Cómo Funcionan Los Frenos De Aire, Mantenimiento Preventivo

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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 pudo mover ese camión. A continuación, veamos cómo George Westinghouse te metió en esta situación.

los frenos de aire

George Westinghouse y la historia del freno de aire

El aire está en todas partes. El fluido hidráulico no. Los trenes, autobuses y tracto camiones utilizan sistemas de frenos de aire para no tener que depender del líquido hidráulico de los sistemas de frenado de los automóviles, que puede agotarse en caso de fuga. Todos estos tipos de transporte están cargados con cargas pesadas de pasajeros o de carga, por lo que la seguridad es de suma importancia.

Una locomotora de alta velocidad que dependía de los frenos hidráulicos se convertiría en una bala de acero mortal si el sistema de frenos de repente tuviera una fuga. Antes de los frenos de aire, los trenes utilizaban un sistema de frenos primitivo que requería que un operador, o el encargado de los frenos, aplicara un freno de mano a la señal del director del tren o del ingeniero.

Este ineficiente sistema manual fue reemplazado por sistemas de frenos de aire directo, que utilizaban un compresor de aire para introducir aire a través de un tubo de freno en los tanques de aire de cada vagón. Cuando el ingeniero aplicó estos frenos, la tubería se llenó de aire y apretó los frenos.

Funciones del freno neumático de 3 válvulas

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

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El sistema debe estar presurizado con aire antes de que los frenos se suelten. En reposo, los frenos permanecen accionados. Una vez que el sistema alcanza su presión de funcionamiento, los frenos se liberan y están listos para su uso.

Aplicando

A medida que se accionan los frenos, la presión de aire disminuye. A medida que la cantidad de aire disminuye, la válvula permite que el aire regrese a los tanques del depósito, mientras que los frenos se mueven a la posición aplicada.

Soltando

Una vez que se accionan los frenos y el aire se escapa después de frenar, el aumento de presión libera los frenos.

En lugar de utilizar la fuerza o el aire dirigido para aplicar los frenos de manera similar al líquido hidráulico de nuestros automóviles, el sistema de tres válvulas llena un tanque de suministro y utiliza la presión del aire para liberar los frenos. En otras palabras, los frenos de un sistema de tres válvulas permanecen completamente engranados hasta que el aire es bombeado a través del sistema.

Bastante ingenioso, considerando que si este tipo de sistema tuviera una pérdida total de aire, los frenos se activarían y detendrían el tren. Piensa en ello cuando estés acercándote por la autopista y golpees el pedal del freno. Si el líquido de frenos de su auto se escapara, sus frenos no funcionarían.

El sistema de tres válvulas es el concepto básico que se utiliza en los sistemas actuales de frenos de aire en trenes, autobuses y tracto camiones. Cambiemos de marcha y aprendamos cómo funcionan los frenos de aire en los vehículos de carretera en la siguiente sección

Se podría haber evitado un tren desbocado

El 27 de junio de 1988, un tren de cercanías chocó contra un tren estacionado en la estación Gare de Lyon en París, Francia, matando a 56 personas e hiriendo a otras 32. El desastre ocurrió después de que una serie de errores dejaron el tren con una capacidad de frenado muy reducida. Después de que un pasajero tirara inadvertidamente del 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 para detenerse. En un momento de pánico, el conductor no pudo activar el sistema de frenado eléctrico de emergencia y el tren chocó con un tren en reposo en la estación. Si no fuera por un conductor valiente en el tren parado que se quedó hasta la colisión, ayudando en la evacuación de los pasajeros, el número de muertos habría sido mucho más alto.

Comprensión de los frenos

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Antes de que aprendamos sobre los frenos de aire en los vehículos de carretera, veamos cómo funcionan los frenos en su automóvil. Cualquiera que haya conducido un coche sabe que cuando él o ella presiona el pedal del freno hacia el suelo, el coche se ralentiza y finalmente se detiene. Pero, ¿cómo puede nuestro pie detener a un coche de 3.000 libras (1.361 kg) que viaja por la carretera a alta velocidad?

Tipos de sistemas de frenos

Para empezar, hablemos de los diferentes tipos de frenos y luego podemos explorar los diferentes componentes. Cada vehículo rodante, incluyendo trenes, tracto camiones, autobuses y automóviles, contiene uno de dos tipos de sistemas:

  • Los frenos hidráulicos, que se encuentran en camiones ligeros y automóviles de pasajeros, utilizan líquido o aceite hidráulico para accionar los frenos.
  • Los frenos de aire, que se descompondrán en la siguiente sección, utilizan aire para accionar sus frenos.

Diferencias entre frenos de aire y frenos hidráulicos

Veamos las diferencias:

En un sistema hidráulico, el fluido se almacena en un depósito comúnmente conocido como cilindro maestro. Al pisar el pedal de freno, el líquido se bombea a través de las mangueras o líneas de freno a 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 de freno, o contra una pastilla de freno, que se sujeta en un rotor de freno. A continuación se muestran los componentes de un sistema de frenos de disco hidráulico:

Depósito de freno: Contiene líquido de frenos hidráulico

Cilindro maestro: Dispositivo que bombea el líquido del depósito a los conductos de los frenos que circulan por todo el vehículo.

Líneas de freno: Mangueras trenzadas de goma 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 el fluido hidráulico es alimentado desde el cilindro maestro.

Pastillas de freno: Un plato de apoyo metálico con una capa semimetálica que agarra el rotor de acero.

Rotor de freno: Un disco de acero montado en cada rueda y cubo que las almohadillas agarran para evitar que las ruedas giren.

He aquí un ejemplo de cómo algunas de las piezas encajan dentro de un freno de disco. Antes de los frenos de disco, los coches confiaban en los frenos de tambor. La mecánica principal era la misma, pero los frenos de tambor utilizaban zapatas de freno colocadas dentro de un tambor que estaba montado en el buje, frente a un rotor.

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Los frenos de disco aumentan la potencia de frenado, ya que son más fáciles de enfriar y tienen más superficie que agarrar. Además, el polvo de los frenos, que se forma a medida que se desgastan las pastillas de freno y disminuye la capacidad de frenado, se expulsa más fácilmente con los frenos de disco que con los de tambor.

En un sistema de frenos de aire o Cimentación, 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 de ferrocarril. Utilizando el principio de triple válvula, el aire se acumula en el interior de las tuberías de los frenos o de los conductos de aire, soltando los frenos. Prácticamente todos los vehículos de carretera equipados con frenos de aire tienen un sistema de liberación gradual en el que 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 cimentación en un camión o autobús:

Compresor de aire: Bombea el aire a los tanques de almacenamiento para su uso en el sistema de frenos.

Regulador de compresor de aire: Controla el punto de entrada y salida del compresor de aire para mantener una cantidad fija de aire en el tanque o tanques.

Depósitos de aire: Mantener el aire comprimido o presurizado que va a utilizar el sistema de frenos.

Válvulas de drenaje: Válvulas de liberación en los tanques de aire utilizados para drenar el aire cuando el vehículo no está en uso.

Válvula de pie (pedal de freno): Cuando se presiona, el aire se libera de los tanques del depósito.

Cámaras de freno: Recipiente cilíndrico que aloja un ajustador de holgura que mueve un diafragma o mecanismo de leva.

Barra de empuje: Un vástago de acero similar a un pistón que conecta la cámara del freno con el ajustador de holgura. Cuando se presiona, los frenos se sueltan. Si está extendido, los frenos están accionados.

Ajustadores de holgura: Un brazo conecta la varilla de empuje con la leva s-cam del freno para ajustar la distancia entre las zapatas de freno.

Freno S-cam: Una leva en forma de s que empuja las zapatas de freno hacia fuera y contra el tambor de freno.

Zapata de freno: Mecanismo de acero con un revestimiento que causa fricción contra el tambor del 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 están extendidas por la leva en S o el diafragma.

En la marcha en vacío (el pie fuera del freno y el sistema de aire del vehículo cargado), la presión de aire supera al diafragma o la leva en S está en la posición cerrada, lo que resulta en un sistema de frenos liberado. Tan pronto como se pisa el pedal de freno, la presión de aire disminuye, girando la leva en S y esparciendo las zapatas de freno contra el tambor. El compresor rellena los tanques del depósito y cuando se permite que el pedal se retraiga, la presión de aire vuelve a aumentar a su estado original.

Los frenos de aire de emergencia complementan los sistemas de frenos de aire estándar y pueden activarse tirando de un botón en el salpicadero. Antes de poder conducir un vehículo con frenos de aire, debe presionar el botón de 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 a menudo están equipados con un freno de escape que ayuda al proceso de frenado, pero esto depende del motor, no del sistema de frenos de aire.

Mantenimiento preventivo de los frenos de aire

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¿Qué es ese sonido? ¿Alguna vez se ha preguntado por qué los camiones y autobuses hacen esos graciosos chirridos y silbidos? El chirrido es el aire que se escapa después de frenar y el sonido ppssss es la válvula de seguridad de derivación automática en funcionamiento, asegurando que la presión de aire se mantenga en el nivel correcto.

Dado que una de las principales ventajas de los sistemas de frenos de aire es su capacidad de utilizar el aire para funcionar, el compresor se enciende y se apaga constantemente para rellenar los depósitos con aire presurizado. Cuando el compresor acumula demasiado aire, las válvulas se abren, produciendo ese silbido tan fuerte.

Cada estado de los Estados Unidos tiene 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 usted querrá tomar antes de salir a la carretera:

  • Asegúrese de que la presión mínima de operación para los sistemas de frenos de aire de un vehículo no sea menor de 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 aumentar de 85 psi a 100 psi a 600 a 900 rpm. (Esto se denomina tasa de acumulación de presión de aire).
  • Confirme que la presión correcta del regulador de corte 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.

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

Los acopladores de aire también pueden ser un problema. Las juntas de goma desgastadas provocan la salida del aire. Mientras que el compresor puede superar una pequeña fuga, el funcionamiento demasiado duro de los compresores puede provocar una falla.

Una vez más, como hemos aprendido, la pérdida de aire no es necesariamente algo malo, pero significará que usted está atascado. Para los camioneros, el quedar varados 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 inexpertos. Los sistemas de frenos de aire están diseñados para trabajar en vehículos que transportan cargas pesadas. ¿Alguna vez te has preguntado de dónde vienen todas esas marcas de derrape dobles en la autopista?

Es un producto de remolques ligeros o vacíos que bloquean sus ruedas traseras. Probablemente el peor temor para un camionero es el de cortar a gatas. Nunca es bueno cuando la parte trasera del remolque se arrastra a lo largo de la cabina. Los camiones que viajan en la lluvia y la nieve pueden fácilmente cortar el gato si se aplica demasiado freno.

La mayoría de los vehículos modernos con frenos de aire utilizan un sistema dual. En esencia, estos vehículos equipados tienen dos sistemas en caso de que uno de ellos falle. Los frenos antibloqueo se pueden encontrar ahora en las plataformas de los tractores y remolques y funcionan de manera muy similar a los sistemas ABS que se encuentran en los automóviles de pasajeros.

Fundamentalmente hablando, los frenos de aire son eficientes y confiables. Sin embargo, no contenga la respiración si espera encontrarlos en su coche en un futuro cercano. Los sistemas de frenos de aire ocupan demasiado espacio y atención para ser considerados prácticos en los automóviles. Sólo mira un camión mientras camina por la interestatal. ¿Has visto los tanques grandes escondidos detrás de los tanques de combustible? Intenta encontrar un lugar para los que están bajo el capó de un Honda Civic.

El mantenimiento deficiente lleva a la fuga del camión

El 25 de abril de 1996, un camión de cemento Mack de 1988 chocó con un pequeño sedán Subarú en Plymouth Meeting, Pa. Cuando el conductor del camión de cemento se acercó a una intersección al final de una rampa de bajada, sus frenos fallaron y el camión entró en la intersección, golpeando al Subarú y matando a su conductor.

El Consejo 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. Estos dos problemas dejaron al camión con sólo un estimado de 17 a 21 por ciento de su capacidad total de frenado. Desafortunadamente, el conductor no tenía idea de que el freno había fallado. El mantenimiento deficiente resultó en una muerte sin sentido que podría haberse evitado.

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