Sistema de frenos de aire: piezas, cómo funciona, diagrama, principio, ventajas

En el mundo automotriz, la seguridad es primordial y uno de los elementos esenciales para asegurarla es el sistema de frenos de aire. Este innovador mecanismo se ha convertido en el aliado indispensable de camiones y autobuses, brindando eficiencia y confiabilidad en el frenado. En este artículo, exploraremos las diferentes piezas que componen este sistema, su funcionamiento, diagrama, principio de operación y las ventajas que ofrece en comparación con otros sistemas de frenado. ¡Prepárate para descubrir todo lo que necesitas saber sobre el sistema de frenos de aire!

Diseño y funcionalidad de un sistema de frenos neumáticos (de aire) para automóviles.

Introducción al freno de aire:

Un freno de aire o, más formalmente, un sistema de frenos de aire es un tipo de freno de fricción del vehículo que utiliza aire comprimido empujando un pistón para aplicar la presión necesaria para detener el vehículo a la pastilla de freno. Los frenos de aire se utilizan en vehículos pesados ​​grandes, especialmente aquellos con múltiples remolques que deben conectarse al sistema de frenos, como por ejemplo: B. Camiones, autobuses, remolques y semirremolques, además de su utilización en trenes.

Diseño de frenos de aire:

El sistema de frenos de aire consta de un compresor de aire de dos etapas accionado por el cigüeñal o eje de engranaje. Toma aire de la atmósfera, lo comprime y lo entrega al tanque de aire a través de una válvula de descarga. Cuando la presión en el recipiente alcanza su valor máximo, la válvula de alivio se abre a la atmósfera. Luego, el aire comprimido se libera directamente a la atmósfera.
Cada una de las cuatro ruedas equipadas con cámaras de freno consta de una membrana presurizada y presionada con aire. Esta fuerza opera la palanca de operación de la leva y aplica el freno. Cada una de las cámaras de freno está conectada al pedal del freno y el filtro de aire está instalado entre la válvula del freno y el depósito.

Componentes del freno de aire y sus funciones:

Los siguientes son los componentes principales de un freno de aire:
1. Compresor de aire
  • Se utiliza para generar y mantener la presión del aire.
  • La función del compresor de aire es crear y mantener la presión de aire necesaria para operar los frenos de aire y los accesorios neumáticos.
  • Se utiliza un compresor para bombear aire a un recipiente, creando aire comprimido.
  • El compresor es accionado por el motor del vehículo, ya sea a través de correas y poleas o de ejes y engranajes.
  • El compresor es accionado constantemente por el motor. Cuando el motor está en marcha, el compresor también está en marcha.
2) depósito
  • El contenedor de almacenamiento se utiliza para almacenar el aire comprimido. Los depósitos son tanques presurizados que contienen un suministro de aire comprimido hasta que se necesita para frenar u operar sistemas de aire auxiliares.
  • Deben almacenar suficiente aire para permitir múltiples eventos de frenado si falla el motor o el compresor.
  • El número y tamaño de los contenedores de un vehículo depende del número de cámaras de freno y su tamaño, así como de la configuración del freno de estacionamiento.

3. Secador de aire

  • Se puede instalar un secador de aire entre el compresor y el tanque húmedo para ayudar a eliminar la humedad del aire comprimido.
  • Puede estar parcialmente lleno con un desecante que absorbe la humedad y un filtro de aceite, o puede ser hueco y estar equipado con deflectores para ayudar a separar la humedad del aire.

4. Válvula de seguridad

  • Una válvula de seguridad protege los contenedores contra la sobrepresurización y la explosión si el regulador falla y no permite que el compresor se descargue.
  • La válvula consta de una bola accionada por un resorte que permite que el aire escape del recipiente a la atmósfera. El ajuste de presión de la válvula está determinado por la fuerza del resorte.
5. Válvula de pie.
  • La válvula de pie se utiliza para aspirar aire comprimido de los contenedores cuando es necesario para frenar.
  • Esta válvula accionada con el pie suministra aire a los frenos.
  • El conductor regula la cantidad de aire suministrado a los frenos de acuerdo con el rango de operación del pie o del pedal del freno. Cuando se suelta, el aire de los frenos de servicio sale a través de la abertura de escape.
  • La distancia que el ciclista presiona los pedales de la válvula determina la presión de aire aplicada, pero la aplicación máxima no excederá la presión en el depósito. Al soltar el pedal de la válvula de pie se liberan los frenos.
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Diagrama de válvula de pie de aire
  • Cuando el conductor aplica el freno mientras presiona parcialmente el pedal, la válvula de pie mantiene automáticamente la presión de aire de funcionamiento sin que el conductor tenga que ajustar la presión de su pie sobre el pedal.
  • Al soltar el pedal, el aire de aplicación puede liberarse a la atmósfera a través de las aberturas de escape. Los pedales neumáticos están cargados por resorte y producen una «sensación» diferente a la de los accionamientos de frenos hidráulicos.

