamiento y temperatura.
4. Una mala auto limpieza y escasa protección contra la suciedad. 

• Forma y características de las zapatas

Las zapatas de freno están formadas por dos chapas de acero soldadas en forma de media luna y recubiertas un su zona exterior por los ferodos o forros de freno, que son los encargados de efectuar el frenado por fricción con el tambor.

 

• El sistema simplex

.
En este tipo de freno las zapatas van montadas en el plato, fijas por un lado al soporte de articulación y accionadas por medio de un solo cilindro de doble pistón. Este tipo de frenos de tambor es de los más utilizados sobre todo en las ruedas traseras.Los forros de freno se unen a la zapata metálica por medio de remaches embutidos en el material hasta los 3/4 de espesor del forro para que no rocen con el tambor, o bien pegados con colas de contacto. El encolado favorece la amortiguación de vibraciones y, como consecuencia, disminuyen los ruidos que éstas ocasionan durante el frenado.

Con esta disposición, durante el frenado, una de las zapatas llamada primaria se apoya sobre el tambor en contra del giro del mismo y efectúa una fuerte presión sobre la superficie del tambor. La otra zapata, llamada zapata secundaria, que apoya a favor del giro de la rueda, tiende a ser rechazada por efecto del giro del tambor, lo que hace que la presión de frenado en esta zapata sea inferior a la primaria.

sentido de giro derecho

Invirtiendo el sentido de giro, se produce el fenómeno contrario: la zapata primaria se convierte en secundaria y la secundaria en primaria.

Este tipo de freno de tambor se caracteriza por no ser el más eficaz a la hora de frenar, debido a que las zapatas no apoyan en toda su superficie sobre el tambor, pero destaca por su estabilidad en el coeficiente de rozamiento, es decir, la temperatura que alcanza los frenos en su funcionamiento le afectan menos que a otros frenos de tambor.

sentido de giro izquierdo

        2. frenos de disco

un freno de disco es un dispositivo cuya función es detener o reducir la velocidad de rotación de una rueda. Hecho normalmente de acero, está unido a la rueda o al eje. Para detener la rueda dispone de unas pastillas que son presionadas mecánica o hidráulicamente contra los laterales de los discos. La fricción entre el disco y las pastillas hace que la rueda se frene. Los disco de freno pueden disipar el calor con mayor rapidez que el tambor; esto se debe a que las superficies del disco están más expuestas a la atmósfera. La forma del
disco permite usar salpicaderos o placas, para dirigir el flujo de aire sobre las superficies del disco. El flujo del aire dirigido constantemente enfría el rotor mientras el automóvil esta en movimiento.


Ventajas de los frenos de disco:

• Mayor resistencia al desvanecimiento debido a que el rotor y las pastillas son instaladas en una posición en la que el aire enfría rápidamente las partes, más del 80% del rotor se encuentra expuesto al aire.

• Paradas parejas y rectas: la fricción de los frenos es directamente proporcional a la presión aplicada.

• Pueden frenar estando mojados.
• Una gran ventaja que tiene los frenos de disco frente a los de tambor es que no aparece el tan temido efecto fading, que se produce por un frenado muy enérgico o muy continuado, como en la bajada de un puerto de montaña, ya que en los frenos de tambor, el tambor se dilata de modo que las zapatas no llegan a entrar en contacto con la superficie de adherencia, dejando al vehículo temporalmente sin frenos (perdida transitoria de frenado). En el caso del sistema de discos, al mejorar la evacuación de calor, no se produce este calentamiento crítico y por lo tanto dilatación. En el caso de que se produjera, el disco se aproximaría más a las pastillas, favoreciendo la presión y el efecto de frenado. 

Desventajas de los frenos de disco:

• Los frenos de disco no tienen la característica de reforzar la energía aplicada a ellos, por consiguiente requieren mayor presión entre las pastillas y el rotor, que la requerida por los frenos de tambor.

• Las partes de los frenos de disco están más propensos a ensuciarse, corroerse o golpearse debido a su mayor exposición.

Otra de las ventajas de los discos de frenos en que se limpian por si mismo. Agua, polvo y las partículas de balatas desgastadas no pueden quedar atrapados en un rotor como quedan atrapadas en un tambor. El giro de un disco saca el agua y el polvo y las superficies de fricción se secan con los bordes de las zapatas. Esta acción de auto limpieza hace que el freno prácticamente no se vea afectado por las condiciones de las carreteras y del clima.

