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Articulo de referencia

Freno neumático ferroviario

Diagrama de tuberías de 1909 de un sistema de freno neumático Westinghouse 6-ET en una locomotora. Maneta de control y válvula para un freno neumático Westinghouse Un freno neum...

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Diagrama de tuberías de 1909 de un sistema de freno neumático Westinghouse 6-ET en una locomotora.
Maneta de control y válvula para un freno neumático Westinghouse

Un freno neumático ferroviario es un sistema de frenado asistido por aire comprimido . [ 1 ] Los trenes modernos dependen de un sistema de freno neumático a prueba de fallos basado en un diseño patentado por George Westinghouse el 13 de abril de 1869. [ 2 ] Posteriormente, se fundó la Westinghouse Air Brake Company para fabricar y vender la invención de Westinghouse. En diversas versiones, ha sido adoptado casi universalmente.

El sistema Westinghouse utiliza la presión del aire para cargar los depósitos de aire (tanques) de cada vagón. La presión máxima del aire provoca que cada vagón libere los frenos. Una reducción o pérdida posterior de la presión del aire hace que cada vagón aplique sus frenos, utilizando el aire comprimido almacenado en sus depósitos. [ 3 ]

Descripción general

Freno neumático recto

Ilustración simplificada del sistema de frenos de un automóvil.

En su forma más simple, el sistema de freno neumático, denominado sistema de aire directo , dirige aire comprimido a un cilindro de freno , cuyo pistón ejerce fuerza sobre un mecanismo mecánico conocido como sistema de frenado (véase la ilustración de la derecha). Este sistema, a su vez, está conectado a las zapatas de freno que presionan contra la banda de rodadura de las ruedas (algunos turismos utilizan frenos de disco ). La fricción resultante frena el vehículo disipando su energía cinética en forma de calor. El sistema de frenado suele ser bastante complejo, ya que está diseñado para distribuir la fuerza del cilindro de freno de manera uniforme entre varias ruedas.

La fuente de aire a alta presión necesaria para el funcionamiento del sistema es un compresor de aire montado en la locomotora. En las locomotoras diésel, el compresor es accionado por el motor principal , o en las locomotoras de vapor, por una máquina de vapor de doble expansión . Los compresores de las locomotoras eléctricas suelen ser accionados por su propio motor eléctrico . El aire comprimido se almacena en un depósito, también montado en la locomotora, denominado depósito principal . Este aire se canaliza a una válvula de freno de accionamiento manual en la cabina de la locomotora. Al abrir la válvula de freno para accionar los frenos, el aire comprimido se dirige al mecanismo de frenado.

Una debilidad crítica del sistema de frenado neumático directo es que cualquier fallo en la tubería, como una manguera de aire rota , que provoque una pérdida de presión, inutilizará los frenos. Por este motivo, los frenos de los trenes no utilizan aire directo, ya que no existe redundancia en caso de tal fallo. Sin embargo, el aire directo se utiliza para accionar los frenos de las locomotoras, ya que la redundancia la proporciona la capacidad de la locomotora para detenerse invirtiendo la propulsión en caso de emergencia, un procedimiento conocido como "bloqueo".

Una válvula de freno independiente controla los frenos de la locomotora, llamada así porque los frenos de la locomotora pueden aplicarse o liberarse independientemente de los frenos del tren.

Freno neumático Westinghouse

Para diseñar un sistema de frenado que superara las deficiencias del sistema neumático directo, Westinghouse ideó un sistema en el que cada vagón estaba equipado con un depósito de aire comprimido de doble compartimento y una válvula triple , también conocida como válvula de control . Cada vagón contaba con una tubería, denominada tubería de freno, que servía de conducto para el aire comprimido necesario para el funcionamiento del sistema. Las tuberías de freno estaban provistas de mangueras en cada extremo de cada vagón y locomotora para crear una conexión continua a lo largo de todo el tren. [ 4 ]

Válvula Rotair de la compañía de frenos de aire Westinghouse [ 5 ]

A diferencia del sistema de aire directo descrito anteriormente, el sistema Westinghouse utiliza una reducción en la presión del aire de la tubería de freno para aplicar los frenos de forma indirecta.

Dibujo de 1918 de una válvula triple

En su solicitud de patente , Westinghouse se refiere a su «dispositivo de triple válvula» debido a sus tres componentes valvulares: la válvula de asiento accionada por diafragma que alimenta de aire el depósito al cilindro de freno, la válvula de carga del depósito y la válvula de liberación del cilindro de freno. Westinghouse pronto mejoró el dispositivo eliminando la acción de la válvula de asiento. Estos tres componentes se convirtieron en la válvula de pistón, la válvula deslizante y la válvula graduada.

