1945-2013

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
 ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
 UNIDAD TICOMAN 
 
 
 
 “ANÁLISIS, DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN 
 SISTEMA DE FRENO PARA CESSNA” 
 
 
 
 T E S I N A 
 
 QUE PARA OBTENER EL TITULO DE 
 INGENIERO EN AERONÁUTICA 
 
 PRESENTAN: 
 ANGEL GONZÁLEZ GUILLERMO 
 CORTÉS GONZÁLEZ ALBERTO 
 
 ASESORES: 
 ING. JUAN ESCAMILLA GARCÍA 
 LIC. DAVID TORRES ÁVILA 
 
 MEXICO, D.F. OCTUBRE 2013 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERíA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD TICOMÁN 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO EN AERONÁUTICA 
POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN: SEMINARIO 
DEBERÁN PRESENTAR: LOS Ce. PASANTES: 
ANGEL GONZÁLEZ GUILLERMO 
CORTÉS GONZÁLEZ ALBERTO 
"ANÁLISIS, DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN SISTEMA DE FRENO PARA 
CESSNA" 
CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO 
CAPÍTULO II SISTEMA DE FRENO DE DISCO EN TREN DE 
ATERRIZAJE PRINCIPAL 
CAPÍTULO III RUTA DE PROCESO 
CAPÍTULO IV PROCESO DE SIMULACIÓN DE ANÁLISIS 
ESTRUCTURAL DEL MODELADO DE DISCO EN 
ANSYS 
CAPÍTULO V FABRICACIÓN DE UN SISTEMA DE FRENO 
México, DF., a 14 de octubre de 2013. 
ASESORES 
M 
LIC. DAVID TORRES ÁVILA 
IN DICE 
T i t u l o…………………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 
Ob j e t i vo ………… ……………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 
J u s t i f i c a c i ó n………………………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 
A l c an ce……………………….. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I 
Me todo log í a ………………………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I 
Re sumen………………………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I I 
Fo rmu l a c i ó n de l p r ob l ema ……………………………….IV 
Ob je t i vo s e spec i f i c o ………………………………………….V 
H ipó t e s i s …………………………………………………………V 
 
 
CA PITULO 1 . MAR CO TEOR ICO …………………. . . . . . 1 
1 .1 . CONCEPTO DE S ISTEMA DE FRENO EN TREN 
ATERR IZAJE PRIC IPAL EN UN AEROPLANO …………. .1 
1 . 2 . FUNC IONAMIE NTO DE UN S ISTEMA DE FRENOS DE 
D ISCO EN UN AEROPLANO ………………………………… 3 
1 . 2 .1 DISEÑO Y ESTRUCTURA DE U N D ISCO DE 
FRENADO PARA TREN DE ATERRIZAJE ………………. . .4 
1 . 3 . BALATAS, EN UN S ISTEMA DE D ISCO DE FRENADO 
DE UN AV ION………………… …………………………………………… 10 
 
CA PITULO 2 . S ISTEMA DE FR EN O DE DISCO EN 
TR EN DE A TERR IZA JE PR IN CIPA L …………………13 
2 .1 . TREN DE ATERRIZAJE ………………………………………13 
2 . 2 . FRENOS………………………………………………………….13 
2 . 3 . FRENO DE D ISCO …………………………………………….15 
2 . 4 . COMPONENTES Y DAÑOS EN UN D ISCO DE 
FRENADO. ……… ……………………………………………. .16 
2 . 4 .1 BALATAS DE FRENADO ………………………………20 
 
CA PITULO 3 . R UTA DE PR OCESO………. …………. 23 
3 .1 . METODOLOGIA …………………………………………….… 23 
3 . 2 . RUTA DE PROCESO: DESCRIPC IÓN: RUTA DE 
PROCESO PARA LA FABR ICAC IÓN DE BALATA DE 
AV IONETA T IPO N . P. WL ISM - 39049 ………………….24 
CA PITULO 4 . PROCESO DE SIMULA CIÓN DE 
A NÁL ISIS ES TR UCTUR AL DEL MODELADO DE 
DISCO EN AN SYS …….………………………………… ….28 
4 . 1 . IMPORTAC ION DEL MODELO GEOMETRICO ……….… . .29 
4 . 2 . DISEÑO DE LA BALATA ……….……………………… ……………32 
4 . 3 . MODELADO DE BALATA …………………………………….3 4 
4 . 4 . MATERIAL PARA LA FABR ICACON DEL 
D ISCO………………………… ………………………….………………. 36 
4 . 5 . DEF INC ION DEL T IPO DE ELEMENTO PARA EL 
MODELO GEOMETRICO …………………………………….3 7 
4 . 6 . MALLADO DEL CUERPO GEOMETRICO DEL D ISCO DE 
FRENO DE TREN PR INC IPAL ………………………… ……39 
4 . 7 . CONDIC IONES DE FRONTERA …………………………. . .41 
4 . 8 . ELECC ION DEL T IPO DE ANAL IS IS………… …….……42 
4 . 9 . APL ICAC IÓN DE CARGAS ………………………… ……. …43 
4 . 10 . VALOR APROXIMADO DEL VELOC IDAD ANGULAR DEL 
D ISCO ……….………………………………………………….4 4 
4 . 11 . APL IAC ION DE VELOC IDAD ANGULAR DEL 
D ISCO ……………………………………………………………4 5 
4 . 12 . RESULTADOS DE ANAL IS IS …………………………….…4 6 
 
 
CA PITULO 5 . FABR ICA CIÓN DE UN SISTEMA DE 
FR EN O…………………………………………………………. . 50 
 
5 .1 . FABRICAC ION DEL D ISCO…………………………. ……….… …51 
5 .2 DESCRIPCIÓN: RUTA DE PROCESO PARA LA FABRICACIÓN DE UNA 
BALATA DE AVIONETA…………………… ………………… . …….53 
 
 
 
Conc l us i o ne s…………………………………………………………… …58 
G l o s a r i o de t é rm ino s . .……………….……………………59 
Apénd i ce …….…………………………………………………. 60 
B i b l i og ra f í a…….……………………………………………… 61 
 
I 
 
- TITULO 
Aná l i s i s , d i s eño y f ab r i c a c i ón de un s i s t ema de 
f r e no p a ra Ce ssna 
 
- OB JETIV O 
D i s eña r e imp lemen ta r f o rmas de me jo ra r l o s 
s i s t emas de f r e no en una ae ronave , c on ma te r i a l e s 
r e s i s t e n te s a l a f r i c c i ó n y de sgas t e con e l f i n de 
su s t i t u i r l o s con t en ido s de mé ta l e s p e sado s , pa ra 
e l eva r e l n i v e l d e s egu r i d ad en l a c onducc i ó n de 
e s te t i p o de ae ronave s , de sa r r o l l a ndo un s i s t ema 
q ue adm i t a e l d e sga s te s i n daña r l a s o t ra s 
s upe r f i c i e s . 
 
- JUSTIFICA CIÓN 
En e l p r o ce so de ob tenc i ó n de p i e za s d e f r i c c i ó n y 
a c c e so r i o s , l a r e n tab i l i d ad d e l p r o ce so y l a c a l i d ad 
de l a s p i e za s , se ven a f e c t adas d i r e c t amen te po r 
mú l t i p l e s f a c t o r e s e n t r e l o s q ue s ob re sa l e n l a 
c a l i d ad de l o s mo ld es , s u e f i c i e n c i a , s u c o s to y s u 
d i spon ib i l i d ad . Pe ro no só l o e l mo ld e i n f l uye s i no 
q ue t amb ién l o ha ce e l d i s eño de l a p i e za , l a 
s e l e c c i ó n de l ma te r i a l y l a s va r i ab l e s d e l p r o ce so . 
Luego p a ra ob t ene r p r o ce sos r e n tab l e s c on p i e za s 
de g ran c a l i d ad e s menes t e r d i señ a r mo ld es 
e f i c i e n t e s , c ono ce r d i f e r en te s p r o ce so s de en 
de t a l l e , d i s eña r l a s p i e za s de a cue rdo a l p r o ce so y 
e s coge r l o s ma te r i a l e s d e una mane ra ade cuada . 
 
A med id a que se avanzaba en e l d i s eño l a s 
a e r onave s y e ra ne ce sa r i o me jo ra r l o s s i s t em as de 
f r e no s , se c omenza r on a b u sca r a l t e r na t i vas p a ra 
e l d e sa r r o l l o de ma te r i a l e s de f r i c c i ón c omo 
p r i n c i p a l componen te de l o s f r e no s d e d i s co , Hoy 
en d í a l a s empresa ded i c adas a l d i s eño de e s t o s 
d i spo s i t i v o s s i g uen buscando me jo re s f o rmas d e 
me jo ra r l o s mecan i smos de f r e no , c on mate r i a l e s 
r e s i s t e n te s a l a f r i c c i ó n , c on e l f i n de su s t i t u i r l o s 
c on ten id o s d e mé ta l e s pe sado s de l ma te r i a l d e 
f r i c c i ó n . 
II 
 
Desa r r o l l a ndo un ma te r i a l q ue adm i t a e l d e sga s te 
s i n d aña r l a s o t ra s s upe r f i c i e d e l s i s t ema de 
f r e nado d e un t r en de a te r r i z a j e . 
 
 
- A L CAN CE 
 
Desa r r o l l a r e l mode l ado y aná l i s i sd e d i s co y 
b a l a ta s d e f r i c c i ó n imp lemen tada s en un s i s t ema 
de f r e nado en e l t r e n d e a te r r i z a j e , pa ra un av i ó n 
pequeño . 
Fab r i c ando e l ma te r i a l d e f r i c c i ó n med i an t e un 
p r o ce so b a s tan t e e s tanda r i z ado . La s va r i ab l e s d e l 
p r o ce so se e s t ab l e cen en f un c i ó n d e l t i p o de 
ma te r i a l e s a emp le a r, e s d e c i r, d e l a compos i c i ó n 
q ue de f i n a nues t ra p i e za . 
 
- METODOLOGIA 
 
Se r e a l i z a un ex haus t i vo e s t ud io d e l t r e n de 
a t e r r i z a j e d e un av i ó n pequeño Ce s sna y s us 
c a ra c te r í s t i c a s t é cn i ca s e n s i s t emas de f r e nado 
que con t ra s tamos con l a amp l i a do cumen tac i ó n d e 
que d i sponemos s ob re l a ma r ca a de sa r r o l l a r. 
D i s eño y mode l ado de p i e zas c omo apoyo a e s t a 
l a bo r se i n co rpo ra r en e l e xp ed i e n te de l aná l i s i s , 
mode lado y ano t a c i o ne s sob re l a s p i e za s de 
f r i c c i ó n y q ue s on de g ran ay uda en e l p r o ce so 
po s te r i o r d e l a rmado l o q ue no s pe rm i t e , e n t r e 
o t ra s co sa s , ve r i f i c a r s i e s t án c omp l e t a s o 
i n c omp le t a s según e l d i s eño o r i g i na l 
Mode lado y aná l i s i s d e l d i s c o y ba l a t a s d e f r i c c i ó n 
en e l s i s t ema de f r e nado . 
 
 
 
 
 
III 
 
R ESUMEN 
 
E l s i s t ema de f r e no s t i e ne como ob je t i v o r educ i r l a 
ve l o c i dad d e l ae rop l ano en t i e r ra , t an to d u ran t e e l 
t axeo como en l a f a se f i n a l d e l a te r r i z a j e , y p o r 
s upue s to de tene r l o . 
 
E l d i sp os i t i vo de f r e nado d e l o s av i o ne s p equeño s 
c ons i s t e , l o m i smo que en l o s veh í c u l o s 
au t omo to re s , en un d i s c o me tá l i c o a cop l ado a c ada 
r ueda , e l c ua l s e f r e na , y con é l l a r ueda , a l s e r 
op r im ido a ambos l ado s p o r una s ba l a t a s de f r e no 
a c c i o nadas po r una p r e s i ó n h id r áu l i c a . 
 
E l s i s t ema de f r e no s de l o s av i o nes t i ene d o s 
c a ra c te r í s t i c a s e spe c i a l e s : una , q ue so l o d i spone 
de f r e nos en e l t r e n p r i n c i p a l , nunca en l a s r uedas 
d i r e c t r i c e s ; y do s , q ue cada r ueda de l t r en 
p r i n c i p a l ( o con j un t o d e r ueda s de un l a do en 
t r e ne s c omp le j o s ) d i sp one de un s i s t ema de 
f r e nado i nd epend ien t e 
 
En e l p r oye c to de i nves t i g a c i ó n se t i e ne c omo 
ob j e t i vo ana l i z a r e l c ompo r t am ien to de e s te 
s i s t ema , t omando en cuen ta l a s ba l a t a s y e l d i s c o 
de f r eno d i señado s , l a r e s i s t e n c i a , pa ra s opo r ta r 
l o s r eque r im i en t o s mecán i co s a q ue e s some t i do , 
l a r e s i s t e n c i a a l a de fo rmac ión , p a ra p e rm i t i r q ue 
a s p i n za s a c t úen sob re s upe r f i c i e s pe r f e c tamente 
p l anas en t odo momen to , r e s i s t e n c i a a l a ab ra s i ó n , 
p a ra q ue t e nga du rac i ó n y g a ran t i c e un r o zam ien to 
un i f o rme c on l a s b a l a t a s de l a s p i n za s , 
c onduc t i b i l i d ad t é rm i c a , pa ra d i s i p a r r áp idamen te 
e l c a l o r q ue se d esa r r o l l a d u ran t e e l f r enado y l a 
r e s i s t e nc i a a l d e sgas t e . 
 
 
 
 
 
 
http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/act/gmx-niv15-con196367.htm
IV 
 
 
FOR MULA CIÓN DE EL PROBL EMA 
 
E s d i f í c i l c omprende r c ómo ha cen p a ra vo l a r, p e ro 
aho ra imag i nemos qué f ue r za ex t rao rd i na r i a se 
ne ce s i t a p a ra ha ce r f r e na r a un av i ó n pequeño de 
758 Kg en e l momen to de t o ca r t i e r ra . E l s i s t ema 
de f r e nado e s uno más de l o s f undamen ta l e s a l 
h ab l a r de s egu r i d ad p a ra l o s p asa j e ro s . 
L o s av i o ne s pequeño s r e a l i z an p r uebas de c on t r o l 
d e f r e nado máx imo e s t ando c a rgado s y c on un 
pe so to t a l . L l e va f r e no s de c a rbono que 
t ran s f i r i e r en tod a l a e ne rg í a a l a s upe r f i c i e de l a 
p i s t a , l l e gando a t empe ra tu ra s d e 1000 g rados 
c en t í g rado s . 
La f i n a l i d ad e s ana l i z a r e l c ompo r tam ien to de l o s 
mecan i smos de f r e nado , s i n pe rde r l a e s t ab i l i d ad 
de l a un idad . 
Se p ro cede r á a d i seña r un s i s t ema q ue p re sen te 
un c oe f i c i e n te de f r i c c i ó n ade cuado y e s tab l e a 
c ua l q u i e r rango de t empe ra tu ra y p r e s i ó n , 
man ten i e ndo un ade cuado equ i l i b r i o e n t r e ab ra s i ón 
y r e s i s t e nc i a a l d e sga s te , c apa c i dad p a ra ab so rb e r 
v i b ra c i ones e i r r egu l a r i d ade s de l a s upe r f i c i e con 
l a q ue en t ra e n c on t ac t o a c ua l q u i e r t empe ra tu ra y 
r e s i s t e nc i a a l choque . 
Se imp lemen ta e l s i s t ema de f r e nado de una 
ae r onave Ce s sna p ropue s t a : 
 F i b ras 
 ca rg as m ine ra l e s 
 componen te s me tá l i c o s 
 mod i f i c ado re s de coe f i c i e n t e de f r i c c i ó n 
 mate r i a l e s o rgán i c o s y ab ra s i vo s . 
 S i s t ema de D i s c o s 
V 
 
OB JETIV OS ESPECÍFICOS 
 
Desa r r o l l a r l a s hab i l i d ade s y c ono c im i en to s p a ra l a 
s e l e c c i ó n , d i seño y c ons t r u c c i ó n de mo ld es 
e f i c i e n t e s p a ra ma te r i a l e s de f r i c c i ó n . 
 
De sa r r o l l a r l a hab i l i d ad en l a i d en t i f i c a c i ó n de l a s 
va r i ab l e s de l p r o ce so de f ab r i c a c i ó n c on m i ra s a 
c ono ce r l o e n f o rma de t a l l ad a y ob t ene r e l mayo r 
p r ove cho en l a p r oduc c i ó n de p i e za s de f r i c c i ó n . 
 
D i s eña r, se l e c c i o na r y c l a s i f i c a r l a s b a l a t a s de 
f r e no p a ra s u ap l i c a c i ó n ba sado en l a pé rd i d a d e 
p r op i ed ade s q ue su f r e n l a s ba l a t a s imp lemen tada s 
en l o s s i s t emas p ropue s t o s 
 
Cono ce r e n f o rma de t a l l ad a e l p r o ce so de d i seño 
de una p i e za que se va a f ab r i c a r. 
 
 
H IPÓTESIS 
 
En e s te t rab a j o de aná l i s i s s e d e s c r i b i r á l a 
impo r t anc i a q ue t i e nen ev id en temen te l o s 
E l emen to s f undamen ta l e s de un s i s t ema d e 
f r e nado en e l t r e n de a te r r i za j e p r i n c i pa l d e un 
av i ó n p equeño Ce ssna . A s í m i smo t amb i én s e 
ana l i z a ran l a s va r i ab l e s de l a e s t r u c tu ra , s u 
c ompos i c i ó n me tá l i c a , s u p o s i c i ó n a l o l a r go de l o s 
e j e s y l o s s i s t emas d e un i ón a l a s r ueda s . 
L o q ue se p i de b ás i c amente a l o s e l emen tos 
ana l i z ado s e s : a l a p as t i l l a e s q ue p re sen t e un 
c oe f i c i e n t e de f r i c c i ó n adecuado y e s tab l e a 
c ua l q u i e r rango de t empe ra tu ra y p r e s i ó n , 
man tene r un ade cuado equ i l i b r i o e n t r e ab ra s i ó n yr e s i s t e nc i a a l d e sgas t e , c apac i d ad p a ra ab so rb e r 
v i b ra c i ones e i r r egu l a r i d ade s de l a s upe r f i c i e con 
l a q ue en t ra e n c on t a c t o a c ua l q u i e r t empe ra tu ra y 
r e s i s t e nc i a a l c hoque y a l a c i z a l l a du ra . A l d i s co , 
r e s i s t e nc i a a l d ega s te y a l a s a l t a s t empe ra tu ra s . 
http://www.unicafam.edu.co/index.php?option=com_content&view=article&id=277&Itemid=311
VI 
 
 
S i n embargo , t amb ién podemos menc i ona r q ue 
p a ra l og ra r t odo e s t o hay que r e a l i z a r una se r i e de 
p r uebas y p r uebas , has t a a l can za r l a f ó rmu l a más 
ade cuada a s us c omponen te s , pe r o e s te t rab a jo se 
b asa a l o s c r i t e r i o s de l d i s eño . 
 
 
Pág.1 
 
CA PITULO I MAR CO TEOR ICO 
 
1 .1 . CONCEPTO DE S ISTEMA DE FRENO EN TREN 
ATERRIZAJE PRINC IPAL EN UN AEROPLANO. 
E l s i s t ema de f r e no s t i e ne como ob je t i v o r educ i r l a 
ve l o c i dad d e l ae rop l ano en t i e r ra , t an to d u ran t e e l 
t axeo como en l a f a se f i n a l d e l a te r r i z a j e , y p o r 
s upue s to de tene r l o . 
E l d i spo s i t i vo de f r e nado de l o s av i o ne s cons i s t e , 
l o m i smo que en l o s au tomóv i l e s , e n un d i s c o 
me tá l i c o a cop lado a c ada r ueda , e l c ua l s e f r e na , y 
c on é l l a r ueda , a l s e r op r im ido a ambos l ado s po r 
una s b a l a ta s de f r e no a c c i o nadas po r una p r e s i ón 
h i d r áu l i c a . 
 
 
F ig . 1 .1 
 
E l s i s t ema de f r e no s de l o s av i o nes t i ene d o s 
c a ra c te r í s t i c a s e spe c i a l e s : una , q ue so l o d i spone 
de f r e nos en e l t r e n p r i n c i p a l , nunca en l a s r uedas 
d i r e c t r i c e s ; y do s , q ue cada r ueda de l t r en 
p r i n c i p a l ( o con j un t o d e r ueda s de un l a do en 
t r e ne s c omp le j o s ) d i sp one de un s i s t ema de 
f r e nado i nd epend ien t e . 
E l s i s t ema gene ra l s e a l imen t a de l l í q u ido 
c on ten id o en un r e c i p i e n te c omún; de sde e s te 
depós i t o unos c onduc t o s l l e van e l l í q u id o a do s 
bomb ines ( uno po r s i s t ema) s i t uado s en l a pa r te 
 Pág. 2 
supe r i o r de l o s peda l e s . A l p r e s i o na r un peda l , e l 
l í q u i d o c on ten i do en e l bomb ín de su l a do e s 
bombeado ha c i a l a r ueda co r r e spond i en te ; o t r o 
bomb ín en l a r ueda r e c i b e e s t a p r e s i ó n y empu ja a 
l a s b a l a ta s l a s c ua l e s op r imen a l d i s c o me tá l i c o y 
f r e nan l a r ueda . A l p r e s i o na r e l o t r o p eda l , s u cede 
l o m i smo con e l s i s t ema d e e se l ado , y obv i amen te 
a l p r e s i o na r l o s do s peda l e s s e op e ra sob r e ambos 
s i s t emas . E s no t o r i o p ues , que cada peda l a c t úa 
s ob r e l o s f r e no s de su l ado , y q ue p a ra a c t ua r 
s ob r e l o s f r e nos debe p i s a r se l a pa r te de a r r i b a de 
l o s peda l e s . 
 
E s t e s i s t ema de f r e no s i ndepend i en t e s s upone una 
ay uda pa ra d i r i g i r a l ae rop l ano en t i e r ra , p ue s 
ap l i c ando f r e no a una u o t ra r ueda e l p i l o to p uede 
r e f o r za r e l g i r o de l a r ueda d i r e c t r i z 
 
Pa ra man tene r e l av i ó n e l av i ó n f r e nado en e l 
s ue l o , e l s i s t ema cue n ta c on un f r e no de 
e s t a c i o nam ien to ( p a rk i ng b reak ) q ue a c t úa s ob re 
ambas r ueda s . 
 
E l mando de e s t e f r e no va r í a de un av i ó n a o t r o : 
p uede se r un mando d e va r i l l a q ue t e n i endo l o s 
f r e no s p i s ado s l o s b l o ca y se de sa c t i va a l vo l v e r a 
p i s a r l o s f r e nos (Ce s sna ) ; una p a l an ca que a l t i r a r 
de e l l a b l o ca l o s f r e no s , c on un bo tón p a ra 
man tene r l a e n po s i c i ó n de b l oqueo ( P i p e r ) ; un d i a l 
q ue a l g i r a r se ha c i a un l ado a c t i va e s te f r e no y 
ha c i a e l o t r o l o de sac t i va , e t c . 
 
 
F ig . 1 .2 
 Pág. 3 
1 .2 . FUNC IONAMIE NTO DE UN S ISTEMA DE FRENOS DE 
D ISCO EN UN AEROPLANO 
 
 
Lo s av i o ne s po seen d i ve r so s s i s t emas d e f r e no s , 
l o s c ua l e s deben se r conoc i do s po r e l p i l o t o . 
Cuando se p i en sa en l o s s i s t emas de f r e nado l a 
mayo r pa r te de l a s pe r s ona s a so c i an e s ta i d e a con 
l o s au tomóv i l e s po r una cues t i ó n de f am i l i a r i d ad . 
En e l c a so de l o s av i one s uno d e l o s s i s t emas , e l 
d e f r e nado h id r áu l i c o p a ra e l t r e n p r i n c i p a l d e 
a t e r r i z a j e e n cuen t ra a l g unas ana l og í a s aunque 
e s to s f r e no s en l o s av i o nes no f un c i o nan d e l a 
m i sma mane ra q ue en l o s veh í c u l o s t e r r e s t r e s y 
además son de t i p o d i f e r en c i a l . E s de c i r, s e p uede 
f r e na r i ndepend ien t emen te de l l ado de re cho o 
i z q u i e rdo , y e s t o s e u t i l i z a muchas ve ces p a ra 
emp rende r g i r o s muy ce r rado s . 
 
Una ae ronave c omo un CESSNA p uede g i ra r en 
t r e s c i e n to s se sen t a g rado s s ob re una de su s 
r ueda s p r i n c i pa l e s , s i n de sp l a zam ien to l i n e a l d e 
n i nguna c l a s e . E s t a p r op i ed ad se emp le a du ran te 
e l r od a je de l a s ae r onaves aunque en l a s m i smas 
l a u t i l i z a c i ó n de l o s f r eno s h i d r áu l i c o s debe 
ha ce r se c on c i e r t a p r e cauc i ón a f i n d e ev i t a r e l 
s ob r e ca l e n tam ien to . 
L o s av i o ne s de mayo r t amaño cuen tan con d i ve r s o s 
s i s t emas a so c i ado s a l d e f r e nado h id r áu l i c o , c o n e l 
f i n de d a r l e aún mayo r u t i l i d ad . Po r e j emp lo , 
ex i s t e un s i s t ema an t i d e r rapan t e denom inado “ an t i 
s k i d ” o de au t o f r e nado , e l c ua l p e rm i te 
e s t ab l e ce r c on qué p o tenc i a a c t ua rán l o s f r e nos 
h i d r áu l i c o s a l a t e r r i z a r. 
 
E s t o se puede u t i l i z a r con e l ob j e to de de tene r l a 
c a r r e ra de a t e r r i z a j e e n una d i s t an c i a meno r ; un 
CESSNA puede , a p l e na c a rga , de tene r s u ma r cha 
en ap r ox imadamen te 4 00 me t r o s . S i n embargo , e l 
s ob r e ca l e n tam ien to d e l o s e l emen tos de f r e nado e s 
t a l q ue en e s t o s ca so s , l a a e r onave no puede 
vo l v e r a se r u t i l i z ad a p o r a l menos una ho ra , s i e s 
q ue no s e p roduce n i ngún de spe r f e c t o co l a t e ra l : 
e n t a l c a so , e l av i ó n r eque r i r á d e a l g unas 
r epa rac i o ne s cons ide rab l e s . 
En e l c a so de l o s s imu l ado re s y e n t r enado re s de 
v ue l o se puede u t i l i z a r e l s i s t ema d e au to f r e nado 
p a ra ev i t a r q ue l o s a l umnos que no s on 
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pa r t i c u l a rmen te cu idadoso s c on e sos co s t o sos 
equ ip os a caben po r de s t r u i r l o s . E f e c ti vamente , l o s 
f r e no s s imu l ado s son l o s componen te s q ue su f r e n 
mayo r de sga s te e n l a mayo r í a de l o s s imu l ado re s a 
c ausa d e t en e r a c t uado r e s mecán i co s ; p a ra ev i t a r 
e s te p rob l ema , yo po r e j emp lo , s i emp re sug i e r o e l 
u s o de l " au tob rak i ng " e n c ada a t e r r i z a j e s imu l ado , 
c on l o q ue hay meno r con t a c to e n t r e l o s p i l o t o s y 
l o s peda l e s de f r e no . 
 
No s e p uede de j a r de menc iona r e n e s te p un to q ue 
p a ra e l f r e nado de l a s a e ronave s muchas s i emp re 
s e emp le a l a f r i c c i ó n , ya s e a c ausada po r l a 
r e s i s t e nc i a ae rod i nám i ca , po r l a f r i c c i ó n mecán i c a 
p r op i a d e l o s s i s t emas d i s eñado s p a ra f un c i o na r de 
e sa f o rma como en e l c a so de l o s f r e no s a d i s co , o 
b i e n p o r e l r o zam ien to no rma l de l a a e r onave 
c on t ra l a p i s t a ; a l a te r r i z a r en zona s de p a s t i z a l e s 
a l t o s c on un pequeño av i ón se no t a mucho e s te 
f e nómeno . De he cho s e p uede i n t en t a r a t e r r i z a r 
f u e ra de p i s t a e n e s ta f o rma cuando se t i e ne un 
p r ob l ema con l o s f r e no s . 
 
1 . 2 .1 . DISEÑO Y ESTRUCTUR A DE UN D ISCO DE 
FRENADO PARA TREN DE ATERRIZAJE . 
 
L o s d i s c o s de f r e no son l a s upe r f i c i e con t ra l a c ua l 
i n t e rac t úan l a s b a l a t a s p a ra f r e na r a l a ae ronave , 
deb id o a q ue e l d i s c o g i ra e n c on jun t o con l a s 
r ueda s . E se r o zam ien to en t r e d i s co s y b a l a ta s 
p r oduce l a t ran s f o rmac ión de ene rg í a c i né t i c a e n 
ene rg í a ca l o r í f i c a , p r ovo cando una r educ c i ó n de l a 
ve l o c i dad . Lo s d i s co s de f r e no no s o l o deben 
p r oduc i r l a t ran s f o rmac i ón de ene rg í a s i no q ue 
además deben de c onsegu i r que e l c a l o r p r oduc ido 
s e a t ran sm i t i d o a l a a tmós fe ra l o más r áp id amen te 
po s ib l e , ya q ue s i no , l a s t empe ra tu ra s a l a s q ue 
ope ra r í a e l s i s t ema se r í an muy e l evadas l l e g ando 
i n c l u so a l c o l ap so de l s i s t ema . 
 
 
 
 
 Pág. 5 
E l ma te r i a l e s c og id o p a ra f ab r i c a r l o s d i s co s de 
f r e no e s l a f und i c i ó n g r i s nodu l a r d e g ra f i t o 
l am ina r, ya q ue ga ran t i z a una e s t ab i l i d ad de l a s 
p r e s t a c i o nes du ran t e e l p e r i od o de v i da de l o s 
d i s co s . 
 
 
 
F ig . 1 .3 
 
 
E x i s t e n t amb ién , d i s co s de ma te r i a l e s compue s to s 
e n ma t r i z de c a rb ono , u sado s en l a a l t a 
c ompe t i c i ó n en l o s f r e no s de l o s av i o ne s , aunque 
deb id o a l a l t o c o s to q ue t i e nen l o s hacen no 
v i ab l e s pa ra l o s veh í c u l o s c omune s . 
 
En l a a c t ua l i d ad se e s t án de sa r r o l l a ndo d i s c o s de 
f r e no en a l um in i o con una b ase d e c a rbu r o d e 
s i l i c i o , ya q ue su meno r pe so l o s ha ce muy 
a t ra c t i vo s , pe ro l a ma l a d i s i p ac i ó n d e c a l o r q ue 
t i e nen l o s ha cen no v i ab l e s de momen to , ya que 
ne ce s i t an un r educ ido impo r tan t e q ue ha cen que 
p i e rdan l a s ven t a j a s de l p e so . 
 
 Pág. 6 
 
F ig . 1 .4 
 
L a c ompos i c i ó n b á s i ca de l ma te r i a l d e l o s d i s c o s e s 
una f und i c i ó n g r i s nodu l a r de g ra f i t o l am ina r, que 
c on t i ene en t r e un 92% y un 93% de h i e r r o . 
Además de l h i e r r o o t r o s c omponen te s b ás i c o s t a l e s 
c omo e l s i l i c i o , mangane so y o t r o s g a ran t i z an l a 
c a l i d ad de un e l emen to c r í t i c o e n e l f r e nado como 
e s e l d i s co . 
 
LA GEOMETRÍA DEL D ISCO DE FRENO. 
La geome t r í a de l o s d i s co s de f r e nos s i emp re e s l a 
m i sma , e s d e c i r, una supe r f i c i e c i r c u l a r 
pe r f e c t amen te p l ana . Vamos a ve r a con t i nua c i ó n , 
l a s so l uc i o ne s q ue s e añad ió apo r tando pa ra 
me jo ra r l a d i s i p a c i ó n de l c a l o r q ue a lmacena e l 
d i s co . En p r ime r l ug a r vamos a i r c omen tando l a s 
d i f e r en te s p a r t e s de l a s q ue e s t á compue s to un 
d i s co . 
 
F ig . 1 .5 
 Pág. 7 
LA P ISTA: e s l a s upe r f i c i e e n l a c ua l t i e ne l ug a r l a 
a c c i ó n de f r i c c i ó n en t r e l a s ba l a t a s y e l d i s c o . E s t á 
d imens ionada de f o rma que su po t enc i a de 
d i s i p ac i ó n se a c e rque a l va l o r de 250 W/ cm2 , pe ro 
d i c ho va l o r p uede va r i a r depend iendo de l a 
geome t r í a de l d i s co , ya q ue s i e s te e s ven t i l a do e l 
va l o r de l a po t en c i a d e d i s i p a c i ó n puede a l c anza r 
Un va l o r de 750 W/ cm2 . Po r e nc ima de d i c ho s 
va l o r e s , pueden apa re ce r d año s en e l d i s co , t a l e s 
c omo de fo rmac i one s g eomé t r i c a s , g r i e ta s , 
d epós i t o s de ma te r i a l d e f r i c c i ó n u o t r o s q ue 
d aña r í an e l d i s c o de f o rma i r r eve r s i b l e 
 
F I J AC IÓN: La f i j a c i ó n de l o s d i s co s e s t á s i t uada en 
l a p a r te cen t ra l d e l m i smo. Ex i s t e un t a l ad ro 
donde s e a l o j a e l b u j e , a s í c omo po r l a p a r te 
t ra se ra un cha f l á n q ue debe de apoya r se 
pe r f e c t amen te en l a mangue ta p a ra q ue e l a j u s t e 
de l d i s c o se a pe r f e c t o . A l r ededo r de l t a l ad ro d onde 
s e a l o j a e l b u je , l a f i j a c i ó n t i e ne un c i e r to número 
de t a l ad ro q ue p e rm i te e l p aso de l o s pe rno s de 
an c l a j e de l a r ueda . En l a mayo r í a de l o s d i s c o s l a 
f i j a c i ó n de l d i s c o se ga ran t i z a p o r uno s t a l ad r o s de 
meno r d i áme t ro q ue f i j a n e l d i s c o . 
 
 
FIG . 1 .5 .1 
LA CAMPANA: La c ampana e s e l c i l i nd ro q ue une l a 
b anda , con e l p l ano de f i j a c i ó n . En a l g unos c a so s 
en e l i n t e r i o r de l a c ampana s é e s t á ap rove chando 
p a ra mon ta r un pequeño s i s t ema de f r eno de 
t ambo r de a c c i o nam ien to mecán i co , c on l a 
f i n a l i d ad d e que s i r va de f r e no de 
e s t a c i o nam ien to . 
 Pág. 8 
E l p r i n c i p i o d e f un c i o nam ien to de l o s f r e nos c omo 
ya hemos v i s to an t e r i o rmen te se ba sa en que l a 
e ne rg í a c i né t i c a q ue l l e va e l veh í c u l o debe de 
d i s i p a r se en f o rma de c a l o r. E s t e c a l o r s e a cumu l a 
p r i n c i p a lmen te en l o s d i s co s . 
 
Pe ro l óg i c amente l o s d i s co s no pueden a lmacena r l o 
i n f i n i t amen te , s i no q ue debe se r d i s i p ado a l a 
a tmós fe ra de una f o rma e f i c i e n te . L a f o rma más 
s enc i l l a e s r e a l i z a r una c i r c u l a c i ó n d e a i r e que , en 
c on t a c to con e l d i s co , se c a l i e n t e y man tenga l a 
t empe ra tu ra de l d i s c o en va l o r e s ra zonab le s a 
e f e c t o s de su i n t eg r i d ad mecán i c a . 
 
 
F ig .1 .6 
 
Lo s d i s co s deb en de de sempeña r do s f unc i o ne s 
p r i n c i p a l e s : move r e l a i r e a s u a l r ed edo r como l o 
ha r í a un ven t i l a do r, y t ran sm i t i r s u ene rg í a a l a 
a tmós fe ra como l o ha ce un rad i ado r. 
 
Pa ra c ump l i r l a p r ime ra d e sus f un c i o ne s , l a p r op i a 
geome t r í a de l d i s c o ha ce que se a po s ib l e l a 
c i r c u l a c i ó n de l a i r e de sde l a c ampana hac í a e l 
e x te r i o r d e l a p i s t a . Además l a ve l o c i d ad de d i cho 
a i r e e s mayo r c uan to mayo r se a l a t empe ra tu ra 
q ue va adqu i r i e ndo . E s te p ro ce so s e d a en l o s 
 Pág. 9 
d i s co s mac i zo s , q ue cump le con su f un c i ó n cuando 
l a e ne rg í a que han de d i s i p a r se e s r educ i d a o 
med i a . Cuando l a ene rg í a t é rm i ca d i s i p ada 
aumen ta , l a s supe r f i c i e s de un d i s c o mac i zo ya no 
s on su f i c i e n te s . S i s e i n t e n t a se aumenta r s u 
t amaño te nd r í amos l a l im i t a c i ó n impue s ta p o r e l 
t amaño d e l a r ueda po r l o c ua l l a s o l u c i ó n 
adop tada po r unan im id ad e s e l d i s co ven t i l ado que 
pe rm i te una mayo r d i s i p a c i ó n t é rm i c a en e l m i smo 
e spac i o . 
 
E l d i s co ven t i l a do e s l a compos i c i ó n de dos p i s t a s 
s epa rada s po r a l e t a s en su i n t e r i o r. E s t a s a l e t a s 
g a ran t i z an l a c ohe s i ó n d e l d i s co pe rm i t i endo e l 
p aso de a i r e po r s u i n te r i o r. G ra c i a s a e s t a s 
a l e t a s , e l e n f r i am ien t o de l d i s co no so l o se 
p r oduce en l a s upe r f i c i e ex t e r i o r de l d i s co s i no 
q ue además se p r oduce su en f r i am ien t o po r e l 
i n t e r i o r. E s te i n t e r c amb i o de ene rg í a depende en 
g ran med id a de l a f o rma y l a o r i e n t a c i ó n de l a s 
a l e t a s , ya q ue en a l g unos c a sos l a s a l e t a s se 
oponen a l mov im i en t o de l a i r e e n su i n te r i o r c on l o 
c ua l s u u t i l i d ad e s nega t i va . Po r e l l o debe ex i s t i r 
un c omprom i so en t r e l a e f i c a c i a y l a o r i e n ta c i ó n - 
f o rma d e l a s m i sma s . Gene ra lmen te s on rad i a l e s y 
po r l o t an t o l a c o l o c a c i ó n de l o s d i s c o s e n l a r ueda 
i z q u i e rd a o de r e cha , no a f e c t a a l a s p rop i ed ade s 
au t oven t i l a n te s . S i n embargo ex i s t e a l g una 
ap l i c a c i ó n en e l me r cado en l a c ua l l a s a l e t a s 
e s t án o r i e n t ada s de t a l f o rma que ob l i g an a q ue 
e so s d i s co s s ean mon tado s en una r ueda o en l a 
o t ra , ya q ue no se r í a e f i c a z s u ven t i l a c i ón s i s e 
i n t e r camb i a ra s u ub i c a c i ó n . 
 
Una de l a s me jo ra s más s i g n i f i c a t i va s e ncam inada 
a l a d i sm inuc i ó n de l a t empe ra tu ra que a l c anza l a 
c ampana de l d i s c o , se cons i g ue med i an te una 
ranu ra en f o rma de c ana l e n l a zona s i t uada en t r e 
l a c ampana y l a b anda de f r e no de l d i s co , l o q ue 
an t e s hemos denom inado f i l t r o t é rm i co . La se c c i ó n 
de p a so de c a l o r se r educe , e l g rad i e n te t é rm i c o 
aumen ta , e s de c i r, l a d i f e r en c i a de t empe ra tu ra 
en t r e un l ad o de l c ana l y e l o t r o s e hace mayo r, l o 
c ua l ha ce que l a t empe ra tu ra d e l a c ampana se a 
meno r. E s to e s muy impo r t an te ya q ue e l c a l o r que 
s e t ran s f i e r e a l a l l a n t a y po r cons ig u i e n t e a l a 
 Pág. 10 
goma de l neumá t i c o e s meno r, c on s ig u i e ndo a s í 
q ue no su f ra en ex ce so l a c a r c a sa de l neumá t i c o . 
Tamb i én se c ons ig ue una r educc i ó n en l a 
de fo rmac i ón de l d i s co a l r educ i r se l a t empe ra tu ra 
de l a c ampana y s us c ons i g u i e n te s t en s i o nes 
t é rm i c a s . 
 
 
F ig . 1 .7 
 
 
1 .3 . BALATAS DE FRICC ION , EN UN S ISTEMA DE DIS CO 
DE FRENADO DE UN AV ION . 
Du ran te un a t e r r i z a j e de emergenc i a o un 
de spegue abo r t ado ( cuando e l av i ó n ya t i ene una 
c ons ide rab l e ve l o c i dad en p i s t a ) , l o s f r e no s d eben 
ab so rbe r una eno rme c an t i d ad d e ene rg í a s i n 
de s i n teg ra r se n i a g a r r o ta r se . E l d i s eño t í p i co de 
un f r e no d e av i a c i ó n se ba sa en una se r i e de 
d i s co s g i ra to r i o s i n te r c a l ados en t r e o t r o s d i s co s 
f i j o s . Cuando se a c c i onan l o s f r e no s , e l r o zam ien to 
en t r e l o s d i s co s p uede e l eva r l a t empe ra tu ra de 
l o s m i smos has t a una med ia de 1500 °C , c on p i co s 
de ha s t a 3000 °C en su supe r f i c i e . Po r e s t a ra zón , 
e l ma te r i a l d e l d i s c o debe t e ne r una g ran 
r e s i s t e nc i a mecán i c a a a l t a t empe ra tu ra y una 
ex ce l e n t e r e s i s t e n c i a a l c hoque t é rm i c o ( c apa c i dad 
de r e s i s t i r e l e vada s d i f e r en c i a s de t empe ra tu ra s i n 
d aña r se ) . Una buena conduc t i v i d ad t é rm i c a e s 
b ás i c a p a ra ev i t a r e l s ob r e ca l e n t am ien to de l a s 
s upe r f i c i e s de l d i s c o . E l c a rbono t i e ne una buena 
 Pág. 11 
conduc t i v i d ad y e s t ab i l i d ad a a l t a t empe ra tu ra 
( s u s d imens iones c amb ian po co con l a 
t empe ra tu ra ) . 
 
F ig . 1 .8 
 
E l c a rbono en f o rma de g ra f i t o só l i d o e s un 
c and i da to , mucho más ba ra t o que un ma te r i a l 
c ompue s to de c a rbono / ca rb ono (ma t r i z y r e f ue r zo 
de ca rbono ) , pe ro l a r e s i s t e n c i a y t e na c id ad d e l 
ma te r i a l c ompue s to son c l a ramen te supe r i o r e s . Lo s 
d i s co s se f ab r i c an i n f i l t r ando f i b ra s de c a r b ono con 
una b re a o una r e s i na po l imé r i c a , ca l e n tando e l 
c on j un t o a 1000 °C en ausenc i a de ox ígeno pa ra 
e l im i na r impure za s e i r d e j ando un e sque l e t o de 
c a rbono . E l p r o ce so se r ep i t e va r i a s ve ce s ha s t a 
a l c an za r l a dens id ad d eseada y f i na lmen te se 
c a l i e n t a h a s t a uno s 2500 °C p a ra comp le t a r l a 
g ra f i t i z a c i ó n . 
 
 
F ig . 1 .9 
 
 
 Pág. 12 
E l pe so de l o s f r e no s e s un asun to muy r e l evan te . 
Un av i ó n de p asa j e ro s no rma lmen te l l e va o cho 
f r e no s . Con un d i seño convenc i ona l ( d i s c o s de 
a ce ro y d i s c o s d e un ma te r i a l d e f r i c c i ón ) , e l 
c on j un t o a l c anza un p eso de más d e 1000 kg , 
m i en t ra s q ue un con jun t o de f r enos d e 
c a rbono / ca rb ono pe sa a l go meno s de 700 kg . 
E s t e aho r r o de p eso e s equ i va l e n t e a c ua t r o 
p asa j e ro s , y a l a l a r ga s i gn i f i c a un impo r t an t e 
aho r r o de combus t i b l e . 
En una ae r onave p equeña Ces sna e l t r e n de 
a t e r r i z a j e t i p o t r i c i c l o c uen ta con un s i s t ema de 
f r e no s q ue cons i s t e e n d os d i s c o s e n e l t r e n 
p r i n c i p a l l o cua l l e pe rm ite g i ra r de mane ra 
p r e c i s a . Con un d i seño convenc i ona l ( d i s c o s de un 
ma te r i a l d e f r i c c i ó n ) , e l c on jun t o a l c anz a un peso 
de más de 85 kg , m ien t ra s q ue un con jun t o d e 
f r e no s d e c a rbono / ca rbono pe sa a l g o menos de 58 
kg . 
 
F ig . 1 .10 
La p r i n c i p a l l im i t a c i ó n que a f e c t a a e s te ma te r i a l 
c uando se expone du ran t e t i empos más 
p r o l o ngado s a a l t a t empe ra tu ra e s su po ca 
r e s i s t e nc i a a l a ox ida c i ó n , aunque ya ex i s t en 
r e cub r im ien to s q ue ev i t an en g ran med ida e s te 
p r ob l ema . 
 
F ig . 1 .11 
 Pág. 13 
CA PITULO 2 SISTEMA DE FR EN O DE DISCO EN 
TR EN DE A TERR IZA JE PR IN CIPA L 
 
2 .1 . TREN DE ATERRIZAJE Y FRENOS. 
Se denom ina t r e n de a te r r i z a j e a l con j un t o de 
r ueda s , s opo r te s , amor t i g uado re s y o t r o s equ ipos 
q ue un av i ó n u t i l i z a p a ra a t e r r i z a r o man i ob ra r 
s ob r e una supe r f i c i e . Aunque po r s u denom ina c i ó n , 
e l t r e n d e a te r r i z a j e pa re ce suge r i r una ún i c a 
f un c i ó n a e s te s i s t ema , r ea lmen te cump l e va r i a s 
f un c i o ne s : s i r ve d e sopo r te a l a e r op l ano , pos i b i l i t a 
e l mov im i en to de l av i ó n en supe r f i c i e ( i n c l u yendo 
de spegue s y a t e r r i z a j e s ) , y amor t i g ua e l impac to 
de l a te r r i z a j e . L a s ope ra c i o nes en supe r f i c i e 
ex igen d e l t r e n de a te r r i za j e capa c id ade s de 
d i r e c c i o nam ien to y f r e nado , y pa ra amo r t i g ua r e l 
a t e r r i z a j e debe s e r c apa z d e ab so rbe r impac t o s de 
c i e r t a magn i t ud . 
 
F ig . 2 .1 
 
2 .2 . FRENOS. 
E l s i s t ema de f r e no s t i e ne como ob je t i v o r educ i r l a 
ve l o c i dad d e l ae rop l ano en t i e r ra , t an to d u ran t e l a 
r odadu ra como en l a f a se f i n a l d e l a t e r r i z a j e , y 
po r s upue s to de t ene r l o . E l d i spo s i t i v o de f r e nado 
de l o s av i o nes cons i s t e , l o m i smo que en l o s 
au t omóv i l e s , en un d i s co me tá l i c o a cop l ado a c ada 
r ueda , e l c ua l s e f r e na , y con é l l a r ueda , a l s e r 
op r im ido a ambos l ado s p o r una s ba l a t a s de f r e no 
a c c i o nadas po r un impu l s o h i d r áu l i c o . 
 Pág. 14 
 
F ig . 2 .2 
 
E l s i s t ema de f r e no s de l o s av i o nes t i ene d o s 
c a ra c te r í s t i c a s e spe c i a l e s : una , q ue so l o d i spone 
de f r e nos en e l t r e n p r i n c i p a l , nunca en l a s r uedas 
d i r e c t r i c e s ; y do s , q ue cada r ueda de l t r en 
p r i n c i p a l ( o con j un t o d e r ueda s de un l a do en 
t r e ne s c omp le j o s ) d i sp one de un s i s t ema de 
f r e nado i nd epend ien t e . 
 
F ig . 2 .3 
 
E l s i s t ema gene ra l s e a l imen ta de l l í q u ido 
c on ten id o en un r e c i p i e n te c omún; de sde e s te 
depós i t o unos c onduc t o s l l e van e l l í q u id o a do s 
bomb ines ( uno po r s i s t ema) s i t uado s en l a pa r te 
s upe r i o r de l o s peda l e s . 
A l p r e s i o na r un peda l , e l l í q u i do c on t en ido en e l 
bomb ín d e su l a do e s b ombeado ha c i a l a r ueda 
c o r r e spond ien t e ; o t r o b omb ín en l a r ueda r e c i b e 
e s t a p r e s i ó n y empu ja a l a s ba l a t a s l a s c ua l e s 
op r imen a l d i s c o me tá l i c o y f r enan l a r ueda . A l 
p r e s i o na r e l o t r o peda l , s u cede l o m i smo con e l 
 Pág. 15 
s i s t ema de e se l ado , y obv i amen te a l p r e s i o na r l o s 
do s peda l e s se ope r a sob r e ambos s i s t emas . E s 
no t o r i o p ue s , q ue c ada peda l a c t úa sob r e l o s 
f r e no s d e su l a do , y q ue pa ra a c t ua r s ob r e l o s 
f r e no s debe p i s a r se l a p a r te de a r r i b a de l o s 
peda l e s . 
 
F ig . 2 .4 
 
E s t e s i s t ema de f r e no s i ndepen d i en t e s s upone una 
ay uda pa ra d i r i g i r a l ae rop l ano en t i e r ra , p ue s 
ap l i c ando f r e no a una u o t ra r ueda e l p i l o to p uede 
r e f o r za r e l g i r o de l a r ueda d i r e c t r i z . 
Pa ra man tene r e l av i ó n e l av i ó n f r e nado en e l 
s ue l o , e l s i s t ema cuen ta c on un f r e no de 
apa r cam ien t o ( p a rk i ng b rake ) q ue ac t úa s ob re 
ambas r uedas . E l mando de e s te f r e no va r í a de un 
av i ó n a o t r o : p uede se r un mando de va r i l l a que 
t e n i e ndo l o s f r eno s p i sado s l o s b l o ca y se 
de sac t i va a l vo l v e r a p i s a r l o s f r e no s (Ces sna ) ; 
una p a l an ca que a l t i r a r d e e l l a b l o c a l o s f r e no s , 
c on un bo tón pa ra man tene r l a e n po s i c i ó n de 
b l oqueo ( P i pe r ) ; un d i a l q ue a l g i r a r se hac i a un 
l a do a c t i va e s te f r e no y ha c i a e l o t r o l o d e sac t i va 
 
2 . 3 . FRENO DE D ISCO. 
E l f r e no de d i s co e s un s i s t ema d e f r e nado 
no rma lmen te pa ra r ueda s de veh í c u l o s , e n e l c ua l 
una p a r t e móv i l ( e l d i s co ) so l i d a r i o con l a r ueda 
que g i ra e s s ome t i d o a l r o zam ien to d e una s 
 Pág. 16 
supe r f i c i e s de a l t o co e f i c i en t e de f r i c c i ón ( l a s 
b a l a ta s ) q ue e j e r cen sob r e e l l o s una f ue r za 
su f i c i e n te como p a ra t ran s fo rmar t od a o pa r te de 
l a e ne rg í a c i n é t i c a de l veh í c u l o e n mov im i en t o , en 
c a l o r, ha s t a de t ene r l o o r educ i r s u ve l o c i d ad , 
s egún s ea e l c a so . 
E s t a i nmensa can t i d ad d e c a l o r ha de se r evacuada 
de a l g una mane ra , y l o más r áp id amen te pos i b l e . 
E l mecan i smo e s s im i l a r en e s t o a l f r eno de 
t ambo r, con l a d i f e r en c i a de q ue l a s upe r f i c i e de 
f r e nado e s meno r pe ro l a eva cua c i ó n d e l ca l o r a l 
amb ien te e s mucho me jo r, compensando 
amp l i amen te l a meno r s upe r f i c i e de f r e nado . 
 
 
 F ig . 2 .5 F ig . 2 .6 
 
 
2 . 4 . COMPONENTES Y DAÑOS EN UN D ISCO DE 
FRENADO . 
Ex i s t e n d i f e r en t e s t i p o s de d i s c o s de f r e no . 
A l g uno s son de a ce r o mac i zo m i en t ra s q ue o t r o s 
e s t án rayado s en l a s upe r f i c i e o t i e nen agu je ro s 
q ue l o s a t rav i e s an . E s to s ú l t imo s , denominados 
d i s co s ven t i l ado s , ay udan a d i s i p a r e l c a l o r. 
 Pág. 17 
 
F ig . 2 .7 
 
 
E j emp l o : Func i o nam ien to bá s i c o de un s i s t ema d e 
f r e nado en d i s co . 
1 ) 2 ) 3 ) 
F ig . 2 .8 
 
1 ) E l l í q u id o de f r e no s c i r c u l a po r e l c i r c u i t o 
h i d r áu l i c o ha s ta p r e s i o na r e l p i s t ón y empu ja r l a 
p as t i l l a c on t ra e l d i s co ( a zu l ) . 
2 ) La p re s i ó n c on t ra e l d i s co hace que l a p a s t i l l a se 
a l e j e de l p i s t ón , empu jando l a o t ra p as t i l l a c on t rae l d i s co . 
3 ) E l r o zam ien to en t r e l a s p a s t i l l a s y e l d i s co f r e na l a 
r ueda . 
 
 
 
 
 Pág. 18 
Daños en l o s d i s c o s de f r e no 
Lo s d i s c o s p ueden su f r i r d i f e r en te s daño s : a l abeo , 
rayado , r o t u ra y c r i s t a l i z a c i ó n . 
 
 
F ig . 2 .9 
A l abeo : E l a l ab eo s e p roduce po r un 
s ob r e ca l e n tam ien to d e l a s upe r f i c i e d e f r e nado que 
p r ovo ca una de f o rmac ión en e l d i s co . 
E s t o p rovoca v i b ra c i ones en l a f r e nada y una 
d i sm inuc i ó n en l a p o ten c i a de f r e nado . E l a l abeo 
puede se r p r even id o c on un t a xeo una menos 
ex igen t e c on l o s f r e no s . P i s a r e l f r e no 
c on t i nuamen te p r ovo ca una g ran c an t i d ad de c a l o r, 
po r l o q ue debe ev i t a r s e . Pa ra ve r i f i c a r se m id e 
c on m i c r óme t ro ( e l e sp eso r ) y c on un comparado r 
de d i a l o c a r á tu l a ( pa ra med i r l a de fo rmac i ón ) . 
 
 
F ig . 2 .1 0 
 
 
 Pág. 19 
Ro tu ra : La r o t u ra e s t á e n t odo s l o s t i p o s de 
d i s co s , e n l o s q ue pueden apa re ce r g r i e t a s e n t r e 
l o s agu je ro s ( p a ra l o s ven t i l ado s y s úpe r 
ven t i l ad os ) , y g r i e ta s e n l a s upe r f i c i e de f r i c c i ó n 
q ue t i e ne e l d i s c o . 
 
