Como funcionam os freios a ar

Galeria de Imagens: Freios Acha que conseguiria mover um desses bad boys em um aperto? Veja mais fotos de freios. Greg Pease / Getty Images

Imagine que é a sua primeira semana no trabalho como estivador em uma empresa de caminhões decadente. Todo mundo está correndo tentando terminar de carregar o último palete de carga na traseira de um enorme caminhão trator com destino à costa oposta. De repente, um dos capatazes lhe diz para mover um dos caminhões para fora do caminho para que outro motorista possa voltar para a doca de carga. Supondo que você saiba como dirigir tal veículo, o capataz continua, mas você faz uma pausa - porque você não.

Tentando agradar os chefões e ignorar o fato de não ter carteira de motorista de caminhão, você entra na cabine, fecha a porta e gira a chave. Antes que o motor a diesel dê partida, você é surpreendido por uma campainha entorpecente e uma luz piscando no painel. Você liga o motor, mas a campainha e a luz continuam chamando sua atenção.

Você já dirigiu um câmbio manual antes, então acha que tem tudo sob controle. Apesar da sobrecarga sensorial, você empurra a embreagem, agarra o que acha que é a marcha baixa e solta a embreagem. Em vez de cambalear para a frente como esperava, você é recebido com um estrondo violento, o motor morre e você quase é atirado pelo para-brisa.

Você liga o motor, imaginando que colocou o caminhão na marcha errada, e seleciona o que você acha que é o certo. Ainda assim, a campainha e a luz causam confusão dentro da cabine. Talvez o freio de mão ainda esteja acionado. Você não vê nenhuma alavanca ou alavanca de freio que normalmente veria em um carro, então decide apenas soltar a embreagem e tentar novamente.

Para seu constrangimento, acontece a mesma coisa. Com o canto do olho, você vê o mesmo capataz gritando com você da plataforma de carga. Frustrado, você salta do táxi e levanta as mãos em espanto, enquanto o supervisor carrancudo corre em sua direção.

Bem-vindo ao mundo dos freios a ar. Neste artigo, você aprenderá como os freios a ar e seus componentes funcionam, como manter um sistema de freios a ar e por que você não pode mover aquele caminhão. A seguir, vamos ver como George Westinghouse colocou você nessa situação.

Conteúdo

1. George Westinghouse e a história do freio a ar
2. Compreendendo os freios
3. Componentes de freio a ar em caminhões e ônibus
4. Freios a ar: manutenção preventiva
5. Diagrama de freio a ar

O ar está em toda parte. O fluido hidráulico não é. Trens, ônibus e reboques usam sistemas de freio a ar para que não precisem depender do fluido hidráulico dos sistemas de freio dos carros, que podem esgotar em caso de vazamento. Todos esses tipos de transporte são sobrecarregados por cargas pesadas de passageiros ou cargas, portanto a segurança é de extrema importância. Uma locomotiva em alta velocidade que dependia de freios hidráulicos se transformaria em uma bala de aço mortal se o sistema de freio de repente estourasse um vazamento.

Antes dos freios a ar, os trens usavam um sistema de freio primitivo que exigia que um operador, ou guarda-freio, em cada vagão, aplicasse um freio de mão ao sinal do diretor ou engenheiro do trem. Este sistema manual ineficiente foi substituído por sistemas de freio a ar direto, que usava um compressor de ar para alimentar o ar através de um tubo de freio nos tanques de ar de cada carro. Quando o engenheiro aplicou esses freios, o tubo se encheu de ar e apertou os freios.

Em 1869, um engenheiro chamado George Westinghouse percebeu a importância da segurança na relativamente nova indústria ferroviária e inventou o primeiro válvula tripla sistema de freio a ar para uso em vagões. O sistema de Westinghouse funcionava da maneira oposta de um sistema de freio a ar direto. O sistema de válvula tripla desempenhava três funções, daí seu nome. Vamos dar uma olhada nessas funções.

1. Carregando: O sistema deve ser pressurizado com ar antes que os freios sejam liberados. Em repouso, os freios permanecem acionados. Assim que o sistema atinge sua pressão operacional, os freios são liberados e prontos para uso.
2. Aplicando: Conforme os freios são acionados, a pressão do ar diminui. Conforme a quantidade de ar diminui, a válvula permite que o ar volte para os tanques do reservatório, enquanto os freios se movem para a posição aplicada.
3. Liberando: Uma vez que os freios são aplicados e o ar escapa após a frenagem, o aumento da pressão libera os freios.

Em vez de usar força ou ar direcionado para aplicar os freios, como o fluido hidráulico em nossos carros, o sistema de válvula tripla enche o tanque de abastecimento e usa a pressão do ar para liberar os freios. Em outras palavras, os freios em um sistema de válvula tripla permanecem totalmente engatados até que o ar seja bombeado para todo o sistema. Muito engenhoso, considerando que se esse tipo de sistema tivesse uma perda total de ar, os freios engatariam e parariam o trem. Pense nisso quando estiver descendo pela estrada e pisar no pedal do freio. Se o fluido de freio do seu carro vazasse, seus freios não funcionariam.

O sistema de válvula tripla é o conceito básico em funcionamento nos sistemas de freio pneumático atuais em trens, ônibus e reboques de trator. Vamos mudar de marcha e aprender como os freios a ar em veículos rodoviários funcionam na próxima seção

O trem em fuga poderia ter sido evitado

Em 27 de junho de 1988, um trem de passageiros colidiu com um trem parado na estação Gare de Lyon em Paris, França, matando 56 pessoas e ferindo outras 32 [fonte: AP, National Geographic]. O desastre ocorreu depois que uma série de erros deixou o trem com uma capacidade de frenagem bastante reduzida. Depois que um passageiro puxou inadvertidamente o freio de mão ao sair, o motorista fechou uma válvula de freio, pensando que o sistema tinha um bloqueio de ar. Depois que ele liberou o ar do sistema, o trem rodou livremente, mas os carros restantes que tinham um sistema carregado não tiveram força de parada suficiente. Em pânico, o maquinista não conseguiu ativar o sistema elétrico de frenagem de emergência e o trem colidiu com um trem em repouso na estação. Se não fosse por um corajoso motorista do trem parado que ficou até a colisão, ajudando na evacuação dos passageiros, o número de mortos teria sido muito maior [fonte: AP, National Geographic]

Antes de aprendermos sobre freios a ar em veículos rodoviários, vamos ver como funcionam os freios de seu carro. Qualquer pessoa que já dirigiu um carro sabe que, quando pisar no pedal do freio, o carro desacelera e acaba parando. Mas como o nosso pé pode parar um carro de 3.000 libras (1.361 kg) viajando pela estrada em alta velocidade?

Para começar, vamos discutir os diferentes tipos de freios e depois podemos explorar os diferentes componentes. Cada veículo rodante, incluindo trens, caminhões trator-reboque, ônibus e carros contém um dos dois tipos de sistemas. Hidráulico freios, encontrados em caminhões leves e carros de passageiros, usam fluido hidráulico ou óleo para operar seus freios. Os freios a ar, que analisaremos na próxima seção, usam o ar para operar seus freios. Vejamos as diferenças.

Em um sistema hidráulico, o fluido é armazenado em um reservatório comumente referido como cilindro mestre. Quando você pressiona o pedal do freio, o fluido é bombeado através das mangueiras ou linhas do freio para os pistões montados em cada roda. Esses pistões de freio empurram contra dois sapatas de freio, que se expandem e causam atrito dentro de um tambor de freio, ou contra um pedal de freio, que reprime um rotor de freio. Abaixo estão os componentes em um sistema de freio a disco hidráulico.

• Reservatório de freio: Contém fluido de freio hidráulico
• Cilindro mestre: Dispositivo que bombeia o fluido do reservatório para as linhas de freio que correm por todo o veículo
• Linhas de freio: Mangueiras trançadas de borracha ou aço que vão do cilindro mestre a cada pinça de freio
• Pinça de freio: Uma caixa de aço que é montada em um ponto fixo do rotor do freio que contém um pistão e pastilhas de freio
• Pistão de freio: Uma haste redonda que se estende e empurra contra uma almofada de freio quando o fluido hidráulico é alimentado a partir do cilindro mestre
• Pedal de freio: Uma almofada de suporte de metal com uma camada semimetálica que agarra o rotor de aço
• Rotor de freio: Um disco de aço montado em cada roda e cubo que as almofadas seguram para impedir a rotação das rodas

[fonte: Freios]

Aqui está uma olhada em como algumas das peças se encaixam em um freio a disco.

Antes dos freios a disco, os carros dependiam dos freios a tambor. A mecânica principal era a mesma, mas os freios a tambor usavam sapatas de freio colocadas dentro de um tambor montado no cubo, em vez de um rotor. Os freios a disco aumentam o poder de frenagem, pois são mais facilmente resfriados e têm mais área de superfície para agarrar. Além disso, a poeira do freio, que se forma à medida que as pastilhas do freio se desgastam e diminui a capacidade de frenagem, é ventilada mais facilmente com freios a disco do que com freios a tambor. Para obter mais informações sobre freios a disco e freios a tambor, leia Como funcionam os freios a disco e Como funcionam os freios a tambor.

Agora que entendemos os fundamentos dos freios em trens e carros, vamos falar sobre as grandes plataformas e os ônibus.

Diagrama de componentes do freio a ar

Fundação os freios são os sistemas de freio a ar mais comuns encontrados em caminhões e ônibus e funcionam da mesma maneira que nos vagões. Usando o princípio de válvula tripla, o ar se acumula dentro dos tubos de freio ou linhas de ar, liberando os freios. Praticamente todos os veículos rodoviários equipados com freios a ar têm um sistema de liberação graduado onde um aumento parcial na pressão dita uma liberação proporcional nos freios.

Os seguintes componentes são exclusivos de um sistema de freio pneumático de base em um caminhão ou ônibus:

• Compressor de ar: Bombeia o ar em tanques de armazenamento para serem usados ​​no sistema de freio
• Regulador de compressor de ar: Controla o ponto de ativação e desativação do compressor de ar para manter uma quantidade definida de ar no tanque ou tanques
• Tanques de reservatório de ar: Mantenha o ar comprimido ou pressurizado para ser usado pelo sistema de frenagem
• Válvulas de drenagem: Válvulas de liberação nos tanques de ar usadas para drenar o ar quando o veículo não está em uso
• Válvula de pé (pedal de freio): Quando pressionado, o ar é liberado dos tanques reservatórios
• Câmaras de freio: Recipiente cilíndrico que abriga um ajustador de folga que move um diafragma ou mecanismo de came
• Vareta: Uma haste de aço semelhante a um pistão que conecta a câmara do freio ao ajustador de folga. Quando pressionado, os freios são liberados. Se estendido, os freios são aplicados.
• Ajustadores de folga: Um braço conecta a biela ao s-cam do freio para ajustar a distância entre as sapatas do freio
• Freio S-cam: Um came em forma de S que empurra as sapatas do freio e contra o tambor de freio
• Sapata de freio: Mecanismo de aço com um forro que causa fricção contra o tambor de freio
• Primavera de retorno: Uma mola rígida conectada a cada uma das sapatas de freio que retorna as sapatas para a posição aberta quando não espalhadas pelo s-cam ou diafragma.

Em marcha lenta (pé fora do freio e o sistema de ar do veículo carregado), a pressão do ar supera o diafragma ou o s-cam está na posição fechada, resultando em um sistema de freio liberado. Assim que você pressiona o pedal do freio, a pressão do ar diminui, girando o s-cam e espalhando as sapatas do freio contra o tambor. O compressor recarrega os tanques do reservatório e quando você permite que o pedal retraia, a pressão do ar aumenta de volta ao estado original.

Emergência freios a ar complementam os sistemas de freio pneumático padrão e podem ser ativados puxando um botão no painel (próximo ao que tem a luz que vimos na introdução). Antes de dirigir um veículo com freios a ar, você deve pressionar o botão do freio de emergência para encher o sistema de ar. Enquanto o sistema de emergência estiver pressurizado, o freio de emergência permanecerá livre. Se o sistema apresentar vazamento, a pressão pode diminuir o suficiente para engatar o freio de emergência. Além disso, os caminhões pesados ​​muitas vezes são equipados com um Freio de escape que auxilia no processo de frenagem, mas isso depende do motor, não do sistema de freio a ar.

Aprendemos como funcionam os freios a ar. Agora vamos ver como a manutenção pode evitar a falha do freio na próxima seção.

Que som é esse?

Você já se perguntou por que caminhões e ônibus fazem aqueles sons engraçados de guinchos e assobios? O chiado é o ar escapando após a frenagem e o som do ppssss é o automático válvulas de segurança de desvio no trabalho, garantindo que a pressão do ar permaneça no nível correto. Como a principal vantagem dos sistemas de freios a ar é sua capacidade de usar o ar para operar, o compressor está constantemente ligando e desligando para reabastecer os reservatórios com ar pressurizado. Quando o compressor produz muito ar, as válvulas abrem, produzindo aquele chiado alto.

A má manutenção dos freios a ar pode causar acidentes. Andy Sacks / Getty Images

Cada estado dos EUA tem diretrizes específicas para operar um veículo com freios a ar. Os testes para a obtenção da carteira de habilitação comercial são exigentes, assim como as etapas para a manutenção do veículo. Aqui estão algumas etapas que você deseja realizar antes de sair para a estrada:

• Certifique-se de que a pressão operacional mínima para os sistemas de freio a ar de um veículo não seja inferior a 85 psi (libras por polegada quadrada) para um ônibus e 100 psi para um caminhão.
• Verifique se não leva mais de dois minutos para que a pressão do ar suba de 85 psi para 100 psi a 600 a 900 rpm. (Isso é chamado de taxa de aumento de pressão de ar.)
• Confirme se a pressão correta do regulador de corte para o compressor de ar está entre 120 psi e 135 psi. A pressão de corte é de 20 psi a 25 psi abaixo da pressão de corte.

Você também vai querer observar se há água no sistema de freio a ar, um subproduto do ar condensado. As linhas de freio a ar não gostam de água, especialmente em climas mais frios, onde o gelo pode bloquear o ar de alcançar o mecanismo de freio e fazer a roda travar. Para evitar este problema, muitos dos sistemas modernos têm válvulas de drenagem automáticas instaladas em cada tanque de ar.

Os acopladores de ar também podem representar um problema. As vedações de borracha gastas farão com que o ar escape. Embora o compressor possa superar um pequeno vazamento, operar compressores com muita força pode levar à falha. Novamente, como aprendemos, a perda de ar não é necessariamente uma coisa ruim, mas significará que você está preso. Para os motoristas de caminhão, ficar preso no meio de uma passagem na montanha provavelmente não está no itinerário.

A sensibilidade do freio, outro subproduto dos freios a ar, pode levar a acidentes, especialmente para motoristas inexperientes. Os sistemas de freio pneumático são projetados para funcionar em veículos que transportam cargas pesadas. Você já se perguntou de onde vêm todas aquelas marcas de derrapagem dupla na via expressa? Isso é um produto de reboques leves ou vazios travando suas rodas traseiras. Provavelmente, o pior medo de um motorista de caminhão é o golpe. Nunca é bom quando a extremidade traseira do trailer se arrasta ao lado da cabine. Caminhões que viajam na chuva e neve podem facilmente girar se o freio for aplicado.

A maioria dos veículos modernos com freios a ar usam um sistema duplo. Em essência, esses veículos equipados têm dois sistemas, caso um deles falhe. Os freios antibloqueio agora podem ser encontrados em plataformas de trator-reboque e funcionam da mesma maneira que os sistemas ABS encontrados em carros de passageiros.

