Utilizado en automóviles, transporte de carga, autobuses, etc., el sistema de frenado es, sin duda alguna, el componente más importante para la seguridad vial del vehículo. Consiste en un conjunto o combinación de partes y piezas, cuya función es disminuir su velocidad, detenerlo a voluntad del conductor (de una forma segura y con el mínimo esfuerzo) o mantenerlo detenido.

Clases frenos

En un transporte pesado, automóvil u otro vehículo podemos encontrar dos clases de frenos: el freno de servicio (o sistema de freno principal o primario) y el freno de estacionamiento (o freno de mano):

Freno de servicio

Es normalmente utilizado para disminuir la velocidad o detener el movimiento del vehículo, es accionado generalmente por el conducto al presionar el pedal de freno.  Suele estar conformado por el sistema de frenos de tambor, frenos de discos o una combinación de ambos, accionados por el sistema de mando.

Freno de estacionamiento

Conocido como freno de mano, es independiente del freno de servicio y se encarga de inmovilizar el vehículo cuando está estacionado o también en caso de fallo del freno de servicio (freno de emergencia).  Comúnmente es accionado por el conductor sobre una palanca o sobre un pequeño pedal predispuesto para este fin, también de manera automática por un dispositivo electrónico conectado a las ruedas.

Funcionamiento del sistema de frenado

Sin importar si se trata de un automóvil convencional o un transporte pesado, su funcionamiento se basa en el mismo principio físico, esto es, en la transformación de energía cinética en calor. Utiliza la fricción o rozamiento para realizar la acción de frenado: se ponen en contacto una superficie estacionaria del vehículo (zapatas o pastillas) con otra móvil solidaria a las ruedas (tambor o disco), ocasionando que ésta última disminuya su velocidad, por lo que el transporte comienza a frenarse.

Componentes del sistema de frenado

El sistema de frenado está compuesto por:

1. Sistema de frenos.
2. Sistema de mando.
3. Sistema electrónico de seguridad.

1. Sistema de frenos

En función de los elementos constitutivos y en la forma de actuación de las piezas sobre los elementos móviles, se clasifica en dos sistemas: frenos de tambor y frenos de disco:

Sistema de frenos de tambor

Al accionar el pedal de freno en este sistema, un par de zapatas (elaboradas con hierro fundido o acero, y recubiertas de un material especial de fricción) son presionadas contra la superficie interior de un tambor metálico cilíndrico giratorio, que está conectado al eje de la rueda, produciendo el rozamiento necesario para disminuir la velocidad o detener el vehículo. El tambor generalmente es fabricado con hierro fundido o con fundiciones de aluminio con una camisa de acero.

Este sistema genera calor, si éste no es disipado correctamente puede ocurrir una pérdida de eficacia de los frenos (fading), ya que el sobrecalentamiento provoca la disminución de adherencia del material utilizado en los revestimientos de las zapatas. A pesar de esto, el sistema de frenos de tambor es muy efectivo, su coste es reducido y tiene una larga duración. Su estructura cerrada ofrece una excelente protección frente a la suciedad y la humedad.

Sistema de frenos de disco

Este sistema utiliza el mismo principio básico de frenado que el anterior, pero su diseño es distinto: un disco giratorio solidario con las ruedas es presionado contra unas superficies de alto coeficiente de fricción, llamadas pastillas, que ejercen sobre él la fricción necesaria para transformar toda o parte de la energía cinética en calor, y con esto disminuir su velocidad o detenerlo. El disco es fabricado comúnmente en hierro fundido o fibra de carbono.

Este sistema genera una gran cantidad de calor que es disipada de forma más eficiente que los frenos de tambor, ya que los elementos de fricción van expuestos al aire, lo que a su vez ocasiona desventajas porque el sistema tiene poca protección contra la suciedad y la humedad. Por otra parte, el mecanismo de frenada, por compresión del elemento móvil (al contrario del freno de tambor), lo hace ser más eficaz, reduciendo la distancia de frenado. Sin embargo, su coste no es tan reducido.

2. Sistema de mando

Consiste en el conjunto de mecanismos encargados de producir la fuerza necesaria para el accionamiento de los elementos actuadores o frenantes (como zapatas y pastillas). Este sistema puede ser ejecutado por el conductor, tanto a mano como con el pie.

Sistema de mando en semirremolques

Los sistemas de frenado de los autos convencionales funcionan comúnmente de manera hidráulica, los cuales se basan en los principios de hidrostática sobre la incompresibilidad de un líquido y la transmisión de presiones dentro de su masa. En este sistema de freno hidráulico, la fuerza aplicada por el conductor al accionar el pedal es transmitida a los frenos por presión de un líquido oleoso, conocido como líquido de frenos. Por otro lado en los transportes de cargas especiales, como los semirremolques y bateas, los sistemas funcionan de manera neumática, es decir funciona por presión de aire.

Sistema de freno neumático

En este sistema el accionamiento del sistema de frenos se realiza por medio de aire comprimido generado por el propio motor del vehículo: usa pistones (alimentados por un compresor, que es controlado a través de válvulas) que funcionan como prensas neumáticas, aplicando la presión necesaria al sistema de frenos para producir el frenado o bloqueo de las ruedas.

Se utiliza en camiones, autobuses, semirremolques, entre otros transportes, por su seguridad, eficiencia y confiabilidad:

• Debido a que el uso de aire comprimido permite acoplar múltiples remolques, que poseerán capacidad de frenado y cuyos frenos podrán controlarse desde la cabina.

• Además, permite la incorporación de un sistema de frenado de emergencia que utiliza partes de los sistemas de frenos de servicio y freno de estacionamiento.

3. Sistemas electrónicos de seguridad

En ocasiones puede ocurrir que al accionar el freno, el vehículo continúe en marcha (a pesar que las ruedas estén detenidas). Esto es un grave problema, ya que si las ruedas no giran pero el transporte sigue moviéndose (patinando), éste lo hará sin control, poniendo en peligro nuestra vida, la de los otros conductores y los peatones. Por esta razón, el sistema de frenado viene equipado con sistemas electrónicos de seguridad que apoyan al conductor en las situaciones críticas o de emergencia. Por medio de sensores instalados en las ruedas, emiten señales que impiden el bloqueo y patinaje de las mismas en el proceso de frenado.

Entre estos sistemas electrónicos de seguridad podemos encontrar el Sistema antibloqueo de ruedas, del alemán Antiblockiersystem (ABS). Este se encarga de comprobar y controlar la velocidad de las ruedas durante el frenado, evitando que estas pierdan adherencia y estabilidad durante el proceso. Por medio de sensores, el sistema ABS monitorea la velocidad a la que gira cada rueda, cuando detecta que una de ellas está bloqueada o a punto de hacerlo (ya que su velocidad es menor a las demás), por medio de un sistema de válvulas y una computadora, hace que el sistema de mando dé la orden de liberar un poco la presión del freno para permitir un poco de movimiento en la rueda e igualar su velocidad de giro con las demás.  De esta manera, se ésta desacelera al mismo ritmo que el resto del transporte, sin perder tracción, así como la posibilidad de virar.

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