(v) Cámara de freno.

  • La cámara de freno sirve para transmitir la fuerza del aire comprimido a las conexiones mecánicas.
  • Las cámaras de frenos de servicio convierten la energía de la presión del aire comprimido en fuerza mecánica y movimiento que acciona los frenos del vehículo.
  • Una cámara de freno es un recipiente circular dividido por la mitad por una membrana flexible.
  • A medida que la presión del aire empuja contra el diafragma, éste se aleja de la presión y empuja la varilla de empuje hacia afuera contra el ajustador de tensión.
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Conjunto de cámara de freno
  • La fuerza ejercida por este movimiento depende de la presión del aire y del tamaño de la membrana. Si la membrana tiene fugas, puede escapar aire, lo que reduce la eficacia de la cámara de freno.
  • Normalmente se monta una cámara de freno en el eje, cerca de la rueda que se va a equipar para frenar.
(vi) Conjunto de freno
  • El conjunto de freno incluye una cámara de freno y un ajustador de holgura montado en la placa de soporte para la acción de dirección.
  • Normalmente se monta una cámara de freno en el eje, cerca de la rueda que se va a equipar para frenar.
  • La presión del aire se suministra a través de una conexión de entrada. El aire presiona contra el diafragma y la varilla de empuje.
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Conjunto de freno de aire
  • La varilla de empuje está conectada mediante una horquilla y un pasador a una palanca tipo manivela llamada «ajustador de holgura».
  • Esto convierte el movimiento de empuje de la varilla de empuje desde la cámara de freno en un movimiento de rotación del árbol de levas del freno y las levas S.
  • Cuando se agota el aire, el resorte de retorno en la cámara del freno devuelve el diafragma y la varilla de empuje a la posición liberada.
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Freno de aire comprimido para vehículos de motor

Cómo funciona el sistema de frenos de aire
:
Cuando se presiona el pedal del freno, la válvula del freno se abre y el aire comprimido ingresa a la cámara del freno.
La válvula de freno consta de tres canales.
1. Entrada de aire
2. escape
3. Cámara de freno
Cuando se presiona el pedal del freno, el puerto de escape se cierra, el puerto de entrada de aire se abre y el aire comprimido regresa a la cámara. Durante la carrera de retorno, el puerto de escape se abre mientras que la entrada se cierra y el aire viciado escapa a la atmósfera. Este sistema está equipado con un freno de emergencia mecánico que se puede utilizar cuando falla el suministro de aire al sistema de frenos de aire, llamado sistema de frenos hidráulico asistido por aire.

Diagrama del sistema de frenos de aire:

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Diagrama del sistema de frenos de aire.

Principio de funcionamiento:

Como se muestra en la figura, los frenos de aire utilizan aire comprimido (aproximadamente 700 kPa) para accionar el mecanismo de freno. La figura muestra la estructura completa del sistema de frenos de aire. Consta de un filtro de aire, una válvula de alivio, un compresor de aire, un tanque de aire, una válvula de freno y una cámara de freno de 4 posiciones. El compresor aspira aire atmosférico a través del filtro de aire y lo comprime. Este aire se almacena bajo presión en el depósito de aire. Desde este depósito, el aire viaja a diversos accesorios del vehículo que funcionan con aire comprimido. Parte del aire llega a la válvula de freno. La válvula de freno está controlada por un conductor que controla la intensidad de la frenada en función de la emergencia.
Pedal pisado: Cuando se pisa el pedal del freno, el aire comprimido del depósito se envía a través de tuberías uniformemente en todas direcciones a través de la válvula del freno hasta las cámaras del freno, aplicando aún más el freno.
Pedal liberado: Cuando el conductor suelta el pedal del freno, el pistón del cilindro maestro vuelve a su posición original debido al resorte de retorno y la presión cae. Esto libera las zapatas de freno del tambor de freno a su posición original y libera los frenos.