 
F ig . 2 .1 1 
Rayado : E s p roduc id o cuando l a s b a l a t a s de f r e no 
no e s t án b i e n i n s t a l ad a s o s on de ma te r i a l más 
du r o q ue e l ma te r i a l p r oven i e n t e d e l o s d i s c o s , 
e s to a l f r e na r p r ovo ca un rayado en e l c ua l ha ce 
que e l d i s co , e n l a s upe r f i c i e de f r i c c i ó n se 
de fo rme . La so l u c i ó n p a ra e s te p r ob l ema e s e l 
r e c t i f i c ado de ambos d i s co s . Pe ro a ve ces e s a 
c ausa de l a ma l i n s t a l a c i ó n d e e se s i s t ema 
 
 
F ig . 2 .1 2 
C r i s t a l i z a c i ó n : E l d i s co se c r i s t a l i z a c uando , a l 
momen to de f r e na r, e l ma te r i a l d e f r i c c i ó n de l 
d i s co con l a s b a l a ta s gene ran una mayo r y a s u 
ve z g ene ran que l a r e s i na q ue c on t i e ne e l ma te r i a l 
d e f r i c c i ó n se haga l i q u id a y s uba a l a supe r f i c i e 
f o rmando una c apa que ev i t a e l r o zam ien to y l a 
ab ra s i ó n en t r e ambos ob je t o s , p r ovo cando que e l 
d i s co o l a p as t i l l a s e de te r i o r en , q uedando l a 
p as t i l l a c on un b r i l l o e n l a s upe r f i c i e y c on t ex tu ra 
 Pág. 20 
u l t ra d u ra y e l d i s co en c amb i o de un c o l o r 
a zu l ado , p ud i endo apa re ce r m i c r o f i s u ra s a ra í z de 
d i c ha c r i s t a l i z a c i ó n . Pa ra e s te d año hay que 
r eemp l a za r e l d i s co o l a pa s t i l l a de f r e no po r uno 
nuevo La " c r i s t a l i z a c i ó n " de z apa ta s y ba l a t a s e s 
una ev idenc i a c onc l uyen te de que l o s f r e no s f ue ron 
abusados y po r l o t an to r e ca l e n t ado s . 
 
 
F ig . 2 .1 3 
 
2 . 4 .1 . BALATAS DE FRENADO 
 
La s b a l a t a s e s tán d i señadas pa ra p roduc i r una a l t a 
f r i c c i ó n c on e l d i s c o . E l ma te r i a l d e l q ue e s t én 
c ompue s t a s de t e rm ina ra l a du ra c i ón , po t enc i a de 
f r e nado y s u c ompo r t am ien to en cond i c i o ne s 
adve r s a s . 
 
Deben se r r e emp l a zada s r egu l a rmen te , y muchas 
e s t án equ ip ada s c on un senso r q ue a l e r t a a l 
c onduc to r c uando e s ne ce sa r i o ha ce r l o . A l g unas 
t i e nen una p i e za de me ta l que p rovoca que suene 
un ch i l l i d o c uando e s tán a p un to de g as t a r se , 
m i en t ra s q ue o t ra s l l e van un ma te r i a l q ue c i e r ra 
un c i r c u i t o e l é c t r i c o q ue ha ce que s e i l um ine un 
t e s t i g o en e l cuad ro de l conduc t o r. 
 
H as t a ha ce po co t i empo l a s ba l a t a s con t en í an 
a sb es to , q ue ha s i d o p roh ib i d o p o r r e su l t a r 
c a r c i nógeno . Po r l o t an to , a l t rab a j a r con 
veh í c u l o s an t i guo s s e debe t ene r e n cuen ta q ue no 
s e debe i nha l a r e l p o l vo q ue pueda e s t a r 
 Pág. 21 
dep os i t ad o en l a s i nmed i a c i one s d e l o s e l emen tos 
de f r e nada . 
 
A c t ua lmen te l a s ba l a t a s e s t án l i b r e s a l 100% de 
e s te ma te r i a l , ya q ue f ue ca t a l ogado c omo 
ca r c i nógeno . 
 
F ig . 2 .1 4 
 
T i p o s d e b a l a t a s de f r e no 
Ce r ám i ca s : E s te t i p o d e b a l a t a s e s t án compue s t as 
po r c e r ám ic a y f i b ra de cob r e , l o q ue pe rm i t e que 
l a s b a l a ta s de e s te t i p o con t r o l e n l a t e ndenc i a de l 
f r e no a p e rde r po t enc i a a t empe ra tu ra s más a l t a s 
y s e r e cupe r en de mane ra más r áp id a l uego de 
de t ene r e l veh í c u l o o móv i l d e l d i s co . 
 
F ig . 2 .1 5 
 
 
 
 
 Pág. 22 
Orgán i c a s : Es t án c ompues t a s p o r ma te r i a l e s 
c omune s y a l guno s con e l g ra f i t o , r e s i na s y f i b ra s , 
e s t a s son de una i nme jo rab l e c a l i d ad y adhe renc i a 
a l f r e na r, g ene ran menos c a l o r q ue l a s me tá l i c a s y 
e s te t i p o de b a l a ta s ne ce s i t a un r oda j e e n l o s 
p r ime ro s k i l óme t ro s . 
 
F ig . 2 .1 6 
 
Sem i me tá l i c a s o me tá l i c a s : E s t án c ompue s t a s po r 
ma te r i a l e s de f r i c c i ó n c omo e l h i e r r o , l a f r i c c i ó n 
en cond i c i o nes d e se co y mo jado no va r í an 
demas i ado , po r l o q ue t i e ne me jo r f r e nada en 
c ond i c i o nes de mo jado que l o s o t r o s t i p o s de 
p as t i l l a . L a d u ra c i ó n e s muy e l evada , l l e gando a 
a l c anza r l o s 15 .000 k i l óme t ro s . E l c a l o r 
de sp r end ido e s mucho mayo r q ue l o s o t r o s t i p o s . 
 
F ig . 2 .1 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Pág. 23 
CA PITULO 3 . R UTA DE PR OCESO . 
 
3 .1 . METODOLOGIA 
L l e va r a c abo p r uebas s e mode l ado y de sgas t e s de 
f r e nado que pe rm i t an d e te rm ina r e l d e sempeño d e l 
a r r eg l o d i s co -ba l a t a e n t é rm ino s d e l coe f i c i e n t e de 
f r i c c i ó n , l a t empe ra tu ra , pé rd ida de masa y 
de sgas t e . 
 
 
¿ Qué s e p r et ende co n e l aná l i s i s? 
De te rm ina r t en s i o ne s , ob tene r d i s t r i b u c i o ne s de 
t empe ra tu ra , ve r c ómo evo l u c i o na e l 
S i s t ema , c a l c u l a r f r e cuenc i a s y m odo s p r op io s , 
e s t a p r egun ta no s de t e rm ina rá e l t i p o de aná l i s i s a 
r ea l i z a r. 
 
 
¿ Có mo va a s e r la geomet r ía que vamos a 
ana l i za r? 
Segu ramen te c ono cemos l a geome t r í a r e a l d e l 
p r ob l ema , pe r o a l a ho ra de r e a l i z a r s u 
Aná l i s i s d ebe remos s imp l i f i c a r l a a l máx imo e n 
f un c i ó n de l ob je t i v o de l aná l i s i s , ya q ue l a mayo r í a 
de l o s de t a l l e s s on supe r f l u o s y l o ún i co q ue 
c on l l e van e s un c onsumo exce s i vo de t i empo de 
c á l c u l o y de e spa c i o dea lmacenam ien to . Pa ra e l l o 
debe remos bus ca r p o s i b l e s s ime t r í a s , an t i 
s ime t r í a s , ax i s im e t r í a s de l p r ob l ema , p rob l emas de 
t e n s i ón o de f o rmac ión p l ana s , e l im i na c i ó n de 
de t a l l e s s upe r f l u o s : rad i o s de a cue rdo , e n t a l l a s , l a 
geome t r í a pod r emos de c id i r e l o l o s t i p o s de 
e l emen to s a u t i l i z a r, l a s ca ra c te r í s t i c a s de l o s 
m i smos , a s í como l a s p r op i ed ad e s de e l o l o s 
ma te r i a l e s (módu l o de e l a s t i c i d ad , 
c onduc t i v i d ad , . . . ) a emp le a r. 
 
 
 
 
 Pág. 24 
¿ Qué r es u l t ados es per amos o bt ener ? 
 
Pa ra pode r s abe r s i hemos r ea l i z ado c o r r e c tamen te 
e l aná l i s i s o s i r ep re sen t a b i e n l a r ea l i d ad , 
debe remos t e ne r una i d ea de c ómo va a r e sponde r. 
Po r e j emp lo , s i e s t amos ana l i z ando una t ube r í a 
s ome t i d a a p r e s i ó n i n t e r i o r y l o s r e su l t ado s nos 
i nd i c an que d i sm inuye e l rad i o d ebe remos pensa r 
q ue hemos mode l ado ma l e l s i s t ema , b i e n en l a 
ap l i c a c i ó n d e l a s c a rg a s , e n e l ma l l a do , e t c . 
Una ve z e s t ud i ado s e s t o s p un to s e s t amos en 
d i spo s i c i ó n de r e a l i z a r un Aná l i s i s p o r E l emen tos 
F i n i t o s , d e spués de e s te aná l i s i s y a l a v i s t a d e l o s 
r e su l t ad os conv i e ne r epa sa r l o s p un to s q ue s e han 
r ema r cado p a ra nues t ra s p i e za s . 
 
3 . 2 . DESCRIPC IÓN DEL PROCESO 
DESCRIPC IÓN: RUTA DE PROCESO PARA LA 
FABR ICAC IÓN DE TACÓN DE AV IONETA T IPO N . P. 
WL ISM- 39049 . (WELLMAN) 
 
Ins t r ucc io nes a s egu i r pa ra e l co nt ro l de l 
p ro ceso . 
 
Ins pecc ió n r ec ibo de mezc la : Rev i s a r 
v i s ua lmen te l a apa r i e n c i a de l a mezc l a q ue no 
t e nga a cumu la c i ó n de ma te r i a p r ima , que sea 
homogénea . 
 
Pes ado : t omar e l ma te r i a l en cha r o l a s , p e sa r d e 
a cue rdo a l núme ro de pa r te , y va c i a r e n va so s de 
p l á s t i c o s . 
 
Pas t i l l ado pone r a p un to l a maqu i na y p r epa ra r 
mo ld e d e pa s t i l l a do 
Co lo ca r e l embudo y va c i a r e l ma te r i a l d i r e c to a l 
i n t e r i o r de c ada una de l a s c av id ade s s i n ag i t a r 
p a ra ev i t a r l a s eg rega c i ó n de l ma te r i a l d e l a 
mezc l a . 
Re t i r a r e l embudo y a comodar s i n e n te r ra r l o s 
dedos en l a mezc l a p a ra ev i t a r l a seg rega c i ón . 
 Pág. 25 
Compac t a r 1 ve z y ex t rae r l a p a s t i l l a , a comodar e n 
t ab l a s y / o l am ina s a como sa l e de l mo lde . 
Ap i l a ndo en h i l e ra s c u idando d e no de spo s t i l l a r l a 
p a ra s u t ran spo r te a p r en sado . 
 
No t a : l imp i a r c ons t an temen te l o s punzones de 
p as t i l l a do p a ra ev i t a r l a a cumu l a c i ó n de po l vo F i no 
de l a mezc l a y q ue se l l e g uen a f o rma r 
p r o tube ranc i a s y / o c a s ca ras de ma te r i a l d e f r i c c i ó n 
q ue de fo rmen l a pa s t i l l a . 
 
Pr ens ado : p one r a p un to l a p r ensa , p l , cm, pm y 
p r epa ra r mo l des c a rg a r l o s mo ld es c a l i e n te s d ando 
v ue l t a a l a p as t i l l a p a ra ev i t a r q ue s a lg a po ro sa 
y / o con acumu la c i ó n de ma te r i a p r ima ( g r umos) e n 
l a c a ra s upe r i o r de l a b a l a t a . 
An t e s de ex t rae r l a p i e za r eb abea r con l ima l a 
p a r te i n f e r i o r de l a ba l a t a p a ra ev i t a r ma te r i a l . 
C l avado en r e c t i f i c ado y q ue s a l ga f ue ra de med id a 
l a mue sca y c ha f l á n de l p r oduc t o . 
L imp i a r con cha r ra s ca l a mue s c a de l o s ex t r emos 
de l a ba l a t a . 
 
R ec t i f i cado pr ev io : u t i l i z a r d i spo s i t i v o mú l t i p l e 
p a ra p r e r e c t i f i c a r e l ma te r i a l y g a ran t i z a r e l 
p a ra l e l i smo . 
Empezando c on l a c a ra s upe r i o r p o r l o t e p a ra 
c on t i nua r con l a c a ra i n f e r i o r po r l o t e . 
1e r. L a c a ra s upe r i o r r e c t i f i c a r de 0 . 005 " - 0 . 010 " 
2 a . c a ra i n f e r i o r r e c t i f i c a r d e 0 . 001 " - 0 .005 " 
E l a c abado de l r e c t i f i c ado debe rá se r f i n o 
 
Barr enado : p o r l o ab ra s i vo de l ma te r i a l l a 
d u ra c i ón de l f i l o de l a s b ro ca s e s t á l im i t ado y 
hab r á q ue cu ida r de no d espo s t i l l a r l o s d i áme t ro s 
de l o s b a r r enos po r f a l t a d e f i l o . 
L a d u ra c i ó n de l o s f i l o s e s : 
- 2 b a r r eno s 25 a 30p z s 
- 3 b a r r eno s 20 a 25p z s 
 Pág. 26 
No ta : e n c ada c amb i o de b ro ca l i b e ra r l a ope rac i ó n 
c on d i spo s i t i v o de po s i c i ó n de b a r r eno s . 
Fondo de ca j a , e l c on t r o l d e l a ope ra c i ón s e r á 
m ín imo c ada 5 p i e za s b a r r enadas . 
Se debe t e ne r s u f i c i e n te s b r o ca s po r e l c amb io 
c ons t an te pa ra no p a ra r e l p r o ce so . 
Pa ra ev i t a r pa ra r l a ope ra c i ó n de b a r r enado . 
R ec t i f i cado f ina l : u t i l i z a r e l d i sp os i t i vo mú l t i p l e 
p a ra d a r e l r e c t i f i c ado f i n a l s o l o a l a c a ra 
s upe r i o r de l a b a l a ta cu id ando e l p a ra l e l i smo , l a 
apa r i e n c i a de l ma te r i a l d ebe s e r f i n a , no rayada n i 
d e spo s t i l l ad a . 
 
H or neado: ho rnea r e l ma te r i a l a g rane l en c a j a s 
y / o r e j a s 
 
Ins pecc ió n F ina l : r ev i s a r y s epa ra r e l ma te r i a l 
c on apa r i e nc i a po ro sa , g rumosa en l a c a ra 
s upe r i o r. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Pág. 27 
CA PITULO 4 PR OCESO DE SIMULA CIÓN DE 
A NÁL ISIS ESTR UCTUR AL DEL MODELADO DE 
DISCO EN AN SYS 
 
E l a ná l i s i s po r e l emen to s e s una t é cn i c a de 
s imu l a c i ó n po r c ompu tado r u sada en i ngen i e r í a . 
U sa una t é cn i c a numér i c a l l amada Mé todo de l o s 
e l emen to s f i n i t o s . 
 
L a s ap l i c a c i o ne s a imp lementa r a l a s p i e za s o 
s i s t ema que s e r ep re sen t a po r mode lo s 
geomé t r i c amente en e s t e t r ab a jo , con s tan de 
mú l t i p l e s r eg i ones d i s c r e ta s s imp l i f i c ad as y 
c one c t adas . Las e cua c i o ne s de equ i l i b r o , j un t o con 
c ons ide ra c i ones f í s i c a s ap l i c ab l e s a s í c omo 
r e l a c i o ne s cons t i t u t i v as , se ap l i c an a c ada 
e l emen to , y se c ons t r uye un s i s t ema de v a r i a s 
e cuac i o ne s . E l s i s t ema de e cua c i o ne s se r e sue l v e 
p a r a l o s v a l o r e s de s cono c id os u sando t é cn i c a s de 
á l geb r a l i n ea l o e squemas no l i n e a l e s , 
d epend i endo de l p r ob l ema . S i e ndo un mé todo 
ap rox imado , l a p r e c i s i ó n de l o s mé todos FEA 
( F i n i t e E l emento Ana l y s i s ) puede se r me jo r ada 
r e f i n ando l a d i s c r e t i z a c i ó n en e l mode l o , u s ando 
más e l emen to s y nodo s . 
 
Comúnmen te se u sa FEA ( F i n i t e E l emen to Ana l y s i s ) 
ende te rm ina r l o s e s f ue r zo s y d e sp l a zam ien to s e n 
s i s t emas mecán i c o s . E s además u sado de mane ra 
r u t i n a r i a e n e l aná l i s i s d e mucho s o t r o s t i p o s de 
p r ob l emas , e n t r e e l l o s T r an s f e r en c i a de c a l o r , 
d i nám i ca de f l u i do s , y e l e c t r omagne t i smo . Con FEA 
s e p ueden mane j a r s i s t emas c omp le j o s c uya s 
s o l u c i o nes an a l í t i c a s s on d i f í c i lmen te encon t r ada s . 
 
An t e r i o rmen te menc i onamos l a s e cuenc i a que 
hab r í amos de s egu i r y e l g rupo de s o f twa r e q ue 
u t i l i z a r í amos pa r a r ea l i z a r e l a ná l i s i s d e l d i s c o de 
f r e nado de l av i ó n Ce ssna 150 , e s t a e s l a ú l t ima 
s e c c i ó n de t odo e l p r o ce s o ; y de i g ua l mane ra 
de s c r i b i r emos p aso s a pa so e l p r o ce so y e j e cu c i ó n 
c on l a ap l i c a c i ó n d e p rog ramas c ompu ta c i o na l e s de 
i ngen i e r í a pa ra ev a l ua r c omponen te s o e nsamb l e s 
ANSYS . 
http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa
http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_de_los_elementos_finitos
http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_de_los_elementos_finitos
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_ecuaciones
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81lgebra_lineal
http://es.wikipedia.org/wiki/Nodo
http://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calor
http://es.wikipedia.org/wiki/Din%C3%A1mica_de_fluidos
http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo
 Pág. 28 
 
 
I n i c i a m o s l a a p l i c a c i ó n d e t r a b a j o d e l a s i g u i e n t e m a n e r a , 
n o o l v i d e m o s q u e e x i s t e n v a r i a s f o r m a s d e e j e c u t a r l a 
a p l i c a c i ó n l a p r i m e r a s e r e a l i z a d e s d e l o s a c c e s o s d i r e c t o s 
d o n d e s e e n c u e n t r a l a a p l i c a c i ó n d e A N S Y S . 
 
 
4 . 1 . IMPORTACION DEL MODELO GEOMETRICO 
 
E l p r ime r pa so en FEA , p r e -p ro ce sam ien to , e s 
c ons t r u i r un mode lo d e e l em en tos f i n i t o s d e l a 
e s t r u c t u ra a se r ana l i z ad a . En mucho s p aque t e s de 
FEA s e r equ i e r e de l a e n t rada de una de s c r i p c i ón 
t opo lóg i c a de l a s c a ra c te r í s t i c a s g eomé t r i c a s de l a 
e s t r u c t u ra . 
 
É s t a p uede se r 1D, 2D, o 3D. E l ob j e t i vo p r i n c i p a l 
d e l mode lo e s r ep l i c a r de mane ra r ea l i s t a l o s 
p a r áme t r o s impo r tan t e s y c a rac t e r í s t i c a s d e l 
mode lo r e a l . L a mane ra más senc i l l a pa ra 
c onsegu i r s im i l a r i d ad en e l aná l i s i s e s u t i l i z a r 
p l ano s p r e ex i s t e n te , mode l o s CAD, o d a to s 
impo r t ado s de un amb i en te FEA . Una vez s e ha 
c r e ado l a g eome t r í a , s e u t i l i z a un p r o ced im i en to 
p a ra de f i n i r y d i v i d i r e l mode lo e n "pequeños " 
e l emen to s . En g ene ra l , un mode lo d e e l emen tos 
f i n i t o s e s t á de f i n i do p o r una ma l l a , l a c ua l e s t á 
c on fo rmada po r e l emen to s y nodos . 
L o s nodos r ep r e sen tan pun to s en l o s c ua l e s s e 
c a l c u l a e l d e sp l a zam ien to ( aná l i s i s e s t r uc t u ra l ) . 
L o s paque t e s de FEA enume ran l o s nodo s como una 
he r ram ien t a de i d en t i f i c a c i ó n . Lo s e l emen to s e s t á n 
http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_estructural
 Pág. 29 
de t e rm inado s po r con j un t o s de nodo s , y de f i nen 
p r op i ed ade s l o c a l i z ada s de masa y r i g i d e z . Lo s 
e l emen to s t amb ién e s t án de f i n i d o s po r l a 
nume ra c i ó n de l a ma l l a , l a c ua l p e rm i te 
r e f e r en c i a r l a c o r r e spond ien t e de f l e x i ó n o e s f ue r zo 
( en aná l i s i s e s t r u c t u ra l ) p a ra una l o c a l i z a c i ón 
e spe c i f i c a . 
1 .- En l a b a r ra d e menú , i l u s t ra c i ó n . E l r e su l t ado 
de e s t a i n s t r uc c i ó n una ven tana eme rgen te d onde 
debemos e l eg i r e l s i s t ema de un i d ade s 
(m i l íme t r o s ) de t raba j o p a ra gene ra r e l mode l o de 
l a geome t r í a de l d i s co . 
 
 
D i r e c c i o n a m o s l a u b i c a c i ó n d e l a r c h i v o e n c u e s t i ó n > e n 
t i p o d e a r c h i v o s c a m b i a r p o r I G S . 
 
 
 
C o m o s e m u e s t r a l a i l u s t r a c i ó n , o b t e n e m o s e l d i s c o d e 
f r e n o . 
 
 Pág. 30 
La s s i g u i e n te s i n s t r u c c i o ne s s e r án e sp ec i f i c a r l e 
p a r áme t r o s a l a ap l i c a c i ó n p a ra d a r l e he r ram ien t as 
y l a s e j e cu te p a ra a r r o j a r nos l a i n f o rmac ión y e l 
aná l i s i s . 
 
 
 
Tenemos e l mode lo de l a geome t r í a de l d i s c o de 
f r e no , p e ro , s e r á ne cesa r i o ag r ega r l e un 
c omponen te den t r o d e l m i smo mode lo , e s ta 
r ep re sen t a ra l a ba l a t a o p as t i l l a de f r e no , e s t a s 
do s p i e zas f o rma n p a r te , e n t r e o t ra s , d e l s i s t ema 
de f r e no de l t r e n p r i n c i p a l . L a s c ons ide ra c i o nes 
c omo l a s p a r te s más impo r t an t e s e n cuan to a 
a c t ua c i ón , p a r t i c u l a rmen te , son l o s a c ce so r i o s de l 
s i s t ema de f r e no que r e a l i z an e l t r aba jo , d e 
ab so rbe r l a ene rg í a c i né t i c a de l a maqu i na o 
c ue rp o en mov im i en t o que s e en cuen t r e i n s t a l ado . 
 
