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Sistemas Mecánicos Automotrices: Frenos de Disco

• Los frenos de disco son los más utilizados en vehículos actuales, particularmente en el eje delantero.
• Ofrecen ventajas sobre los frenos de tambor:
  • Mayor poder de frenado: distancia de frenado menor.
  • Mayor estabilidad en las frenadas.
  • Menor pérdida de rendimiento con aumento de temperatura.
  • Mayor facilidad de montaje, lo que reduce costos.

Frenos Sobredimensionados

• En vehículos de alta potencia, los elementos de fricción y los pistones de accionamiento de los frenos pueden ser sobredimensionados.
• Cuanto mayor la superficie de rozamiento, más eficaz el sistema.

Partes del Freno de Disco

• Disco de freno:

  • Generalmente de fundición gris nodular con grafito laminar (92-93% hierro).
  • Contiene silicio y manganeso para garantizar calidad.
  • Disponible en versiones macizas o ventiladas (ranuras radiales para facilitar la evacuación del calor).
  • Los ventilados, a su vez, pueden estar perforados para mejorar refrigeración y disminuir peso.
  • La superficie exterior del disco es donde contactan las pastillas.

• Pinzas de freno:

  • Abrazan las pastillas, montando el actuador hidráulico.
  • Presentan entradas para la tubería de presión y orificios para purgador.
  • Existen diseños deslizantes, flotantes y fijas con varias variantes.
  • Las deslizantes disponen de uno o dos actuadores que inciden en una pastilla.
  • Las fijas tienen uno o más actuadores por pastilla (hasta 8 en vehículos de altas prestaciones).
  • Resistentes a vibraciones y altas temperaturas.

• Pastillas de freno:

  • Materiales que rozan el disco para reducir la velocidad.
  • Con superficie metálica que sostiene el forro de freno, para apoyo en la pinza.
  • Se adaptan perfectamente a la superficie del disco.
  • Deben reunir cualidades como equilibrio entre resistencia a la abrasión y desgaste; resistencia al cizallamiento y golpe; estabilidad térmica; cierta compresibilidad (menor al 2% en frío y 5% en caliente); coeficiente de fricción adecuado; mínima dilatación de materiales y durabilidad razonable.

• Actuador hidráulico:

  • Se aloja en la pinza.
  • Pueden existir uno o varios por pinza.
  • Presiona las pastillas contra el disco cuando se pisa el pedal para frenar la rueda.

Fuerza de Frenado

• Los frenos de disco aplican fuerza directamente a través de los émbolos sobre las pastillas.
• La fuerza se multiplica por el coeficiente de rozamiento entre pastillas y disco para obtener la fuerza de rozamiento real (Ffr = Ff·μ).
• El par de frenado (Cmf) es igual a la fuerza de rozamiento (Ff) por el radio del disco (R₁). (Cmf = Ffr · R₁).

Distancia de Parada/Detención

• Espacio recorrido desde activar el freno hasta detención total.
• Depende principalmente de:
  • Fuerza de frenado (Ff).
  • Coeficiente de adherencia (μₐ).
  • Velocidad del vehículo (v).
• Fórmula aproximada: e = (v² * E)/254
  • Donde:
    • e = distancia de detención (m)
    • E = eficiencia del sistema de frenos (%)
    • v = velocidad (km/h)