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Evaluaci�n de la rentabilidad del sistema de freno hidr�ulico electro (EHB) Vs. El sistema convencional en un veh�culo

 

Evaluation of the profitability of the electro hydraulic brake system (EHB) Vs. The conventional system in a vehicle

 

Avalia��o da rentabilidade do sistema de freio eletro-hidr�ulico (EHB) Vs. O sistema convencional em um ve�culo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: bryan.guaman023@ist17dejulio.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 23 de septiembre de 2022 *Aceptado: 18 de octubre de 2022 * Publicado: 22 de noviembre de 2022

 

 

        I.            Instituto Superior Tecnol�gico 17 de Julio, Urcuqu�, Ecuador.

     II.            Instituto Superior Tecnol�gico 17 de Julio, Urcuqu�, Ecuador.

   III.            Instituto Superior Tecnol�gico 17 de Julio, Urcuqu�, Ecuador.

 

 

 

 

Resumen

El sistema de frenos en un veh�culo representa uno de los sistemas o elementos m�s importantes de un auto, esto se debe a que son el sistema de seguridad principal, con el cual se puede detener el autom�vil y as� evitar posibles accidentes que pongan en riesgo la seguridad e integridad f�sica de los conductores y los peatones. En este sentido la presente investigaci�n se fundamenta en la revisi�n para evaluar la rentabilidad del sistema de frenos hidr�ulicos el�ctrico HEB comparado con el sistema de frenado tradicional, por lo cual se emple� una metodolog�a de revisi�n bibliogr�fica documental, mediante la ubicaci�n de los motores de b�squedas m�s frecuentes dispuestos en la web, este tipo de informaci�n se encuentra dispuesta en diferentes documentos, como tesis de grados, revistas cient�ficas indexadas como Scopus, Latindex, Redalyc y Google Acad�mico. Dentro de la principal conclusi�n es que los sistemas de frenos son vitales para cualquier veh�culo, y la rentabilidad de estos dos sistemas de frenado radica b�sicamente en el uso del que se disponga, y por supuesto la utilidad del sistema de frenado elegido.

Palabras claves: Sistemas de Frenos; El�ctrico; Rentabilidad.

 

Abstract

The braking system in a vehicle represents one of the most important systems or elements of a car, this is because they are the main security system, with which the car can be stopped and thus avoid possible accidents that put the safety at risk. safety and physical integrity of drivers and pedestrians. In this sense, the present investigation is based on the review to evaluate the profitability of the HEB electric hydraulic brake system compared to the traditional braking system, for which a documentary bibliographic review methodology was used, through the location of search engines. Most frequently available on the web, this type of information is found in different documents, such as degree theses, indexed scientific journals such as Scopus, Latindex, Redalyc and Google Scholar. Within the main conclusion is that braking systems are vital for any vehicle, and the profitability of these two braking systems lies basically in the use that is available, and of course the usefulness of the chosen braking system.

Keywords: Brake Systems; Electric; Cost effectiveness.

 

 

Resumo

O sistema de travagem de um ve�culo representa um dos sistemas ou elementos mais importantes de um autom�vel, isto porque s�o o principal sistema de seguran�a, com o qual se pode parar o autom�vel e assim evitar poss�veis acidentes que ponham em risco a seguran�a. integridade f�sica de motoristas e pedestres. Nesse sentido, a presente investiga��o baseia-se na revis�o para avaliar a rentabilidade do sistema de freio el�trico hidr�ulico HEB em compara��o com o sistema de freio tradicional, para o qual foi utilizada uma metodologia de revis�o bibliogr�fica documental, por meio da localiza��o de mecanismos de busca. na web, esse tipo de informa��o � encontrado em diferentes documentos, como teses de gradua��o, revistas cient�ficas indexadas como Scopus, Latindex, Redalyc e Google Acad�mico. Dentro da principal conclus�o � que os sistemas de travagem s�o vitais para qualquer ve�culo, e a rentabilidade destes dois sistemas de travagem reside basicamente na utiliza��o que se tem dispon�vel, e claro na utilidade do sistema de travagem escolhido.

Palavras-chave: Sistemas de Freio; El�trico; Efetividade de custo.

 

Introducci�n

Un veh�culo en movimiento (energ�a cin�tica) que acciona los frenos reduce la velocidad, y como consecuencia dicha energ�a se transforma en calor generado por la fricci�n. Esta transformaci�n de energ�a genera un aumento de la temperatura de todo el sistema. Durante las frenadas fuertes, la disipaci�n de potencia en una pastilla de freno est� alrededor de 30 kW, lo que da como resultado temperaturas de superficie muy altas (Rodriguez et al., 2019).