Diferencia entre frenos de aire y frenos hidráulicos:

Freno de aire Frenos hidráulicos
1. Se utiliza aire comprimido como material de trabajo. 1. Se utiliza aceite hidráulico como fluido de trabajo.
2. El freno de aire es más fuerte que un freno hidráulico. 2. El freno hidráulico es menos potente que el freno de aire.
3. Componentes: Compresor de aire, válvula de alivio, válvula de freno, cámara de freno. 3. Componentes: Cilindro maestro, cilindro de rueda, depósito de aceite.
4. El sistema de frenos de aire se utiliza en camiones, autobuses, trenes, etc. 4. El sistema de frenos de aceite hidráulico se utiliza en vehículos livianos como automóviles, camionetas, etc.
5. El compresor de aire consume una cierta cantidad de potencia del motor. 5. No se consume potencia del motor.
6. No es autolubricante. 6. Los frenos hidráulicos son autolubricantes.

Posibles causas y soluciones para el sistema de frenos de aire.

No Señor. Causas/problemas en el sistema de frenos de aire. Remedios/Solución
1. Muy poco aire en el sistema. Identifique la causa y corríjala.
2. Zapatas de freno desgastadas Reparar o reemplazar
3. No hay presión de aire en el sistema de frenos. Identificar la causa y corregirla.
4. Tubería o manguera obstruida o rota Limpiar o reemplazar
5. Válvula de freno defectuosa y con fugas Sustituto
6. Muelle de retorno de zapata de freno, pedal de freno roto Reemplace el resorte
7. El tapón de drenaje del contenedor tiene fugas Reparar o reemplazar
8vo. Compresor de aire defectuoso Reparar o reemplazar
9. Correa del compresor floja Apriétalo correctamente
10. Fugas en tuberías o conexiones. Reparar o reemplazar
11. Varilla de freno atascada Lubricar
12. Amplificadores de aire dañados Sustituto

Ventajas del sistema de frenos de aire. :

1. Comparado con otros frenos, es más eficaz.
2. Las piezas del freno de aire son fáciles de colocar donde la construcción del chasis es sencilla.
3. El aire comprimido se puede utilizar para limpiaparabrisas, bocina y otros accesorios.
4. Como medio de trabajo se utiliza únicamente aire fácilmente disponible.
5. Es fácil almacenar aire a alta presión.
6. Proporciona un fuerte efecto de frenado en vehículos pesados ​​y camiones.
7. Ofrece un mejor control.
8. Acorta la distancia de frenado.
9. Sobre todo, permite un menor desgaste de las piezas.
10. Tiene una conexión de manguera flexible.

Desventaja del sistema de frenos de aire comprimido. :

1. Si hay una fuga en el conducto, todo el sistema fallará. Por tanto, el sellado del aire es muy difícil.

Aplicaciones del sistema de frenos de aire:

(1) Camiones.
(2) Autobuses.
(3) Tráiler
(4) Semirremolque
(5) Tren ferroviario.

Más recursos/artículos

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Sistema de frenos de aire: partes, funcionamiento, diagrama, principio y ventajas

Introducción al freno de aire:
Un freno de aire o, más formalmente, un sistema de freno de aire comprimido, es un tipo de freno de fricción para vehículos en el cual se utiliza aire comprimido que presiona un pistón para aplicar la presión necesaria en las pastillas de freno para detener el vehículo. Los frenos de aire se utilizan en vehículos grandes y pesados, especialmente en aquellos con múltiples remolques que deben estar conectados al sistema de frenos, como camiones, autobuses, remolques y semirremolques, además de su uso en trenes.

Construcción de los frenos de aire:
El sistema de freno de aire consiste en un compresor de aire de dos etapas accionado por el cigüeñal o el eje de la caja de cambios. Toma aire de la atmósfera, lo comprime y lo envía al depósito de aire a través de una válvula de descarga. Cuando la presión del depósito alcanza el máximo, la válvula de descarga se abre hacia la atmósfera. Luego, el aire comprimido se dirige directamente a la atmósfera.

Cada una de las cuatro ruedas equipadas con cámaras de freno consta de un diafragma al cual se le aplica presión de aire y lo empuja. Esta fuerza opera la palanca de accionamiento de la leva y aplica el freno. Cada una de las cámaras de freno está conectada al pedal de freno y también se instala un filtro de aire entre la válvula de freno y el depósito.

