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Sistema de Frenos
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Sistema de Frenos 1
Sistema de Frenos1
Índice
Tema Página
Introducción 3
Principio de funcionamiento 4
Esquema típico del circuito de frenos hidráulico 5
Clasificación 6
Pedal de freno 8
Cilindro Maestro 9
Rev.: 0 2 Mundo Mecánica Automotriz
Mundo Mecánica Automotriz. Todos los derechos reservados
Sistema de Frenos1
Líquido de frenos 11
Esquemas de circuitos de frenos 13
Procedimiento de servicio para el Circuito de frenos 14
Válvula reguladora de presión (LSPV) 15
Tambor de freno 16
Procedimiento de servicio para el Tambor de freno 21
Cáliper del disco de freno 22
Disco de freno 24
Proceso de frenado 26
Servofreno 28
Procedimiento de servicio para el Servofreno 30
Principio de funcionamiento del Servofreno 31
Rev.: 0 3 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Introducción
Las principales pruebas de los sistemas de frenos tuvieron lugar en el año 1902 en un camino de
tierra en la ciudad de Nueva Cork, llamado Riverside Drive. Ransom E. Olds hizo arreglos para
probar un nuevo sistema de frenos en una rueda de un carro tirado por cuatro caballos y el freno
interno de tambor de un carruaje Victoria sin caballos. Su Oldsmobile tenía una única banda de
acero inoxidable flexible, que envolvía un tambor en eje trasero. Cuando se aplicaba el pedal de
freno la banda se contraía y apretaba el tambor.
El sistema de freno del carro causo tal impresión en otros fabricantes en el año 1903 muchos lo
habían adoptado. Para 1904 prácticamente todos los fabricantes de carros los construían con un
freno externo en cada rueda trasera.
Casi al mismo tiempo el freno externo demostró algunos defectos serios en el uso diario. En las
colinas por ejemplo, el freno se soltaba y volvía a frenar después de varios segundos. Un
conductor desafortunado podía rodar hacia atrás en una pendiente con una cierta inclinación. Por
esta razón las cuñas fueron un complemento importante del equipamiento a bordo. Era común
ver a un pasajero bajando del vehículo con un trozo de madera en la mano para bloquear las
ruedas.
Había otro problema en el freno externo. Este no tenía protección contra el polvo, de manera que
el tambor se gastaba rápidamente. El servicio de frenos cada 200 a 300 millas se consideraba
normal. Los problemas asociados al freno externo fueron superados por el freno interno. Mientras
los patines de frenos estaban bajo presión, ellos permanecían contra el tambor para impedir que
el vehículo rodara hacia atrás en una colina. Desde que las partes se instalaron al interior de los
tambores y fueron protegidas del polvo, los conductores pudieron ir sobre 1.000 millas antes de un
servicio de frenos. El tambor de freno, llegó a ser dominante en los Estados Unidos. Los discos de
frenos se estandarizaron en los autos europeos durante los años 50, alrededor de 20 años antes
que fueran adoptados por los fabricantes americanos en 1973.
Rev.: 0 4 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Principio de Funcionamiento
La fuerza aplicada en un punto se transmite a otro punto usando un líquido incompresible.
Muchos sistemas de freno además multiplican la fuerza en el proceso, ya que los vehículos
actuales requieren una fuerza mayor que la que se pueda aplicar con el pie. La fuerza es
multiplicada de dos formas:
1. Multiplicación de la fuerza hidráulica
2. Ventaja mecánica (sistema de palancas)
El freno transmite la fuerza a las ruedas usando también la fricción y las ruedas transmiten la
fuerza al camino también mediante el uso de la fricción. Las ilustraciones muestran las bases de
los frenos hidráulicos de disco y tambor. Al presionar el pedal de freno, el pistón en el cilindro
maestro envía la presión (a través de las líneas de freno) a los cilindros de las ruedas dentro del
cáliper y del tambor de freno. La fricción de la pastilla con el disco, o del patín con el tambor
detiene el vehículo, convirtiendo este momento en energía calórica.
Rev.: 0 5 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Esquema Típico del Circuito de Frenos Hidráulicos
El sistema de frenos típico esta compuesto por discos de freno en las ruedas delanteras y discos o
tambores en las ruedas traseras conectados por un sistema de conductos y tuberías que conectan
el freno de cada rueda con el cilindro maestro. Otros sistemas que están vinculados con el
sistema de frenos incluyen el freno de estacionamiento, el servofreno de poder y en algunos
vehículos el Sistema de Frenos Antibloqueo (ABS) o el Programa de Estabilidad Electrónica
(ESP). En ciertos modelos se incorpora a la Unidad de Control Hidráulica Electrónica (HECU) del
ABS y ESP un Sistema de Control de Tracción (TCS).
Rev.: 0 6 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Clasificación
Sistema de Freno de Servicio
El freno de servicio (freno de pie) se usa para reducir la velocidad del vehículo, para mantenerla
en un nivel constante (por ejemplo en un declive) y para detener el vehículo. Este sistema es
utilizado durante el funcionamiento normal. Suministra una respuesta variable y controlada a las
cuatro ruedas.
