Un freno de aire o, más formalmente, un sistema de frenos de aire comprimido , es un tipo de freno de fricción para vehículos en el que se utiliza aire comprimido presionando un pistón para liberar los frenos de estacionamiento/emergencia para mover el vehículo y también para aplicar presión a las pastillas o zapatas de freno para reducir la velocidad y detener el vehículo. Los frenos de aire se utilizan en vehículos pesados grandes, particularmente aquellos que tienen múltiples remolques que deben estar conectados al sistema de frenos, como camiones , autobuses , remolques y semirremolques , además de su uso en trenes de ferrocarril . George Westinghouse desarrolló por primera vez frenos de aire para su uso en el servicio ferroviario . [1] Patentó un freno de aire más seguro el 5 de marzo de 1872. [2] [3] Westinghouse realizó numerosas modificaciones para mejorar su invención del freno de aire comprimido, lo que condujo a varias formas de freno automático. A principios del siglo XX, tras comprobarse sus ventajas en el uso ferroviario, fue adoptado por fabricantes de camiones y vehículos pesados de carretera .
Los frenos de aire se utilizan normalmente en camiones pesados y autobuses. La presión de funcionamiento típica es de aproximadamente 100 a 120 psi o 690 a 830 kPa o 6,9 a 8,3 bar. Un sistema de frenos de aire comprimido se divide en un sistema de suministro y un sistema de control .
El sistema de suministro comprime, almacena y suministra aire a alta presión al sistema de control, así como a sistemas auxiliares neumáticos adicionales del camión (control de cambio de caja de cambios, servo de asistencia neumática del pedal del embrague , etc.). El compresor de aire extrae aire filtrado de la atmósfera y lo comprime, almacenándolo en depósitos de alta presión. [4] La mayoría de los vehículos pesados tienen un medidor a la vista del conductor, que indica la disponibilidad de presión de aire para una operación segura del vehículo, y que a menudo incluye tonos o luces de advertencia. También es común un "movimiento de peluca" mecánico que cae automáticamente al campo de visión del conductor cuando la presión cae por debajo de cierto punto.
El sistema de control consta de frenos de servicio, frenos de estacionamiento, un pedal de control y un tanque de almacenamiento de aire. Si el vehículo arrastra un remolque, a menudo tiene un sistema de frenos de remolque independiente que recibe aire comprimido del sistema de suministro.
Los frenos de estacionamiento utilizan una disposición de disco o tambor que está diseñada para mantenerse en la posición "aplicada" mediante la presión del resorte. Se debe producir presión de aire para liberar estos frenos de estacionamiento con "freno de resorte". Al activar el freno de estacionamiento/emergencia se libera el aire presurizado en las líneas entre el tanque de almacenamiento de aire comprimido y los frenos, permitiendo así que se active el freno de estacionamiento accionado por resorte. Una pérdida repentina de presión de aire provocaría inmediatamente la presión total del freno de resorte.
Los frenos de servicio se utilizan mientras se conduce para reducir la velocidad o detener el vehículo. Cuando se presiona el pedal del freno para aplicar los frenos de servicio, el aire se dirige bajo presión desde un depósito de suministro a la cámara del freno de servicio, lo que hace que se active el freno. Cuando se suelta el pedal, un resorte de retorno en la cámara del freno lo desactiva y el aire comprimido sale a la atmósfera. [4] La mayoría de los tipos de frenos de aire para camiones son frenos de tambor, aunque hay una tendencia creciente hacia el uso de frenos de disco.
El compresor de aire (1) es accionado por el motor mediante la polea del cigüeñal mediante una correa o directamente desde los engranajes de distribución del motor. Normalmente, es lubricado y enfriado por los sistemas de lubricación y enfriamiento del motor, pero algunos sistemas utilizan compresores autolubricados y/o compresores enfriados por aire. La presión del sistema es regulada por un gobernador entre un valor mínimo y máximo; [5] el gobernador descarga el compresor cuando se ha alcanzado la presión máxima del sistema y carga el compresor cuando cae por debajo de su punto de ajuste mínimo. [4] [6]
Cuando se carga el compresor, el aire comprimido primero se dirige a través de un serpentín de enfriamiento hacia un secador de aire (3) que elimina la humedad y las impurezas del aceite y también puede incluir un regulador de presión (2), una válvula de seguridad y un depósito de purga más pequeño (4). Como alternativa al secador de aire, el sistema de suministro puede equiparse con un dispositivo anticongelante y un separador de aceite.
Luego, el aire comprimido se almacena en un depósito de suministro (6); El depósito de suministro, que está físicamente más cerca del compresor, también se denomina tanque húmedo porque aquí se acumula la mayor parte del aceite y el agua del compresor. Un segundo depósito aguas abajo se llama depósito de servicio y constituye la fuente principal para la operación de los frenos. [7] Los depósitos de suministro y servicio están dimensionados para permitir varias aplicaciones del freno de servicio si el compresor falla o el motor se detiene. [4] Desde el depósito de servicio, el aire comprimido se distribuye a través de una válvula de protección de cuatro vías (5) al depósito primario (depósito del freno trasero) y al depósito secundario (depósito del freno delantero/remolque), un depósito del freno de estacionamiento. y un punto de distribución de suministro de aire auxiliar.
El sistema de suministro también incluye varias válvulas de retención , [8] limitadoras de presión , de drenaje y de seguridad . [9]
El sistema de control se divide además en dos circuitos de freno de servicio , el circuito de freno de estacionamiento y el circuito de freno de remolque .
Los circuitos de frenos de servicio dual se dividen a su vez en circuitos de ruedas delanteras y traseras que reciben aire comprimido de sus depósitos de suministro individuales para mayor seguridad en caso de una fuga de aire. Los frenos de servicio se aplican mediante una válvula de aire del pedal del freno (9) que regula ambos circuitos. Al pisar el pedal del freno se permite que el aire comprimido almacenado en los respectivos depósitos de suministro entre en cada cámara de freno de servicio (10) y (12), lo que provoca que se activen los frenos de servicio. Al soltar el pedal del freno se desconectan los depósitos de suministro; un resorte de retorno del freno fuerza a los frenos de servicio a soltarse y el aire comprimido que se usó para accionar los frenos de servicio se libera a la atmósfera. La aplicación repetida de los frenos de servicio agotará la presión del depósito de aire, lo que provocará que el gobernador cargue el compresor nuevamente. [4] [6]
Las válvulas de relé se utilizan para mejorar la respuesta de los frenos con líneas largas. Colocar las líneas de los frenos de servicio traseros y del remolque a través de la válvula de aire del pedal del freno podría resultar en un accionamiento inaceptablemente lento, por lo que estos frenos están conectados directamente al depósito de servicio a través de una válvula de relé local (11) y la línea de la válvula de aire del pedal del freno. se utiliza para accionar la válvula de relé en lugar de los frenos de servicio. [10] De manera similar, las válvulas de liberación rápida están ubicadas cerca de sus respectivos frenos y permiten que el aire se escape más rápidamente cuando se sueltan los frenos. [11]
El freno de estacionamiento es del tipo de freno de resorte operado por aire donde el freno se aplica mediante la fuerza del resorte en el cilindro del freno de resorte (12) y se libera mediante aire comprimido a través de una válvula de control manual (7).
El freno del remolque consta de un sistema directo de dos líneas: la línea de suministro y la línea de control o servicio separada. La línea de suministro recibe aire del tanque de aire del freno de estacionamiento del motor primario a través de una válvula de relé del freno de estacionamiento y la línea de control se regula a través de la válvula de relé del freno de remolque. Las señales de funcionamiento del relé las proporcionan la válvula de aire del pedal del freno del motor primario, el control manual del freno de servicio del remolque (sujeto a la legislación local sobre vehículos pesados) y el control manual del freno de estacionamiento del motor primario.
Los sistemas de frenos de aire pueden incluir un dispositivo de movimiento de peluca que se despliega para advertir al conductor si la presión de aire del sistema cae demasiado.
Este dispositivo deja ver un brazo mecánico cuando la presión en el sistema cae por debajo del umbral de presión suficiente para desplegar los frenos de manera confiable. [12]
Un movimiento automático de peluca desaparecerá de la vista cuando la presión en el sistema supere el umbral. El tipo de reinicio manual debe colocarse manualmente en la posición fuera de la vista. Ninguno de los dos permanecerá en su lugar a menos que la presión en el sistema esté por encima del umbral. La foto de la izquierda muestra un movimiento manual de peluca que el operador gira hacia la derecha fuera de la vista cuando la presión del aire está por encima del umbral donde permanecerá mientras la presión sea suficiente.
La mayoría de los manuales de licencias de conducir comerciales estatales de EE. UU ., publicados por los Departamentos de Vehículos Motorizados o equivalentes de los estados, describen este término. [13]
Los frenos de aire se utilizan como alternativa a los frenos hidráulicos que se utilizan en vehículos más ligeros, como los automóviles. Los frenos hidráulicos utilizan un líquido ( fluido hidráulico ) para transferir la presión del pedal del freno a la zapata del freno para detener el vehículo. Los frenos de aire se utilizan en vehículos comerciales pesados debido a su fiabilidad. Tienen varias ventajas para los vehículos grandes con remolques múltiples: [14]
Aunque los frenos de aire se consideran el sistema de frenado superior para vehículos pesados (peso bruto ~12 toneladas a 15 toneladas) que sobrecargarían los frenos hidráulicos, también tienen las siguientes desventajas en comparación con los sistemas de frenado hidráulicos:
