Cómo funcionan los frenos de aire

Galería de imágenes: Frenos ¿Crees que podrías mover a uno de estos chicos malos en un apuro? Vea más fotos de frenos. Imágenes de Greg Pease / Getty

Imagínese que es su primera semana en el trabajo como estibador en una empresa de camiones en ruinas. Todos corren tratando de terminar de cargar el último palé de carga en la parte trasera de un enorme camión con remolque con destino a la costa opuesta. De repente, uno de los capataces le dice que mueva uno de los camiones fuera del camino para que otro conductor pueda retroceder hasta el muelle de carga. Suponiendo que sepa cómo conducir un vehículo de este tipo, el capataz sigue adelante, pero usted hace una pausa, porque no.

Tratando de complacer a los superiores e ignorar el hecho de que no tiene una licencia de conducir de camión, se sube a la cabina, cierra la puerta y gira la llave. Antes de que arranque el motor diésel, te sorprenderá un zumbador que te adormecerá la mente y una luz intermitente en el tablero. Enciendes el motor, pero el timbre y la luz siguen llamando tu atención.

Ya ha conducido una palanca de cambios antes, así que cree que lo tiene cubierto. A pesar de la sobrecarga sensorial, presiona el embrague, agarra lo que cree que es la marcha baja y suelta el embrague. En lugar de dar bandazos hacia adelante como esperabas, te recibe con un golpe violento, el motor se apaga y casi te tiran por el parabrisas..

Reinicia el motor, imaginando que puso el camión en la marcha incorrecta y selecciona la que cree que es la correcta. Aún así, el timbre y la luz causan estragos dentro de la cabina. Quizás el freno de emergencia todavía esté puesto. No ve ninguna manija o palanca de freno que normalmente vería en un automóvil, por lo que decide simplemente soltar el embrague y darle otra oportunidad.

Para su vergüenza, sucede lo mismo. Por el rabillo del ojo ves al mismo capataz gritándote desde el muelle de carga. Frustrado, saltas de la cabina y levantas las manos desconcertado mientras el supervisor ceñudo corre hacia ti..

Bienvenido al mundo de los frenos de aire. En este artículo, aprenderá cómo funcionan los frenos de aire y sus componentes, cómo mantener un sistema de frenos de aire y por qué no puede mover ese camión. A continuación, veamos cómo George Westinghouse te metió en esta situación..

Contenido

1. George Westinghouse y la historia de los frenos de aire
2. Entender los frenos
3. Componentes de frenos de aire en camiones y autobuses
4. Frenos de aire: mantenimiento preventivo
5. Diagrama de frenos de aire

El aire está en todas partes. El fluido hidráulico no lo es. Los trenes, autobuses y tractocamiones utilizan sistemas de frenos de aire para que no tengan que depender del líquido hidráulico en los sistemas de frenos de los automóviles, que pueden agotarse en caso de una fuga. Todos estos tipos de transporte están abrumados por cargas pesadas de pasajeros o carga, por lo que la seguridad es de suma importancia. Una locomotora a alta velocidad que dependía de frenos hidráulicos se convertiría en una bala de acero mortal si el sistema de frenos rompiera repentinamente una fuga.

Antes de los frenos de aire, los trenes usaban un sistema de frenos primitivo que requería que un operador, o guardafrenos, en cada vagón aplicara un freno de mano a la señal del director o ingeniero del tren. Este ineficiente sistema manual fue reemplazado por sistemas de frenos de aire directos, que usaba un compresor de aire para alimentar aire a través de un tubo de freno a los tanques de aire de cada automóvil. Cuando el ingeniero aplicó estos frenos, la tubería se llenó de aire y apretó los frenos..

En 1869, un ingeniero llamado George Westinghouse se dio cuenta de la importancia de la seguridad en la industria ferroviaria relativamente nueva e inventó el primer triple válvula sistema de frenos de aire para uso en vagones. El sistema de Westinghouse funcionaba de manera opuesta a un sistema de frenos de aire directo. El sistema de triple válvula realizaba tres funciones, de ahí su nombre. Echemos un vistazo a esas funciones..

1. Cargando: El sistema debe estar presurizado con aire antes de que se suelten los frenos. En reposo, los frenos permanecen accionados. Una vez que el sistema alcanza su presión de funcionamiento, los frenos se liberan y están listos para usar.
2. Aplicando: A medida que se aplican los frenos, la presión del aire disminuye. A medida que disminuye la cantidad de aire, la válvula permite que el aire regrese a los tanques de reserva, mientras que los frenos se mueven a la posición aplicada..
3. Liberar: Una vez que se aplican los frenos y el aire se escapa después de frenar, el aumento de presión libera los frenos.

En lugar de usar la fuerza o el aire dirigido para aplicar los frenos de manera muy similar al fluido hidráulico en nuestros autos, el sistema de triple válvula llena un tanque de suministro y usa presión de aire para liberar los frenos. En otras palabras, los frenos en un sistema de triple válvula permanecen completamente acoplados hasta que se bombea aire por todo el sistema. Bastante ingenioso, considerando que si este tipo de sistema tuviera una pérdida total de aire, los frenos se activarían y detendrían el tren. Piense en eso cuando esté bajando por la autopista y pise el pedal del freno. Si el líquido de frenos de su automóvil se filtrara, sus frenos no funcionarían.

El sistema de triple válvula es el concepto básico que funciona en los sistemas de frenos de aire de hoy en día en trenes, autobuses y tractocamiones. Cambiemos de marcha y aprendamos cómo funcionan los frenos de aire en vehículos de carretera en la siguiente sección

El tren fuera de control podría haberse evitado

El 27 de junio de 1988, un tren de cercanías se estrelló contra un tren parado en la estación Gare de Lyon en París, Francia, matando a 56 personas e hiriendo a 32 más [fuente: AP, National Geographic]. El desastre se produjo después de que una serie de errores dejaran al tren con una capacidad de frenado muy reducida. Después de que un pasajero tiró inadvertidamente el freno de emergencia al salir, el conductor cerró una válvula de freno, pensando que el sistema tenía un bloqueo de aire. Después de liberar el aire del sistema, el tren rodaba libremente, pero los vagones restantes que tenían un sistema cargado no tenían suficiente potencia de frenado. Presa del pánico, el conductor no activó el sistema de frenado eléctrico de emergencia y el tren chocó con un tren en reposo en la estación. Si no hubiera sido por un conductor valiente en el tren parado que se quedó hasta la colisión, ayudando en la evacuación de pasajeros, el número de muertos habría sido mucho mayor [fuente: AP, National Geographic]

Antes de aprender sobre los frenos de aire en los vehículos de carretera, veamos cómo funcionan los frenos de su automóvil. Cualquiera que haya conducido un automóvil sabe que cuando presiona el pedal del freno hacia el piso, el automóvil disminuye la velocidad y finalmente se detiene. Pero, ¿cómo diablos puede nuestro pie detener un automóvil de 3.000 libras (1.361 kg) que viaja por la carretera a altas velocidades??

Para empezar, analicemos los diferentes tipos de frenos y luego podemos explorar los diferentes componentes. Todos los vehículos rodantes, incluidos trenes, camiones con remolque, autobuses y automóviles contienen uno de dos tipos de sistemas. Hidráulico frenos, que se encuentran en camiones livianos y automóviles de pasajeros, usan líquido hidráulico o aceite para operar sus frenos. Los frenos de aire, que analizaremos en la siguiente sección, usan aire para operar sus frenos. Veamos las diferencias.

En un sistema hidráulico, el líquido se almacena en un depósito comúnmente conocido como cilindro maestro. Cuando presiona el pedal del freno, el líquido se bombea a través de las mangueras o líneas de freno hacia los pistones montados en cada rueda. Estos pistones de freno empujan contra dos Zapatas de freno, que se expanden y causan fricción dentro de un tambor del freno, o contra un pastilla de freno, que toma medidas drásticas en un rotor del freno. A continuación se muestran los componentes de un sistema de freno de disco hidráulico.

• Depósito de freno: Contiene líquido de frenos hidráulico
• Cilindro maestro: Dispositivo que bombea el líquido del depósito a las líneas de freno que recorren todo el vehículo.
• Líneas de freno: Mangueras trenzadas de caucho o acero que van desde el cilindro maestro hasta cada pinza de freno
• Pinza de freno: Una carcasa de acero que se monta en un punto fijo del rotor del freno que contiene un pistón y pastillas de freno
• Pistón de freno: Una varilla redonda que se extiende y empuja contra una pastilla de freno cuando se alimenta fluido hidráulico desde el cilindro maestro
• Pastilla de freno: Una almohadilla de respaldo de metal con una capa semimetálica que sujeta el rotor de acero
• Rotor del freno: Un disco de acero montado en cada rueda y buje que las almohadillas sujetan para evitar que las ruedas giren

[fuente: frenos]

A continuación, se muestra cómo encajan algunas de las piezas dentro de un freno de disco.

Antes de los frenos de disco, los automóviles dependían de los frenos de tambor. La mecánica principal era la misma, pero los frenos de tambor usaban zapatas de freno colocadas dentro de un tambor que estaba montado en el cubo, en lugar de un rotor. Los frenos de disco aumentan la potencia de frenado, ya que se enfrían más fácilmente y tienen más superficie para agarrar. Además, el polvo de los frenos, que se forma a medida que se desgastan las pastillas de freno y reduce la capacidad de frenado, se ventila más fácilmente con los frenos de disco que con los de tambor. Para obtener más información sobre frenos de disco y frenos de tambor, lea Cómo funcionan los frenos de disco y Cómo funcionan los frenos de tambor.

Ahora que entendemos los fundamentos de los frenos en trenes y automóviles, hablemos de las grandes plataformas y los autobuses..

Diagrama de los componentes del freno de aire

Fundación Los frenos son los sistemas de frenos de aire más comunes que se encuentran en camiones y autobuses y funcionan de la misma manera que en los vagones. Usando el principio de triple válvula, el aire se acumula dentro de los tubos de freno o las líneas de aire, liberando los frenos. Prácticamente todos los vehículos de carretera equipados con frenos de aire tienen un sistema de liberación gradual donde un aumento parcial de la presión dicta una liberación proporcional de los frenos.

Los siguientes componentes son exclusivos de un sistema de frenos de aire de base en un camión o autobús:

• Compresor de aire: Bombea el aire a los tanques de almacenamiento para utilizarlo en el sistema de frenos
• Gobernador del compresor de aire: Controla el punto de activación y desactivación del compresor de aire para mantener una cantidad determinada de aire en el tanque o tanques.
• Tanques de reserva de aire: Mantenga aire comprimido o presurizado para ser utilizado por el sistema de frenado
• Válvulas de drenaje: Válvulas de liberación en los tanques de aire que se usan para drenar el aire cuando el vehículo no está en uso.
• Válvula de pie (pedal de freno): Cuando se presiona, se libera aire de los tanques de reserva
• Cámaras de freno: Recipiente cilíndrico que alberga un ajustador de tensión que mueve un diafragma o mecanismo de leva
• Varilla de empuje: Una varilla de acero similar a un pistón que conecta la cámara del freno al ajustador de tensión. Cuando se presiona, se sueltan los frenos. Si está extendido, los frenos se aplican.
• Ajustadores de holgura: Un brazo conecta la varilla de empuje a la leva en S del freno para ajustar la distancia entre las zapatas de freno
• Freno S-cam: Una leva en forma de S que separa las zapatas de freno y las empuja contra el tambor de freno
• Pastillas de frenos: Mecanismo de acero con un revestimiento que provoca fricción contra el tambor de freno
• Resorte de retorno: Un resorte rígido conectado a cada una de las zapatas de freno que devuelve las zapatas a la posición abierta cuando no está extendido por la leva en S o el diafragma.

En ralentí (quitar el pie del freno y el sistema de aire del vehículo cargado), la presión de aire supera el diafragma o la leva en S está en la posición cerrada, lo que da como resultado un sistema de frenos liberado. Tan pronto como presiona el pedal del freno, la presión del aire disminuye, girando la leva en S y extendiendo las zapatas de freno contra el tambor. El compresor rellena los tanques de reserva y cuando permite que el pedal se retraiga, la presión de aire aumenta de nuevo al estado original..

Emergencia frenos de aire complementan los sistemas estándar de frenos de aire y se pueden activar presionando un botón en el tablero (cerca del que tiene la luz que vimos en la introducción). Antes de poder conducir un vehículo con frenos de aire, debe presionar el botón del freno de emergencia para llenar el sistema con aire. Mientras el sistema de emergencia esté presurizado, el freno de emergencia permanecerá libre. Si el sistema tiene una fuga, la presión puede disminuir lo suficiente como para activar el freno de emergencia. Además, los camiones pesados ​​suelen estar equipados con freno de escape que ayuda al proceso de frenado, pero esto depende del motor, no del sistema de frenos de aire.

Hemos aprendido cómo funcionan los frenos de aire. Ahora veamos cómo el mantenimiento puede prevenir fallas en los frenos en la siguiente sección..

Qué es ese sonido?

¿Alguna vez te has preguntado por qué los camiones y autobuses emiten esos divertidos chirridos y silbidos? El chirrido es el aire que se escapa después de frenar y el sonido ppssss es el automático válvulas de seguridad de bypass en el trabajo, asegurándose de que la presión del aire se mantenga en el nivel correcto. Dado que una de las principales ventajas de los sistemas de frenos de aire es su capacidad para utilizar aire para funcionar, el compresor se activa y desactiva constantemente para rellenar los depósitos con aire presurizado. Cuando el compresor acumula demasiado aire, las válvulas se abren y producen ese fuerte silbido..

Un mantenimiento deficiente de los frenos de aire puede provocar accidentes. Andy Sacks / Getty Images

Todos los estados de EE. UU. Tienen pautas específicas para operar un vehículo con frenos de aire. Las pruebas para obtener una licencia de conducir comercial son exigentes, al igual que los pasos para mantener dicho vehículo. Estos son algunos pasos que querrá seguir antes de salir a la carretera:

• Asegúrese de que la presión mínima de funcionamiento para los sistemas de frenos de aire de un vehículo no sea inferior a 85 psi (libras por pulgada cuadrada) para un autobús y 100 psi para un camión..
• Compruebe que la presión del aire no tarda más de dos minutos en subir de 85 psi a 100 psi a 600 a 900 rpm. (Esto se llama tasa de acumulación de presión de aire.)
• Confirme que la presión reguladora de corte correcta para el compresor de aire esté entre 120 psi y 135 psi. La presión de corte es de 20 psi a 25 psi por debajo de la presión de corte.

También querrá estar atento a la presencia de agua en el sistema de frenos de aire, un subproducto del aire condensado. A las líneas de frenos de aire no les gusta el agua, especialmente en climas más fríos donde el hielo puede bloquear el aire para que no llegue al mecanismo de freno y hacer que la rueda se bloquee. Para evitar este problema, muchos de los sistemas modernos tienen válvulas de drenaje automáticas instaladas en cada tanque de aire..

Los acopladores de aire también pueden representar un problema. Los sellos de goma gastados harán que escape el aire. Si bien el compresor puede superar una pequeña fuga, hacer funcionar los compresores con demasiada fuerza puede provocar fallas. Nuevamente, como hemos aprendido, la pérdida de aire no es necesariamente algo malo, pero significará que está atascado. Para los conductores de camiones, quedarse varado en medio de un paso de montaña probablemente no esté en el itinerario.

La sensibilidad de los frenos, otro subproducto de los frenos de aire, puede provocar accidentes, especialmente para los conductores sin experiencia. Los sistemas de frenos de aire están diseñados para funcionar en vehículos que transportan cargas pesadas. ¿Alguna vez se ha preguntado de dónde vienen todas esas marcas de doble derrape en la autopista? Eso es producto de remolques ligeros o vacíos que bloquean sus ruedas traseras. Probablemente, el peor temor para un camionero es nadar. Nunca es bueno que la parte trasera del remolque se acerque a la cabina. Los camiones que viajan bajo la lluvia y la nieve pueden romperse fácilmente si se aplica demasiado freno.

La mayoría de los vehículos modernos con frenos de aire usan un sistema dual. En esencia, estos vehículos equipados tienen dos sistemas en caso de que uno falle. Los frenos antibloqueo ahora se pueden encontrar en camiones con remolque y funcionan de la misma manera que los sistemas ABS que se encuentran en los automóviles de pasajeros..

Básicamente, los frenos de aire son eficientes y fiables. Sin embargo, no contenga la respiración si espera encontrarlos en su automóvil pronto. Los sistemas de frenos de aire ocupan demasiado espacio y atención para ser considerados prácticos en los automóviles. Basta con mirar un camión Peterbilt mientras se pasea por la interestatal. ¿Has visto los grandes tanques escondidos detrás de los tanques de combustible? Intenta encontrar un lugar para los que están bajo el capó de un Honda Civic.

Si desea obtener más información sobre los frenos de aire y leer algunos artículos relacionados, explore los enlaces en la página siguiente..

Un mantenimiento deficiente conduce a un camión fuera de control

El 25 de abril de 1996, un camión de cemento Mack de 1988 chocó con un pequeño sedán Subaru en Plymouth Meeting, Pensilvania. Cuando el conductor del camión de cemento se acercaba a una intersección al final de una rampa de salida cuesta abajo, sus frenos fallaron y el camión chocó contra la intersección, golpeando al Subaru y matando a su conductor. La Junta Nacional de Seguridad en el Transporte investigó el incidente y encontró varios problemas con el camión, en particular líneas de freno invertidas y una falla del sistema secundario. Esos dos problemas dejaron al camión con solo un estimado del 17 al 21 por ciento de su capacidad total de frenado. Desafortunadamente, el conductor no tenía idea de que tenía una falla en los frenos. Un mal mantenimiento resultó en una muerte sin sentido que podría haberse evitado. [fuente: NTSB]

Componentes del freno de aire

Ahora juntemos las partes para ver cómo funcionan los frenos de aire en su conjunto. Este diagrama proporciona una vista de cerca y un ejemplo de dónde se encuentran los frenos en su vehículo..

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Más enlaces geniales

• La Junta Nacional de Seguridad en el Transporte de EE. UU.
• El Departamento de Transporte de los Estados Unidos (DOT)

Fuentes

• Associated Press. "Otro accidente de tren mortal parisino". Los New York Times. 7 de agosto de 1988. (20 de mayo de 2008) http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=940DEFDA1638F934A3575BC0A96E948260
• Departamento de Vehículos Motorizados de California. "Manual para conductores comerciales de California, sección 5: Frenos de aire". 1 de enero de 2006. (21 de mayo de 2008) http://www.dmv.ca.gov/pubs/cdl_htm/sec5_a.htm
• Carly, Larry. "Freno (dispositivo)". MSN Encarta. 2008. (17 de mayo de 2008) http://encarta.msn.com/text_761555435___3/Brake_(device).html
• Libro de texto electrónico CDX Online. "Sistemas de frenado". (24 de mayo de 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brakes.html
• Libro de texto electrónico CDX Online. "Frenos de escape". (24 de mayo de 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brake/systems/exhaustbrake.html
• Connor, Piers R. Railroad.net. "Frenos de aire." (18 de mayo de 2008) http://www.railroad.net/articles/railfanning/airbrakes/index.php
• Canal de National Geographic. "Segundos del desastre; tren fugitivo". (21 de mayo de 2008) http://channel.nationalgeographic.com/series/seconds-from-disaster/2389/Overview
• Junta de Seguridad de Transportación Nacional. "Informe de accidente de carretera PB97-916202". 17 de octubre de 1997. (19 de mayo de 2008) http://ntl.bts.gov/lib/9000/9700/9762/HAR9702S.pdf
• Museo del Ferrocarril de San Diego. "Descripción e historia del freno de aire del tren". (18 de mayo de 2008) http://www.sdrm.org/faqs/brakes.html
• Thomson, Clive. Suscriptor canadiense. "Poner los frenos en caso de falla del freno de aire". Mayo de 2007. (20 de mayo de 2008) http://www.canadianunderwriter.ca/Issues/ISarticle.asp?id=187245&story_id=25097143856&issue=05012007&PC=