Estudio numérico de la transferencia de calor y la velocidad del flujo de aire en el rendimiento de un freno de disco autoventilado

Abstract

En el sistema de frenado, el calor generado por la fricción entre el disco y la pastilla debe disiparse lo más rápido posible. En este trabajo se estudiaron cinco frenos de disco comunes en automoción mediante teorías matemáticas de transferencia de calor y métodos numéricos utilizando el software ANSYS. Además, se realizó una comparación directa entre los valores experimentales, teóricos y de simulación encontrados en la bibliografía abierta para proponer un freno de disco con una geometría mejorada en términos de disipación de la transferencia de calor. Se consideraron los resultados numéricos para proponer dos posibles soluciones de geometrías de frenos de disco utilizando álabes de ventilación N-38 utilizados en ingeniería aeronáutica. Se logró una mejora en la disipación de la temperatura de aproximadamente un 23,8 % en comparación con las cinco geometrías analizadas con una pala de ventilación simple de tipo N-38. La disipación del calor en los frenos depende en gran medida de la geometría del disco, la geometría de las palas, el material con el que está fabricado, el material de la pastilla, el peso del vehículo y las condiciones de funcionamiento, como se puede verificar con cálculos matemáticos y experimentos. Los resultados obtenidos demuestran que los discos pueden utilizarse eficazmente en condiciones de trabajo extremas (80 km/h y 33 °C), sin afectar a la seguridad de los ocupantes y al sistema de frenado.