Por lo cual, los frenos representan uno de los sitemas mas importantes de un vehiculo, principalmente por la seguridad que representa a la integridad fisica de los pasajeros. En los �ltimos a�os, la movilidad el�ctrica se ha convertido en un �rea de inter�s tanto para la industria automotor como para la investigaci�n (Monroy et al., 2020).

La industria automotriz est� haciendo frente a grandes desaf�os, implementar sistemas de fabricaci�n ecol�gica, la crisis energ�tica, el aumento del uso de diferentes tipos de energ�a renovable que en un largo plazo podr�an reemplazar el uso de combustibles f�siles tradicionales, que da�an tanto el medio ambiente como la salud p�blica. En la b�squeda de obtener energ�a limpia, se han enfocado en convertir la energ�a que de alguna forma se desecha en el entorno ambiental, en energ�a �til. Esta tecnolog�a tambi�n se utiliza en el campo de la alimentaci�n de sensores inal�mbricos para evitar el uso de bater�as convencionales que necesitan ser reemplazadas o recargadas peri�dicamente (Alvarado et al., 2022).

Es por esto que los sistemas de frenos tambien han presentado cambios significativos, aunque en esencia su funcionalidad y proposito sigue siendo la misma.

Tal como se indic� anteriormente, la empresa automotriz ha dado sus primeros pasos en cuanto a la modificaci�n de los componentes de los veh�culos tradicionales, por el cambio a veh�culos el�ctricos, en el que casi todos los elementos que funcionaban con derivados del petr�leo (b�sicamente), han sido reemplazados por otros elementos, como es el caso del sistema de frenos, el cual es uno de los elementos de seguridad m�s importantes de los veh�culos, estos han sido modificados seg�n la necesidad de cada modelo hibrido o totalmente el�ctrico presentado hasta ahora (Calderon et al., 2022).

La presente investigacion esta enfocada en la revision de la bibliografia disponible para la determinacion de la rentabilidad entre los sitemas de frenos convencionales de los vehiculos asi como del sistema de freno hidraulico electronico HEB.

 

Metodolog�a

La presente investigaci�n se bas� en una revisi�n documental de la informaci�n disponible en la web, en la que se realiz� una b�squeda exhaustiva, sistem�tica y l�gica en la que se analizaron los principales y m�s recientes documentos en los que se dispone de informaci�n del tema en cuesti�n.

Mediante el uso de palabras claves como, sistemas de frenos, frenos hidr�ulicos, frenos hidr�ulicos electro, HEB, y haciendo uso de los motores de b�squeda como Google Acad�mico, revistas indexadas, Scopus, Redalyc, Latindex, entre otras se facilit� el an�lisis de la informaci�n disponible.

Al respecto, Hurtado (2020) menciona que el dise�o bibliogr�fico utiliza los procedimientos l�gicos y mentales propios de toda investigaci�n: an�lisis, s�ntesis, deducci�n, inducci�n, entre otros.

 

 

 

Resultados y discusi�n

La industria automovil�stica no es nueva, desde hace algunos siglos atr�s los hombres en su af�n de buscar m�s y mejores formas de movilidad y resolver sus problemas para el transporte bien sea de materiales, comida o personas han realizado avances sorprendentes hasta llegar a esta la fecha en donde ya se comienza a hablar de autos movilizados v�a remota o con conducci�n asistida.

Sin embargo, ha sido un largo camino el cual se ha recorrido con altas y bajas pero siempre en un constante avance, estos veh�culos se les han a�adido y eliminado ciertos elementos que han dado forma a estos transportes haci�ndolos m�s confortables, elegantes y m�s seguros, al respecto de esto uno de los elementos de seguridad con que se cuenta es con el sistema de frenado, el cual representa un elemento vital para la seguridad de los ocupantes de todo veh�culo, estos sistemas de frenado las define Rodriguez et al. (2019) como los frenos son un sistema de seguridad destinado a prevenir colisiones, por eso su eficiencia se puede ver afectada por el desgaste no homog�neo del disco debido a frenados bruscos.

De igual manera, el sistema de frenado es el encargado de desacelerar y detener el avance de un veh�culo (Limaico et al., 2022). Por otra parte, la misi�n del sistema de frenado es la de crear una fuerza regulada para reducir la velocidad o para detener un veh�culo en movimiento, as� como para tenerlo estacionado (Galindo et al., 2020).

En este sentido, es importante mencionar el recorrido historico que este importante sistema del vehiculo ha tenido durante el tiempo, Bauza (2018) lo describe de la siguiente manera:

Los frenos surgieron antes incluso que los coches, debido a que ya exist�a la necesidad de frenar, veh�culos, los carruajes tirados por caballos, el mecanismo consist�a en una palanca de madera, que al ser accionada por el cochero rozaba sobre la rueda del carruaje. Desde entonces han sufrido diversas evoluciones haci�ndolos mucho m�s eficientes.

�         1901: Wilhelm Maybach dise�a el primer freno de tambor interno.

�         1902: Louis Renault dise�a el modelo de freno de tambor usado hoy en d�a.

�         1902: Ramson E. Olds dise�a un modelo de freno de tambor externo.

�         1903: Se implanta el sistema de frenado en las cuatro ruedas en un Dutch Spyker 60/80.

�         1903: Sistema de frenos asistidos por c�mara de aire - Malcolm Lougheed (Lockheed) dise�a es sistema de frenos hidr�ulico por el que recibe 7 patentes entre 1917 y 1923.

�         1926: Se le asigna la patente de un sistema de asistencia de frenada por vac�o a General Motors Corporation

�         1930: Los frenos hidr�ulicos se instauran como norma.

�         1936: Bosch patenta el sistema de antibloqueo de frenos (ABS)

�         1949: Crosley motors primer fabricante americano en montar frenos de disco.

�         1960: Distintos fabricantes reemplazan los frenos de tambor a frenos de disco.

�         1978: Bosch introduce un sistema electr�nico de ABS, multicanal y para las cuatro ruedas.

�         1984: Tevis introduce una segunda versi�n del sistema de ABS.

�         1985: Distintos modelos de General Motors utilizan un asistente de frenada el�ctrico.

�         1999: Distintas caracter�sticas se a�aden al ABS de Tevis, entre las cuales se incluye el sistema de control de tracci�n, y control de estabilidad.�

Ahora bien, la tecnologia ha realizado diferentes aportes al desarrollo de los vehiculos, entre esos por supuesto, avances en el sistema de frenado.

En torno a lo anterior, resulta conveniente conocer el funcionamiento del sistema de frenado de un vehiculo convencional, Acosta y Parejo (2019) lo mencionan asi:

El sistema de freno es el encargado de desacelerar y detener la progresi�n del veh�culo. Al pisar el pedal de freno, se empuja el l�quido que va por conductos a trav�s del circuito. La presi�n del fluido acciona los pistones que llevan al contacto la cara de las pastillas con las pistas del freno. La fricci�n entre las dos superficies reduce la velocidad de la rueda, y con ello la del veh�culo.

La siguiente figura 1, ilustra el sistema de frenado convencional.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: Tomado de (Acosta y Parejo, 2019)

Figura 1: Componentes de un Sistema de Frenado

 

Seg�n Mu�oz y Calle (2020) mencionan que los sistemas de frenado deben poseer las siguientes caracteristicas:

�         Seguridad: La seguridad es imprescindible para un veh�culo, por lo cual es necesario que estos cuentes con dos tipo de freno, uno de servicio o de pie y el otro de mano, los cuales deben permitir disminuir la velocidad, detenerlo y mantenerlo en una inclinaci�n de hasta 18%, por lo cual este sistema deber� contar con dos circuitos independientes en caso de que se presente alguna aver�a en una de las ruedas.

�         Progresividad: Se trata de la fuerza que se ejecuta al pisar el pedal de freno, la cual debe ser proporcional para lograr la frenada deseada. Esto quiere decir que si se desea una menor distancia para el frenado, mayor ser� la fuerza que se ejerza en el pedal del freno.

�         Eficacia: Para que los frenos sean eficaces, la distancia de frenado debe ser razonable y sin perder la trayectoria, por lo que no se deber�a hacer mucho esfuerzo al pisar el pedal del freno.

�         Regularidad: Los conductores de autom�viles deben saber el estado de su sistema de frenos, sin importar que tanto se usan.