Componentes de los frenos de aire y sus funciones:
A continuación, se presentan las principales partes de un freno de aire:

1. Compresor de aire:
Se utiliza para acumular y mantener la presión del aire. La función del compresor de aire es generar y mantener la presión del aire necesaria para operar los frenos de aire y los accesorios alimentados por aire.

El compresor está diseñado para bombear aire a un depósito, lo que resulta en aire comprimido. El compresor está accionado por el motor del vehículo, ya sea mediante correas y poleas o ejes y engranajes. El compresor está en funcionamiento constante mientras el motor esté en marcha.

2. Depósito:
Se utiliza para almacenar el aire comprimido. Los depósitos son tanques con clasificación de presión que contienen una reserva de aire comprimido hasta que se requiera para frenar u operar sistemas de aire auxiliares. Deben almacenar el volumen suficiente de aire para permitir varias aplicaciones de freno si el motor se detiene o el compresor falla.

El número y tamaño de los depósitos en un vehículo dependerán de la cantidad de cámaras de freno y su tamaño, junto con la configuración del freno de estacionamiento.

3. Secador de aire:
Puede instalarse un secador de aire entre el compresor y el depósito húmedo para ayudar a eliminar la humedad del aire comprimido. Puede estar parcialmente lleno de un desecante de alta absorción de humedad y un filtro de aceite, o puede ser hueco con deflectores diseñados para ayudar a separar la humedad del aire.

4. Válvula de seguridad:
Protege los depósitos de la sobrepresurización y la ruptura en caso de que el regulador funcione incorrectamente y no coloque el compresor en la etapa de descarga. La válvula consiste en una bola con resorte que permite que el aire se escape del depósito hacia la atmósfera. La configuración de presión de la válvula está determinada por la fuerza del resorte.

5. Válvula de pie:
Se utiliza para extraer aire comprimido de los depósitos cuando se necesita frenar. Esta válvula accionada con el pie aplica aire para operar los frenos. La cantidad de aire suministrada a los frenos se regula por el conductor según la distancia que se deprime el pedal de freno. Al soltarlo, el aire de aplicación se libera a través de los puertos de escape.

Cuando el conductor aplica los frenos, deprimiendo parcialmente el pedal, la válvula de pie mantendrá automáticamente la presión de aire de aplicación sin que el conductor tenga que ajustar la presión con su pie. Al soltar el pedal del freno, se libera el aire de aplicación a través de los puertos de escape hacia la atmósfera. Las válvulas de pie están equipadas con resortes, lo que produce una sensación diferente a la de las aplicaciones de freno hidráulico.

6. Cámara de freno:
Se utiliza para transferir la fuerza del aire comprimido a los mecanismos de conexión. Las cámaras de freno de servicio transforman la energía de presión de aire comprimido en fuerza mecánica y movimiento, lo cual aplica los frenos del vehículo.

Una cámara de freno es un recipiente circular dividido en el centro por un diafragma flexible. La presión del aire empujando contra el diafragma hace que se aleje de la presión, empujando así la varilla hacia afuera contra el regulador del juego. La fuerza ejercida por este movimiento depende de la presión del aire y el tamaño del diafragma. Si hay una fuga en el diafragma, se permite que escape aire, lo que reduce la efectividad de la cámara de freno. Por lo general, se monta una cámara de freno en el eje, cerca de la rueda que se debe equipar con frenos.

7. Conjunto de freno:
El conjunto de freno incluye la cámara de freno y el regulador de juego montado en la placa de respaldo debido a la acción de dirección. Por lo general, se monta una cámara de freno en el eje, cerca de la rueda que se debe equipar con frenos. El aire comprimido se alimenta a través de un puerto de entrada. El aire empuja el diafragma y la varilla de empuje. La varilla de empuje está conectada mediante una horquilla y un pasador a una palanca tipo brazo de manivela llamada «regulador de juego». Esto convierte el movimiento de empuje de la varilla de empuje desde la cámara de freno en un movimiento de torsión del árbol de levas del freno y de los cames en forma de «S». Cuando el aire se agota, el resorte de retorno en la cámara de freno devuelve el diafragma y la varilla de empuje a la posición de liberación.