El sistema Westinghouse funciona de la siguiente manera:

  • Cuando la presión de la tubería de freno se reduce por debajo de la presión del depósito del vagón a un ritmo controlado (lo que se denomina "reducción de servicio", que generalmente inicia el operador del tren para reducir la velocidad o detenerlo), la válvula triple cierra el puerto de escape del cilindro de freno y abre un puerto que conecta el compartimento de servicio del depósito (de doble compartimento) con el cilindro, cargando este último con aire del primero y activando el freno. La carga del cilindro continúa hasta que las presiones de la tubería de freno y del depósito se igualan. En ese momento, la válvula triple sella el puerto entre el depósito y el cilindro para mantener la presión del cilindro.
  • Cuando la presión en la tubería de freno supera la presión del depósito del vehículo, la válvula triple abre el puerto de escape del cilindro de freno, liberando así el cilindro a la atmósfera y, por lo tanto, soltando los frenos. Simultáneamente, la válvula triple abre un puerto desde el depósito hacia la tubería de freno, recargando ambos depósitos. Cuando las presiones del depósito y de la tubería de freno se igualan, la válvula triple cierra el puerto que conecta la tubería de freno con el depósito. El depósito queda sellado tanto de la tubería de freno como del cilindro de freno y debería poder mantener la presión hasta que sea necesario nuevamente.
  • Cuando la presión de la tubería de freno disminuye por debajo de la presión del depósito del vagón de forma incontrolada , se activará el freno de emergencia. La válvula triple abrirá un puerto sin solapamiento que conecta el compartimento de emergencia del depósito del vagón con el cilindro de freno. La aplicación repentina de la presión máxima del depósito al cilindro de freno generará la máxima fuerza de frenado posible (lo que ocasionalmente provocará deslizamiento de las ruedas). Al mismo tiempo, la válvula triple liberará localmente la presión de la tubería de freno a la atmósfera, lo que aumentará la velocidad con la que la pérdida repentina de presión se propaga por todo el tren.
    La ventilación local es necesaria porque, sin ella, la velocidad a la que se puede reducir la presión de la tubería de freno a través de la válvula de freno automática (si el maquinista (conductor) inició la aplicación de emergencia) o una manguera de aire reventada o desconectada podría no ser lo suficientemente rápida como para activar una respuesta de emergencia en más de unos pocos vagones. Si la pérdida de presión se debiera, por ejemplo, a una manguera de aire reventada en la parte delantera de un tren de carga de 100 vagones y no hubiera ventilación local, las válvulas triples en muchos vagones más atrás del tren podrían no activar una respuesta de emergencia, o la respuesta podría retrasarse significativamente. Los vagones más cercanos a la parte delantera aplicarían sus frenos con fuerza mucho antes que los vagones más atrás, causando una "acumulación de presión", una acumulación abrupta y violenta de la holgura del tren que podría provocar un descarrilamiento.

Debido a su diseño, el sistema Westinghouse es intrínsecamente a prueba de fallos , ya que cualquier pérdida imprevista de presión en la tubería de freno, como la mencionada manguera de aire soplado, provocará la aplicación inmediata de los frenos.

Sistemas modernos

Los sistemas modernos de frenos de aire cumplen dos funciones:

  • El sistema de frenado de servicio aplica y libera los frenos durante el funcionamiento normal.
  • El frenado de emergencia aplica rápidamente los frenos en caso de fallo de una tubería de freno o de una aplicación de emergencia por parte del operador del motor o del pasajero mediante la alarma/cordón/manija de emergencia.

Cuando se aplican los frenos del tren durante el funcionamiento normal, el maquinista realiza una "aplicación de servicio" o una "reducción de la tasa de servicio", lo que significa que la presión de la tubería de freno disminuye a un ritmo controlado. La presión de la tubería de freno tarda varios segundos en disminuir y, por consiguiente, en que los frenos se apliquen en todo el tren. La velocidad de los cambios de presión durante una reducción de servicio está limitada por la capacidad del aire comprimido para superar la resistencia al flujo de la tubería de diámetro relativamente pequeño y los numerosos codos a lo largo del tren, así como por el puerto de escape relativamente pequeño de la locomotora de cabeza. Esto significa que los frenos de los vagones traseros se aplicarán algún tiempo después que los de los vagones delanteros, por lo que cabe esperar cierto tiempo de rodaje. La reducción gradual de la presión de la tubería de freno mitigará este efecto.

