El “par de freno” parece un número único en una hoja de datos, pero en máquinas reales se comporta de manera diferente a velocidad cero versus condiciones de rotación. Por eso, muchas disputas sobre frenos ocurren después de la puesta en marcha: el freno pasa una prueba de retención estática, pero la detención dinámica se siente débil (o dura), se sobrecalienta o muestra una repetibilidad inconsistente.
Este artículo explica dos formas prácticas de medir par de freno industrial—prueba de par en carga estática y prueba de freno dinámica—y por qué sus resultados a menudo difieren. Cuando se necesitan ejemplos de productos, hacemos referencia a nuestras familias comunes de frenos para grúas y la industria pesada, como YWZ13 frenos de tambor electrohidráulicos y frenos de disco a prueba de fallos hidráulicos SH.
[Marcador de imagen] Foto: banco de pruebas de par mostrando freno, eje, acoplamiento, encoder y adquisición de datos.
¿Qué “par” estás tratando de demostrar?
Antes de elegir un método, defina qué par necesita validar. En frenado industrial, estos no son intercambiables:
- Par de retención en estático: par que el freno puede mantener en cero velocidad sin patinar (crítico para cabrestantes, estacionamiento, cargas de viento).
- Par de arranque: par máximo justo cuando el sistema bloqueado comienza a moverse (a menudo mayor que la fricción de deslizamiento constante).
- Par de frenado dinámico: par durante rotación mientras desacelera (lo que determina el tiempo de parada y calor).
- Retención de par en caliente: par a temperatura elevada tras paradas repetidas (indicador de degradación/consistencia).
Una prueba estática es excelente para demostrar retención. Una prueba dinámica es necesaria para cuantificar parada y comportamiento térmico. Muchos proyectos necesitan ambos.
Prueba de par estático (peso muerto / brazo de palanca): qué mide bien
Una prueba de carga estática mide el par en cero velocidad aplicando un par externo al eje del freno hasta que patina (o hasta alcanzar un par de prueba especificado). Se usa ampliamente para aceptación en fábrica y verificaciones de mantenimiento porque es simple, segura y repetible—si se configura correctamente.
La configuración más común usa un brazo de palanca de longitud conocida y una fuerza conocida (pesas o célula de carga). La relación principal es:
T = F \times LDónde:
- T = par (N·m)
- F = fuerza aplicada (N)
- L = brazo de palanca efectivo (m), medido perpendicular a la dirección de la fuerza
Ejemplo numérico (cálculo típico en taller)
Si su brazo de palanca mide 0.80 m y su célula de carga lee 1.20 kN (1200 N), entonces el par aplicado es 960 N·m.
[Marcador de imagen] Diagrama: geometría del brazo de palanca mostrando “longitud efectiva” (distancia perpendicular) y error de coseno.
Procedimiento de prueba estática (lista de verificación práctica)
- Controlar la dirección: Para algunos frenos de tambor/bloque, el par puede variar según la dirección de rotación debido a la geometría. Registre la dirección.
- Defina los criterios de deslizamiento: p.ej., “el eje se mueve ≥ 1°” o “se produce rotación continua.” Sin una definición clara, los resultados varían según el operador.
- Repetir 3–5 veces: Registrar min/prom/max. Si la repetibilidad es pobre, investigue el estado de las zapatas, contaminación o bloqueo mecánico.
- Indique la temperatura: El par estático en frío puede diferir del par estático en caliente después de una secuencia de parada.
- Cumplimiento de bloqueo: elimine acoplamientos de goma o fijaciones sueltas que “enrollan” y liberan energía de repente.
Lo que la prueba estática puede no detectar
La prueba de par estático no captura completamente los efectos dinámicos: cambios en el coeficiente de fricción con la velocidad, comportamiento de acoplamiento, generación de calor y tiempo hasta alcanzar el par. También puede sobreestimar el rendimiento de parada real si la fricción de arranque es alta pero la fricción de deslizamiento es menor.
Prueba de par dinámica: cómo se mide el par de frenado en rotación
Una prueba dinámica mide el frenado durante la rotación. Hay dos enfoques prácticos:
- Medición directa del par con un transductor de par en línea (mejor si lo tiene).
- Método de desaceleración por inercia usando datos de velocidad-tiempo y la inercia conocida (muy común en dinamómetros de freno).
Método A: Transductor de par (directo)
Este enfoque registra una curva de par durante la parada. Es ideal cuando desea evaluar la suavidad de acoplamiento, el par máximo y el temporizado de control (especialmente en grúas controladas por VFD). Las tasas de muestreo típicas son 200–1000 Hz para curvas limpias.
Canales recomendados para registrar (mínimo): par, velocidad (encoder), señal de comando del freno, confirmación de apertura del freno (si está disponible) y temperatura cerca de la interfaz de fricción. Sin estos, las conclusiones de “bueno/malo” son difíciles de defender.
Método B: Desaceleración por inercia (velocidad-tiempo)
Si conoce la inercia equivalente total J en el eje del freno y mide la desaceleración angular α, puede estimar el par medio de frenado:
T \approx J \times \alphaY la desaceleración angular puede calcularse a partir del cambio de velocidad en el tiempo:
\alpha = \frac{\Delta \omega}{\Delta t}Ejemplo numérico (realista para bancos de pruebas industriales)
Suponga una inercia de prueba de J = 25 kg·m². El freno se aplica a 600 rpm (ω ≈ 62.83 rad/s) y se detiene en 3.0 s. Entonces, α ≈ 62.83 / 3.0 ≈ 20.94 rad/s², por lo que el par medio de frenado es aproximadamente 523 N·m.
Si también desea estimar la energía que el freno convierte en calor por parada (útil para relacionar prueba de par con prueba de aumento de temperatura), puede calcular:
E_{parada}=\frac{1}{2}J\omega^2Con los números anteriores, Eparada ≈ 0.5 × 25 × 62.83² ≈ 49 kJ por parada.
[Marcador de imagen] Gráfico: curva de velocidad vs tiempo para una parada, con resaltados “retardo del freno” y “ventana de desaceleración efectiva.”
Importante: la desaceleración por inercia le da el “par del sistema” requerido para desacelerar. Si hay pérdidas significativas en rodamientos, en la caja de cambios o en cargas aerodinámicas, debe cuantificarlas (con una prueba de desaceleración sin frenado) y corregir el resultado si necesita alta precisión.
Por qué los resultados de par estático y dinámico difieren (y por qué esto es normal)
Si su resultado de par estático no coincide con el resultado de par dinámico, no es automáticamente un error de prueba. Tres efectos reales conducen a la diferencia:
1) Fricción de arranque vs fricción por deslizamiento
A velocidad cero, la fricción suele mostrar un valor de “arranque” más alto antes de que comience el movimiento. Durante la rotación, el coeficiente de fricción suele ser diferente (a menudo menor). Las pruebas estáticas pueden parecer “fuertes,” mientras que la detención dinámica se siente más débil. Por eso, las pruebas dinámicas son esenciales para verificar el tiempo de parada.
2) Temperatura y degradación durante la secuencia de parada
Las pruebas dinámicas generan calor. A medida que la temperatura aumenta, los materiales de fricción pueden cambiar de comportamiento. Un freno puede pasar la prueba de par en frío y aún perder un 10–20% de par a temperaturas elevadas, dependiendo del material de las zapatas, ciclo de trabajo y flujo de aire. Si su aplicación es de alta frecuencia (desplazamiento de grúa, movimiento incremental de cabrestantes), la retención de par en caliente importa.
3) Efectos de geometría (especialmente en frenos de tambor/bloque)
Algunos geometrías de frenos de tambor/bloque pueden mostrar comportamiento dependiente de la dirección (tendencias autoasistidas). Eso significa que el par puede variar según la dirección en que intente rotar la rueda del freno. Una prueba bien diseñada debe especificar la dirección del par y, cuando sea relevante, validar ambas direcciones—esto es especialmente práctico para desplazamiento de grúas y ciertos accionamientos de transportadores.
Una matriz de prueba práctica (lo que muchas fábricas y proyectos realmente necesitan)
Si quieres datos de par útiles para la ingeniería y para los clientes, prueba en condiciones frías y calientes y combina verificaciones estáticas dinámicas.
| Punto de prueba | Método | Propósito típico | Qué registrar |
|---|---|---|---|
| Par de retención en frío | Carga estática | Verificación de estacionamiento/retención, línea base de aceptación | T, dirección, criterio de deslizamiento, ambiente |
| Rendimiento de parada en frío | Dinámico | Tiempo de parada / línea base de par medio | velocidad-tiempo, par (si está disponible), retardo del freno |
| Acondicionamiento térmico | Paradas dinámicas repetidas | Absorción de calor hasta temperatura operativa representativa | temperaturas, conteo de paradas, flujo de aire |
| Retención de par en caliente | Dinámico | Degradación/consistencia bajo estado térmico realista | T_caliente/T_frío, deriva del tiempo de parada |
| Verificación en caliente | Carga estática | Confirmar que no hay arrastre tras calor (crítico para cabrestantes) | tiempo de retención, deslizamiento, temperatura |
[Marcador de enlace interno] Descargar: Hoja de prueba de par (estática y dinámica) lista de verificación de registro de datos.
Notas centradas en el producto: cómo se aplican estas pruebas a tipos comunes de frenos
Frenos de tambor electrohidráulicos YWZ13
Para frenos de tambor electrohidráulicos estilo YWZ13, una prueba estática es útil para confirmar el par de retención y detectar problemas mecánicos (holgura mal ajustada, pivotes atascados, contacto desigual de las zapatas). Pero para el comportamiento de parada real—especialmente en mecanismos de desplazamiento de grúas—las pruebas dinámicas revelan lo que la estática no puede: suavidad de acoplamiento, repetibilidad del tiempo de parada y deriva térmica.
Recomendación práctica: incluya dos direcciones de par en su plan de prueba estática y registre la configuración de holgura de las zapatas antes/después del ciclo en caliente. Si el par cambia drásticamente tras calentar, investigue arrastre o la geometría de la conexión en lugar de asumir primero “calidad de la zapata.”
[Enlace interno] Frenos de tambor electrohidráulicos YWZ13
Frenos de disco a prueba de fallos SH hidráulicos
Los frenos de disco a prueba de fallos suelen elegirse para retención en seguridad crítica (cabrestantes, viento, cabrestantes). Aquí, el par estático no se negocia—pero las pruebas dinámicas aún importan si se espera que el freno realice paradas de emergencia. Un buen plan combinado es: retención estática en frío → paradas por acondicionamiento térmico → retención estática en caliente (verificación de arrastre) → verificación de parada de emergencia (si la aplicación lo requiere y el freno está calificado para ello).
También registre la presión hidráulica y el comportamiento de liberación. Un freno puede pasar el par pero fallar en operación real si la liberación es incompleta (arrastre), generando calor que reduce el par con el tiempo.
[Enlace interno] Frenos de disco hidráulicos de seguridad SH
Frenos electromagnéticos (frenos de motor / unidades compactas)
Los frenos electromagnéticos pueden mostrar una sensibilidad fuerte a voltaje de la bobina, hueco de aire y temperatura. Las verificaciones de retención en frío son útiles, pero las pruebas dinámicas suelen ser donde aparecen primero los problemas: liberación retardada, acoplamiento retardado o inestabilidad del par bajo ciclos repetidos. Para resultados significativos, registre el voltaje de la bobina en los terminales del freno (no solo en el armario) y confirme que el hueco de aire esté dentro de las especificaciones.
Errores comunes en pruebas de par (y cómo evitar conclusiones erróneas)
- Error de coseno en el brazo de palanca: si la fuerza no es perpendicular, su par calculado es incorrecto. Mida la distancia perpendicular.
- Definición de deslizamiento cero: “Se movió un poco” no es un criterio. Defina un umbral de deslizamiento medible.
- Ignorar el tiempo de retardo del freno: en pruebas dinámicas, el par no es inmediato. Separe el retardo del comando de la ventana de desaceleración efectiva.
- Inercia incorrecta: si J se estima mal, el par calculado no tiene sentido. Mida la inercia o valide con desaceleración en free-run.
- Sin contexto de temperatura: los números de par en frío raramente predicen el comportamiento en alta carga.
Si desea, podemos ayudarle a elegir el método de prueba adecuado para su modelo de freno y aplicación
Si nos proporciona el modelo de su freno (por ejemplo, YWZ13 / SH), ubicación de montaje (cabrestante, carro, desplazamiento de puente), velocidad objetivo, inercia estimada y ciclo de trabajo, podemos sugerir un plan práctico de prueba de par (estática dinámica) y la instrumentación necesaria para obtener resultados defendibles.
[Marcador de enlace interno] Contacte a nuestro equipo de ingeniería para una recomendación de prueba de par basada en la aplicación.