Sistema Secundario de Frenos
En el evento de una falla en freno de servicio, el sistema secundario de frenos debe ser capaz de
asumir esas funciones, aunque este puede generar sólo una reducida potencia de frenado. El
sistema secundario de frenado no consiste necesariamente de un tercer sistema separado de
frenos (complementando al sistema de freno de servicio y de estacionamiento) con su propio
mecanismo de control; este también puede incluir el circuito completo en un esquema de freno de
servicio dual o de un freno de estacionamiento capaz de generar una respuesta gradual.
Rev.: 0 7 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Sistema de Freno de Estacionamiento
El sistema de freno de estacionamiento asume la tercera función de frenado. Debe ser capaz de
mantener el vehículo en un estado estacionario, aún en pendientes y en ausencia del conductor.
Las consideraciones de seguridad dictan que el sistema de freno de estacionamiento ofrezca una
conexión mecánica continúa entre el mecanismo de control y el freno en la rueda, por ejemplo,
varillas de conexión o cable acerado. En la mayoría de los casos, el freno de estacionamiento es
accionado desde el costado del asiento del conductor mediante una palanca manual y en otros
casos mediante un pedal. Este sistema de freno esta diseñado para suministrar una respuesta
gradual. Opera en las ruedas de un solo eje.
Sistemas de freno de energía muscular
Este tipo de sistema esta instalado en automóviles de pasajeros y vehículos de dos ruedas. La
fuerza muscular aplicada en el pedal o en la palanca de mano se transmite a los frenos mediante
un sistema de accionamiento mecánico (varillas de conexión o cable acerado) o hidráulico (cilindro
maestro, cilindros en las ruedas).
Sistemas de frenos servo asistidos
El sistema de freno servo asistido se encuentra en los vehículos de pasajeros y vehículos
comerciales livianos. Este tipo de unidades emplea un amplificador para complementar la fuerza
muscular con la energía generada por vacío o presión hidráulica.
Sistema de freno de poder
La energía muscular se usa para controlar este sistema de freno. La desaceleración del vehículo
es generada por una fuerza exterior.
Rev.: 0 8 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Pedal de Freno
El pedal de freno esta ubicado al lado izquierdo del pedal del acelerador. Al accionar este pedal
comienza el proceso de disminución de velocidad o detención del vehículo. El pedal esta
solidamente montado al torpedo y trabaja como una palanca multiplicadora de fuerza. Si el
asistente de poder falla, el sistema de palancas del pedal esta diseñado para permitir al conductor
generar la presión hidráulica que accione el cilindro de cada rueda. El pedal de freno esta
acoplado al pistón interno del cilindro maestro mediante un vástago de empuje. Los valores para
la altura y el juego libre del pedal se indican en el Manual de Servicio correspondiente. La altura
del pedal se puede ajustar girando el vástago de empuje.
Nota:
El conductor no debe sentir como si estuviera pisando una esponja húmeda, un pedal esponjoso
significa problemas en el sistema de frenado, por ejemplo, aire en las líneas de freno. Cualquier
cambio en la “sensación” sobre el pedal de freno debe ser causa de un análisis serio.
Interruptor de freno
El interruptor de freno esta conectado al conjunto del soporte de los componentes. Este debe
ajustarse cada vez que se reemplace o en caso de ajuste del soporte del pedal. Referirse al
Manual de Servicio para más detalles respecto del ajuste del interruptor de freno.
Rev.: 0 9 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Cilindro Maestro
Para incrementar la seguridad, muchos sistemas de freno modernos están divididos en dos
circuitos, con dos ruedas en cada circuito. Si se produce una perdida de líquido en un circuito, solo
dos ruedas quedan sin freno y el vehículo aún así puede detenerse al presionar el pedal. El
cilindro maestro suministra presión a ambos circuitos del automóvil. Este es un dispositivo notable
que cuenta con dos pistones dentro del mismo cilindro de forma que genera un sistema
relativamente a prueba de fallas. Cuando se presiona el pedal, este empuja el pistón primario
mediante una varilla. Al mantener presionado el pedal, se produce presión en el cilindro y en las
líneas. La presión entre el pistón primario y el secundario fuerza al pistón secundario a comprimir
el líquido en su circuito. Si el freno esta funcionando correctamente, la presión será la misma en
ambos circuitos.
Válvula proporcional (Compensadora de frenado)
La válvula proporcional es necesaria en los vehículos equipados con discos de freno en las ruedas
delanteras y tambor de freno en las traseras. La pastilla de freno esta normalmente en contacto
con el disco, mientras que el patín de freno se mantiene alejado del tambor. Debido a esto, el
disco de freno está en condición de responder antes que el tambor cuando se presiona el pedal.
La válvula proporcional compensa esta situación, haciendo que el tambor de freno reaccione justo
antes que el disco de freno. La válvula proporcional impide el paso de presión a los discos de
freno hasta que se haya alcanzado el umbral de presión. El umbral de presión es bajo en
comparación con la presión máxima del sistema de frenos, así que el tambor de freno actúa justo
antes de que el disco responda. El accionamiento del freno trasero antes que el delantero provee
bastante más estabilidad durante el frenado.
