EMBRAGUES Y FRENOS

Conceptos:

Los embragues y los frenos son elementos esencialmente similares y están relacionados con el movimiento de rotación. La función de los mismos es transmitir o absorber energía mecánica de rotación. Estos constituyen una parte fundamental del diseño de elemento de máquinas, es común ver estos dispositivos en cualquier tipo de automóviles. Son también componentes fundamentales en máquinas-herramientas, mecanismos móviles, aparatos elevadores, turbinas, etc. Tanto en el caso del embrague como en el del freno existe una transmisión de calor producto de la fricción, dado que en esta clase de dispositivos es el medio de transmisión más común.

Freno: Un freno es un dispositivo que se usa para llevar al reposo un sistema en movimiento, para bajar su velocidad o para controlar su velocidad hasta un cierto valor en condiciones cambiantes.

Embrague: Son acoplamientos temporales, utilizados para solidarizar dos piezas que se encuentran en ejes coaxiales, para transmitir a una de ellas el movimiento de rotación de la otra a voluntad.

Clasificación de los embragues y frenos:
Los frenos y embragues se clasifican en los siguientes tipos:

1. Frenos y embragues de fricción.
2. Frenos y embragues de contacto positivo.
3. Frenos y embragues hidráulicos y neumáticos
4. Frenos y embragues magnéticos.
5. Frenos y embragues de sobrecarga

Los embragues o frenos de fricción son los más comunes en los cuales dos superficies concordantes son presionadas una contra otra para producir la transferencia de energía. Las superficies pueden ser planas (Figura 8.1.a) o bien cónicas (Figura 8.1.b) o bien cilíndricas (Figura 8.1.c) entre otras de geometría similar. Estos embragues tienen por exigencia no trabajar a velocidades mayores a los 250 a 300 rpm. Los Frenos y embragues de acción positiva se caracterizan por tener superficies concordantes suplementarias como las que se muestran en las Figuras 8.1.d, 8.1.e, 8.1.f y 8.1.g. Estos embragues pueden ser de quijadas cuadradas (Figura 8.1.d) o en espiral (Figura 8.1.e) o bien dentados (Figuras 8.1.f y 8.1.g).

En la Figura 8.1.h se muestra un embrague hidráulico que también puede ser empleado como freno. Estos embragues transmiten el par torsor por medio de un fluido que circula entre las dos campanas. En los automóviles este tipo de embrague se emplea para acoplar el motor a la transmisión automática y se denominan usualmente convertidores de par.

En la Figura 8.1.i se muestra un embrague de accionamiento de tipo neumático. En este caso la cámara recibe una presión de aire y conecta con el aro exterior al llegar una presión prefijada. En la Figura 8.1.j se muestra un embrague de accionamiento magnético, donde se puede apreciar la ubicación de los magnetos o polos magnéticos de una parte y otra a ser acopladas.

Los embragues de sobrecarga operan automáticamente sobre la base de la velocidad relativa entre las dos partes a embragar y permiten la rotación en una sola dirección. Si se quiere invertir el movimiento existen piezas que se agarran a un dispositivo, bloqueando la inversión. En la Figura 8.1.k se muestra un embrague de cuñas y en la Figura 8.1.l se muestra un embrague de resorte enrollado fuertemente.

Imagen tomada de: http://www.frbb.utn.edu.ar/carreras/materias/elementosdemaquinas/cap08-01.pdf

Selección de embragues y frenos:

Varios de los aspectos importantes a la hora de escoger un embrague o un freno son:

1. Factores de aplicación: tipo de industria.
2. Factores de uso: tipo de motor que se empleará para transmitir potencia.
3. Factores de potencia y torque: rango de uso.
4. Factores de carga: para prevenir sobrecargas en función del tipo de uso.

Materiales para embragues y frenos:

Los materiales para las partes estructurales de los frenos y de los embragues, como los discos y campanas de freno, suelen fabricarse con aceros o fundiciones de hierro. Las superficies que se encuentran bajo fricción se recubren generalmente con un material que tenga un buen coeficiente de fricción y que al mismo tiempo tenga una buena resistencia a la compresión y a la abrasión térmica. Los recubrimientos pueden ser moldeados o tejidos o de material metálico sinterizado o de aceros endurecidos. Los recubrimientos moldeados poseen resinas poliméricas (epóxicas u otras) para aglutinar ciertos añadidos como virutillas de latón, zinc, y los recubrimientos fibrosos poseen fibras de asbesto.

Métodos de accionamiento:

Para accionar los embragues o frenos se emplean distintos métodos, como los que se van a mencionar:

Manual: el operador suministra la fuerza, en general mediante un arreglo de palancas para obtener multiplicación de fuerza.

Aplicada con resorte: también se le conoce como diseño a prueba de fallas cuando se aplica a un freno; los resortes aplican el freno automáticamente, a menos que se presente una fuerza opuesta. Así, si falla la electricidad, o si se pierde presión neumática o hidráulica, o si el operador no puede realizar sus labores, los resortes aplican el freno y detienen la carga. El concepto también se puede utilizar para poner o soltar un embrague.

Centrifugo: para permitir que el sistema impulsor acelere sin que tenga carga conectada. Después, cuando tiene una velocidad preseleccionada, la fuerza centrífuga mueve los elementos del embrague, los cuales tocan y conectan la carga. Al desacelerar el sistema, la carga se desconecta en forma automática.

Neumático: se introduce aire comprimido en un cilindro o alguna otra cámara. La fuerza que produce la presión, sobre un pistón o diafragma, junta las superficies de fricción con los miembros colocados a la carga.

Hidráulico: se parecen a los de tipo neumático, nada más que estos utilizan fluidos en lugar de aire para realizar la compresión. Suele aplicarse cuando se requieren grandes fuerzas de actuación.

Electromagnético: se aplica una corriente eléctrica a una bobina, formando un flujo electromagnético. La fuerza magnética atrae entonces una armadura fija a la máquina que se debe controlar. La armadura por lo general es del tipo de placa.



Figura: accionamiento de un embrague de fricción