REVISTA

JUVENTUD Y CIENCIA SOLIDARIA:

En el camino de la investigación

Diseño y construcción de una maqueta

didáctica funcional del sistema de

freno de disco con mando hidráulico

Josué Felipe Sinchi Sinchi, Anthony Sebastián Tobay Tobay,

André Nicolás Vásquez Sánchez, John Alexander Villavicencio Imaicela

Mi nombre es Anthony Sebastián

Mi nombre es Josué Felipe Sinchi Tobay Tobay, tengo 17 años. Estudio el Sinchi, tengo 16 años. Estudio el segungo segundo año EGB BGU del Colegio Daniel

año EGB del colegio técnico Daniel Córdova Córdova Toral. Me gusta jugar fútbol,

Toral. Me gusta la gimnasia, el fútbol, el escuchar música, las artes marciales. Quiero

indoor. Quiero estudiar ingeniería eléctrica estudiar Electro mecánica automotriz en la

en la universidad. universidad.

Mi nombre es André Nicolás Vásquez Mi nombre es John Alexander Villavi-Sánchez, tengo 17 años. Estudio el 2do cencio Imaicela, tengo 17 años. Estudio el año EGB BGU del colegio técnico Daniel segundo año EGB BGU del Colegio Técnico

Córdova Toral. Me gusta entrenar en Daniel Córdova Toral. Me gusta la Electro

el gimnasio. Quiero estudiar ingeniaría Mecánica Automotriz. Quiero estudiar automotriz en la universidad. Mecánica Automotriz en la universidad.

Resumen

Este proyecto presenta una maqueta didáctica y fun-los frenos en los vehículos actuales. La propuesta se

cional del sistema de frenos de disco, diseñada para basa en conocimientos teóricos y prácticos adquiridos

ayudar a los estudiantes a comprender cómo funcionan en el taller automotriz, combinando aprendizaje técnico

56

En el camino de la investigación 57

y práctico. Para llevar a cabo el proyecto, se investi- Componentes del Sistema de Frenos

garon las ideas clave sobre los frenos hidráulicos y sus

componentes principales, con el objetivo de construir Mordaza

una maqueta totalmente operativa. Este mecanismo

utiliza líquido de frenos para transmitir fuerza dentro La mordaza es el soporte de las pastillas y los pistones

del sistema, donde la presión del fluido se transfiere de freno. Generalmente, está compuesta por dos piezas

desde el mecanismo de control hasta el de frenado. El metálicas que, al accionarse, se fijan o rozan con el ele-

enfoque del proyecto es mixto, ya que combina técnicas mento que necesitan frenar. Los pistones suelen estar

de medición con encuestas para recopilar información hechos de hierro dulce y recubiertos con cromo para

relevante. Esta iniciativa busca no solo enseñar sobre mayor durabilidad [4].

el funcionamiento de los frenos, sino también desper-

tar el interés por la mecánica automotriz de forma

interactiva y educativa. Pastillas de Freno

Palabras clave: frenos de disco, sistema de frenos,

construcción, maqueta, diseño Las pastillas de freno son fundamentales en el sistema

de frenado, ya que generan la fricción necesaria con los

discos para detener el vehículo. Si las pastillas están

Explicación del tema en mal estado, la distancia de frenado aumenta, lo que

puede provocar derrapes y un frenado deficiente [5].

Sistema de Frenos

El sistema de frenos de un coche es esencial para garan- Bomba de Freno

tizar la reducción segura de la velocidad y la detención

del vehículo. Este mecanismo ha evolucionado significa- La bomba de freno, también conocida como cilindro

tivamente, alcanzando el avanzado nivel de desarrollo maestro, es el componente encargado de presurizar

presente en los automóviles modernos [1]. y mantener la presión del líquido en todo el circuito

hidráulico del vehículo [6].

Tipos de Sistemas de Frenos

Servofreno

Frenos Hidráulicos

El servofreno es responsable de determinar la fuerza

Los frenos hidráulicos funcionan aprovechando la

que debe aplicarse al pedal del freno para activar el

sistema permite reducir o detener progresivamente la sistema. Este componente facilita el accionamiento del fuerza ejercida sobre un fluido incompresible. Este

pedal, reduciendo el esfuerzo necesario por parte del

inmóvil cuando está detenido [2]. conductor [7]. velocidad del vehículo y, en algunos casos, mantenerlo

Freno de Disco Pedal de Freno

El freno de disco es un dispositivo diseñado para re-El pedal de freno transmite la fuerza aplicada por el

ducir la velocidad de las ruedas y detener el vehículo. conductor hacia la bomba de freno. Se encuentra de-

Esto se logra gracias a la fricción generada entre las bajo del volante, a la altura de los pies del conductor, y

pastillas de freno y el disco cuando el conductor acciona está diseñado para un accionamiento rápido y cómodo

el pedal [3]. [3].