Las locomotoras modernas emplean dos sistemas de freno neumático. El sistema que controla la tubería de freno se denomina freno automático y proporciona frenado de servicio y de emergencia para todo el tren. La(s) locomotora(s) que encabezan el tren (la "combinación principal") cuentan con un sistema secundario llamado freno independiente. El freno independiente es un sistema neumático directo que permite a la locomotora que encabeza el tren aplicar los frenos independientemente del freno automático, lo que proporciona un control más preciso del tren. La interacción entre ambos sistemas de frenado puede variar según las preferencias del fabricante de la locomotora o de la compañía ferroviaria. En algunos sistemas, las aplicaciones automática e independiente se suman; en otros, se aplica la mayor de las dos a la composición de locomotoras. El sistema independiente también proporciona un mecanismo de "desconexión" que libera los frenos de las locomotoras que encabezan el tren sin afectar la aplicación de los frenos en el resto del tren.

En caso de que el tren necesite realizar una parada de emergencia, el maquinista puede activar la "aplicación de emergencia", que libera rápidamente toda la presión de la tubería de freno a la atmósfera, lo que resulta en una aplicación más rápida de los frenos del tren. La aplicación de emergencia también se produce cuando la tubería de freno pierde su integridad, ya que todo el aire se libera inmediatamente a la atmósfera.

La aplicación del freno de emergencia añade un componente al sistema de frenos neumáticos de cada vagón. La válvula triple se divide en dos secciones: la sección de servicio, que contiene el mecanismo utilizado para la aplicación de los frenos durante las reducciones de servicio, y la sección de emergencia, que detecta la reducción más rápida de la presión en la línea de tren durante la emergencia. Además, el depósito de frenos neumáticos de cada vagón se divide en dos secciones —la de servicio y la de emergencia— y se conoce como «depósito de doble compartimento». Las aplicaciones de servicio normales transfieren la presión de aire de la sección de servicio al cilindro de freno. En cambio, las aplicaciones de emergencia dirigen todo el aire de ambas secciones del depósito de doble compartimento al cilindro de freno, lo que resulta en una aplicación entre un 20 y un 30 por ciento más potente.

La mayor reducción de presión en la tubería de freno activa la sección de emergencia de cada válvula triple. Debido a la longitud de los trenes y al pequeño diámetro de la tubería, la reducción es máxima cerca de la parte delantera del tren (en caso de una aplicación de emergencia iniciada por el maquinista) o cerca de la rotura en la tubería (en caso de pérdida de integridad de la tubería). Cuanto más lejos del origen de la aplicación de emergencia, mayor puede ser la reducción antes de que las válvulas triples dejen de detectarla como una reducción de emergencia. Para evitarlo, la sección de emergencia de cada válvula triple cuenta con un puerto de ventilación auxiliar que, al activarse por una aplicación de emergencia, libera localmente la presión de la tubería de freno directamente a la atmósfera. Esto permite una ventilación más rápida de la tubería y acelera la propagación de la reducción de emergencia a lo largo de todo el tren.

El uso de energía distribuida (es decir, unidades locomotoras controladas remotamente en la parte central del tren o en la parte trasera) mitiga en cierta medida el problema del retardo en trenes largos, ya que una señal de radio telemétrica del operador de la locomotora delantera ordena a las unidades distantes que inicien reducciones de la presión de frenado que se propagan rápidamente a través de los vagones cercanos.

Distribuidores

Muchos sistemas modernos de frenos de aire utilizan distribuidores en lugar de válvulas triples. Estos cumplen la misma función que las válvulas triples, pero también ofrecen funcionalidades adicionales, como la capacidad de liberar parcialmente los frenos. [ 6 ]

presiones laborales

El compresor de aire de la locomotora normalmente carga el depósito principal con aire a 125–140 psi (8,6–9,7 bar; 860–970 kPa) . Los frenos del tren se liberan al permitir la entrada de aire del depósito principal, con una presión reducida y regulada, a la tubería de freno a través de la válvula de freno automática del maquinista. En Estados Unidos, una tubería de freno completamente cargada normalmente opera a 90 psi (6,2 bar; 620 kPa) para trenes de carga y a 110 psi (7,6 bar; 760 kPa) para trenes de pasajeros. [ 7 ] Los frenos se aplican cuando el maquinista mueve la palanca de freno automática a una posición de "servicio" , lo que provoca una reducción en la presión de la tubería de freno.         

Durante el servicio normal, la presión en la tubería de freno nunca se reduce a cero y, de hecho, la reducción mínima que produce una respuesta de frenado satisfactoria se utiliza para conservar la presión de la tubería de freno. Una reducción de presión repentina y sustancial causada por una pérdida de integridad de la tubería de freno (por ejemplo, una manguera reventada), la rotura del tren en dos y el desacoplamiento de las mangueras de aire, o el maquinista moviendo la válvula de freno automática a la posición de emergencia, provocará una aplicación de freno de emergencia . [ 8 ] Por otro lado, una fuga lenta que reduce gradualmente la presión de la tubería de freno a cero, algo que podría ocurrir si el compresor de aire está inoperativo y, por lo tanto, no mantiene la presión del depósito principal (como ocurrió durante el desastre ferroviario de Lac-Mégantic ), no provocará una aplicación de freno de emergencia.