Disco de freno

Existen diferentes tipos de discos de freno. Algunos son de acero macizo mientras que otros están rayados en la superficie o tienen agujeros que los atraviesan.
Estos últimos, denominados discos ventilados, ayudan a disipar el calor. Además, los agujeros ayudan a evacuar el agua de la superficie de frenado. Las ranuras sirven para eliminar con más facilidad el residuo de las pastillas.

Caliper

Los calipers de freno es el elemento encargado de soportar las pastillas además de empujarlas contra el disco cuando se presuriza el sistema. Los calipers son un elemento crítico del sistema de freno y está sometida a esfuerzos durante el frenado tales como vibraciones, excesiva temperatura y otros elementos agresivos.

Existen dos tipos de Caliper:

1. Caliper fijos
2. Caliper flotantes

• Caliper fijo

En el freno de disco de caliper fija, cada pistón se encuentra en cada mitad del caliper. Durante el proceso de frenado, actúa una presión hidráulica sobre los dos pistones. Cada pistón aprieta la pastilla resultando en el proceso de frenado.

Los frenos de caliper fija o contra el disco de freno son muy sólidos, por lo que se emplea en vehículos rápidos y pesados. 

• Caliper flotante

El freno de disco de calipers flotante sólo utiliza el pistón de un lado de la pinza, que cuando se acciona aprieta la pastilla de freno correspondiente contra el disco de freno

En lugar de dos pistones opuestos, el caliper de freno se aloja de forma flotante.La fuerza con la que el pistón aprieta la pastilla contra el disco genera una fuerza opuesta. Esa fuerza opuesta desplaza el caliper de freno opuesta contra el disco.

 Pastillas de freno

Las pastillas de freno son aquellas piezas que nos permiten frenar o parar el vehículo. Esto se realiza a través del ejercicio de presión en ambos lados del rotor de freno, el que gira junto con las ruedas.

Como se puede intuir fácilmente de lo anterior, las pastillas de freno se encuentran fabricadas y diseñadas para producir una fuerte fricción con el disco, de manera que se logre el frenado del rotor.

Las pastillasdeben ser revisadas y cambiadas a menudo, una mínima falla en ellas podría ser causante de un grave accidente de tránsito.

Por lo tanto, al trabajar con vehículos antiguos tener en cuenta no inhalar polvo que pueda estar depositado en las inmediaciones de los elementos de frenada. Actualmente las pastillas están libres al 100% de este material, catalogado como carcinógeno.

• Material de pastillas de freno

• Material de fricción de asbesto

• Material de fricción semimetálico: está compuesto por resina fenólica como aglutinador, grafito o carbón, fibra de acero, polvo de cerámica, polvos de acero, cobre o latón y hule. Al utilizar este material, se requiere que el rotor posea un acabado muy liso porque el metal no se amolda a la superficie del rotor como ocurre en el asbesto.

• Material sintético sin asbesto u orgánico sin asbesto: para su fabricación se utiliza como material base fibras de aramida o kevlar. Son más silenciosas y no causan tanto desgaste de los rotores de freno como las semimetálicas.

• Material de fibra de carbono: está fabricado con fibras de carbono y reforzado con incrustaciones de carbono. Presenta un coeficiente de fricción constante en frío o en caliente, presenta bajas tasas de desgaste y muy baja generación de ruido.

 tipos de frenos de disco

• Frenos de Disco Ventilados

Se trata de la unión de dos discos macizos con una separación entre ellos, de modo que circule el aire a través, cuya dirección va desde el centro hacia el exterior. De este modo, hay una mayor evacuación de calor, alcanzando además unas temperaturas muy inferiores en comparación a los discos macizos. Presentan una serie de inconvenientes como por ejemplo, que posee un mayor volumen debido a su espesor; tienen un mayor precio y presentan unas tensiones internas generales o locales mucho más elevadas que en los discos convencionales.

  
Discos de freno tipo “wave”
Muchos modelos RS montan discos de freno autoventilados y perforados en diseño tipo wave; su contorno exterior ondulado reduce el peso en un total de casi 3 kg. Para unir los discos de freno con los núcelos de aluminio se han utilizado pernos de acero inoxidable, un concepto procedente del mundo de la competición que reduce las tensiones y disipa el calor rápidamente. Las pinzas de freno en el eje delantero integran seis u ocho pistones. A petición del cliente, quattro GmbH monta discos de freno cerámicos reforzados con fibra de carbono en las ruedas delanteras o en las cuatro ruedas.



Frenos de Disco perforados:

Estos discos contienen unas perforaciones en la superficie, de modo que, aparte de refrigerar el disco por ser autoventilados, refrigeran las pastillas por medio de estos agujeros. Estos son como pequeños túneles capaces de aumentar la superficie para disipar calor.
Cuando los agujeros llegan a la zona de las pastillas, aportan aire fresco para evitar un excesivo calentamiento.

Frenos de Disco estriados:

Los podríamos clasificar como “discos perforados”, ya que la finalidad de las estrías es mejorar la refrigeración de los discos. Este estriado tiene varias funciones importantes, como remover el aire caliente, limpiar las pastillas de polvo y crear una superficie óptima de frenado para aumentar su eficacia.

Su principal desventaja, es el consumo excesivo de material de fricción en pro de un aumento de la frenada.

frenos de disco ceramicos

Tienen su origen en la industria aeronáutica, posteriormente en la década de los 80, se empezaron a introducir en el mundo de la fórmula 1, donde se comenzó a desarrollar de forma más exhaustiva en la competición, pero no fue hasta el 2001, cuando Porsche los introdujo por primera vez en un coche de calle, con el Porsche 911 GT2, en su equipamiento de serie.
A partir de este momento, fue cuando los demás fabricantes, como Lamborghini, Audi o Bentley, empezaron a introducirlos en sus modelos más deportivos.

Estos discos, están compuestos a partir de un componente conocido como composite cerámico (carburo de silicio), extremadamente duro y resistente a la abrasión. En éste, están integradas fibras de carbono altamente resistentes, las cuales absorben eficazmente las tensiones que se producen en el material.

Esta resistencia, la podemos observar al bajar un puerto de montaña, por ejemplo, donde los discos cerámicos llegan a alcanzar temperaturas de hasta 800 grados, sin ningún problema, ya que estos discos se “hornean” a más de 1.700 grados. Bajo estas condiciones, los discos de fundición se dilatan y su superficie se ondula, impidiendo que las pastillas de freno se apoyen completamente sobre la superficie de los discos, provocando vibraciones en el volante, lo cual reduce el confort durante el manejo, pues las vibraciones se extiende hasta el tren delantero, provocando una sensación de desequilibrio además de reducir su eficacia en el frenado.

Los discos cerámicos soportan éstas altas temperaturas debido al bajo peso de su material, que evacua de forma más eficaz el calor producido, además de los conductos de autoventilación envolventes, que maximiza la eficacia en la ventilación interior. Ésta se ve reforzada en las superficies de roce con la incorporación de taladros transversales, asegurando un frenado más eficiente sobre pavimentos deslizantes que con discos convencionales, debido en parte, a la alta densidad del compuesto de fibra orgánica, que no absorben tanta humedad.

Audi RS6 Avant

(AUDI) frenos de disco ceramicos

Existe un paquete llamado Dinámico Plus que añade los discos de freno cerámicos (de 420 milímetros de diámetro, 10 Kg. más livianos que los de fundición de hierro y con pinzas de color gris) e incrementa el límite de velocidad a 305 Km./h.
Los frenos de cerámica de Audi, con un aspecto altamente deportivo, ofrecen unas impresionantes tasas de desaceleración, una larga vida útil, y un peso reducido.

       Funciones y características:

• Los discos de freno de cerámica de Audi están fabricados con cerámica reforzada de fibra de carbono. Este tipo de composición de materiales se denomina compuesto de material cerámico. Su material de base es el carburo de silicio, que es extremadamente duro y muy resistente al desgaste y presenta una estructura cristalina similar a la del diamante. En la estructura se insertan fibras de carbono de alta resistencia, lo que supone un medio eficaz para absorber las tensiones que se producen en el material.

• La sofisticada geometría de los canales de refrigeración de los discos de freno ventilados proporciona una extraordinaria refrigeración de los mismos. En comparación con los discos de freno de acero, la vida útil es mucho más prolongada (en las mismas condiciones de servicio) debido a su alta resistencia al desgaste.

• El resultado es un sistema de frenos de alto rendimiento fabricados con cerámica reforzada de fibra de carbono, que están especialmente concebidos para cargas elevadas. Las características especiales del compuesto de material cerámico y la configuración de alto rendimiento suponen que puedan producirse determinados ruidos que son específicos de los frenos de cerámica cuando el vehículo circula a una velocidad reducida.

• Cuando los frenos se exponen a la humedad o a la corrosión (por ejemplo, al pasar por un túnel de lavado o por el rocío de la noche), la intensidad de la frenada puede corresponder a la de un sistema de frenos convencionales. Esta reducción de la intensidad de la frenada será perceptible para el conductor, ya que estará habituado al elevado rendimiento del sistema de frenos de cerámica. Una mayor presión del pedal del freno podrá compensar este efecto.

      Ventajas para el conductor

• Extraordinarias cifras de desaceleración, incluso cuando el vehículo está muy cargado y circula por carreteras de montaña.

• Reducción significativa del peso de las ruedas en comparación con los discos de freno convencionales (por ejemplo, en el Audi A8 o en el Audi S8 el peso se reduce en aproximadamente 6,5 kg en cada disco de freno del eje delantero en comparación con los discos de fundición gris). La reducción de la masa giratoria no suspendida hace que el conductor experimente una mayor dinámica de conducción y un incremento de la agilidad del vehículo.

• Vida útil varias veces mayor que la de los discos de acero convencionales en las mismas condiciones de servicio.

• A diferencia de los discos de freno de acero, los discos de freno de cerámica no están expuestos a la corrosión.

• La superficie tan característica de los frenos de cerámica, los discos de freno perforados y las pinzas de freno en color antracita con la inscripción "Audi ceramic" en el eje delantero realzan el impacto visual del coche y su espíritu deportivo.

• Los frenos de cerámica presentan una mayor resistencia a las rápidas fluctuaciones de temperatura (resistencia a los choques térmicos), es decir, que no sufren deformaciones geométricas cuando se enfrían rápidamente.

       3.  Frenos de estacionamiento

el sistema de freno de estacionamiento es totalmente mecánico. El conductor aplica los frenos de estacionamiento ya sea mediante una palanca o presionando un pedal. Por lo general, los frenos de estacionamiento, funcionan solamente en las ruedas traseras; no obstante usan cables accionados por palancas para llevar la fuerza aplicada por el conductor a las ruedas y no a un sistema hidráulico.Aun cuando el sistema de freno de estacionamiento no depende de la parte hidráulica del sistema de frenos de servicio, sí depende de la parte mecánica de dicho sistema.

• Mando o palanca

Los frenos de estacionamiento se pueden aplicar con una palanca manual o con un pedal que se acciona con el pie. Algunos frenos de estacionamiento accionados con el pie utilizan un mecanismo de trinquete que requiere que el conductor oprima el pedal varias veces para aplicarlo. 

El mecanismo de palanca o de pedal de pie, se proyecta para aplicar la fuerza requerida sobre el freno de estacionamiento usando el esfuerzo normal del conductor. Todos los frenos de estacionamiento se traban dentro de una ranura o muesca que mantiene el freno de estacionamiento aplicado hasta que se libera.

• Lámpara de advertencia del freno de estacionamiento 

Siempre que se emplea el freno de estacionamiento, se enciende una lámpara roja de advertencia de freno en el tablero de instrumentos.

En casi todos los vehículos, esta es la misma lámpara que se enciende cuando hay un problema hidráulico o de nivel de fluido de frenos. La lámpara de advertencia para el freno de estacionamiento advierte al conductor que el freno de estacionamiento esta aplicado o parcialmente aplicado.

• Cables de freno de estacionamiento

El cable de freno de estacionamiento entra en la placa de apoyo desde el frente del vehículo. Puesto que la zapata primaria está ligada a la zapata secundaria en los frenos de servo doble, cualquier movimiento del vehículo hacia adelante tiende a acuñar la zapata primaria dentro del tambor de freno, y a forzar a la balata secundaria también contra el tambor

• Frenos de estacionamiento en sistemas de frenos de tambor

 

