Estudio de la maniobra de frenada

Cuando un conductor acciona el freno de su vehículo toda la energía que lleva como consecuencia de la velocidad a la que circula, se transforma en trabajo de rozamiento al bloquearse los neumáticos.

 

Una vez el conductor pisa el freno, los neumáticos no se bloquean instantáneamente, sino que transcurre un corto periodo de tiempo antes de bloquearse.
El periodo que transcurre desde que el conductor acciona el pedal de freno hasta que el sistema de frenos adquiere el 100 % de efectividad se denomina “tiempo de reacción del sistema de frenos”, y se establece de forma genérica en unos 0,2 segundos.
Por otra parte, la distancia que recorre un vehículo desde que el neumático se bloquea hasta que aparece la huella se denomina distancia de calentamiento, y suele estar comprendida de media en torno a 1,5 metros.

Durante dicho periodo empieza a aparecer una huella de color más claro, hasta que finalmente aparece la huella de color más intenso.

Para conocer la velocidad de un vehículo que se detiene sin choque o colisión, es decir, que lo hace por la acción de la frenada de emergencia de su conductor, es necesario igualar la expresión de la energía cinética con la del trabajo de rozamiento.

La expresión resultante de dicha igualación es la que se muestra a continuación de forma simplificada, sin tener en cuenta el tiempo de reacción del sistema de frenos, y nos permite calcular la velocidad del vehículo en función de la longitud de su huella de frenada (s):

La aceleración negativa o deceleración (a) se calcula a través de la constante gravitacional (9,8 m/seg²) y el coeficiente de rozamiento (µ).

El coeficiente de rozamiento es un parámetro que no lleva unidades (adimensional) y representa las características de fricción entre el neumático y el tipo de pavimento y su estado.

Una expresión más precisa, incluyendo el tiempo de reacción del sistema de frenos es la que se incluye a continuación:

El coeficiente de rozamiento entre el neumático y el pavimento se puede determinar empíricamente de forma menos precisa con un carro de fricción:

Y de forma más precisa con un acelerómetro instalado en el interior del vehículo:

Con dispositivos anclados al neumático podemos conocer el tiempo de respuesta del sistema de frenos:

No obstante, existen tablas que nos permiten utilizar un rango de coeficientes en función del tipo de pavimento y del estado en el que se encuentre.

La distancia que transcurre desde que el conductor acciona el pedal de freno hasta que comienza la huella se puede determinar mediante el uso de una pistola de tiza.

Este dispositivo dispara un trozo de tiza al pavimento en el momento en que el conductor pisa el pedal de freno, al estar conectado al sensor que enciende las luces de frenado.

Dispositivos mas sofisticados con adquisición y grabación de datos, permiten sincronizar el momento de pisar el pedal de freno con una grabación en video:

En el video anterior podemos también observar el efecto sobre la rueda al frenar con el sistema antibloqueo ABS.

Finalmente, el siguiente video explica como es el funcionamiento de un sistema de frenos hidráulico: