guia

Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Escuela de Ingeniería Mecánica

“COMPORTAMIENTO TERMOMECÁNICO
EN UN DISCO DE FRENO MACIZO Y UNO
AUTO- VENTILADO”

Tesis para optar al título de:
Ingeniero Mecánico

Profesor Patrocinante:
Sr. Rolando Ríos Rodríguez.
Ingeniero (E) Mecánico.
M.Sc. Ingeniería Mecánica

SEBASTIÁN PATRICIO LILLO HARÚN
VALDIVIA-CHILE2006

I
El Profesor Patrocinante y Profesores Informantes del Trabajo de Titulación
Comunican al Director de la Escuela de Mecánica de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería
que el Trabajo de Titulación de la Señor:

Sebastián Patricio Lillo Harún

Ha sido aprobado en el examen de defensa rendido el día

como requisito

para optar al Título de Ingeniero Mecánico. Y, para que asíconste para todos los efectos
firman:

Profesor Patrocinante:

M. Sc. Rolando Ríos R.

Profesores Informantes:

Dr. Héctor Noriega F.

Dr. Rogelio Moreno M.

Director de Escuela:

Dr. Rogelio Moreno M.

II
DEDICATORIA

“A mi querida abuela Nelly.”

III
INDICE DE CONTENIDOS
CONTENIDO

Página

Resumen

1

Summary

2

1. INTRODUCCIÓN

3

1.1 Hipótesis

41.2 Objetivos generales

4

1.3 Objetivos específicos

4

1.4 Metodología de trabajo

4

2. MARCO TEÓRICO

5

2.1 Elementos del sistema de frenado hidráulico

5

2.2 Pastillas de freno

8

2.2.1 Composición de las pastillas de freno

9

2.3 Discos de freno

10

2.3.1 Partes de un Disco de Freno

12

2.4. Coeficiente de adherencia ( μ b )

13

2.5 Deslizamientodel vehículo

14

2.5.1 Eficacia de los frenos

15

2.6 Análisis de temperatura superficial, en el proceso de roce

16

2.6.1 Condiciones geométricas bajo las cuales ocurren las
temperaturas de contacto

17

2.6.2 Calor producido en el disco de freno

19

2.6.3 Energía disipada en el frenado

19

2.6.4 Cálculo de la temperatura final

21

2.7 Disipación de calor delos discos de frenos

25

2.7.1. Ley de Fourier

26

2.7.2 Ecuación de enfriamiento de Newton

27

3. MÉTODOS NUMÉRICOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

29

3.1 Método de Diferencias Finitas

30

3.2 Método de Elemento Finito (FEM)

30

IV
3.3 Fundamentos de Pro/Engineer

31

3.3.1 Descripción de Pro/Mechanica Termal y Structure

32

3.3.2 Análisis por Elementos Finitosen Pro/Mecánica

32

3.4 El modelo FEM y los pasos generales de procesamiento

35

3.5 Características del análisis en Pro/Mecánica

38

3.5.1 Convergencia y exactitud en la solución

38

3.5.2 Convergencia del elemento “tipo h”

39

3.5.3 Convergencia del elemento “tipo p”

41

3.5.4 Características y ventajas de los Elementos – p

42

3.5.5 Fuentes de error.

433.5.6 Elementos Geométricos y el p-método

44

3.5.7 Modos de Operación

45

3.5.8 Tipos de Modelos

45

3.5.9 Métodos de Análisis

45

3.5.10 Métodos de Convergencia

46

3.6 Pro/Mechanica Termal

46

3.6.1 Características generales

46

3.6.2 Herramientas de Pro/Mechanica Termal

47

3.6.3 Análisis térmico estable y transiente en Pro/Mechanica Termal

48

3.6.4Resultados de Pro/Mechanica Thermal

48

4. MEMORIA DE CÁLCULO DE LA TEMPERATURA SUPERFICIAL EN
LOS DISCOS DE FRENO, GENERADA POR EL TRABAJO DE ROCE

50

4.1 Cálculo de energía a dispar por el disco de freno

51

4.2 Coeficiente de adherencia en la calzada

53

4.3 Cálculo de la velocidad periférica

53

4.4 Fuerza de roce sobre la calzada

54

4.5 Longitud de frenado54

4.6 Desaceleración del disco de freno

55

4.7 Tiempo de detención del vehículo

55

4.8 Cálculo de calor generado en el proceso de frenado

55

4.9 Cálculo de la difusividad térmica

58

V
4.10 Cálculo del número de Peclet ( Pe )

58

4.11 Cálculo de fuerza de presión ejercida sobre el disco de freno
y el pedal de freno

59

4.12 Calculo de los factores de...