Mejoras

Los frenos electroneumáticos, o EP, son un tipo de freno neumático que permite la aplicación inmediata de los frenos en todo el tren, en lugar de una aplicación secuencial. Los frenos EP se utilizan en Gran Bretaña desde 1949 y también en trenes de alta velocidad alemanes (sobre todo en el ICE ) desde finales de la década de 1980; se describen detalladamente en el artículo « Sistema de frenos electroneumáticos en trenes ferroviarios británicos» . A partir de 2005Los frenos electroneumáticos se estaban probando en Norteamérica y Sudáfrica en trenes de mineral y carbón de servicio cautivo.

Los trenes de pasajeros cuentan desde hace tiempo con una versión de tres cables del freno electroneumático, que proporciona hasta siete niveles de fuerza de frenado.

En Norteamérica , la Westinghouse Air Brake Company suministró equipos de frenado de alta velocidad para varios trenes de pasajeros aerodinámicos posteriores a la Segunda Guerra Mundial . Este sistema era una superposición controlada eléctricamente sobre los equipos de frenado convencionales de los trenes de pasajeros D-22 y las locomotoras 24-RL. En el lado convencional, la válvula de control establecía una presión de referencia en un volumen, que a su vez regulaba la presión del cilindro de freno mediante una válvula relé. En el lado eléctrico, la presión de una segunda línea de aire comprimido controlaba la válvula relé mediante una válvula de retención bidireccional. Esta línea de aire comprimido se cargaba (desde depósitos en cada vagón) y se liberaba mediante válvulas magnéticas en cada vagón, controladas eléctricamente por una línea de tres cables, que a su vez era controlada por un controlador maestro electroneumático en la locomotora. Este controlador comparaba la presión en la línea de aire recta con la suministrada por una sección autoajustable de la válvula del maquinista, lo que activaba simultáneamente la apertura de todas las válvulas magnéticas de "aplicación" o "liberación" del tren, modificando la presión en la línea de aire recta de forma mucho más rápida y uniforme que si se suministrara aire directamente desde la locomotora. La válvula de relé estaba equipada con cuatro diafragmas, válvulas magnéticas, equipo de control eléctrico y un sensor de velocidad montado en el eje, de modo que a velocidades superiores a 97 km/h (60 mph ) se aplicaba la máxima fuerza de frenado, reduciéndola gradualmente a 97, 64 y 32 km/h (60, 40 y 20 mph) , deteniendo el tren suavemente. Cada eje también contaba con un sistema de frenos antibloqueo (ABS). Esta combinación minimizaba las distancias de frenado, permitiendo una mayor velocidad máxima entre paradas. Las partes del sistema de tracción neumática directa (vía de tren electroneumática), antibloqueo y regulación de velocidad no dependían entre sí de ninguna manera, y cualquiera de estas opciones, o todas ellas, podían suministrarse por separado. [ 9 ]      

Los sistemas más recientes reemplazan el freno neumático automático con un cable eléctrico que recorre todo el tren en círculo y debe mantenerse energizado para desactivar los frenos. En el Reino Unido se le conoce como cable de tren . Este cable pasa por varios reguladores (interruptores neumáticos) que supervisan componentes críticos como compresores, tuberías de freno y depósitos de aire. Si el tren se divide, el cable se interrumpe, lo que garantiza la desconexión de todos los motores y la aplicación inmediata del freno de emergencia en ambas secciones del tren .

Entre las innovaciones más recientes se encuentran los frenos neumáticos controlados electrónicamente , en los que los frenos de todos los vagones y locomotoras están conectados mediante una especie de red de área local , lo que permite el control individual de los frenos de cada vagón y la obtención de informes sobre el rendimiento de los mismos.

Limitaciones

El sistema de frenos neumáticos Westinghouse es muy fiable, pero no infalible. Los depósitos de los vagones se recargan únicamente cuando la presión de la tubería de freno supera la presión del depósito. La recarga completa de los depósitos en un tren largo puede requerir un tiempo considerable (de 8 a 10 minutos en algunos casos [ 10 ] ), durante el cual la presión de la tubería de freno será inferior a la presión del depósito de la locomotora.

Si es necesario aplicar los frenos antes de que se complete la recarga, se requerirá una mayor reducción en la tubería de freno para lograr el esfuerzo de frenado deseado, ya que el sistema parte de un punto de equilibrio más bajo (menor presión general). Si se realizan muchas reducciones en la tubería de freno en rápida sucesión (lo que en jerga ferroviaria se denomina "acelerar bruscamente"), se puede llegar a un punto en el que la presión del depósito del vagón se agote gravemente, lo que resultará en una fuerza del pistón del cilindro de freno considerablemente reducida, provocando la falla de los frenos. En una pendiente descendente , el resultado será un tren desbocado .

En caso de pérdida de frenado por agotamiento del depósito, el maquinista podría recuperar el control aplicando el freno de emergencia, ya que la sección de emergencia del depósito de doble compartimento de cada vagón debería estar completamente cargada ; no se ve afectada por las reducciones de servicio normales. Las válvulas triples detectan una reducción de emergencia en función de la velocidad de caída de presión en la tubería de freno. Por lo tanto, siempre que se pueda liberar rápidamente un volumen suficiente de aire de la tubería de freno, la válvula triple de cada vagón activará el freno de emergencia. Sin embargo, si la presión en la tubería de freno es demasiado baja debido a un uso excesivo del freno, una aplicación de emergencia no generará el flujo de aire suficiente para activar las válvulas triples, dejando al maquinista sin posibilidad de detener el tren.

Para evitar un descontrol debido a la pérdida de presión de frenado, se puede utilizar el frenado dinámico (reostático) , que permite que la(s) locomotora(s) ayuden a desacelerar el tren. A menudo, se utiliza el frenado combinado , la aplicación simultánea de los frenos dinámicos y de servicio, para mantener una velocidad segura y conservar la holgura de la vía en pendientes descendentes. Se debe tener cuidado al soltar los frenos de servicio y dinámicos para evitar daños en el mecanismo de tracción causados ​​por una pérdida repentina de la holgura de la vía.

Manómetro de freno dúplex en una unidad eléctrica múltiple británica . La aguja izquierda muestra el aire suministrado por el tubo del depósito principal, la aguja derecha muestra la presión del cilindro de freno.

Otra solución para la pérdida de presión de frenado es el sistema de doble tubería, instalado en la mayoría de los trenes de pasajeros y muchos vagones de carga. Además de la tubería de freno tradicional, esta mejora incorpora la tubería del depósito principal , que se carga continuamente con aire directamente del depósito principal de la locomotora. El depósito principal almacena la salida del compresor de aire de la locomotora y, en última instancia, es la fuente de aire comprimido para todos los sistemas conectados.

Dado que la locomotora mantiene la tubería principal del depósito presurizada constantemente, los depósitos de los vagones pueden cargarse independientemente de la tubería de freno. Esto se logra mediante una válvula de retención que evita el reflujo de líquido hacia la tubería. Esta disposición ayuda a reducir los problemas de pérdida de presión descritos anteriormente y también reduce el tiempo necesario para que se liberen los frenos, ya que solo es necesario recargar la tubería de freno.

La presión de la tubería principal del depósito también puede utilizarse para suministrar aire a sistemas auxiliares, como operadores neumáticos de puertas o suspensión neumática . Casi todos los trenes de pasajeros (en el Reino Unido y Estados Unidos) y muchos trenes de mercancías cuentan ahora con el sistema de dos tuberías.

Sistema de frenos neumáticos Knorr-Bremse en un tren griego OSE Clase 621 (Bombardier Transportation / Astilleros Helénicos Skaramagas).

accidentes

El enorme peso e inercia de un tren, junto con su bajísima resistencia a la rodadura y el hecho de que los trenes de mercancías suelen transportar materiales peligrosos, hacen que un fallo en los frenos sea un suceso extremadamente peligroso. Un fallo en los frenos puede provocar que el tren se descontrole y un accidente catastrófico, con la consiguiente pérdida de vidas, daños materiales y/o destrucción del medio ambiente.

Irónicamente, unos frenos que funcionan correctamente también pueden causar problemas. Durante una frenada de emergencia, los frenos de los vagones de carga vacíos pueden bloquear las ruedas y hacer que se deslicen sobre las vías. Si el tren circula a suficiente velocidad, las ruedas que se deslizan se desgastarán rápidamente, provocando una pérdida de la banda de rodadura (lo que se conoce como "rueda plana") y sobrecalentamiento. Las ruedas sobrecalentadas pueden debilitarse y fracturarse, provocando un descarrilamiento. Los vagones vacíos en medio del tren que descarrilan debido a las ruedas dañadas pueden arrastrar consigo a los vagones que vienen detrás, causando un gran accidente.

Un fallo en los frenos puede deberse a un error humano, a un mal funcionamiento mecánico o a una combinación de ambos, como se explicará a continuación.

