sistema de frenado regenerativo
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SISTEMAS DE FRENADO REGENERATIVOS
SISTEMAS DE FRENADO REGENERATIVOS
Michelle Bonilla
Rivero / Brenda
Villegas Huerta /
Ricardo Cabildo
Campos /Orlando
Guevara Rocha /
Erick Josué
Amador Bonilla
SISTEMAS DE FRENADO REGENERATIVOS
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TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN. _____________________________________________________________2
2. HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE LOS FRENOS REGENERATIVOS __________________________3
3. TIPOS DE FRENOS ____________________________________________________________5
3.1 FRENOS MECÁNICOS ____________________________________________________________5
3.2 FRENOS DE AIRE _______________________________________________________________5
3.3 FRENOS HIDRÁULICOS. __________________________________________________________6
3.3.1 FRENOS DE DISCO ____________________________________________________________6
3.3.2 FRENOS DE TAMBOR __________________________________________________________8
3.3.3 FRENOS ABS (ANTI-BLOCK-SYSTEM) _______________________________________________8
4. FRENOS REGENERATIVOS. ____________________________________________________11
4.1 VOLANTE DE INERCIA.__________________________________________________________11
4.2 SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS. ___________________________________________________12
4.3 RECARGA DE BATERÍAS. ________________________________________________________12
5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA DE FRENADO REGENERATIVO ______________13
6. CONCLUSIÓN _______________________________________________________________15
7. ÍNDICE DE IMÁGENES. _______________________________________________________16
8. BIBLIOGRAFÍA ______________________________________________________________17
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1. Introducción.
Desde la revolución industrial el hombre ha buscado innumerables
herramientas para mejorar productos tanto en calidad como en costo, todo se
basó en la mecanización de la industria dejando de lado la agricultura que
había sido base de la economía.
A lo largo de los años el transporte se volvió una necesidad primordial entre los
habitantes ya sea para trabajar en lugares más alejados o para que su
producto tuviera más alcance, gracias a la locomotora de vapor pudimos
lograrlo a un costo justo y que nos ahorraba esfuerzo y tiempo ya que era
notable en comparación del transporte no motorizado.
Conforme se hizo más habitual el uso de máquinas motorizadas fue mayor el
riesgo de accidentarse por lo tanto se comenzó a implementar medidas de
seguridad en un principio sabemos que las carretas usaban una tambora
interna pero que no podían arriesgarse a usar ese sistema que era empleado
en vehículos donde su velocidad máxima era de 40 km/h es por eso que en
carreras organizadas por fabricantes, se proponían sistemas de frenado
innovadores, se propuso un sistema de freno de una sola banda de acero
Inoxidable flexible, envuelta alrededor de una tambora en el eje trasero ya que
disminuyo tres veces la distancia de frenado.
Cuando el auto salió a la luz en 1886 ya se tenían pensadas muchas normas
de seguridad, sin embargo la tecnología aún no estaba a la altura de hacer de
los accidentes, algo inevitable, en este trabajo hacemos un repaso de las
etapas del freno hasta llegar a la nueva tecnología de los frenos regenerativos
que gracias a los avances tecnológicos han logrado no solo reducir accidentes
sino hacer uso de la energía producida con el frenado.
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2. Historia y Evolución de los Frenos Regenerativos
Los sistemas de frenado han pasado por una importante evolución desde sus
inicios, a mediados del siglo XVIII, cuando se empezó a experimentar la
manera de detener un vehículo.
Kirkpatrick Macmillan un herrero escocés invento el freno de cuchara que
consistía en una palanca que presionaba un bloque de madera contra la llanta
(actualmente la banda de hierro).
Con el paso del tiempo entraron los frenos de disco, aunque sea poco creíble
una de las primeras versiones de estos frenos fueron usados en las llantas
delanteras de un carro eléctrico diseñado por Elmer Ambrose Sperry, en donde
una electroimán forzó a un dispositivo protector contra el rotor. El primer diseño
que se conoce que disponía de frenos de disco es el Crosley 49', después
aparecieron en los frenos de aviones. Y así con el paso del tiempo los
franceses e ingleses introdujeron en grandes cantidades los frenos de disco en
las producciones de sus automóviles comerciales.