58 Juventud y Ciencia Solidaria

en condiciones simuladas que imitan situaciones

reales de uso en un vehículo. Durante estas prue-

bas, se evaluaron factores como la capacidad de

frenado, la respuesta del sistema, el rendimiento

del servofreno y la bomba hidráulica, así como

la resistencia al calentamiento excesivo.

Los resultados fueron analizados minuciosamente

para identificar posibles áreas de mejora en el diseño

y optimizar el rendimiento del sistema. Este proceso

Figura 1. garantizó un diseño confiable y lo más cercano posible Componentes de un freno hidráulico con palanca

Fuente: [8] a las condiciones reales de operación.

Este proyecto se centró en el diseño y construc- 1. Evaluación de costos y viabilidad:

ción de una maqueta funcional que simula el sistema Se realizó un análisis de costos para determinar

de frenos de disco hidráulicos. A través de la combi- los gastos asociados con el desarrollo, fabricación

nación de investigación teórica y experiencia práctica, y posible implementación del sistema de frenado

el objetivo principal fue mejorar el aprendizaje en el hidráulico. También se evaluó la viabilidad del

taller automotriz de la institución, integrando concep- proyecto, considerando estándares de seguridad,

tos avanzados y técnicas modernas de fabricación. calidad y sostenibilidad. Además, se priorizó el

uso de materiales accesibles y reciclados para

Etapas del Proyecto reducir costos sin comprometer la funcionalidad

1. o estética del modelo. Investigación Teórica

Se llevó a cabo una investigación exhaustiva so-

bre el funcionamiento de los frenos hidráulicos, Resultados

incluyendo aspectos como la transferencia de El proyecto concluyó con la construcción de una ma-

energía, el calentamiento del sistema, la genera-queta funcional que simula el funcionamiento de un

ción de fricción y la respuesta a diferentes veloci-sistema de frenos de disco hidráulico. Este modelo

dades y cargas. Este análisis permitió entender didáctico permitió observar y comprender el compor-

el comportamiento del sistema en diversas condi-tamiento del sistema en condiciones controladas, apor-

ciones, proporcionando las bases necesarias para tando un valioso recurso educativo en el ámbito auto-

el diseño y la optimización de la maqueta. motriz.

2. Los materiales utilizados incluyeron: Diseño y creación de maquetas:

Utilizando la información obtenida, se dise- • Mordaza de frenos.

ñaron modelos detallados del sistema de fre-

• Disco de frenos.

nado hidráulico mediante software especializado

de diseño por computadora. Estas herramientas • 1 metro de cañería.

permitieron modelar componentes clave como • Servofreno.

el disco, los cilindros y las pastillas. Posterior-

mente, se fabricaron prototipos empleando méto- • Tubos, platinas y palancas recicladas.

dos modernos de manufactura y materiales reci- • Sprays.

clados. Las piezas fueron probadas y ajustadas

en el taller automotriz para garantizar su funcio- • Bomba hidráulica.

nalidad y adherencia a los modelos teóricos. • Acoples.

3. Experimentación y Pruebas: Los pasos para la construcción de la maqueta

El sistema fue sometido a pruebas exhaustivas fueron:

En el camino de la investigación 59

1. Elaboración del diseño de la maqueta

Figura 5. Base vista lateral

Fuente: Autores

Figura 2. Diseño de la maqueta 5. Lijado de los componentes

Fuente: Autores

2. Preparación de cada uno de los materiales reci-

clados

Figura 6. Disco oxidado para ser lijado Fuente: Autores

Figura 3. Material reciclado 6. Ensamblaje de las pastillas en la mordaza y pin-

Fuente: Autores tura

3. Construcción de la base con materiales reciclados

como aluminio, platinas de metal y pernos

4. Soldadura y ensamblaje de la estructura

Figura 7. Disco y mordaza ya armados Fuente: Autores

Figura 4. Base vista frontal 7. Ensamblaje de la bomba al servofreno y pintura

Fuente: Autores 60 Juventud y Ciencia Solidaria

8. Identificación de cada pieza 10. Ensamblaje final y pruebas

Figura 11. Maqueta ensamblada

Fuente: Autores

Figura 8. Servofreno en preparación

Fuente: Autores

Figura 12. Disco con palanca para movimiento Fuente: Autores

Figura 9. Servofreno listo

Fuente: Autores

9. Construcción del Mecanismo de Accionamiento

Figura 10. Palanca Figura 13. Vista superior de la maqueta

Fuente: Autores Fuente: Autores

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Conclusiones

La maqueta didáctica del sistema de freno de disco con

mando hidráulico fue diseñada, construida y sometida

a pruebas de funcionamiento con éxito. Este proyecto

permitió ilustrar el proceso de frenado, destacando la

interacción entre los diversos componentes del sistema.