Falando fundamentalmente, os freios a ar são eficientes e confiáveis. No entanto, não prenda a respiração se espera encontrá-los em seu carro em breve. Os sistemas de freios a ar ocupam muito espaço e atenção para serem considerados práticos em carros. Basta olhar para um caminhão Peterbilt enquanto desce a interestadual. Você já viu os tanques grandes enfiados atrás dos tanques de combustível? Tente encontrar um lugar para aqueles sob o capô de um Honda Civic.

Se quiser saber mais sobre freios a ar e ler alguns artigos relacionados, explore os links na próxima página.

Má manutenção leva a caminhão descontrolado

Em 25 de abril de 1996, um caminhão de cimento Mack de 1988 colidiu com um pequeno sedã Subaru em Plymouth Meeting, Pensilvânia. Quando o motorista do caminhão de cimento se aproximou de um cruzamento no final de uma rampa de descida, seus freios falharam e o caminhão bateu em o cruzamento, atingindo o Subaru e matando seu motorista. O National Transportation Safety Board investigou o incidente e encontrou vários problemas com o caminhão, principalmente linhas de freio invertidas e uma falha no sistema secundário. Esses dois problemas deixaram o caminhão com apenas 17% a 21% de sua capacidade total de frenagem. Infelizmente, o motorista não tinha ideia de que havia uma falha no freio. A má manutenção resultou em uma morte sem sentido que poderia ter sido evitada. [fonte: NTSB]

Componentes de freio a ar

Agora vamos juntar as peças para ver como os freios a ar funcionam como um todo. Este diagrama fornece uma visão aproximada e um exemplo de onde os freios estão localizados em seu veículo.

Artigos relacionados

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• Como funcionam os freios a disco
• Como funcionam os freios a tambor.
• Como funcionam os freios hidráulicos
• Quais são os diferentes tipos de fluido de freio?
• Quando coloco meu carro no estacionamento, o que realmente o impede de andar?

Mais ótimos links

• O Conselho Nacional de Segurança de Transporte dos EUA
• Departamento de Transporte dos EUA (DOT)

Fontes

• Associated Press. "Outro acidente mortal de trem parisiense." O jornal New York Times. 7 de agosto de 1988. (20 de maio de 2008) http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=940DEFDA1638F934A3575BC0A96E948260
• Departamento de Veículos Motorizados da Califórnia. "Manual do motorista comercial da Califórnia, seção 5: Freios a ar." 1 ° de janeiro de 2006. (21 de maio de 2008) http://www.dmv.ca.gov/pubs/cdl_htm/sec5_a.htm
• Carly, Larry. "Freio (dispositivo)." MSN Encarta. 2008. (17 de maio de 2008) http://encarta.msn.com/text_761555435___3/Brake_(device).html
• Livro eletrônico do CDX Online. "Sistemas de travagem." (24 de maio de 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brakes.html
• Livro eletrônico do CDX Online. "Freios de escape." (24 de maio de 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brake/systems/exhaustbrake.html
• Connor, Piers R. Railroad.net. "Freios a ar." (18 de maio de 2008) http://www.railroad.net/articles/railfanning/airbrakes/index.php
• Canal Geográfico Nacional. "Segundos do desastre; trem em fuga." (21 de maio de 2008) http://channel.nationalgeographic.com/series/seconds-from-disaster/2389/Overview
• Conselho Nacional de Segurança de Transporte. "Relatório de acidente rodoviário PB97-916202." 17 de outubro de 1997. (19 de maio de 2008) http://ntl.bts.gov/lib/9000/9700/9762/HAR9702S.pdf
• Museu Ferroviário de San Diego. "Descrição e história do freio a ar do trem." (18 de maio de 2008) http://www.sdrm.org/faqs/brakes.html
• Thomson, Clive. Underwriter canadense. "Colocando os freios na falha do freio a ar." Maio de 2007. (20 de maio de 2008) http://www.canadianunderwriter.ca/Issues/ISarticle.asp?id=187245&story_id=25097143856&issue=05012007&PC=