At both ends of each car or locomotive, some valves join the brake pipe to the air hoses, said valves being referred to as angle cocks due to their characteristic shape. When opened at both ends of the car or locomotive, the angle cocks allow airflow through the brake pipe and to the brake equipment. When both are closed, the brake pipe is sealed off, preventing air flow. When only one angle cock is opened, air can only flow in or out from one end of the brake pipe. This last condition is especially significant, as it can inadvertently cause a partial or near-total loss of braking capacity.

During routine train operation, the angle cocks on the rear end of the last car and the forward end of the lead locomotive or car will be closed to seal the brake pipe and maintain air-tight integrity. On a train equipped with an automated end-of-train device (ETD), the angle cock on the rear end of the last car will be opened, so brake pipe pressure will be applied to the ETD—the ETD acts to seal the brake pipe.

While conducting switching operations, one or more angle cocks are closed to isolate sections of the brake pipe when the train is separated to set out or pick up cars. Failure to close the correct angle cock before separating the train will cause an unintended emergency brake application when air hoses are disconnected at the point at which cars have been uncoupled. The emergency application will create a safety hazard if the train is on the mainline and operating under timetable orders, as the authority to occupy the mainline may expire before the train can recharge the brakes, get underway, and move into the clear as another train approaches.

Except for the two end angle cocks mentioned above, all other angle cocks must be opened to create brake pipe continuity throughout the train. If an angle cock on an intermediate car is closed, part of the train's brake pipe will be isolated from the locomotive or control car. Benignly, such a situation may result in the brake pipe downstream from the closed-angle cock losing pressure due to leakage, leading to an uncommanded brake application on the affected cars. More seriously, if the isolated segment can maintain pressure, braking will be lost in the affected cars.

Si una válvula de ángulo cerrado se encuentra muy cerca de la cabeza del tren y la tubería de freno aislada mantiene la presión, la mayor parte del tren quedará sin capacidad de frenado, y el maquinista podría ser incapaz de controlar la velocidad, especialmente en una pendiente descendente. Esta situación provocó el descarrilamiento del tren de la Pennsylvania Railroad en 1953, en el que se vio involucrado el Federal Express . Un accidente similar ocurrió en la estación de Gare de Lyon , donde un miembro de la tripulación cerró accidentalmente una válvula, aislando parte de la tubería de freno y causando una pérdida significativa de capacidad de frenado.

Se pueden implementar ciertas medidas de seguridad para evitar que un error humano o un problema mecánico provoque una falla en los frenos. La mayoría de las compañías ferroviarias cuentan con procedimientos estrictos, aprobados por el gobierno, para realizar pruebas de frenos de aire durante la formación de trenes en la estación de clasificación, o al recoger o dejar vagones en ruta.

En Norteamérica, un procedimiento típico en el patio de maniobras durante la formación de trenes, después de que se hayan conectado todas las mangueras de aire y se hayan abierto o cerrado las válvulas angulares según sea necesario, es el siguiente:

  • El freno independiente de la locomotora principal se aplica para mantener el tren inmóvil durante las siguientes pruebas. Tanto la presión del depósito principal como la del freno independiente se encuentran dentro de los rangos prescritos.
  • La válvula de freno automática en la locomotora principal se mueve a la posición de "frenos liberados" para cargar completamente el sistema; el proceso de carga puede tardar más de 10 minutos en un tren largo cuyos vagones tienen depósitos vacíos. [ 11 ] Se observa la presión de la tubería de freno para comprobar que alcanza el nivel prescrito una vez que el sistema está completamente cargado. Mientras el sistema se carga, el maquinista (conductor) también puede observar la velocidad de aumento de la presión de la tubería de freno. Un aumento demasiado rápido en un tren largo puede indicar que una válvula de ángulo intermedio está cerrada, lo que provoca una pérdida de continuidad en la tubería de freno.
  • Al alcanzar la presión máxima en la tubería de freno, se realiza una pequeña reducción de presión para accionar los frenos del tren. Los vagones se inspeccionan visualmente para verificar que se haya aplicado el freno. Se suele prestar especial atención al último vagón, ya sea mediante inspección manual o telemetría desde un dispositivo automatizado al final del tren , para asegurar la continuidad de la tubería de freno hasta el final del tren. La(s) persona(s) que inspecciona(n) los vagones también escucharán si hay fugas de aire; estas fugas pueden provocar que los frenos se atasquen tras una aplicación intencionada del freno o una aplicación involuntaria del mismo mientras el tren está en marcha.
    Mientras se aplican los frenos del tren, el maquinista observará que la presión del freno independiente ha aumentado y verificará que al presionar la palanca del freno independiente se libera dicho freno. Esta función es esencial para el correcto manejo del tren.
  • Finalmente, la válvula de freno automática se vuelve a colocar en la posición de liberación y se inspeccionan los frenos para verificar que se hayan liberado correctamente. Asimismo, se comprueba nuevamente la presión de la tubería de freno completamente cargada para verificar que haya alcanzado el nivel prescrito.