Diagrama del sistema de freno de aire:

Principio de funcionamiento:
Como se muestra en la figura, en los frenos de aire se utiliza aire comprimido (alrededor de 700 kPa) para accionar el mecanismo de freno. La figura muestra el diseño completo del sistema de freno de aire. Consta de un filtro de aire, una válvula de descarga, un compresor de aire, un depósito de aire, una válvula de freno y 4 cámaras de freno. El compresor toma aire atmosférico a través del filtro de aire y comprime el aire. Este aire se almacena a presión en el depósito de aire. Desde este depósito, el aire se dirige a varios accesorios del vehículo que funcionan con aire comprimido. Parte del aire va a la válvula de freno. El control de la válvula de freno lo realiza el conductor, quien controla la intensidad del frenado según una emergencia.

Pedal de freno presionado: Cuando se presiona el pedal de freno, el paso de escape se cierra y el paso de entrada de aire se abre, permitiendo que el aire comprimido regrese a las cámaras de freno aplicando así el freno.

Pedal de freno liberado: Cuando el conductor suelta el pedal de freno, el pistón del cilindro maestro vuelve a su posición original debido al resorte de retorno y la presión se reduce. Esto libera las zapatas de freno del tambor de freno y vuelven a su posición original, liberando los frenos.

Diferencia entre frenos de aire y frenos hidráulicos:
Frenos de aire:
1. Se utiliza aire comprimido como sustancia de trabajo.
2. Los frenos de aire son más potentes que los frenos hidráulicos.
3. Componentes: Compresor de aire, válvula de descarga, válvula de freno, cámara de freno.
4. Se utiliza el sistema de freno de aire en camiones, autobuses, trenes, etc.
5. El compresor de aire utiliza una cierta cantidad de potencia del motor.
6. No es autolubricante.

Frenos hidráulicos:
1. Se utiliza aceite hidráulico como sustancia de trabajo.
2. Los frenos hidráulicos son menos potentes que los frenos de aire.
3. Componentes: Cilindro maestro, cilindro de rueda, depósito de aceite.
4. El sistema de freno de aceite hidráulico se utiliza en vehículos ligeros como automóviles, camiones livianos, etc.
5. No utiliza potencia del motor.
6. Los frenos hidráulicos son autolubricantes.

Posibles causas y soluciones del sistema de freno de aire:

Causas / Problemas en el sistema de freno de aire | Soluciones / Soluciones

1. Aire insuficiente en el sistema | Identificar la fuente de la causa y rectificarla.
2. Pastillas de freno desgastadas | Reparar o reemplazar.
3. Sin presión de aire en el sistema de frenos | Identificar la fuente de la causa y rectificarla.
4. Tubo o manguera obstruido o roto | Limpiar o reemplazar.
5. Válvula de freno con fugas o defectuosa | Reemplazar.
6. Resorte de retorno roto en las zapatas de freno o en el pedal de freno | Reemplazar el resorte.
7. Tapón de drenaje del depósito con fugas | Reparar o reemplazar.
8. Compresor de aire defectuoso | Reparar o reemplazar.
9. Correa del compresor floja | Ajustarla correctamente.
10. Fugas en tuberías o uniones | Reparar o reemplazar.
11. Vínculos de freno atascados | Lubricar.
12. Impulsores de aire dañados | Reemplazar.

Ventajas del sistema de freno de aire:
1. Es más efectivo en comparación con otros frenos.
2. Las partes del freno de aire se encuentran fácilmente en el diseño del chasis, lo que hace que sea simple.
3. El aire comprimido se puede utilizar para inflar neumáticos, limpiaparabrisas, bocina y otros accesorios.
4. Emplea solo aire como medio de trabajo, que es fácilmente disponible.
5. Es fácil almacenar aire a alta presión.
6. Proporciona un efecto de frenado intenso utilizado en vehículos pesados y camiones.
7. Proporciona un mejor control.
8. Reduce la distancia de frenado.
9. Permite menos desgaste de las piezas.
10. Tiene una conexión de manguera flexible.

Desventaja del sistema de freno de aire:
1. Si hay alguna fuga en el conducto, todo el sistema fallará. Por lo tanto, sellar el aire es muy difícil.

Aplicaciones del sistema de freno de aire:
(1) Camiones.
(2) Autobuses.
(3) Remolques.
(4) Semirremolques.
(5) Trenes.

Recursos adicionales:
– Notas y artículos sobre partes y sistemas de ingeniería de automóviles.
– Noticias y artículos sobre tendencias en la industria automotriz.
– Notas y artículos sobre conceptos básicos de ingeniería mecánica.

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