Después Lanchester patentó en el primer sistema de frenos de disco pero este
resultado no funciono ya que era un disco metálico situado en el eje de la rueda
que era apretado entre dos elementos de roce o fricción, accionados por
palancas. Debido a la falta de materiales resistentes que soportaran este roce
no funciono. Pero para que funcionara entro Herbert Frood que desarrolló y
aplicó los primeros materiales de fricción eficientes para usarse en los sistemas
de frenado, ya sean los de disco de Lanchester o los de tambor. Hasta la fecha
la compañía del Sr. Frood subsiste y se llama Ferodo. Los tambores de hierro
fundido aparecieron poco después.
Y con el paso del tiempo apareció el servofreno en cual trataba en el esfuerzo
que ejerce el conductor sobre el pedal, Porshe en 1966 lanzo el disco
autoventilado, ya en 1985 comenzó a ofrecerse de serie (Mercedes Clase S y
Ford Scorpio, los primeros) el ABS, en lo que fueron los inicios de la aplicación
de la electrónica a los sistemas de frenado.
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Después llegó el control de tracción (ASD y ASR) que funciona en conexión
con el ABS.
Y en 1994, el ESP; y en 1996 finalmente ya se dio la asistencia a la frenada.
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3. Tipos de frenos
3.1 Frenos mecánicos
Este tipo de freno ya solo es utilizado como un freno de emergencia los cuales
al momento de presionar el freno con la fuerza del pie, un cable transmitía la
fuerza para tratar de frenar el vehículo, estos tipos de frenos dejaron de ser
funcionales cuando la potencia de los motores empezó a desarrollarse, ya que
debido a las altas velocidades que comenzaron a desarrollar los coches se
necesitaba un gran esfuerzo físico para lograr frenar el auto.
3.2 Frenos de aire
Este tipo de freno es un sistema que resulta
muy económico y potente. La presión ejercida
por el pie del conductor en el pedal es
asistida por un sistema de aire comprimido
(servofreno), bastante más poderoso que los
tradicionales pero que, en caso de detenerse
el motor (que es quien produce el aire
comprimido) representa una pérdida
significativa del freno. Estos frenos son muy servibles para grandes vehículos
pero no son muy seguros.
Ilustración 2
Imagen 1
Ilustración 1
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3.3 Frenos hidráulicos.
Los frenos hidráulicos están divididos en dos tipos de sistemas fundamentales:
Los sistemas hidráulicos (“frenos de pedal”), propiamente dichos y los basados
en materiales de fricción (“frenos de mano”).
Este sistema se basa en que los líquidos son prácticamente incompresibles y la
presión ejercida sobre un punto cualquiera de una masa líquida se transmite
íntegramente en todas direcciones. Al ejercer una fuerza con el pie en un
émbolo pequeño el fluido la transmite y la amplifica logrando la fuerza
necesaria para detener el vehículo.
Las pastillas o materiales de fricción, suelen ser piezas metálicas o de
cerámica capaces de soportar altas temperaturas. Estas son las piezas que se
encargan de crear la fricción para frenar.
Ilustración 3
Además, hay varios tipos de frenos hidráulicos.
3.3.1 Frenos de disco
Consisten en un disco metálico sujeto a la rueda, en cada una de sus caras
están las pastillas, que son planas y, puestas en funcionamiento, aferran el
disco con una acción de pinzas. La presión hidráulica ejercida desde el cilindro
maestro causa que un pistón presione las pastillas por ambos lados del rotor,
esto crea suficiente fricción entre ambas piezas para producir un descenso de
la velocidad o la detención total del vehículo.
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Ilustración 5 Ilustración 4
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3.3.2 Frenos de tambor
Constan de un tambor de acero o de hierro sujeto a la rueda de forma tal que gira
simultáneamente, en su interior, junto al semieje, están las dos pastillas,
separadas en su parte inferior por un tornillo de ajuste, y en su parte inferior por un
cilindro de rueda. La presión hidráulica ejercida desde el cilindro maestro, causa
que el cilindro de rueda presione las pastillas contra las paredes interiores del
tambor, produciendo el descenso de velocidad correspondiente.
Actualmente este tipo de frenos se utilizan solamente en las ruedas traseras y con
ciertos vehículos.
Ilustración 6
3.3.3 Frenos ABS (anti-block-system)
El Sistema Antibloqueo de Frenos (ABS, por sus siglas en inglés), consiste en un
mecanismo en el sistema de frenado que no permite el movimiento de las ruedas
cuando el conductor aplica el freno de forma brusca. “Cada una de las ruedas
cuenta con un sensor que determina las revoluciones y detecta cuando alguna
rueda disminuye la cantidad de giros en comparación con un valor
predeterminado. De suceder, el sistema ABS ordena la disminución de la fuerza
del frenado e impide el bloqueo”. (FRENCAR. Tipos de frenos. http://frencar.over-
blog.com/article-35347442.html)
Ilustración 7
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3.3.1 Freno de mano.