Rev.: 0 10 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Filtración
Cuando se produce una filtración (por ejemplo en el circuito primario), se pierde la presión entre el
cilindro primario y el secundario. Esto hace que el cilindro primario entra en contacto con el cilindro
secundario. Ahora el cilindro maestro se comporta como si tuviera un solo pistón. El segundo
circuito funciona normalmente, pero el conductor tendrá que presionar más el pedal para
accionarlo. Debido a que sólo dos ruedas tienen presión, el poder de frenado se verá severamente
reducido
Procedimiento de revisión
Conectar los medidores de presión a los circuitos primario y secundario del cilindro maestro.
Comparar el valor medido con la especificación provista en el Manual de Servicio.
Nota: El cilindro maestro es un elemento reparable, referirse al Manual de Servicio para una
explicación detallada.
Luz de advertencia del líquido de frenos
El depósito del líquido de frenos tiene en su interior un interruptor flotador. Si el líquido cae bajo
cierto nivel (debido a filtraciones o desgaste de las pastillas de freno), el interruptor flotador se
conecta a tierra y se enciende la luz de advertencia.
Rev.: 0 11 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Líquido de Frenos
El líquido de frenos es el medio hidráulico por el cual se transmite la fuerza en el interior del
sistema de frenos. Para garantizar el funcionamiento confiable del sistema de frenos, es esencial
que este líquido cumpla con estrictos requisitos de calidad.
Los requerimientos son los siguientes:
Punto de ebullición húmedo
Punto de equilibrio
Viscosidad
Compresibilidad
Protección contra la corrosión
Dilatación Elástica
Como el líquido hidráulico (o cualquier otro líquido para ese propósito) no es compresible, empujar
este líquido a través de un conducto es como empujar una barra de acero por un conducto. A
diferencia de la barra de acero, sin embargo, el líquido puede ser conducido a través de varios
giros y curvas en el camino a su destino, llegando a este con exactamente la misma presión y
movimiento de origen. Es muy importante que el fluido sea líquido puro y que no contenga
burbujas. El aire puede ser comprimido, lo que produce un pedal esponjoso en el pedal y reduce
drásticamente la eficiencia de frenado. Si se sospecha de aire en el sistema, este debe ser
purgado para extraer el aire. En cada cilindro de rueda y en cada cáliper existe un tornillo de
purgado para ese propósito.
Rev.: 0 12 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
El líquido de frenos es un aceite especial que tiene propiedades específicas. Esta diseñado para
resistir bajas temperaturas sin aumentar su viscosidad, así como altas temperaturas sin hervir (Si
el líquido llegara a hervir, esto provocará un pedal esponjoso y será difícil detener el vehículo). El
líquido de frenos debe cumplir con las normas fijadas por el Departamento de Transporte (DOT –
Department of Transportation). El depósito del líquido se encuentra en la parte superior del cilindro
maestro. Muchos automóviles de hoy tienen un depósito transparente, para verificar el nivel sin
tener que desmontar la tapa. El nivel del líquido de frenos caerá ligeramente a medida que se
desgasten las pastillas y balatas. Esta es una condición normal que no necesita mayor atención.
Si el nivel cae notablemente en un corto periodo de tiempo o baja mas allá de dos tercios, el
sistema debe revisarse lo antes posible. El depósito del líquido debe mantenerse cerrado, excepto
por el periodo de tiempo necesario para rellenar y nunca debe mantenerse el líquido de freno
destapado. El líquido de frenos debe mantener un punto de ebullición muy alto. La exposición al
aire puede causar que el líquido absorba suciedad, la que bajara el punto de ebullición. Nunca
debe usarse nada que no sea el líquido aprobado para el sistema de frenos en particular.
Cualquier otra cosa puede causar una falla repentina en el sistema de frenos. Cualquier otro tipo
de aceite puede reaccionar con el líquido y destruir rápidamente los sellos de goma en el sistema
y ocasionar una falla en los frenos.
Rev.: 0 13 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Esquemas de Circuitos de Frenos
Hay disponibles varios esquemas de circuitos de frenos. En la práctica se usan la división del eje
delantero/ eje trasero y la división en diagonal.
Circuito de frenos simples
En un circuito de frenos simples, todas las ruedas del vehículo están conectadas al cilindro
maestro usando un solo circuito. Como el vehículo no puede detenerse en el caso de falla en el
circuito (como por ejemplo una filtración) y como no cumple con las directrices de seguridad, este
sistema no se utiliza actualmente.
Circuito de freno doble, eje delantero / eje trasero – división longitudinal (H)
La división de eje delantero / eje trasero es ampliamente usada en los vehículos con tracción
trasera o tracción en las cuatro ruedas. Si uno de los circuitos falla el vehículo aún puede
detenerse por la acción del otro circuito de freno.
Circuito de freno doble, eje delantero / eje trasero - división diagonal (X)
En muchos vehículos con tracción delantera, particularmente aquellos que tienen espacio variable
de carga, la versión con división eje delantero / eje trasero no alcanza la relación de frenado
mínima legalmente estipulado en caso de una falla en la fuerza de frenado del eje delantero. Por
esta razón casi todos los vehículos con tracción delantera están equipados con un circuito de
división diagonal. Como el trazado del circuito difiere, el procedimiento de purga de aire también
cambia. Referirse al Manual de Servicio para el procedimiento detallado de purgado de aire.
Rev.: 0 14 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Procedimiento de Servicio para el Circuito de Frenos
El líquido de frenos viaja desde el cilindro maestro a las ruedas a través de una serie de tubos de
acero y mangueras de gomas reforzadas. Las mangueras se usan sólo en los lugares donde se
requiera flexibilidad, como en las ruedas delanteras, que se mueven hacia arriba y abajo así como
lateralmente con el giro de la dirección. El resto del sistema usa tuberías de acero resistente a la
corrosión con uniones especiales en todos los puntos de conexión. Si un conducto de acero
requiere reparación el mejor procedimiento es cambiar la línea completa. Si esto no es posible, la
línea puede ser reparada usando uniones de empalme especialmente diseñadas para la
reparación de sistemas de frenos. Las mangueras de frenos son tubos flexibles con extremos de
metal especialmente construidos para la transmisión del líquido bajo extrema presión. Todo el
sistema hidráulico esta lleno con un líquido de frenos especial, que es forzado a través de las
mangueras por el movimiento del pistón del cilindro maestro. Si alguna de estas tiene fisuras o
esta quebradiza, la manguera debe ser reemplazada inmediatamente. Es necesaria una
inspección exhaustiva durante la mantención del vehículo para mantener el sistema de frenos
operando apropiadamente. El procedimiento de la mantención, revisión y reemplazo de partes de
cada componente del sistema de frenos se describe en el Manual de Servicio.
Rev.: 0 15 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Válvula Reguladora de Presión (LSPV)
Debido al cambio en las fuerzas dinámica desde atrás hacia delante que acompaña al frenado del
vehículo; la fuerza de frenado aplicada a las ruedas delanteras debe ser mayor que la aplicada a
las ruedas traseras. Esto se debe a que los componentes de los frenos delanteros son más
grandes que los traseros. Sin embargo, este cambio de peso de atrás hacia delante no es un
proceso lineal. Su magnitud aumenta en función de la desaceleración. Se necesita la válvula
reguladora de presión para compensar esto reduciendo la presión de los frenos de las ruedas
traseras en relación a las ruedas delanteras. Se usan diferentes tipos de válvulas, por ejemplo,
válvulas sensitivas de presión o de desaceleración, donde la mayoría de los fabricantes de
vehículos están usando la válvula reguladora de presión de frenado sensible a la carga.
Actualmente en los vehículos con ABS, la presión de frenado es controlada por la unidad del ABS.
Esta función es conocida como Distribución Electrónica de la Fuerza de Frenado (EBD) y se
explicará en la sección de ABS.
Válvula reguladora de presión sensible a la carga
La válvula reguladora de presión sensible a la carga se usa en los station wagons, en los cuales
un alto factor de carga lleva a un pronunciado cambio de fuerza entre los ejes durante el frenado.
El regulador de presión esta acoplado a la carrocería del vehículo, y conectado a la suspensión
trasera mediante un varillaje mecánico. El desplazamiento relativo de la suspensión y la carrocería
se transmite a un pistón localizado dentro del alojamiento de la válvula reguladora de presión.
Este pistón responde a las variaciones en la relación de compresión de la suspensión mediante la
contracción de un resorte que modifica el punto de ciclo. Este sistema adapta la presión del freno
trasero para compensar la variación de las condiciones de carga.
Rev.: 0 16 Mundo Mecánica Automotriz
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Tambor de Freno
Mientras que la mayoría de los vehículos producidos hace bastantes años tienen discos de frenos
adelante, en las ruedas traseras se utilizan tambores de frenos los que son más baratos de
construir. La razón principal de esto es el accionamiento del freno de estacionamiento. En los
tambores de frenos, agregar el freno de estacionamiento consiste simplemente en agregar una
palanca, mientras que en los sistemas con discos de frenos, se necesita un mecanismo completo,
en algunos casos, un conjunto de tambor de freno mecánico dentro del disco de freno. El freno de
tambor esta compuesto por un plato de soporte, patines de frenos, tambor de freno y cilindro de la
rueda; resortes de retorno y en algunos casos un sistema de ajuste automático. Cuando se aplica
el freno, el líquido de freno a presión es forzado en el cilindro de la rueda, el que a su vez empuja
el patín de freno para contactar con la superficie rectificada en el interior del tambor. Cuando se
libera la presión, los resortes de retorno tiran los patines hacia atrás a su posición de reposo.
