Frenos de Aire. Funcionamiento, Ventajas y Componentes

Los frenos de aire es el sistema de frenado de vehículos más eficaz para vehículos grandes, generalmente usado para camiones y remolques. Tiene muchas ventajas que son aprovechadas en vehículos de carga, aunque no es tan eficaz en vehículos pequeños.

El vehículo en movimiento posee energía cinética, esta energía cinética aumenta a medida que aumenta la masa y la velocidad del vehículo. Para detener el coche tenemos que sacar la energía cinética de la ecuación, pero la energía no se puede destruir, siempre se conserva.

Entonces, la única forma de reducir la energía cinética es transferirla a otra forma de energía. La teoría de los frenos consiste en convertir la energía cinética de un vehículo en movimiento, en energía térmica (calor) utilizando la fricción.

Los vehículos de hoy en día utilizan principalmente un sistema de frenos hidráulicos para reducir la velocidad o detener el vehículo. Sin embargo, la primera pregunta que se viene a la mente es, si este sistema es eficaz para todo tipo de vehículos.

Es aquí donde muchos preguntan sobre el sistema de frenos de aire que se usa en camiones, y cómo funcionan para controlar el vehículo mientras se conduce. Averigüemos cómo funciona este sistema de frenos no solo para reducir la velocidad de un vehículo con exceso de velocidad, sino también para prevenir un accidente.

Frenos de Aire
Sistema de frenos de aire
Índice de contenidos

    ¿Qué es el sistema de frenos de aire?

    Los sistemas de frenos de aire se utilizan generalmente en vehículos comerciales pesados y camiones. Necesitan un esfuerzo de frenado mayor que el que puede aplicar el conductor solo con el pie.

    El conductor aplica la presión de aire comprimido para operar los frenos de aire en lugar de solo la presión del pie que actúa contra los diafragmas flexibles en la cámara del freno.

    Estos diafragmas se conectan a las varillas de freno que se conectan a las levas de funcionamiento del freno o levas "S" en las ruedas. A veces, los fabricantes también se refieren a este sistema de frenos como frenos de potencia.

    El funcionamiento del sistema de frenos de aire

    Una válvula operada con la mano o el pie controla estos diafragmas. Cuando el conductor aplica los frenos, la válvula de freno controla la operación de frenado, dirigiendo el flujo de aire desde un depósito contra los diafragmas en las cámaras de freno.

    Dirige el aire de las cámaras de freno a la atmósfera cuando el conductor suelta los frenos. El motor impulsa el compresor de aire que suministra aire comprimido al depósito cuando cae por debajo del valor establecido.

    Los sistemas de frenos de aire son muy potentes en comparación con los frenos mecánicos o hidráulicos ordinarios. Por lo tanto, los fabricantes los utilizan ampliamente en vehículos pesados.

    El varillaje del freno consiste principalmente en una tubería. Además de frenar, puede usar aire comprimido del depósito para inflar neumáticos, operar limpiaparabrisas, bocinas y muchos otros accesorios.

    Los frenos del automóvil son un componente tan importante como el motor. Si necesitas un motor potente para arrancar el coche y llevarlo al límite, también necesitas un freno potente para detenerlo.

    Un sistema de frenos de aire comprimido incluye un gas comprimido, que reemplaza el sistema hidráulico con aire comprimido. Aplica la presión necesaria al pistón del cilindro maestro, que presiona las pastillas de freno para detener o reducir la velocidad del vehículo.

    1. Motor y pedal de freno

    Cuando enciendes el motor del automóvil, el compresor del freno arrancará, ya que es impulsado directamente por el motor. Comienza a comprimir el aire atmosférico y, a través del regulador del compresor, el aire comprimido llega al depósito de aire, que tiene algo de aire almacenado desde la última vez.

    Ahora, cuando el conductor presiona el pedal del freno, la válvula de salida de la válvula del freno se cierra y la válvula de entrada se abre. Proporciona el paso necesario al aire comprimido desde el depósito para pasar a través de las líneas de freno del sistema.

    Es el primer paso para comprender el proceso de funcionamiento de los frenos de aire.

    2. El cilindro de freno

    A continuación, el aire comprimido que fluye a través de las líneas de freno se transfiere al cilindro de freno. El cilindro de freno contiene un pistón en su interior.