El sistema de frenos de estacionamiento que utiliza la mayoría de los fabricantes de automóviles, es un istema mecánico que expande las zapatas traseras dentro de sus tambores. Cuando el conductor del automóvil aplica los frenos de estacionamiento, la fuerza con que mueve la palanca del freno, se transmite a las zapatas traseras por medio de cables. Las palancas del sistema multiplican el esfuerzo físico del conductor, haciendo que sea suficiente para que las zapatas de los frenos traseros entren en estrecho contacto con los tambores.
En comparación con los sistemas de frenos de pedal, los frenos de estacionamiento son relativamente ineficaces. La fuerza con que se aplican, depende de la fuerza física del conductor. Se debe siempre tener en cuenta este hecho al diagnosticar problemas relacionados con frenos de estacionamiento que no se mantienen en posición.Antes de aplicar los frenos de estacionamiento, se deben aplicar los de pedal.
Mediante esta operación, las zapatas se ponen en contacto con el tambor con ayuda del sistema hidráulico, que es más seguro. Luego, el sistema mecánico de menor eficacia, simplemente las mantiene en posición.

 freno de estacionamiento sistema tambor

       4 tabla comparativa de tipos de frenos

2.2)  ABS

El ABS toma su nombre de la expresión inglesa "Anti-lock Braking System", que significa "sistema antibloqueo de frenos ". Puede considerarse uno de los avances más importantes en materia de seguridad activa.
Su misión consiste en evitar que las ruedas se bloqueen al frenar a fondo. El bloqueo de las ruedas presenta dos inconvenientes importantes para la seguridad, por una parte, disminuye la adherencia que pueden utilizar las ruedas para frenar y ello alarga la distancia de frenada, por otra, pierde la casi totalidad de la adherencia lateral y ello puede producir perdida de control o inestabilidad y hacer el “trompo”. Estos efectos adquieren mayor importancia en superficies con baja adherencia o con adherencia diferente bajo las ruedas de cada lado.
Se compone de un sensor que mide la velocidad de giro de cada rueda analizando su situación y transmitiéndola a una unidad de control, la cual analiza la situación y ordena inmediatamente aumentar o disminuir la presión de frenado sobre cada una de ellas, para evitar que se bloqueen.  En la actualidad todos los vehículos que se matriculen deben estar equipados con este dispositivo.

2.2.1) funcion

el A.B.S. tiene como función adaptar el nivel de presión del líquido en cada freno de rueda con el fin de evitar el bloqueo y optimizar así el compromiso de:

• Estabilidad en la conducción: Durante el proceso de frenado debe garantizarse la estabilidad del vehículo, tanto cuando la presión de frenado aumenta lentamente hasta el límite de bloqueo como cuando lo hace bruscamente, es decir, frenando en situación limite.

• Dirigibilidad: El vehículo puede conducirse al frenar en una curva aunque pierdan adherencia alguna de las ruedas.

• Distancia de parada: Es decir acortar la distancia de parada lo máximo posible.

      

 

Para cumplir dichas exigencias, el ABS debe de funcionar de modo muy rápido y exacto (en décimas de segundo) lo cual no es posible más que con una electrónica sumamente complicada.
Los fabricantes de sistemas ABS más importantes en Europa son: BOSCH, BENDIX Y TEVES.
En la figura inferior se ve el esquema de un circuito de frenos convencional sin ABS. Frenado en diagonal o "X".

2.2.3) tipos de sistemas de frenos ABS

Se pueden encontrar diferentes sistemas ABS,  clasificándolos principalmente por el número de "canales" y de "sensores" que controlan los frenos de cada  una de las ruedas del vehículo.
El númerode canales viene determinado por el número de electroválvulas que regulan la presión de frenado
de las ruedas pudiendo regularlas independientemente una por una o bien las dos del mismo eje a la vez. Existentres tipos básicos de regulación de las ruedas:

• Regulación individual en la que cada rueda se controla de forma independiente por una o varias electroválvulas

• Regulación "Select-low": las dos ruedas de un mismo eje se controlan con los valores obtenidos por el captador de la rueda que tiene indicios de bloquear en primer lugar. Una o varias electroválvulas comunes a las dos ruedas, regulan la misma presión hidráulica para ambas. 

• Regulación "Select-higt": las dos ruedas se controlan en este caso con los valores de la rueda que mayor adherencia tenga. También dispone de una o varias electroválvulas comunes a las dos ruedas que regulan la misma presión hidráulica para ambas.

