REVISTA JUVENTUDYCIENCIASOLIDARIA: Enelcaminodelainvestigación Diseñoyconstruccióndeunamaquetadidácticafuncionaldelsistemadefrenodediscoconmandohidráulico JosuéFelipeSinchiSinchi,AnthonySebastiánTobayTobay,AndréNicolásVásquezSánchez,JohnAlexanderVillavicencioImaicela Minombrees JosuéFelipeSinchi Sinchi ,tengo16años.Estudioelsegungo añoEGBdelcolegiotécnicoDanielCórdova Toral.Megustalagimnasia,elfútbol,el indoor.Quieroestudiaringenieríaeléctrica enlauniversidad. Minombrees AnthonySebastián TobayTobay ,tengo17años.Estudioel segundoañoEGBBGUdelColegioDaniel CórdovaToral.Megustajugarfútbol, escucharmúsica,lasartesmarciales.Quiero estudiarElectromecánicaautomotrizenla universidad. Minombrees AndréNicolásVásquez Sánchez ,tengo17años.Estudioel2do añoEGBBGUdelcolegiotécnicoDaniel CórdovaToral.Megustaentrenaren elgimnasio.Quieroestudiaringeniaría automotrizenlauniversidad. Minombrees JohnAlexanderVillavi- cencioImaicela ,tengo17años.Estudioel segundoañoEGBBGUdelColegioTécnico DanielCórdovaToral.MegustalaElectro MecánicaAutomotriz.Quieroestudiar MecánicaAutomotrizenlauniversidad. Resumen Esteproyectopresentaunamaquetadidácticayfun- cionaldelsistemadefrenosdedisco,diseñadapara ayudaralosestudiantesacomprendercómofuncionan losfrenosenlosvehículosactuales.Lapropuestase basaenconocimientosteóricosyprácticosadquiridos eneltallerautomotriz,combinandoaprendizajetécnico 56
Enelcaminodelainvestigación 57 ypráctico.Parallevaracaboelproyecto,seinvesti- garonlasideasclavesobrelosfrenoshidráulicosysus componentesprincipales,conelobjetivodeconstruir unamaquetatotalmenteoperativa.Estemecanismo utilizalíquidodefrenosparatransmitirfuerzadentro delsistema,dondelapresióndelfluidosetransfiere desdeelmecanismodecontrolhastaeldefrenado.El enfoquedelproyectoesmixto,yaquecombinatécnicas demediciónconencuestaspararecopilarinformación relevante.Estainiciativabuscanosoloenseñarsobre elfuncionamientodelosfrenos,sinotambiéndesper- tarelinterésporlamecánicaautomotrizdeforma interactivayeducativa. Palabrasclave: frenosdedisco,sistemadefrenos, construcción,maqueta,diseño Explicacióndeltema SistemadeFrenos Elsistemadefrenosdeuncocheesesencialparagaran- tizarlareducciónseguradelavelocidadyladetención delvehículo.Estemecanismohaevolucionadosignifica- tivamente,alcanzandoelavanzadoniveldedesarrollo presenteenlosautomóvilesmodernos[1]. TiposdeSistemasdeFrenosFrenosHidráulicos Losfrenoshidráulicosfuncionanaprovechandola fuerzaejercidasobreunfluidoincompresible.Este sistemapermitereducirodetenerprogresivamentela velocidaddelvehículoy,enalgunoscasos,mantenerlo inmóvilcuandoestádetenido[2]. FrenodeDisco Elfrenodediscoesundispositivodiseñadoparare- ducirlavelocidaddelasruedasydetenerelvehículo. Estoselogragraciasalafriccióngeneradaentrelas pastillasdefrenoyeldiscocuandoelconductoracciona elpedal[3]. ComponentesdelSistemadeFrenosMordaza Lamordazaeselsoportedelaspastillasylospistones defreno.Generalmente,estácompuestapordospiezas metálicasque,alaccionarse,sefijanorozanconelele- mentoquenecesitanfrenar.Lospistonessuelenestar hechosdehierrodulceyrecubiertosconcromopara mayordurabilidad[4]. PastillasdeFreno Laspastillasdefrenosonfundamentalesenelsistema defrenado,yaquegeneranlafricciónnecesariaconlos discosparadetenerelvehículo.Silaspastillasestán enmalestado,ladistanciadefrenadoaumenta,loque puedeprovocarderrapesyunfrenadodeficiente[5]. BombadeFreno Labombadefreno,tambiénconocidacomocilindro maestro,eselcomponenteencargadodepresurizar ymantenerlapresióndellíquidoentodoelcircuito hidráulicodelvehículo[6]. Servofreno Elservofrenoesresponsablededeterminarlafuerza quedebeaplicarsealpedaldelfrenoparaactivarel sistema.Estecomponentefacilitaelaccionamientodel pedal,reduciendoelesfuerzonecesarioporpartedel conductor[7]. PedaldeFreno Elpedaldefrenotransmitelafuerzaaplicadaporel conductorhacialabombadefreno.Seencuentrade- bajodelvolante,alaalturadelospiesdelconductor,y estádiseñadoparaunaccionamientorápidoycómodo [3].