Muchos frenos de tambor son auto actuadores. La figura 1 muestra la forma de contacto del patín
de freno con el tambor, existe un sistema del tipo cuña, el que tiene un efecto de presión del patín
sobre el tambor con más fuerza (figura 2). La fuerza extra de frenado provista por la acción de
acuñar permite al freno de tambor usar un pistón más pequeño que el freno de discos.
Rev.: 0 17 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Resortes
Debido a la acción de acuñado, los patines deben ser alejados del tambor cuando se libera el
freno. Los resortes de retorno tiran el patín de freno hacia atrás a su posición de reposo después
que la presión ha sido liberada del cilindro de la rueda. Si el resorte esta vencido y el patín no
retorna completamente, se producirá un desgaste prematuro del tambor debido a que los patines
permanecerán en contacto con el tambor. Otros resortes ayudan a mantener los patines de frenos
en su lugar y tiran del brazo de ajuste después de su acción.
Placa de soporte
La placa de soporte es la que mantiene todos los elementos unidos. Esta anclada al eje y forma
una superficie sólida que contiene el cilindro de la rueda, los patines de frenos y elementos de
sujeción.
Tambor de freno
Los tambores de frenos están hechos de hierro y tienen la superficie interior rectificada, donde
hace contacto con los patines. Tal como en los discos de frenos, los tambores de frenos mostraran
signos de desgaste a medida que las balatas de frenos se asientan contra la superficie maquinada
del tambor. Cuando se instalan patines nuevos, el tambor de frenos debe ser rectificado
suavemente. Los tambores de frenos tienen una especificación de diámetro máximo que esta
estampada en la cara exterior del tambor. Cuando se rectifica un tambor nunca debe excederse
esa medida. Si la superficie no puede rectificarse dentro de ese límite, el tambor debe
reemplazarse.
Rev.: 0 18 Mundo Mecánica Automotriz
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Rev.: 0 19 Mundo Mecánica Automotriz
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Cilindro de freno
El cilindro de la rueda esta formado por un cilindro con dos pistones, uno en cada extremo. Cada
pistón tiene un sello de goma y un eje que conecta el pistón con un patín de freno. Cuando se
aplica presión de frenado, los pistones son forzados hacia fuera empujando los patines, los que
entran en contacto con el tambor. Los cilindros de ruedas deben ser reparados o reemplazados si
muestran signos de filtración.
Rev.: 0 20 Mundo Mecánica Automotriz
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Mecanismo de auto ajuste
Como las balatas de frenos se desgastan, los patines deben recorrer una distancia mayor para
contactar con el tambor. Cuando la distancia alcanza a cierto punto, un mecanismo auto ajustable
reacciona automáticamente regulando la posición de reposo del patín de manera que quede más
cerca del tambor. Para que el freno de tambor funcione correctamente, el patín de freno debe
permanecer cerca del tambor sin tocarlo. Si quedan muy alejados del tambor (como por ejemplo
en caso de desgaste del patín), el pistón necesitara mas líquido para recorrer esta distancia y el
pedal del freno se hundirá cerca del piso cuando se aplique el freno. Como las balatas se
desgastan, habrá mas espacio entre el patín y el tambor. Cada vez que el vehículo se detiene, el
patín es empujado contra el tambor. Cuando la distancia es lo suficientemente grande, la palanca
de ajuste gira lo necesario para avanzar el piñón de ajuste un diente. El sistema de ajuste tiene
hilos, como un tornillo, de forma que se destornilla un poco cuando gira, alargándose para suplir el
espacio. Cuando el patín de freno se desgasta un poco más, el ajustador puede avanzar
nuevamente, de manera que siempre mantiene el patín ajustado con el tambor. Los componentes
del sistema auto ajustable deben permanecer limpios y moverse libremente para asegurar que los
frenos mantengan su ajuste durante la vida útil de las balatas. Si el auto ajuste deja de trabajar, el
usuario notará que debe empujar cada vez más el pedal de freno para sentir que el freno esta
actuando.
Rev.: 0 21 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Freno de estacionamiento
El freno de estacionamiento (también conocido como freno de emergencia) es un sistema que
controla los frenos traseros mediante una serie de cables de acero que están conectados a un
selector manual o pedal. Este sistema debe ser de accionamiento totalmente mecánico e
independiente del sistema hidráulico de forma que el vehículo pueda detenerse aún si existe una
falla total de los frenos. En el tambor de freno, el cable tira de una palanca montada en el freno
trasero y esta directamente conectado al patín de freno. El sistema con discos de freno en las
ruedas traseras agrega una complicación adicional para el sistema del freno de estacionamiento.
Existen dos diseños principales para incorporar un freno mecánico de estacionamiento a los
discos de freno. El primer tipo usa el cáliper existente en la rueda trasera y agrega una palanca
acoplada a un dispositivo giratorio de accionamiento mecánico en el interior del pistón del cáliper.