Al dejar o recoger vagones en ruta, es práctica habitual realizar una prueba modificada; el procedimiento exacto, por supuesto, vendrá determinado por las normas operativas del ferrocarril y los requisitos legales.

  • Si un vagón o un grupo de vagones, denominados " corte" , se separan del medio del tren, la prueba posterior a la reincorporación del tren generalmente consiste en observar el vagón que se encuentra inmediatamente detrás del punto de corte para verificar el correcto funcionamiento de los frenos.
  • Si un operario retira el último vagón del tren, la válvula de ángulo del vagón que se encontraba inmediatamente delante del corte habrá sido cerrada por el guardagujas para mantener la presión en la tubería de freno. Normalmente, las pruebas se limitan a observar que se alcanza la presión máxima en la tubería de freno cuando se sueltan los frenos.
  • Si se detecta un corte, se realizará una prueba de frenos similar a la que se lleva a cabo en el patio, pero generalmente con la observación limitada al corte, así como la verificación de la continuidad de la tubería de freno.

Cuando un tren está equipado con un ETD, el guardagujas lo traslada al último vagón del tren restante cuando se coloca un tramo que incluye dicho vagón. Del mismo modo, si se recoge un tramo y se acopla a la parte trasera del tren, el ETD se traslada al último vagón del tramo.

Si se confirma la continuidad de la tubería de freno, una falla en los frenos observada en uno o más vagones durante las pruebas suele indicar un mal funcionamiento de las válvulas triples. En raras ocasiones, la falla podría estar en el sistema de frenado. Dependiendo de la ubicación del tren durante la prueba, las instalaciones de reparación disponibles y las regulaciones que rigen la cantidad de vagones con frenos inoperativos permitidos en un tren, los vagones averiados pueden ser retirados o trasladados a la siguiente terminal para su reparación.

sistemas europeos

Los sistemas de frenado europeos varían entre países, pero comparten principios básicos de funcionamiento. Los vagones de pasajeros europeos utilizados en las redes ferroviarias nacionales deben cumplir con la normativa TSI LOC&PAS, [ 12 ] que especifica en la sección 4.2.4.3 que todos los sistemas de frenado deben ajustarse a la norma EN 14198:2004. Esta norma se basa en el folleto UIC 540, un documento ratificado por muchas compañías operadoras de trenes, y está alineada con él. [ 13 ] El folleto UIC 540 aprueba explícitamente los siguientes sistemas de frenado:

  • Oerlikon ESG 121, ESH 100/200
  • SAB-WABCO SW 4, C3WR, WU-C, GF4 SS1, GF4 SS2, GF6 SS1, GF6 SS2
  • Knorr KKL II, KE y similares
  • Dako CV1nD
  • MZT HEPOS MH3f/HBG310 y similares
  • Bumar - Fablok MBF-01A, MBF-01B, MBF-02
  • Faiveley Transport SW4S y similares, FT SS1 / FT SS2 y similares
  • Sistemas electrónicos Keschwari EDS 300

Históricamente, y según la UIC 540, distinguimos sistemas técnicamente aprobados desde 1927-1932 como: Westinghouse W [ a ] ​​, Knorr K [ b ] , Kunze-Knorr , Drolshammer, Bozic, Hildebrand-Knorr.

En la era del vapor, los ferrocarriles británicos estaban divididos: algunos utilizaban frenos de vacío y otros, frenos de aire; sin embargo, se produjo una estandarización gradual del freno de vacío. Algunas locomotoras, por ejemplo, en el ferrocarril de Londres, Brighton y la Costa Sur , estaban equipadas con un sistema dual para poder funcionar con trenes con frenos de vacío o de aire. En la era del diésel, el proceso se invirtió y los Ferrocarriles Británicos pasaron del material rodante con frenos de vacío al de frenos de aire en la década de 1960. [ 14 ]

frenos de vacío

El principal competidor del freno neumático es el freno de vacío, que funciona con presión negativa. El freno de vacío es algo más sencillo que el neumático. En lugar de un compresor de aire, las máquinas de vapor tienen un eyector sin partes móviles, y las locomotoras diésel o eléctricas cuentan con un extractor mecánico o eléctrico. No se requieren tomas de desconexión en los extremos de los vagones, ya que las mangueras sueltas se succionan hacia un bloque de montaje.