De igual manera, Macias (2022) explica:

Existen dos tipos de sistemas de freno para autom�viles: de tambor y de disco, los cuales los dos sistemas se fundamentan en la fuerza de fricci�n producida por el contacto entre dos superficies, pero sin embargo, su funcionamiento es diferente. Por consiguiente, se�ala que los frenos de tambor cuentan con un cilindro que gira con el eje de la rueda, donde se encuentra un material de fricci�n. En el momento en que se presiona el pedal de freno, el pist�n que se encuentra dentro del cilindro, empuja el material de fricci�n hasta el interior del tambor a trav�s de un sistema hidr�ulico, donde se crea una fricci�n precisa y minimizar la velocidad o la detenci�n total del autom�vil. Este sistema es usado generalmente en la parte trasera de los autom�viles. Con respecto a los frenos de disco, indican que son muy utilizados por la gran eficiencia que producen, est�n constituidos por dos partes: la pinza que es la parte est�tica y el disco que es la parte giratoria. En el momento en que l�quido de frenos hace presi�n sobre los pistones de la pinza, las pastillas de frenos se ponen en contacto con el disco, lo cual genera la fricci�n para reducir la velocidad o detenci�n del autom�vil (p. 35).

 

Fuente: Tomado de (Macias, 2022)

Figura 2: Tipos de Frenos

 

Ahora bien, no solo existe este tipo de frenos, los cuales son los convencionales, dentro de estos se encuentran los frenos hidraulicos, los cuales la zapata se monta en el tambor mediante presi�n de l�quido. La manipulaci�n de las palancas de los frenos el actuador env�a fluido a compresi�n por la l�nea de freno hasta el cilindro de la rueda el pist�n de cada cilindro es desplazado hacia fuera presionando la zapata contra el tambor. Al soltar el pedal baja la presi�n del l�quido el muelle de retracci�n de la balata retira esta del tambor haciendo volver a su posici�n inicial regresando el l�quido del cilindro a la bomba�(Chiroque, 2020).

Seg�n Coloma y Reyes (2021), el sistema de frenos hidr�ulicos contempla dos aspectos importantes: Sistema Hidr�ulico y Materiales de Fricci�n. Este sistema de frenos, presenta el siguiente principio de funcionamiento:

Su funcionamiento inicia cuando acciona el operador el pedal de freno el cual act�a directamente sobre la bomba maestra, una vez que esto sucede, env�a el l�quido a presi�n a trav�s de las ca�er�as o mangueras. El l�quido de freno transmite en este proceso la fuerza del dispositivo de acci�n al freno de disco. Al soltar el pedal baja la presi�n del l�quido, el sistema vuelve a su posici�n inicial y el l�quido del cilindro retorna a la bomba con el fin de incrementar la fuerza de frenado.

 

Fuente: (Coloma y Reyes, 2021)

Figura 3: Esquema del sistema de Frenos Hidraulicos

 

Ahora bien, los frenos hidraulicos tambien tienen la modalidad de electricos, los cuales sustituye lo que es lo hidr�ulico y tambi�n lo mec�nico. Las UC, unidades de control y electr�nicos se han unido con pinzas de freno en cada rueda, todo dato es enviado desde la unidad de control central con un recorrido de buses de intercambio; tambi�n otros sensores sumados en cada pinza adicionan la temperatura, la posici�n del actuador y la fuerza de la pinza. Gracias al desarrollo de la tecnolog�a, la resistencia del sistema es de 90 m/s frente a los 300 m/s de los frenos hidr�ulicos comunes, y esto trabaja para la investigaci�n y el estudio de autom�viles semiaut�nomos y aut�nomos�(Sierra, 2019).

 

Fuente: (Sierra, 2019)

Figura 4: Sistema de Frenos Electricos

 

Al respecto, el mismo autor Chiroque (2020) realiza una exposicion de los valores de desaceleracion para diferentes tipos de freno, lo cual es muy importante para determinar la evaluacion de la rentabilidad de los frenos convencionales y los frenos hidraulicos.

 

Figura 5: Valores de Desaceleracion Para Diferentes Tipos de Frenos

Fuente: Tomado de (Chiroque, 2020)

 

 

Conclusi�n

Los veh�culos representan un importante y sobre todo necesario medio para el transporte no solo de personas para recorrer ciertas distancias, sino tambi�n para el traslado de materiales, insumos, alimentos entre otros, lo que facilita mucho el avance y desarrollo de la humanidad en todos los sentidos.

En torno a esto, y para garantizar un medio de transporte seguro, los fabricantes de los veh�culos han incorporado los sistemas de frenos, los cuales existen desde antes de la invenci�n de los veh�culos como tal.

Los sistemas de frenos tradicionales aportan gran robustez y efectividad a los veh�culos, sin embargo, la tecnolog�a ha logrado reducir los riesgos o puntos d�biles que estos pudiesen haber presentado, por lo cual los sistemas de frenos hidr�ulicos el�ctricos reducen en gran medida lo elementos mec�nicos con que cuentan los sistemas de frenos tradicionales.

 

Referencias

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� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).x