Cuando el cable del freno de estacionamiento tira de la palanca, este dispositivo giratorio empuja
el pistón contra las pastillas, frenando el vehículo sin utilizar el sistema hidráulico. Este tipo de
sistema es utilizado en los cáliper con un pistón flotante simple, si el cáliper es del tipo de cuatro
pistones fijos, entonces ese tipo de sistema no es aplicable. El otro sistema usa una unidad
completa de tambor de freno mecánico al interior del disco de freno trasero. El patín de freno en
este sistema esta conectado a una palanca que es accionada por el cable del freno de
emergencia para activar los frenos. El “tambor” es en realidad la parte interior del rotor de freno
trasero. El problema mayor es que los cables de freno tienden a corroerse y eventualmente a
atascarse produciendo que el freno de emergencia no opere. Accionando el freno de emergencia
regularmente, los cables permanecen limpios y funcionales. Otro problema se produce debido a
que el sistema de auto ajuste, en ciertos sistemas de frenos, utiliza la acción de freno de
emergencia para ajustar los frenos. Si el freno de estacionamiento no se usa nunca entonces los
frenos nunca se ajustan.
Rev.: 0 22 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Procedimiento de Servicio para el Freno de Tambor
Patines de Freno
Los patines de freno están compuestos por patín de acero con un material de fricción o balata
remachada o pegada en este. El servicio comúnmente requerido para el freno de tambor es el
cambio de las balatas de freno. Algunos tambores de frenos tienen un orificio de inspección en el
lado trasero, por donde se puede observar cuanto material queda en el patín. Los patines de
frenos deben reemplazarse cuando el material de fricción se ha desgastado más allá de la
especificación indicada en el Manual de Servicio. Tal como en los discos de frenos, algunas veces
se producen unas muescas profundas en los tambores de frenos; si se ha usado por mucho
tiempo un patín de freno gastado, los remaches que sujetan el material de fricción al patín pueden
producir surcos en el tambor. Un tambor severamente rayado podría ser reparado rectificándolo.
Los tambores de frenos tienen especificado un diámetro máximo, como la superficie de contacto
esta en el interior del tambor, a medida que se remueve material del tambor de freno su diámetro
interior es mayor.
Revisión de espesor
El espesor del material del patín de freno debe ser revisado regularmente durante el servicio. En
caso que el espesor del patín sea menor que el valor especificado por el Manual de Servicio, el
patín de freno debe ser reemplazado.
Revisión del diámetro del tambor de freno
Si el diámetro interior del tambor de freno excede el valor especificado en el Manual de Servicio, el
tambor debe ser reemplazado.
Rev.: 0 23 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Cáliper del Disco de Freno
La fuerza de frenado en un freno de discos se aplica a la superficie de un disco que gira junto con
la rueda del vehículo, mientras que un cáliper de sección U esta soportado por los componentes
estacionarios del vehículo.
El cáliper de freno se puede agrupar en las siguientes categorías:
-Cáliper de disco de freno de tipo flotante
-Cáliper de disco de freno de tipo fijo
Cáliper de disco de freno de tipo flotante
El cáliper del disco de freno con pistón flotante simple es del tipo auto centrado y auto ajuste. El
cáliper se puede deslizar de lado a lado de forma que se moverá al centro cada vez que se aplica
el freno. Además, como no hay un resorte que aleje las pastillas del disco de freno, estas
permanecen siempre con un leve contacto con el disco (el sello de goma del pistón y la vibración
en el rotor puede alejar, levemente, a las pastillas del disco). Esto es importante porque como los
pistones en los cáliper son de mayor diámetro que los del cilindro maestro, si los pistones de freno
fueran retraídos al interior del cilindro, seria necesario presionar varias veces el pedal de freno
para bombear líquido suficiente al cilindro de freno y así empujar las pastillas contra el disco.
Rev.: 0 24 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Cáliper del disco de freno de tipo fijo
En un cáliper fijo del disco de freno, la presión hidráulica actúa sobre dos pistones localizados al
lado derecho e izquierdo del disco de freno. Al presionarse el pedal de freno, la presión hidráulica
actúa contra los pistones, presionando así las pastillas de freno contra el disco de freno. Este
diseño se ha descontinuado, debido a que el diseño de pistón simple es más barato y más
confiable.
Pastillas de freno
El servicio requerido para los frenos en forma más común es el cambio de pastillas. Las pastillas
de los disco de frenos usualmente tienen una lámina de metal adosada a ellas llamada indicador
de desgaste. Cuando se ha desgastado suficiente material de fricción, el indicador de desgaste
entra en contacto con el disco y produce un chillido. Esto es una advertencia para al conductor e
indica que las pastillas de freno necesitan ser reemplazadas. Hay dos pastillas de frenos en cada
cáliper, las que están construidas sobre un “patín” metálico con una balata remachada o pegada a
él. Las pastillas están montadas en el cáliper, una a cada lado del rotor. Las balatas de frenos
usadas eran originalmente de asbesto debido a sus propiedades de absorción de calor y
operación silenciosa; sin embargo debido a los riesgos de la salud el asbesto ha sido prohibido de
manera que ahora se están usando nuevos materiales. Las pastillas de frenos se desgastan con
el uso y deben ser reemplazadas periódicamente.
Nota:
Reemplazar siempre todas las pastillas de un eje
Usar la herramienta especial de servicio para desmontar el pistón
Presionar el pedal de freno varias veces cuando se cambian las pastillas de frenos
Rev.: 0 25 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Disco de Freno
Muchos vehículos modernos tienen discos de freno en las ruedas delanteras y algunos tienen
discos de frenos en las cuatro ruedas. El disco de freno es muy similar al freno de una bicicleta. El
freno de una bicicleta tiene un cáliper, que aprieta las pastillas de freno contra la rueda. En el freno
de disco las pastillas aprietan contra el disco de freno en vez de la rueda y la fuerza es transmitida
hidráulicamente en vez de utilizar un cable. La fricción entre las pastillas y el disco detienen
suavemente el giro de éste. Un vehículo en movimiento tiene cierta cantidad de energía cinética,
los frenos tienen que remover esta energía del vehículo con el fin de detenerlo. Cada vez que se
aplica el freno los frenos convierten la energía cinética en calor, el que es generado por la fricción
entre las pastillas y el disco. Los discos de frenos pueden dividirse en las siguientes categorías:
Sólido
Ventilado Interiormente
Debido a su mayor masa el disco de freno internamente ventilado puede absorber mayores
cantidades de calor y al mismo tiempo, el aire que fluye a través de los canales internos de
refrigeración produce un enfriamiento más rápido. Por esta razón los discos internamente
ventilados son la solución óptima en las ruedas delanteras.
Rev.: 0 26 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
El espesor del disco de freno debe comprobarse regularmente. En ocasiones rayas profundas
pueden aparecer en el disco de freno. Esto puede ocurrir si una pastilla de freno gastada se usa
por mucho tiempo. Los discos de freno también pueden perder su planitud. Si esto ocurre, el freno
puede vibrar o trepidar cuando se aplica el freno. Estos dos problemas pueden solucionarse, en
algunas ocasiones, rectificando los discos (también llamado maquinado), en este proceso se
remueve parte del material de ambos lados del rotor para restaurar la superficie plana y suave. El
rectificado no es necesario cada vez que se cambian o se reemplazan las pastillas de frenos. De
hecho, rectificar el disco en forma continua reducirá su vida útil. Debido al proceso de remoción de
material, los discos se adelgazan cada vez que son rectificados. Todos los rotores de frenos tienen
una especificación del espesor mínimo permitido antes que sea necesario reemplazarlos. Esta
especificación se puede encontrar en el Manual de Servicio de cada vehículo.
Rev.: 0 27 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Proceso de Frenado
Durante el frenado se extraerá la energía cinética del vehículo. La energía extraída es convertida
en calor. El proceso de frenado (puede determinar una situación peligrosa hasta que el vehículo
esta detenido) puede ser dividida en las siguientes fases:
Tiempo de reacción / Distancia de reacción: Es el tiempo requerido por el conductor para
presionar el pedal de freno (darse cuenta/aplicar)
Distancia de reacción: Es la distancia recorrida desde el darse cuenta para “presionar el pedal”.
La distancia recorrida durante el tiempo de reacción depende de la experiencia del conductor y
sus condiciones físicas.
- Descansado: Tiempo de reacción/distancia corta
- Cansado: Tiempo de reacción/distancia larga
Durante esta fase el vehículo se mueve sin frenos
Tiempo de respuesta / Distancia de respuesta
Tiempo de respuesta: es el tiempo necesario para aplicar los frenos (tiempo de incremento de
presión)
Distancia de respuesta: Es la distancia recorrida mientras se incrementa la presión en el sistema
de frenos. El tiempo de respuesta o lapso de tiempo desde la aplicación del freno hasta la
producción de presión, toma alrededor de 0.3 segundos.
Rev.: 0 28 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Duración del frenado / Distancia de frenado
Distancia/tiempo recorrido por el vehículo con los frenos aplicados hasta detenerse
Tiempo de detención / Distancia de detención
Distancia/Tiempo recorrido durante la distancia/tiempo de reacción + distancia/tiempo de
respuesta.
- Desaceleración m/s²
Desaceleración por unidad de tiempo. Por ejemplo 5m/s², la velocidad del vehículo se reduce en 5
metros por cada segundo que transcurre.
Rev.: 0 29 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Servofreno
Antiguamente, cuando la mayoría de los vehículos tenían freno de tambor, no era realmente
necesario el servofreno, debido a que los tambores de forma natural suministraban algo de
asistencia de poder propia. Como muchos vehículos de la actualidad tienen freno de disco, al
menos en las ruedas delanteras, necesitan frenos de poder. Un servofreno es un dispositivo
mecánico o de vacío acoplado al cilindro maestro en el sistema de frenos de poder.