Sin embargo, la presión máxima en un sistema de vacío está limitada a la presión atmosférica, por lo que todo el equipo debe ser mucho más grande y pesado para compensar. Esta desventaja se agrava a gran altitud. El freno de vacío también es considerablemente más lento de aplicar y liberar, lo que exige mayor habilidad y anticipación por parte del conductor. Por otro lado, el freno de vacío tenía originalmente la ventaja de permitir una liberación gradual. En contraste, el freno neumático automático Westinghouse originalmente solo estaba disponible en la versión de liberación directa, todavía común en el transporte de mercancías.

Una de las principales deficiencias de los frenos de vacío es la dificultad para detectar fugas. En un sistema de presión de aire, una fuga se detecta rápidamente por la salida del aire presurizado. Detectar una fuga de vacío es más difícil, aunque su reparación es más sencilla, ya que se puede atar un trozo de goma (por ejemplo) alrededor de la fuga y mantenerlo firmemente en su lugar gracias al vacío.

Los frenos electrovacíos se han utilizado con considerable éxito en los trenes eléctricos de unidades múltiples de Sudáfrica. A pesar de requerir equipos más grandes y pesados, como se mencionó anteriormente, el rendimiento del freno electrovacío se aproximó al de los frenos electroneumáticos contemporáneos. Sin embargo, su uso no se ha repetido.

Véase también

Notas

  1. ↑ Las regulaciones ferroviarias consideran a "Westinghouse" como un sistema de frenado independiente; sin embargo, para distinguirlo de la compañía Westinghouse y otros sistemas de frenado Westinghouse, el personal ferroviario a menudo toma prestada la letra "W" de los letreros en el material rodante de UIC.
  2. ↑ Las normas ferroviarias consideran a "Knorr" como un sistema de frenado independiente; sin embargo, para distinguirlo de la empresa Knorr y otros sistemas de frenado Knorr, el personal ferroviario suele tomar prestada la letra "K" de los letreros en el material rodante de la UIC.

Referencias

  1. ↑ Wood, WW (1920) [publicado por primera vez en 1909]. Manual de instrucciones de Wood para el freno neumático Westinghouse ET (segunda  edición). Nueva York: The Norman W. Henley Publishing Co.
  2. ↑ Patente estadounidense 88,929
  3. ↑ "Descripción e historia del freno neumático para trenes SDRM" . Sdrm.org . Consultado el 14 de julio de 2013 .
  4. ↑ Los nuevos frenos Westinghouse se explicaron a los trabajadores ferroviarios en numerosos libros. Véase, por ejemplo, A Textbook on the Westinghouse Air Brake (Scranton: International Textbook School, 1900).
  5. ↑ "Bienvenido a Saskrailmuseum.org" . Contáctenos . 11 de septiembre de 2008. Archivado del original el 15 de octubre de 2008. Consultado el 3 de octubre de 2008 .
  6. ↑ Connor, Piers. "Frenos" . Sitio web técnico ferroviario . Consultado el 10 de febrero de 2024 .
  7. ↑ "CSX Transportation Air Brake Train Handling Rule Book" (PDF) . 1 de abril de 2010. Consultado el 4 de octubre de 2024 .
  8. ↑ "El freno neumático automático" . Sdrm.org . Consultado el 14 de julio de 2013 .
  9. ↑ Manual del freno neumático Westinghouse 24RL
  10. ↑ Manual de operación para maquinistas de EMD
  11. ↑ Manual de operación para maquinistas de EMD
  12. ↑ Reglamento (UE) n.º 1302/2014 de la Comisión, de 18 de noviembre de 2014, relativo a una especificación técnica de interoperabilidad en el subsistema «material rodante — locomotoras y material rodante de pasajeros» del sistema ferroviario en la Unión Europea. Texto pertinente a efectos del EEE , 18 de noviembre de 2014 , consultado el 4 de octubre de 2024.
  13. ↑ Soluciones técnicas de la UIC para la operación ferroviaria . París: Unión Internacional de Ferrocarriles (UIC). 2020. ISBN 978-2-7461-3017-3.
  14. ↑ Mike Smith. "Desarrollo de vagones con frenos de aire de British Railway" . Myweb.tiscali.co.uk. Archivado del original el 18 de abril de 2013. Consultado el 14 de julio de 2013 .
  • Manual de Frenos Neumáticos y Manejo de Trenes. Copyright 2006 Alaska Railroad Corporation
  • Manual de Frenos Neumáticos y Manejo de Trenes . Copyright 2003 BNSF Railway Company
  • Dinamómetro de rueda AAR – frenado:
  • Manual de operaciones de aire comprimido, ISBN 0-07-147526-5, McGraw Hill Book Company
  • Información técnica ferroviaria: Frenos de aire
  • Cómo se detiene su tren , por Bill Reiche, artículo de 1951 con ilustración.
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