 
 Pág. 31 
4 .2 . D ISEÑO DE BALATA 
 
E l r e su l t ado en t once s e s l a v i sua l i z a c i ó n den t r o 
de l amb i en te de FEA p a ra ve r y p a ra i d en t i f i c a r 
c omp le t amen te l a s imp l i c a c i o ne s de l aná l i s i s . 
He r ram ien t a s numér i c a s y g r á f i c a s pe rm i t en l a 
l o c a l i z a c i ó n p re c i s a de i n f o rmac i ón c omo e s f ue r zos 
y d e fo rmac ione s a se r i d en t i f i c ada s en nue s t ra 
b a l a ta . 
 
 
 
E l a ná l i s i s d e e l emen to s f i n i t o s pe rm i te una 
de t a l l ad a v i s ua l i z a c i ó n de en donde l a s e s t r u c t u ra s 
s e dob l an o tue r c en , e i nd i c a l a d i s t r i b uc i ó n d e l 
e s f ue r zo y l o s de sp l a zamien to s . Aná l i s i s d e 
e l emen to s f i n i t o s p roveen un amp l i o rango de 
op c i o ne s de s imu l a c i ó n p a ra con t r o l a r l a 
c omp le j i d ad de ambos , e l mode lado y e l aná l i s i s 
d e un s i s t ema . 
 
 
 
 Pág. 32 
 
 
En e s te p u n to expond remos de f o rma s im i l a r, e l 
n i ve l d e seado de p re c i s i ó n y l o s r eque r im ien t o s d e 
l o s aná l i s i s d e l o s e l emen tos f i n i t o s d e sa r r o l l ad os 
en nue s t ra p i e za . 
 
 
 
 
 Pág. 33 
 
 
 
4 . 3 . MODELADO DE LA BALATA 
 
1 . Pa ra c on t i nua r e s ne ce sa r i o t e ne r nue s t r o mode lo 
de l d i s co en v i s t a d e l í n ea s , de e s te mane ra s e nos 
f a c i l i t a ra l a man i p u l a c i ó n d e l a s he r ram ien t a s de 
d i b u jo , ya q ue c r e amos una supe r f i c i e sob re e l 
vo l umen que r ep re sen t a a l d i s c o , p a ra e l l o , e n l a 
b a r ra d e menús> Menú P l o t> L i ne s , e s to mos t ra ra 
l as l í n e as q ue c on fo rma r e l d i s c o . 
2 . E l eg imos l a s e c c i ó n de menú p r i n c i p a l 
>P rep r o ce sso r> po s te r i o rmen te Mode l i ng> den t r o 
de l s ubmenú , e l e g imos C r ea t e> l i n e> s e 
de sp l eg a ran f o rmas pa ra c r e a r l í n ea s . 
 
 
 
E s t a he r ram ien t a de mode l ado pa ra c r ea r l í n e as , 
e n e s t e c a so a r co s , f un c i o na e l i g i e ndo pun to s 
( keypo i n t s ) , e spe c í f i c amen te d os p un to s y un 
 Pág. 34 
rad i o , so l o d i b u j a ra una pa r te d e un c i r c u l o 
c r e ado a p a r t i r d e l rad i o d e seado , e nce r rado po r 
e so s do s c í r c u l o s . 
Se gene ran dos a r c o s , c on d i f e r en te s d imens i one s 
uno de b a j o de l o t r o c on n o f f se t p r uden te pa ra 
f o rma r nue s t r o s egundo e l emen to b a l a t a de f r e no , 
de a cue rdo a l a s d imens ione s de su supe r f i c i e 
1210 mm 
 
No ta : Cabe menc i ona r q ue l a s imu l a c i ó n d inám i ca , 
u sada en con junc i ó n c on e l mode lado de 
en samb le s , i n t r o duce l a ne ce s i d ad de un i r 
c omponen te s de d i s t i n to s ma te r i a l e s y geome t r í a s . 
A s í e s q ue se debe t e ne r l a c omprens i ó n p a ra 
u t i l i z a r f á c i lmen te f i ab l e s c one c to r e s e n l o s 
mode lo s , l o s c ua l e s p ueden i n c l u i r un i one s que 
pe rm i ten mov im i en to r e l a t i v o en t r e l o s 
c omponen te s , r emache s , y so l d adu ra s . 
 
3 . Sumaremos l a s l í n e a s c r e adas p a ra f o rma r una 
supe r f i c i e , e n e l m i smo menú p r i n c i pa l> mode l i ng> 
c r e a te>area s> by l i ne a s se s e l e c c i ó n c ada l í n e a 
que comprenda l a s upe r c i f c i e . 
 
 
A h o r a t e n e m o s l o s d o s e l e m e n t o s q u e a c t u a r a n e n 
c o n j u n t o e n l a s i m u l a c i ó n , s o l o r e s t a d e f i n i r 
r e s p e c t i v a m e n t e , s u s p a r á m e t r o s d e t r a b a j o y l a s 
p r o p i e d a d e s d e m a t e r i a l e s . 
 
 
 
 
 Pág. 35 
4 .4 . MATER IAL PARA LA FABR ICAC ION DE D ISCOS 
 
Gene ra lmen te p a ra l a e l abo rac i ó n de un d i s co 
( f ab r i c a c i ó n ) s e u t i l i z a a ce ro i nox id ab l e 420 
(2 c r 13 ) , mecan i z ado cn c y t odo s s on de 
t r a t am ien to t é rm i c o . 
E s t e ma te r i a l 2C r13 a ce r o i n ox idab l e 4C r13 
p r op i ed ade s i nox id ab l e : l a f u e r za , l a d u re za de 
a ce ro 3CR13 , de spué s de l t ra t am ien to t é rm i c o d e 
a l t a r e s i s t e n c i a y r e s i s t e n c i a a l d e sga s te . 
 
 
 
 
P r op i ed ade s : c on ten id o de c a rb ono , t i ene una 
mayo r r e s i s t en c i a , d u re za y t emp l ab i l i d ad , l a 
r e s i s t e nc i a a l a c o r r o s i ó n , l a e s tab i l i d ad t é rm i c a 
b a j a , p o ca so ldab i l i d ad . 
 
C a rac t e r í s t i c a s : 304 i nox idab l e , C r, N i meno s 
c on ten id o aumen tado f r í o f ue r za de t raba j o a l a 
t ra c c i ó n y d u re za , no magné t i c o , magné t i co , pe ro 
de spué s de t rab a jo e n f r í o . 
 
P r opó s i t o s : Tr en , av i ó n , Ca ra c t e r í s t i c a s : 304 a ce ro 
T i t an i o e l emen to p a ra ev i t a r l a co r r o s i ón 
i n t e rg ranu l a r ; ade cuado pa ra s u u so a una 
t empe ra tu ra de 430 ℃ - 900 ℃ . U so s : av i o ne s . 
 Pág. 36 
4 .5 . DEF INC ION DEL T IPO DE ELEMENTO PARA EL 
MODELO GEOMETRICO 
 
1 . De f i n i r emos e l t i p o de e l emento p a ra e l mode l o d e l 
d i s co de l ma te r i a l d e t raba j o de spué s de e f e c t ua r 
e n menú p r i n c i p a l>p rep r o ce sso r>e l emen t 
t ype>add / ed i t / de l e te , r ep re sen t ado en l a 
i l u s t ra c i ó n 
 
 
2 . Emerge r á una ven t ana , d onde p r o cedemos de l a 
s i g u i e n te mane ra , op r im imos e l bo t ón add> , 
eme rge r á o t ra ven t ana d e s e l e c c i ó n , e l f i c he r o 
i z q u i e rd o mues t ra l a l i b r e r í a s d e t i p o s d e 
e l emen to s , se l e c c i o namos> so l i d , e l s i g u i e n te 
f i c he r o mues t ra e l con t en ido de e l con ten ido d e l a 
l i b r e r í a se l e c c i o nada , e n e s te c a so> T ET 10 NODE 
187> OK . 
 
C o n t i n u a r e m o s i n t r o d u c i e n d o a l a a p l i c a c i ó n l a s 
p r o p i e d a d e s d e l m a t e r i a l d e l e l e m e n t o d i s c o . 
 Pág. 37 
3 . Ce r ramos l a s he r ram ien t a s den t r o d e l menú 
p r i n c i p a l , p o s te r i o rmen te e l eg im os 
Menú p r ep ro ce s so r> ma te r i a l p r op s> ma te r i a l 
mode l s . 
 
4 . Se l e c c i o namos s t r u c t u ra l> l i ne a r> I s o t r op i c , a l d a r 
e s t a u l t ima i n s t r u c c i ó n apa re ce rá o t ra ven t ana 
donde se p i de p ropo r c i ona r a l g unos da ro s , 
e spe c í f i c amen te p rop i edade s mecán i c as de l 
ma te r i a l d e l d i s c o . 
 
D e f i n i c i ó n d e l c o m p o r t a m i e n t o d e l m a t e r i a l d e l m o d e l o 
 
 
S o l i c i t u d d e p r o p i e d a d e s 
 
E x i s t e n do s campos a r e l l ena r, e l p r ime ro con 
nomenc l a t u ra ex , r e f i e ra a l modu l o de e l a s t i c i d ad 
de l ma te r i a l ( 2 . 1e04Gpa) a c e ro i nox id ab l e , e l 
s i g u i e n te c ampo PRXY (0 .27 a 0 .30 ) , r e f e r enc i a en 
e l ap énd i c e I I r equ i e r e l a r e l a c i ó n d e Equason , 
s i e ndo l o s d a to s r e a l e s p a ra e l aná l i s i s . 
 
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Reco rd emos que l a ap l i c a c i ó n t rab a j a 
ad i c i o na lmen te , r e co rdemos u t i l i z a r l a s 
magn i t ude s e s un m i smo s i s t ema de un id ade s , en 
e s te c aso , s i s t em a mé t r i c o . 
 
 
4 . 6 MALLADO DEL CUERPO GEOMETRICO DEL D ISCO DE 
FRENO DE TREN PR INC IPAL 
 
Debemos ap l i c a r una he r ram ien t a p a ra ma l l a r e l 
mode lo de d i s co , e n menú p r i n c i p a l >p r ep ro ce s so r 
>submenú>mesh i ng> mesh t oo l , emerge rá una 
ven t ana p a ra camb ia r l e l o s a t r i b u t o s de e l emen to , 
l a c ua l no s se r v i r á p a ra gene ra r e l ma l l ado de l 
mode lo . En e l l a a c t i va r emos l a b a r ra d e s l i z ado ra 
q ue p e r tene ce a sma r t s i ze e n l a p a r te s upe r i o r, en 
e l c en t r o hay un f i c he ro , e s l a p a r te donde 
debemos e s coge r e l t i p o de geome t r í a de l 
e l emen to . 
 
En sma r t s i ze , d e s l i z a r emos l a b a r ra ha s t a ma r ca r 
3 e s ta e va l o r no s r e su l t a ra l a f i ne za de l a ma l l a , 
e s de c i r, m i en t ra s más c e r c ano a uno de una 
e s ca l a de uno a d i e z , se r á más d e ta l l ad a l a ma l l a . 
 
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4 . En l a s e c c i ón de con t r o l e s de t amaño , s i ze 
c on t r o l> op r im imos e l b o t ón SET, pe r t e ne c i e n t e a 
g l ob a l , i l u s t ra c i ó n , a con t i nua c i ó n i ng re sa r emos 
do s va l o r e s de l o s c ua l e s uno de f i n i r á e l t amaño 
de c ada e l emen to . 
P r ede te rm inadamen te , e l p r og rama l o s p a r áme t ro s 
e n ce r o s , e l p r ime ro i nd i c a l a l o ng i t ud de l o s 
bo rde s de l o s e l emen to s , e l