En KIA se usan tres diferentes tipos de servofrenos:
Tipo simple
Tipo Tándem
Tipo de relación doble
El servofreno por vacío es un depósito de metal que contiene una válvula y un diafragma. Una
varilla que atraviesa el depósito por el centro esta conectada al cilindro maestro en un extremo y al
mecanismo del pedal en el otro. La función del servofreno es aumentar la potencia y efectividad
del sistema de frenos. El servofreno por vacío aprovecha el vacío producido por el motor y lo usa
para asistir el frenado. Todos los amplificadores están diseñados para asistir la fuerza de frenado
del pedal y no para suministrar el total de la fuerza de frenado. Esto esta hecho así como medida
de seguridad en caso de la detención del motor, debido a que esto interrumpiría el suministro de
vacío al servofreno. El servofreno necesita una fuente de vacío para funcionar, en los automóviles
a gasolina, el motor suministra el vacío necesario para el servo; en cambio como el motor Diesel
no produce vacío, deben utilizar una bomba de vacío por separado. El motor crea un vacío parcial
en ambos lados del diafragma dentro del servofreno.
Rev.: 0 30 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Cuando se presiona el pedas de freno, la varilla abre una válvula, permitiendo la entrada de aire al
servo, en un lado del diafragma mientras sella el vacío. Esto aumenta la presión en ese lado del
diafragma de manera que ayuda a empujar la varilla, la que a su vez empuja el pistón en el
cilindro maestro.
Al liberarse el pedal de freno, la válvula sella el suministro de aire del exterior mientras abre
nuevamente la válvula de vacío. Esto restaura el vacío a ambos lados del diafragma, permitiendo
que todos los elementos vuelvan a su posición original.
Rev.: 0 31 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Procedimiento de Servicio para el Servofreno
Válvula Unidireccional
La válvula de chequeo es una válvula de un solo sentido, que permite la succión del aire desde el
interior del amplificador. Si el motor se apaga, o si se produce una filtración de vacío en una
manguera, la válvula unidireccional asegura que el aire no ingrese al servofreno de vacío. Esto es
importante debido a que el servofreno debe tener la capacidad de suministrar la amplificación
suficiente al conductor para ejecutar varias detenciones en el evento que el motor deje de
funcionar. La válvula unidireccional es el primer componente que debe revisarse si el servofreno
muestra algún comportamiento anormal en su funcionamiento.
Interruptor de vacío
En los vehículos con motor diesel, se incorpora un interruptor de vacío instalado en el servofreno.
Si el vacío cae por debajo de un cierto valor (por ejemplo, debido a una correa rota) el interruptor
de vacío se conecta a tierra y enciende la Luz de Advertencia de Frenos. La condición del
interruptor de vacío puede comprobarse con un Multímetro.
Instalación
Antes de instalar el servofreno, debe medirse y ajustarse el largo de la varilla de empuje. Referirse
al Manual de Servicio para mayor información.
Rev.: 0 32 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Principio de Funcionamiento del Servofreno
El servofreno amplifica la presión aplicada cuando se acciona el freno, y al hacerlo reduce el
esfuerzo mecánico que se requiere para operarlo. En muchos sistemas de freno automotrices el
servofreno se encuentra en un conjunto combinado con el cilindro maestro. El servofreno de vacío
usa la presión negativa generada por la admisión del motor, o en el caso de los vehículos
equipados con motor diesel, una bomba adicional de vacío que produce presión negativa (0.5-
0.9bar), para amplificar la fuerza aplicada al pedal de freno. Cuando se aplican los frenos, esta
fuerza suplementaria aumenta como una función directa de la fuerza del pedal, y continua su
incremento hasta que esta alcanza el ciclo de presión. Este punto, que se encuentra cercano al
punto de bloqueo de las ruedas, la presión es de alrededor de 60 a 100 bar, dependiendo del
vehículo en particular. No se produce mayor incremento en la presión de vacío después de este
punto.
Rev.: 0 33 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Cuerpo de válvulas (posición liberada)
El pedal de freno esta conectado al anillo de sellado mediante la varilla del pistón. Tanto la varilla
de empuje como el anillo de sellado tienen una pequeña distancia con su superficie de contacto.
En este caso hay presión negativa en ambas cámaras. La conexión al exterior esta bloqueada,
porque la varilla de empuje esta en contacto con el anillo de sellado.
Rev.: 0 34 Mundo Mecánica Automotriz
Sistema de Frenos1
Cuerpo de válvulas (posición de aplicación)
Si el conductor comienza a frenar, la varilla de conexión se mueve a la izquierda, presionando el
sello de la válvula lejos del asiento de la válvula, con lo que permite el ingreso de la presión
atmosférica al lado trasero de la cámara de trabajo. De acuerdo con la fuerza del pedal de freno,
una mayor o menor cantidad de presión atmosférica ingresa a la cámara de trabajo a través de un
filtro de aire, intensificando la fuerza de frenado. La presión en cámara de trabajo derecha es
mayor que en la cámara de vacío izquierda. El diámetro de la unidad del servo, indicado en
pulgadas, determina la fuerza máxima de frenado.
Rev.: 0 35 Mundo Mecánica Automotriz
LIN Fits in at the
low
104.521Incremental cost per node
125K1M2M20K25.6MCAN-Cevent triggereddual wire
CAN-Bevent triggeredfault tolerant
LINmaster-slave
single wire bus