La función del freno de mano o freno de estacionamiento, es la de que un vehículo
estacionado no se ponga en movimiento por sí solo, aun cuando se puede utilizar
como freno de emergencia si es necesario durante la marcha del vehículo.
Es una palanca que se encuentra al alcance del conductor; la palanca va unida
por unos cables a la leva de freno. Al accionar la palanca las levas ejercen presión
sobre las balatas de las ruedas traseras originando un frenado, que en caso de
producirse mientras el vehículo está en movimiento, puede ser bastante brusco.
Ilustración 8
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4. Frenos Regenerativos.
El frenado regenerativo es un proceso por el cual una parte de la energía cinética
del vehículo es recuperada por algún mecanismo durante las desaceleraciones.
Dicha energía puede ser almacenada en dispositivos de diferente funcionamiento
como pueden ser baterías, volantes de inercia, celdas de combustible
regenerativas o acumuladores hidroneumáticos, entre otros, con el propósito de
ser usada más tarde en la alimentación de los sistemas de propulsión del vehículo
o en la alimentación de otros accesorios del mismo.
4.1 Volante de Inercia.
El volante de inercia puede ser conectado o desconectado del tren motriz del
vehículo mediante un embrague.
Durante el frenado, se conecta el volante a la transmisión, de manera que una
parte de la energía cinética del vehículo pueda ser transferida al volante de inercia
durante un rango de velocidad, después de este rango el sistema se desconecta y
el volante permanece girando. La energía que se almacena por este sistema
puede ser usada para hacer girar un generador y la energía recuperada emplearse
en el vehículo.
Una de las ventajas de este sistema es que permite almacenar energía, durante
intervalos cortos de frenado y aceleración, por lo que pueden usarse en los
vehículos de pasajeros, sin que existan muchas pérdidas por fricción.
Ilustración 9
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4.2 Sistemas Hidroneumáticos.
“Se componen principalmente de una bomba-motor hidráulica que puede al tren
motriz del vehículo y un tanque hidroneumático. Por este sistema es posible forzar
la compresión de un fluido dentro del tanque durante el frenado, para almacenar
parte de la energía cinética. Dicha energía puede ser liberada después.” (Ing.
Alejandro Gonzales Calderón, 2006)
De esta manera la energía almacenada se convierte nuevamente en energía
cinética y colabora a la propulsión del vehículo.
4.3 Recarga de Baterías.
En la mayoría de los vehículos eléctricos e híbridos actuales, se hace que el motor
de tracción funcione durante el frenado como generador de electricidad (como se
muestra en la figura), o se cuenta con un generador que se conecta
exclusivamente para este propósito. Así, la energía cinética del vehículo se
convierte en energía eléctrica que se usa para recargar las baterías del vehículo.
Actualmente Toyota produce un vehículo denominado Prius, el cual emplea este
tipo de sistema como complemento al sistema convencional de frenado.
Ilustración 10
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5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA DE FRENADO
REGENERATIVO
Este tipo de vehículos presenta sobre los tradicionales las siguientes ventajas y
desventajas:
Ventajas:
Son capaces de conseguir una eficiencia doble, lo que se consigue por la
supresión de la mayor parte de las pérdidas de potencia que se producen
en los vehículos tradicionales.
El sistema de frenado tiene a su vez capacidad regenerativa de la potencia
absorbida, lo que reduce las pérdidas de eficiencia.
El motor se dimensiona solo para una potencia promedio, ya los picos de
potencia los proporciona la fuente de energía alternativa. Esto además
permite que el motor funcione siempre en su punto óptimo o muy cerca de
él. Por ello su eficiencia resulta doblada, pudiéndose aligerar el peso y
volumen hasta en un 90%.
El motor puede desactivarse durante la marcha cuando no se necesita.
La eficiencia del combustible se incrementa notablemente, lo que se
traduce en reducción de las emisiones.
Incremento de autonomía, ya que esta depende del combustible
almacenado en el tanque.
Alto y uniforme rendimiento incluso a bajas temperaturas.
La unidad auxiliar no funciona continuamente, ya que se desactiva
automáticamente cuando no es necesaria.
Se elimina la necesidad de recargar las baterías cuando estas se agotan
El motor de combustión interna funciona bajo un estrecho margen de carga
y velocidad, lo que incrementa su eficiencia.
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Este sistema de propulsión pesa alrededor de una cuarta parte como
mucho de lo que pesa un vehículo de baterías eléctricas, que debe arrastrar
media tonelada de baterías bajo el piso.
Desventajas.
Mayor peso que un coche convencional (hay que sumar el motor eléctrico y,
sobre todo, las baterías), y por ello un incremento en la energía necesaria
para desplazarlo.
Más complejidad, lo que dificulta las revisiones y reparaciones del mismo.
Por el momento, también el precio.
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6. Conclusión
Conforme se realizó la investigación, nos encontramos varios pros y contras del
sistema de frenado regenerativo que está siendo una propuesta de los fabricantes
para el aprovechamiento de energía sobre todo en autos híbridos, nosotros
esperamos que conforme se dé a conocer la información sea mayor el uso que se
les dé y así sea mayor la atención que se les preste para hacer de esa tecnología
algo accesible a todos los bolsillos para cuidar no solo nuestros automóviles sino
el ambiente.
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7. Índice de imágenes.
Ilustración 1 Mecánica automotriz: Sistema de frenos. (2012). Recuperado de http://holamecanicaautomotriz.-
blogspot.mx/2012/01/sistema-de-frenos.html___________________________________________________ 5
Ilustración 2 Mecánica automotriz: Sistema de frenos. (2012). Recuperado de http://holamecanicaautomotriz.-
blogspot.mx/2012/01/sistema-de-frenos.html___________________________________________________5
Ilustración 3 Mecánica automotriz: Sistema de frenos. (2012). Recuperado de http://holamecanicaautomotriz.-
blogspot.mx/2012/01/sistema-de-frenos.html___________________________________________________ 6
Ilustración 4 Sistema de frenos (2012). Recuperado de http://holamecanicaautomotriz.blogspot.mx/2012/01/-sistema-
de-frenos.html ________________________________________________________________________ 7
I lustración 5 Sistema de frenos(2012). Recuperado de http://holamecanicaautomotriz.blogspot.mx/2012/01/-sistema-
de-frenos.html ____________________________________________________________________7
Ilustración 6 Sistema de frenos: frenos de tambo. (2014). Recuperado de http://www.aficionadosalamecani-
ca.net/frenos-2.htm ____________________________________________________________________ 8
Ilustración 7 Partes de un sistema de frenos ABS. (2014). Recuperado de http://frenosabsumb.wikispa-
ces.com/Partes+de+un+Sistema+de+Freno+ABS _________________________________________________ 8
Ilustración 8 Conocimientos básicos del automóvil. Recuperado de http://www.automotriz.net/tecnica/conocimientos -
basicos-50.html ______________________________________________________________________ 10
Ilustración 9 Volante de inercia. Recuperado de http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/handle/132.248.52.100/825
_________________________________________________________________________________ 11
Ilustración 10 Funcionamiento de un sistema regenerativo de recarga de baterías. Recuperado de
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/handle/132.248.52.100/825 ______________________________ 12
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8. Bibliografía
FRENCAR AUTOPARTS C.A. (2009). Tipos de frenos. De FRENCAR
AUTOPARTS C.A Sitio web: http://frencar.over-blog.com/article-35347442.html
Dr. Ricardo Chicurel Uziel.. (2006). Prueba y evaluación de un sistema de frenos
regenerativo hidroneumático.. 2 de Octubre de 2014, de Universidad Nacional
Autónoma de Mexico Sitio web:
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/handle/132.248.52.100/825
Mangu. (2011). Freno regenerativo: recuperando energía. 02 octubre 2014, de
Motorpasionfuturo Sitio web: http://www.motorpasionfuturo.com/mecanica-eficiente/freno-
regenerativo-recuperando-energia
Mazda. (2011). MAZDA DESARROLLA EL PRIMER SISTEMA DE FRENADA
REGENERATIVA BASADO EN UN CONDENSADOR ACUMULADOR.
02/octubre/2014, de Mazda Sitio web: http://www.mazda.es/noticias/tecnologia/sistema-
de-frenada-regenerativa/
Domenech, E. (19 de Julio de 2011). Así funciona el KERS. 2014, de Tecnología
y Coches de Nueva Generación Sitio web: http://www.tecmovia.com/2011/07/19/asi-
funciona-el-kers