58 JuventudyCienciaSolidaria Figura1. Componentesdeunfrenohidráulicoconpalanca Fuente:[8] Esteproyectosecentróeneldiseñoyconstruc- cióndeunamaquetafuncionalquesimulaelsistema defrenosdediscohidráulicos.Atravésdelacombi- nacióndeinvestigaciónteóricayexperienciapráctica, elobjetivoprincipalfuemejorarelaprendizajeenel tallerautomotrizdelainstitución,integrandoconcep- tosavanzadosytécnicasmodernasdefabricación. EtapasdelProyecto 1. InvestigaciónTeórica Sellevóacabounainvestigaciónexhaustivaso- breelfuncionamientodelosfrenoshidráulicos, incluyendoaspectoscomolatransferenciade energía,elcalentamientodelsistema,lagenera- cióndefricciónylarespuestaadiferentesveloci- dadesycargas.Esteanálisispermitióentender elcomportamientodelsistemaendiversascondi- ciones,proporcionandolasbasesnecesariaspara eldiseñoylaoptimizacióndelamaqueta.2. Diseñoycreacióndemaquetas: Utilizandolainformaciónobtenida,sedise- ñaronmodelosdetalladosdelsistemadefre- nadohidráulicomediantesoftwareespecializado dediseñoporcomputadora.Estasherramientas permitieronmodelarcomponentesclavecomo eldisco,loscilindrosylaspastillas.Posterior- mente,sefabricaronprototiposempleandométo- dosmodernosdemanufacturaymaterialesreci- clados.Laspiezasfueronprobadasyajustadas eneltallerautomotrizparagarantizarsufuncio- nalidadyadherenciaalosmodelosteóricos.3. ExperimentaciónyPruebas: Elsistemafuesometidoapruebasexhaustivas encondicionessimuladasqueimitansituaciones realesdeusoenunvehículo.Duranteestasprue- bas,seevaluaronfactorescomolacapacidadde frenado,larespuestadelsistema,elrendimiento delservofrenoylabombahidráulica,asícomo laresistenciaalcalentamientoexcesivo. Losresultadosfueronanalizadosminuciosamente paraidentificarposiblesáreasdemejoraeneldiseño yoptimizarelrendimientodelsistema.Esteproceso garantizóundiseñoconfiableylomáscercanoposible alascondicionesrealesdeoperación.1. Evaluacióndecostosyviabilidad: Serealizóunanálisisdecostosparadeterminar losgastosasociadosconeldesarrollo,fabricación yposibleimplementacióndelsistemadefrenado hidráulico.Tambiénseevaluólaviabilidaddel proyecto,considerandoestándaresdeseguridad, calidadysostenibilidad.Además,sepriorizóel usodematerialesaccesiblesyrecicladospara reducircostossincomprometerlafuncionalidad oestéticadelmodelo. Resultados Elproyectoconcluyóconlaconstruccióndeunama- quetafuncionalquesimulaelfuncionamientodeun sistemadefrenosdediscohidráulico.Estemodelo didácticopermitióobservarycomprenderelcompor- tamientodelsistemaencondicionescontroladas,apor- tandounvaliosorecursoeducativoenelámbitoauto- motriz.Losmaterialesutilizadosincluyeron: • Mordazadefrenos. • Discodefrenos. • 1metrodecañería. • Servofreno. • Tubos,platinasypalancasrecicladas. • Sprays. • Bombahidráulica. • Acoples. Lospasosparalaconstruccióndelamaqueta fueron:
Enelcaminodelainvestigación 59 1.Elaboracióndeldiseñodelamaqueta Figura2. DiseñodelamaquetaFuente:Autores 2. Preparacióndecadaunodelosmaterialesreci- clados Figura3. MaterialrecicladoFuente:Autores 3. Construccióndelabaseconmaterialesreciclados comoaluminio,platinasdemetalypernos4.Soldadurayensamblajedelaestructura Figura4. BasevistafrontalFuente:Autores Figura5. BasevistalateralFuente:Autores 5.Lijadodeloscomponentes Figura6. DiscooxidadoparaserlijadoFuente:Autores 6. Ensamblajedelaspastillasenlamordazaypin- tura Figura7. DiscoymordazayaarmadosFuente:Autores 7. Ensamblajedelabombaalservofrenoypintura
60 JuventudyCienciaSolidaria 8.Identificacióndecadapieza Figura8. ServofrenoenpreparaciónFuente:Autores Figura9. ServofrenolistoFuente:Autores 9.ConstruccióndelMecanismodeAccionamiento Figura10. PalancaFuente:Autores 10.Ensamblajefinalypruebas Figura11. MaquetaensambladaFuente:Autores Figura12. DiscoconpalancaparamovimientoFuente:Autores Figura13. VistasuperiordelamaquetaFuente:Autores
Enelcaminodelainvestigación 61 Figura14. VistafrontaldelamaquetaFuente:Autores Análisisderesultados Elproyectofueejecutadodemaneraexitosa,superando lasexpectativasinicialesydemostrandolaeficaciade lasestrategiasplanteadas.Alolargodesudesarro- llo,selograronalcanzartodoslosobjetivospropuestos, manteniendouncostosignificativamentebajograciasa lareutilizacióndematerialesdisponibles.Esteenfoque nosolocontribuyóaléxitoeconómicodelproyecto,sino quetambiénreflejóuncompromisoconlaeficiencia enelusoderecursos. Lareutilizaciónyplanificacióncolaborativadel equipoestablecieronunprecedenteparafuturosproyec- tosenelámbitoautomotrizyenotrasáreasacadémi- cas.Sinembargo,noestuvoexentodedesafíos.Por ejemplo,alimplementarloselementosenlabasedela maqueta,sepresentarondificultadesconlasoldadura, loquerequirióidearsolucionesalternativasparagaran- tizarlaestabilidad.Además,elprocesodepinturafue complicadodebidoaqueestanoseadheríaadecuada- menteenunprincipio,loqueimplicórepetirvarias aplicacioneshastalograrunresultadosatisfactorio. Porúltimo,hubofugasdelíquidodefrenosdurante laspruebasiniciales,loqueobligóareemplazarlos acoplespararesolverelproblema. Apesardeestasdificultades,elproyectopermitió alosparticipantesdesarrollardestrezasclave,comola investigaciónexhaustiva,elestudiotécnicodeloscom- ponentesylaimplementaciónprácticadesoluciones. Laexperienciaadquiridaenlagestiónderecursosy enlaresolucióndeproblemasfueinvaluableparael aprendizajecolectivodelequipo. Conclusiones Lamaquetadidácticadelsistemadefrenodediscocon mandohidráulicofuediseñada,construidaysometida apruebasdefuncionamientoconéxito.Esteproyecto permitióilustrarelprocesodefrenado,destacandola interacciónentrelosdiversoscomponentesdelsistema. Durantelademostración,seevidenciócómoelfluido hidráulicotransmitelafuerzadesdeelpedaldelfreno hastalaspinzas,queaplicanpresiónsobrelaspastillas, generandolafricciónnecesariaparadetenereldisco demaneraefectiva. Aunqueelproyectocumplióconsupropósitobásico, algunaslimitacioneseconómicasobligaronarealizar ajusteseneldiseñooriginal,comolautilizaciónde materialesrecicladosyalternativos.Estasdecisiones, aunquenecesarias,afectaronenciertamedidalapre- cisiónyelacabadofinaldelamaqueta,loqueimpidió alcanzarcompletamentelasexpectativasiniciales. Noobstante,lamaquetacumplióconsufunción principaldedemostrarlosprincipiosfundamentalesdel sistemadefrenosdediscohidráulico.Además,laexpe- rienciaadquiridaduranteeldesarrollodelproyectoper- mitióidentificaráreasdemejora,resaltandolaimpor- tanciadeunaplanificaciónmásrobustayunmanejo eficientedelosrecursosenfuturosproyectos.Estos aprendizajesseránfundamentalesparaoptimizarla ejecuciónylosresultadosenpróximosdesafíosacadémi- cos. Referencias [1]AutodocCLUB,«Sistemadefrenos:dispositivo, explicación,componentes»,AutodocCLUBBlog. Accedido:26dediciembrede2024.[Enlínea]. Disponibleen:https://shorturl.at/4RbfZ [2]MitsubushiMotors,«¿Cómofuncionaelsistema defrenosdeunvehículo?|MitsubishiMotors», MitsubishiMotorsBlog|VentadeCamionetas SUV&MPV.Accedido:26dediciembrede2024. [Enlínea].Disponibleen:https://shorturl.at/ATqiv [3]Helloauto,«¿QuéeselDiscodefreno?-Glosariode mécanica»,HelloAuto.Accedido:24de enerode2025.[Enlínea].Disponibleen: https://shorturl.at/lfVHz
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