Los sensores se colocan normalmente junto a las ruedas y sirven para detectar la velocidad, aceleración y deceleración de éstas.En función del tipo de circuito de frenos, número de canales y número de sensores, se pueden clasificar los sistemas ABS:

• Cuatro canales y cuatro sensores: este sistema cuenta con una o varias electroválvulas para cada rueda a su vez dispone de un sensor para cada rueda

• Tres canales y cuatro sensores: este sistema cuenta con una o varias electroválvulas para las ruedas delanteras, pero en las ruedas del eje trasero se cuenta con una o varias electroválvulas que controlan las dos  ruedas del mismo eje (trasero). Dispone de un sensor para cada rueda. 
• Tres canales y tres sensores: igual disposición que el anterior sistema, pero se diferencia en el eje trasero donde solo hay un sensor situado en
  grupo cónico y no en las ruedas.  

La efectividad de un sistema ABS además del número de canales y sensores depende de la rapidez con que actúan las electroválvulas. Cuanto mayor sea la rapidez de actuación, más veces se actuara sobre los frenos de las ruedas, mejorando el coeficiente de adherencia. Actualmente se pueden conseguir
hasta 16 pulsaciones por segundo.


2.2.4) componentes del sistemas de frenos ABS

• Unidad Hidráulica (Hidrogrupo) 

Es el dispositivo que se encarga de controlar la presión aplicada a cada una de las ruedas. El hidrogrupo es controlado a su vez por la unidad de control electrónica.

la unidad hidráulica está formada por un conjunto de motor-bomba, varias electroválvulas (tantas como canales tenga el sistema), y un acumulador de baja presión.

• Electroválvulas

Están constituidas de un solenoide y de un inducido móvil que asegura las  funciones de apertura y cierre. La posición de reposo es asegurada por la acción de un muelle incorporado. Todas las entradas y salidas de las
electroválvulas van protegidas por unos filtros.A fin de  poder reducir en todo momento la presión de los frenos, independiente del estado eléctrico de la electroválvula, se ha incorporado una válvula anti-retorno a la electroválvula de admisión. La válvula se abre cuando la presión de la "bomba de frenos" es inferior a la presión del estribo. Ejemplo: al dejar de  frenar cuando el ABS está funcionando.
El circuito de frenado está provisto de electroválvulas de admisión abiertas en
reposo y electroválvulas de escape cerradas en reposo. Es la acción separada o simultánea de las electroválvulas lo que permite modular la presión en los circuitos de frenado. En los primeros sistemas ABS se utilizaba una sola electroválvula por cada rueda o canal. Estas electroválvulas se activaban por medio de corriente eléctrica. Más tarde se utilizaron dos electroválvulas por rueda o canal, estas electroválvulas se activan por tensión, lo que simplifico la construcción y el funcionamiento de la unidad de control, así como el consumo de corriente eléctrica.

• Conjunto Motor-Bomba

Esta constituido de un motor eléctrico y de una bomba hidráulica de doble circuito, controlados eléctricamente por el calculador. La función del conjunto es rechazar el líquido de frenos en el curso de la fase de regulación desde los bombines a la bomba de frenos. Este rechazo es perceptible por el conductor
por el movimiento del pedal de freno. El modo de funcionamiento se basa en transformar el giro del motor eléctrico en un movimiento de carrera alternativa de dos pistones por medio de una pieza excéntrica que arrastra el eje del motor.  

•  acumulador de Baja Presión

Se llena del  líquido del freno que transita por la electroválvula de escape, si hay una variación importante de adherencia en el suelo. El nivel de presión necesario para el llenado del acumulador de baja presión debe serlo suficientemente bajo para no contrariar la caída de presión en fase de regulación, pero lo suficientemente importante como para vencer en cualquier circunstancia el tarado de la válvula de entrada de la bomba.El caudal medio evacuado por la bomba es inferior al volumen máximo suministrado en situación de baja presión.

Las electroválvulas de la unidad hidráulica permiten tres posiciones de funcionamiento que se corresponden con las fases de funcionamiento del ABS:

1. Fase de subida de la presión.
2. Fase de mantenimiento de la presión.
3. Fase de bajada de presión.

• Unidad electrónica de mando (Calculador)

Recibe información de la velocidad del vehículo a través de las señales que proceden de cada uno de los captadores de rueda. Las informaciones medidas por los captadores son transformadas eléctricamente y tratadas en paralelo mediante dos microcomputadores (microprocesadores). En caso de desigualdad en las informaciones recibidas, el calculador reconoce un fallo y se nicializa un proceso de regulación del sistema ABS. Tras la amplificación, las señales de salida aseguran la activación delas electroválvulas y el motor-bomba (electrobomba).El calculador trabaja según el principio de la redundancia simétrica; los dos microcomputadores son diferentes, tratan la misma información y utilizan un mecanismo de cambio de información jerarquizada para comunicar. Cada microcomputador está programado con unos algoritmos de cálculo diferentes. En caso de no conformidad de las señales tratadas, en caso de avería o fallo en la instalación, el calculador limita el funcionamiento de los sistemas según un proceso apropiado. El fallo es señalado por un testigo en el cuadro de instrumentos y puede ser interpretado mediante un útil de diagnóstico. Dado el avance de la electrónica el calculador cada vez es mayor su capacidad para
auto diagnosticarse los fallos en el sistema ABS. La diagnosis que hace un calculador cubre dos aspectos:
El primer aspecto corresponde a las acciones que realiza el calculador de manera autónoma para verificar sus periféricos, así como su propio funcionamiento; es decir el auto diagnóstico

La otra parte del diagnóstico concierne al acceso de las informaciones o datos relativos al estado del sistema, memorizados o no, por un operador exterior; se trata del diagnóstico exterior por parte del mecánico mediante el aparato de diagnosis.

El auto diagnóstico es un proceso automático que permite al calculador

• Verificar sus periféricos. 
• Adoptar una marcha, degradada prevista para cada tipo de avería detectada. 
• Memorizar el o los fallos constatados en una memoria permanente con el fin de permitir una intervención posterior 

Cualquier fallo detectado por el auto diagnóstico puede quedar memorizado en una memoria permanente y conservado, incluso si no hay tensión de alimentación
.En la inicialización (puesta bajo tensión), el calculador efectúa un cierto número de tareas destinadas a verificar que el sistema está en estado de arrancar. Son principalmente:

• Test internos del calculador. 
• Testde uniones: alimentación, relé de electroválvulas, captadores. 
• Interfaces hacia el exterior. 

Si estos test, son correctos, esta fase finaliza con el apagado del testigo de fallo al cabo de 2,5 segundos.
Cuando el coche ya está circulando existen varios tipos de auto-controles: algunos se efectúan de forma permanente, otros necesitan unas condiciones de funcionamiento particular (velocidad vehículo superior a un cierto umbral por ejemplo); en todos los casos, los posibles testse llevan a cabo simultánea y continuamente.

2.3)  ESP

La palabra corresponde al acrónimo de “Electronic Stability Program”. Se trata de un sistema electrónico capaz de corregir la pérdida de trayectoria del vehículo. Actúa mediante el frenado selectivo de cada una de las ruedas, y restringiendo la potencia del motor mediante un corte de alimentación. Es como si el conductor actuase a la vez con el acelerador y con 4 pedales de freno independientes a cada rueda, para tratar de compensar el movimiento del coche y devolverlo a la trayectoria deseada.
Puede considerarse como una evolución y complemento del ABS; en la actualidad no es obligatorio pero es de suponer que en un futuro próximo lo sea.
Aunque el término ESP es el más difundido, realmente está registrado por un solo fabricante de automóviles. Los demás constructores que tienen sistemas similares emplean terminologías diferentes, tales como DSC, VDC, PSM, DSTC o VSC.

3) Llantas

Garantizan la adherencia y control del vehículo, incluso en situaciones climáticas adversas. Tienen gran responsabilidad en el frenado del vehículo y amortiguan las vibraciones que éste produce.

4) Suspensión

Garantiza el contacto de las 4 ruedas con el piso. Le otorga estabilidad en el ejercicio de la conducción.

5) Dirección

Le da toda la maniobrabilidad necesaria al conductor para dirigir su vehículo de forma eficiente.

6) Iluminación

Proporciona al conductor la capacidad de ver y ser visto por otros conductores. Evita accidentes de tránsito en condiciones de baja o nula visibilidad. Para aprender a usar las luces de tu vehículo.

7) Climatización

Regula la temperatura en el interior del automóvil. Es un elemento de seguridad activa porque garantiza la atención en el ejercicio de la conducción al evitar la fatiga en el conductor (cuando la temperatura interior es 5 grados más caliente que el exterior es muy probable que se produzca estos efectos en quien conduce el vehículo).