Fre

Fre aerodinàmic d'un MiG-23

Un fre, en sentit tecnològic, es un dispositiu capaç d'absorbir l'energia cinètica d'un sistema mecànic en moviment per tal de produir una disminució de la velocitat, provocar l'aturada completa o impedir l'acceleració. Aquesta es la definició que dona el diccionari de la Gran Enciclopèdia Catalana, però vistes les seves funcions, es podria simplificar dient que es tot allò que dificulta o impedeix el moviment.

Per el principi de la conservació de l'energia de la Física tota l'energia absorbida per el fre es dissipada en forma de calor.

Història

Els primers frens es van muntar sobre els carros tirats per animals, ja que si devien baixar una costa molt llarga el animal es cansava tant com si la puges, i es corria el risc de anar-se'n el carro i el animal en orris, per axó es va muntar un sistema que actuava damunt les rodes per fregament, impedint que aquestes giressin amb llibertat.

Amb l'arribada de vehicles més ràpids, es van canviar els materials en fregament, pro de manera bàsica el sistema continuava igual, es a dir unes sabates eren comprimides sobre la llanta de la roda per dificultar el seu moviment. No va ser fins l'arribada del automòbil, i dels avions, que es van desenvolupar altres tipus de fre, que resultaven més efectius per les velocitats de que eren capaços aquests vehicles.

Classificació dels frens

Per la forma d'actuar i el mitja en que actuen, es podria classificar els frens en quatre grans tipus.

• Frens mecànics: En els que hi ha contacte físic entre dues superfícies.
• Frens elèctrics: En els que intervenen fenòmens de tipus electromagnètics.
• Frens hidràulics: En els que un líquid es el element retardant.
• Aerofrens: Com el seu nom indica, l'aire es el element retardant.

Frens Mecànics

Fre de Pastilla

Fre d'un antic carruatge amb pastilles

En aquest tipus, es tracta de posar en contacte una o dues pastilles, que estan muntades sobre el bastidor del vehicle, en contacte amb la llanta de la roda, exercint pressió sobre ella, per mitja de unes palanques. Es el cas dels carros i els antics ferrocarrils.

En les bicicletes es fa servir un derivat de aquest fre que actua sobre els costats de la llanta (a la banda de sobre hi ha el pneumàtic), antigament es feia servir un joc de palanques per actuar-lo (frens de varilles), avui en dia es fa per mitja de cables amb distints dissenys.

Fre de Cinta

Elements del fre de cinta
a1 i a2 extrems de la cinta
b palanca d'actuació

S'utilitza una cinta de material flexible, pot ser cuiro o fins i tot cinta d'acer recoberta de cautxú, o altre material resistent al fregament ( Ferodo ), abraçant un tambor o eix, i quan es posa en tensió la cinta, te tendència a detenir el mateix. Es un fre molt antic, es feia servir en maquinaria i actuant sobre l'arbre de transmissió de un vehicle com a fre d'estacionament.

Fre de Tambor

Vista del sistema interior de tambor de dues mordaces primàries, amb dos bombins

En aquest cas es tracta de generalment dues zapates ( o mordaces ) amb forma de semicircular, i fixes al bastidor del vehicle, que per mitja d'un mecanisme s'obren i freguen sobre la superfície interna de un cilindre que anomenem tambor, que forma part de la roda. Al principi el mecanisme que obrien les mordaces, eren unes lleves governades per cables, cilindres hidràulics o neumàtics, més tard es va fer que els extrems del cilindre ( bombi de fre ) actuïn sobre les mordaces. Sempre aquestes tornen a posició original per mitja de molles. Era el fre dels automòbils i dels primers avions.

Es dona el cas de que la mordassa que es obre en sentit de giro, te tendència a ser “clavada” en el tambor , es la mordassa primària, mentre que l'altre es «escopida» sent la secundaria. Es per axó que en vehicles de competició, s'utilitzaven frens de doble lleva o més.

Fre de Disc

Aspecte d'un fre de disc

Es el fre més modern, desenvolupat per la mala ventilació dels frens de tambor. Es tracta de unes pinces que freguen amb un tambor que es solidari amb la roda. Aquestes pinces poden ser fixes o basculants i les peces que freguen amb els discos, s'anomenen “pastilles” que normalment son espitjades contra els discos per mitjans hidràulics. Al cessar la pressió hidràulica deixen de contactar amb els discos.

En vehicles en que la velocitat es alta i la massa també es elevada, es fa servir més d'un disc per roda, es el cas dels avions comercials i els trens d'alta velocitat. En vehicles de competició es fan servir discos de carbono.

Actualment s'acostuma a incloure en aquest sistema els ABS ( Antiblocking Braking System, Sistema Contra Bloqueig de Frens ), que son uns sistemes electrònics que per mitja de sensors comparen les velocitats de les rodes, de manera que si n'hi ha alguna que es bloqueja ( s'atura ) es desfrena, per axó, quan es fa una frenada forta amb un cotxe que ho porta, sembla que el pedal tremoli.

Fre Elèctric

Vista d'un fre elèctic de vehicle, conegut també per "retarder"

En aquest tipus de fre es fa servir la força electromagnètica per actuar hi han dues maneres la primera i molt utilitzada per automòbils de transport ( camions i autocars ), es tracta de que unes bobines actuen sobre un tambor amb més o menys intensitat, segons la governa el conductor per mitja de un reòstat, acostuma a actuar sobre l'arbre de transmissió.

L'altre es molt utilitzada per els trens, i es basa en la reversibilitat de les màquines elèctriques, que de motors passen a generadors, derivant el corrent generat a unes resistències que acostumen a estar damunt de les unitats motrius.

Frens Hidràulics

Antiga foto d'un banc de proves, amb un motor de combustió interna ( en segon pla ), conectat a un fre Froude

Es tracta de un líquid que circula entre dues rodes de paletes, que tendeix a immobilitzar-les. Es un fre poc conegut per el públic en general ja que el seu us no es molt corrent. Es fa servir sobretot en els bancs de proves de motors, per determinar les corbes de potencia. El més conegut es el fre Froudre.

Aerofrens

Es un sistema desenvolupat durant la Segona Guerra Mundial per baixar la velocitat del avions quan feien un descens en picat, o ara actualment quan han d'aterrar. Consisteix en el desplegament d'unes superfícies que fan augmentar considerablement la secció frontal del avió, causant la pèrdua de velocitat desitjada. En els avions antics, acostumava a desplegar-se als costats del fuselatge, pro en els d'avui es damunt de les ales.

Bibliografia

• El Automóvil, Selecciones del Readers Digest,

• Mecánica Teórica y Aplicada, M. Delanette M.Dubois, Edic TEA,S.A., Madrid 1966

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Fre