Durante la demostración, se evidenció cómo el fluido

hidráulico transmite la fuerza desde el pedal del freno

hasta las pinzas, que aplican presión sobre las pastillas,

Figura 14. generando la fricción necesaria para detener el disco Vista frontal de la maqueta

Fuente: Autores de manera efectiva.

Aunque el proyecto cumplió con su propósito básico,

algunas limitaciones económicas obligaron a realizar

Análisis de resultados ajustes en el diseño original, como la utilización de

materiales reciclados y alternativos. Estas decisiones,

El proyecto fue ejecutado de manera exitosa, superando aunque necesarias, afectaron en cierta medida la pre-

las expectativas iniciales y demostrando la eficacia de cisión y el acabado final de la maqueta, lo que impidió

las estrategias planteadas. A lo largo de su desarro-alcanzar completamente las expectativas iniciales.

llo, se lograron alcanzar todos los objetivos propuestos, No obstante, la maqueta cumplió con su función

manteniendo un costo significativamente bajo gracias a principal de demostrar los principios fundamentales del

la reutilización de materiales disponibles. Este enfoque sistema de frenos de disco hidráulico. Además, la expe-

no solo contribuyó al éxito económico del proyecto, sino riencia adquirida durante el desarrollo del proyecto per-

que también reflejó un compromiso con la eficiencia mitió identificar áreas de mejora, resaltando la impor-

en el uso de recursos. tancia de una planificación más robusta y un manejo

La reutilización y planificación colaborativa del eficiente de los recursos en futuros proyectos. Estos

equipo establecieron un precedente para futuros proyec- aprendizajes serán fundamentales para optimizar la

tos en el ámbito automotriz y en otras áreas académi-ejecución y los resultados en próximos desafíos académi-

cas. Sin embargo, no estuvo exento de desafíos. Por cos.

ejemplo, al implementar los elementos en la base de la

maqueta, se presentaron dificultades con la soldadura, Referencias lo que requirió idear soluciones alternativas para garan-

tizar la estabilidad. Además, el proceso de pintura fue [1] Autodoc CLUB, «Sistema de frenos: dispositivo,

complicado debido a que esta no se adhería adecuada- explicación, componentes», Autodoc CLUB Blog.

mente en un principio, lo que implicó repetir varias Accedido: 26 de diciembre de 2024. [En línea].

aplicaciones hasta lograr un resultado satisfactorio. Disponible en: https://shorturl.at/4RbfZ

Por último, hubo fugas de líquido de frenos durante [2] Mitsubushi Motors, «¿Cómo funciona el sistema

las pruebas iniciales, lo que obligó a reemplazar los de frenos de un vehículo? | Mitsubishi Motors»,

acoples para resolver el problema. Mitsubishi Motors Blog | Venta de Camionetas

A pesar de estas dificultades, el proyecto permitió SUV & MPV. Accedido: 26 de diciembre de 2024.

a los participantes desarrollar destrezas clave, como la [En línea]. Disponible en: https://shorturl.at/ATqiv

investigación exhaustiva, el estudio técnico de los com- [3] Helloauto, «¿Qué es el Disco de freno? - Glosario de

ponentes y la implementación práctica de soluciones. mécanica», Hello Auto. Accedido: 24 de

La experiencia adquirida en la gestión de recursos y enero de 2025. [En línea]. Disponible en:

en la resolución de problemas fue invaluable para el https://shorturl.at/lfVHz

aprendizaje colectivo del equipo.

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[4] MOTOR GIGA, «Diccionario Motor - Enciclope-[7] MAPFRE, «Servofreno, qué es y para

dia motor». Accedido: 24 de enero de 2025. [En qué sirve –canalMOTOR». Accedido: 26 de

línea]. Disponible en: https://shorturl.at/Zwooz diciembre de 2024. [En línea]. Disponible en:

[5] Másters Automóvil, «¿Qué son las pastillas de freno https://tinyurl.com/2mxddcj3

y cómo actúan? - Masters Automóvil», Másters Au-[8] Multiservicio Automotriz 3h, «Multiservicio Au-

tomóvil. Accedido: 24 de enero de 2025. [En línea]. tomotriz 3H: Sistema Convencional de Freno»,

Disponible en: https://shorturl.at/7x67C Multiservicio Automotriz 3H. Accedido: 26 de

[6] Frenkit, «Compañía». Accedido: 24 de diciembre de 2024. [En línea]. Disponible en:

enero de 2025. [En línea]. Disponible en: https://tinyurl.com/2kh339sa

https://tinyurl.com/mrxn2jr2