Freno de Tambor y Zapatas

RESUMEN DE CÁLCULOS DE DISEÑO DE UN FRENO DE
TAMBOR Y ZAPATA DOBLE EXTERIOR CON UNION
ATORNILLADA DE AJUSTE
José Luis Coveñas Flores
Bachiller en Ingeniería Mecánica
Resumen
El presente trabajoes un compendio de los cálculos necesarios para diseñar un freno de
tambor y zapatas exteriores, el cual es un freno mecánico que funciona por fricción entre el
tambor y el material de fricciónadherido a las zapatas.
Existen diferentes métodos para aplicar la carga necesaria que permita ajustar las zapatas
contra el tambor. Sin embargo, aquí sólo se analiza una de ellas: una uniónatornillada.
Las consideraciones y fórmulas se presentan en un estilo general y pueden adaptarse a
cualquier aplicación en la que se use este freno.

Figura 1. Partes del Freno de Tambor y Zapatas.

1.Cálculos de disipación de calor
Asumiendo de forma conservadora que toda la energía mecánica del frenado se transforma
en calor:

Donde el tiempo es el que demora el freno operando, y el calorobtenido es el que tiene que
ser disipado desde el tambor hacia el exterior.

2. Temperatura generada
El mismo calor generado por la fricción es también equivalente a la conocida expresión:

Donde:Tabla 1. Variables de la ecuación del calor.

m

Masa del tambor metálico del freno

c

Calor específico del acero (500 J / kg*K).

T

Diferencia de temperatura Tf – Ti

TfTemperatura de la masa metálica al finalizar el rozamiento

Ti

Temperatura inicial de la masa metálica (25 ºC = 298 K)

La temperatura Tf no debe ser superior a la temperatura admisible Tadm del materialde
fricción involucrado.

En el caso de frenadas repetitivas subsecuentes podría tenerse juegos de temperaturas
iniciales y finales por cada ciclo. En ese caso debe actuar un sistema derefrigeración.

Tabla 2. Datos de materiales de fricción (1).

La temperatura final de la masa de acero nos lleva a elegir un freno con material de fricción
adecuado, pues, se asume que el mismo...