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    Cuando el aire comprimido aplica presión sobre el pistón dentro de la cámara del freno, el pistón se mueve desde su posición original. El movimiento convierte la energía neumática en energía mecánica.

    3. Las pastillas de freno

    Debido al movimiento del pistón por la presión del aire comprimido, el actuador mecánico se expande, lo que empuja las pastillas de freno hacia afuera para hacer contacto de fricción con las líneas del tambor giratorio.

    Con el contacto de fricción entre las pastillas de freno y las líneas de tambor giratorias, los frenos detienen o ralentizan el vehículo.

    Las presiones de funcionamiento más altas que son posibles con los frenos de aire comprimido permiten una reducción del tamaño de los componentes del sistema, acompañada de características de aplicación y liberación más rápidas.

    Los vehículos comerciales medianos y pesados ​​tienen una masa mayor que los automóviles con el sistema hidráulico, lo que conduce a un aumento de la energía cinética.

    Los frenos de camión pueden definirse como dispositivos mecánicos que retardan el movimiento del camión por fricción y, durante este proceso, la energía del movimiento se convierte en energía térmica. Los frenos del camión deben absorber y disipar este calor.

    Se requieren grandes fuerzas para detener un camión, especialmente a alta velocidad. A medida que aumenta el tamaño y el peso de los vehículos de carretera, la fuerza ejercida por el pie del conductor se vuelve insuficiente. Eso llevó al uso de aire comprimido como medio para el suministro de energía y como dispositivo de transmisión.

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    Aire comprimido

    La presión atmosférica normal que nos rodea es de aproximadamente 14,7 psi (101,28 kPa) dependiendo de la altitud, la humedad, la temperatura y otros factores.

    Cuando hablamos de aire comprimido, ignoramos la presión atmosférica de 14,7 psi (101,28 kPa) y consideramos que la atmósfera contiene aire libre sin presión (los manómetros de aire dan una lectura de cero cuando están conectados solo a la presión atmosférica).

    El aire en su estado libre o comprimido se puede comparar con un resorte helicoidal. Cuando el resorte helicoidal no está comprimido, no almacena energía. Del mismo modo, el aire en su estado atmosférico o libre no almacena energía.

    Cuando se comprime un resorte helicoidal, almacena energía y el aire comprimido también almacena una cantidad específica de energía.

    Las Ventajas del Sistema de Frenos de Aire

    • El aire es gratis. Como medio operativo, el aire no cuesta nada y siempre está disponible.
    • No tendrás problema de fugas. Las fugas muy pequeñas no son críticas, ya que el compresor suministra continuamente más presión de aire.
    • Sin caída de presión y transmisión de aire más rápida. Las líneas de los frenos de aire tienen un gran diámetro interior. Esto hace que las caídas de presión sean mínimas.
    • Fácil de conectar, con un amplio margen de compatibilidad.
    • La fuente de energía puede hacer funcionar varios equipos del vehículo (control de puertas, etc.).

    Instalación Básica de Frenos de Aire

    No existe una conexión directa en ningún sentido mecánico o hidráulico entre el pedal del freno y las cámaras del freno de las ruedas, aunque el conductor tiene un cierto grado de sensación relacionado con la presión de aire del sistema durante el frenado.

    El funcionamiento de un sistema básico de frenos de aire es tal, que cuando se pisa el pedal del freno, se abre una de las dos válvulas de control relacionadas, de modo que el aire a presión del depósito puede pasar a través de la válvula de control y entrar en cada cámara de accionamiento del freno, ubicadas en las ruedas.

    Aquí, el aire comprimido actúa contra un diafragma, y ​​su movimiento resultante se transmite a través de una varilla de empuje a la palanca operativa del árbol de levas de freno o la cuña de una unidad de expansión frenada, que fuerza las zapatas contra el tambor de freno.

    Cuando se suelta el pedal del freno, se cierra la válvula de control antes mencionada y se abre la otra, lo que permite que el aire a presión en las cámaras de freno se escape a la atmósfera y los resortes de retorno de la zapata liberen los frenos.

    El aire comprimido puede definirse como el aire que se fuerza a entrar en un espacio más pequeño del que ocuparía normalmente a su estado atmosférico libre. Si conectamos a los depósitos juntos, el aire fluye desde el depósito de alta presión al depósito de baja presión hasta que la presión se iguala en los dos depósitos.

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    Cuando se suministra aire comprimido en un lado de un pistón móvil o diafragma flexible en una cámara sellada, la presión del aire hace que el pistón o el diafragma flexible se mueva hasta que se suministre una fuerza igual al otro lado del pistón.

    Componentes de los frenos de aire

    Los sistemas típicos de frenos de aire constan de un compresor, un depósito, una válvula de freno y unidades de diafragma. La función del compresor de aire es comprimir el aire y enviarlo al depósito de aire para su almacenamiento.

    El depósito de aire almacena el aire comprimido en él para su uso posterior. La función de la válvula de descarga es liberar la presión de aire excesiva a la atmósfera.

    La válvula de freno funciona como una válvula de control y dirige el aire presurizado al diafragma respectivo para expandirlo. La función del diafragma es expandirse debido a la presión del aire comprimido y operar las zapatas de leva “S” y por lo tanto los frenos.

    Podemos hacer entonces, la siguiente lista de un sistema simple de frenos de aire:

    • Compresor de aire.
    • Tanque de acumulación o almacenamiento.
    • Líneas de aire.
    • Control del sistema (reguladores de presión, válvulas).
    • Sistema de actuación (sistema de freno de servicio, sistema de freno de estacionamiento).
    • Otros equipos adicionales al sistema.

    Si se les hiciera la pregunta a varios conductores de camiones, ¿cuál es el componente más importante en un sistema de frenos?, es probable que haya diez respuestas diferentes. Sin embargo, desde nuestra perspectiva, hay tres componentes críticos en este sistema:

    1. Bobinas de freno de aire

    Esas mangueras enrolladas que abarcan la distancia entre el tractor y el remolque se conocen como bobinas de frenos de aire para camiones. En realidad, dos de ellas (una azul y otra roja) son mangueras que hacen funcionar el sistema de frenos de aire en el remolque.

    El otro es un cable que alimenta el remolque con servicio eléctrico.

    Las bobinas de los frenos de aire de los camiones son un vínculo fundamental entre el tractor y el remolque. Si las dos mangueras y un cable eléctrico no funcionan correctamente, podría surgir una situación peligrosa.

    Por ejemplo, un conductor podría estar tratando de detenerse sin usar los frenos del remolque, lo que aumenta las posibilidades de una navaja peligrosa. Alternativamente, un sistema de remolque defectuoso podría desplegarse por sí solo mientras el camión está en movimiento. Esto podría resultar en la pérdida de control.

    Es fundamental que los conductores de camiones mantengan sus bobinas de frenos de aire en las mejores condiciones. Siempre deben inspeccionarse antes de cada viaje para asegurarse de que estén en buenas condiciones de funcionamiento.

    2. Sistema de frenos de emergencia

    El sistema de frenos de emergencia hace dos cosas. Primero, permite que se active el freno de mano si es necesario. En segundo lugar, mantiene una pequeña cantidad de aire presurizado en reserva para detener el camión en caso de que haya una fuga en el sistema de frenos de servicio.

    Existen frenos de emergencia tanto en tractores como en remolques. Incluimos frenos de emergencia en nuestros tres componentes más importantes porque brindan redundancia.

    Lo último que necesita un conductor de camión es intentar detener su vehículo, y descubrir que tiene una fuga de aire y no poder mantener el vehículo bajo control para evitar un accidente. Los sistemas de frenos de emergencia están diseñados para brindar al conductor del camión el control que necesita.

    3. Compresores de aire

    En tercer lugar de nuestra lista están los compresores de aire que hacen que todo funcione. Puedes tener las bobinas de las mangueras de los frenos de aire del camión y los sistemas de frenos de emergencia en perfecto estado de funcionamiento, y de repente podrían volverse inútiles si el compresor falla.

    Los compresores son para los sistemas de frenos de aire lo que los depósitos de líquido son para los frenos hidráulicos.

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    A diferencia de los depósitos de fluido hidráulico, los depósitos de aire presurizado no mantienen un nivel constante de aire por sí mismos. En un sistema hidráulico, el líquido se empuja hacia adelante y hacia atrás a medida que se presiona y suelta el pedal del freno.

    Es un sistema cerrado que mantiene un nivel constante de líquido siempre que no haya fugas. Los frenos de aire no son un sistema cerrado.

    Cuando un conductor pisa el pedal del freno, el aire presurizado se libera del tanque de almacenamiento y luego se mueve a través de las mangueras hacia el sistema de frenos donde activa un pistón que activa los frenos y forros.

    Pero soltar el pedal del freno no obliga al aire a retroceder en la dirección opuesta. En cambio, simplemente se libera aire. El trabajo del compresor es recargar los tanques antes de que se necesiten nuevamente los frenos.

    Frenos de Aire
    Corte en sección de un tambor de freno con sistema de aire

    Equilibrio del sistema de frenos de aire

    El equilibrio en el sistema de frenos de aire, consiste en que llegue la misma cantidad de aire a cada cámara de freno al mismo tiempo. Si un sistema de frenos de aire no tiene el equilibrio adecuado, una rueda puede bloquearse prematuramente durante la aplicación de los frenos.

    Este bloqueo de las ruedas puede hacer que el camión entre a una situación incontrolable. Para mantener el equilibrio del sistema, toma nota de las siguientes recomendaciones.

    • Nunca debes cambiar los componentes del sistema de frenos, (tubería, manguera o accesorios) con un tamaño o longitud diferente a los originales.
    • Los tubos de freno nunca deben doblarse ni restringirse.
    • Los accesorios rectos nunca deben reemplazarse por codos. El tiempo de flujo de aire a través de un codo es el mismo que el de flujo de aire a través del mismo tamaño de tubería de 2 m de largo.
    • La contaminación con humedad, hielo, aceite en la línea de frenos, válvulas y componentes puede interferir con el equilibrio del sistema de frenos.
    • El ajuste de la holgura es muy importante para obtener el equilibrio adecuado de los frenos. Algunos ajustadores de holgura son autoajustables, pero otros se pueden ajustar manualmente.

    En el compresor:

    • La temperatura de salida del aire no debe superar los 220°C.
    • La velocidad máxima del cigüeñal de estos compresores es de 1500 a 3000 rpm, dependiendo de la aplicación y la presión de aire máxima.
    • La presión de aire máxima que un compresor puede descargar continuamente varía de 7 a 11 bares. Un valor de presión máxima más típico sería 9 bares.
    • La cantidad de aire que puede ser entregada a velocidad máxima por estos compresores varía de 150 L / min a 500 L / min para un compresor de tamaño pequeño a grande. Esto corresponde a una pérdida de potencia de aproximadamente 1,5 kW a 6 kW respectivamente.
    • La presión de corte del gobernador es 120 psi (861.87 kPa) y una presión de corte típica es de 105 psi (723.97 kPa), no debe ser más de 25 psi (172.37 kPa) por debajo de la presión de corte.
    • Los reservorios están diseñados para resistir 500 psi (3447,5 kPa).
    • Los depósitos se suministran en varias longitudes y diferentes diámetros, desde 3,5 a 14 pulgadas (8,89 a 35,56 cm).

    Frenos de Aire vs Sistema ABS

    Los sistemas de frenos de aire usados en vehículos pesados y camiones son muy diferentes en diseño y operación que el “sistema de frenos antibloqueo” usado en automóviles.

    Los frenos operados por aire NO son lo mismo que el ABS, mientras que el ABS tampoco significa frenos de aire. Mucha gente se confunde acerca de esto debido a la similitud en su pronunciación. Sin embargo, ambos sistemas son bastante diferentes entre sí en diseño y operación.

    Los fabricantes utilizan frenos operados por aire principalmente para aplicaciones pesadas como camiones y autobuses, mientras que las aplicaciones más ligeras como los coches utilizan principalmente el sistema de frenos antibloqueo.

    Para Cerrar

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    Esperamos que este post haya respondido en detalle cómo funcionan los frenos de aire y te haya aclarado algunas dudas. Cada parte de un sistema de frenos de aire es importante, y es una muy buena idea que sepas identificarlas a la hora de tener algún inconveniente.

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