Distancia de frenado

Distancia de frenado :

Distancia de frenado es el espacio que recorre el vehículo desde que accionamos el freno hasta su detención total y depende de 3 factores:

1) De la carga del vehículo, pues si va cargado hay que eliminar más energía cinética y se prolonga la detención.

2) De la adherencia, pues si ésta no es buena y las ruedas se bloquean la distancia de frenado se alarga.

3) De la velocidad, pues según dijimos anteriormente, la energía cinética es proporcional al cuadrado de la velocidad.

Ecuación de movimiento de frenado

Por la naturaleza del esfuerzo, existen: frenos de mano (frenos de tornillo y frenos de palanca), y frenos mecánicos (de contrapeso, de vapor, de vacío, de aire comprimido, etc.). Según que la maniobra de por resultado frenar un solo vagón, un grupo de coches o vagones, o la totalidad del convoy, se distinguen: frenos independientes (de tornillo, de vapor), frenos de grupo (de contrapeso, de fricción) y frenos continuos (de vacío o de aire comprimido).

b) Zapatas de los frenos. Material: fundición de hierro. En general se solicita contenidos de: carbono total 2,8 a 3,6 % ; grafito 1,6 a 2,6 % ; silicio 1,4 a 2,0 % ; manganeso 0,3 a 0,8 % ; fósforo 0,8 % máximo; azufre 0,16 % máximo. Dureza Brinell: 190 ± 20

Las zapatas de este material son duraderas y no determinan un desgaste exagerado de las llantas. Antiguamente (por ejemplo La Porteña), utilizaban almohadillas de madera. El uso de otros materiales de fricción (ferodo o similares) es de uso muy limitado.

Las zapatas pueden ser de una sola pieza, o constar de porta zapata (forjada o fundida) y zapata o almohadilla recambiable (de fundición o de otro material adecuado). La superficie de ajuste entre zapata y porta zapata está especificada en normas internacionales, y ambas piezas se unen mediante chavetas. En las locomotoras, la zapata propiamente dicha está, a su vez, subdividida.

La superficie de fricción de las zapatas tienen dos radios distintos, para acelerar la adaptación a la llanta; en las locomotoras esto tiene la ventaja, además, de que bastan pocos modelos para cubrir todos los diámetros de ruedas. El peso total de una zapata con el porta zapata correspondiente puede estar alrededor de 30 kilogramos.

En general cada rueda se frena por ambos lados, tanto para reducir la presión específica de las zapatas, como para evitar empujes en las cajas de grasa. Sin embargo, en las locomotoras la poca separación entre las ruedas no permite, casi nunca, frenar éstas sino por un lado (reajuste de frenos más sencillo); todas las zapatas se orientan, entonces, en el mismo sentido (detrás de las ruedas, con respecto al sentido de la marcha normal) para no fatigar demasiado las muñequillas y los cojinetes de las bielas. Centro de la zapatas: aproximadamente a la altura del centro de la rueda. En los coches y vagones (teniendo en cuenta la flecha de los resortes, por la carga), se colocan las zapatas de modo que su centro está algo más alto que el de la rueda, cuando el vagón esté descargado. En los bogies, la falta de sitio obliga a suspenderlas más bajas que el centro. Con los frenos de mano flojos, deben quedar 5 a 6 milímetros de luz entre la zapata y la llanta; con frenos continuos el juego depende de la carrera del cilindro de freno.

c) Coeficiente de rozamiento de los frenos. El frenado se reduce a transformar, en trabajo de rozamiento, toda la fuerza viva del tren (fuerza viva de traslación de su masa total, más la fuerza viva de rotación de los ejes y ruedas). La fuerza retardatriz (adherencia entre las llantas y el carril), proviene del roce entre llantas y zapatas. El trabajo de rozamiento se obtiene multiplicando la intensidad de esta última fuerza por el trayecto que recorre el tren durante el frenado; la intensidad del rozamiento resulta de multiplicar la presión de las zapatas sobre las ruedas (mientras giran), por el coeficiente m de deslizamiento, o la presión de las ruedas por el coeficiente de rozamiento mo de “rozamiento en reposo”.

El coeficiente m de rozamiento por deslizamiento (entre las zapatas y las llantas) depende de la naturaleza, dureza, rugosidad o pulido del material (zapatas nuevas o desgastadas), de la materia interpuesta entre llanta y zapata (humedad, aceite), de la presión específica (el máximo de m corresponde, en igualdad de circunstancias, al mínimo de presión por unidad de superficie), y de la velocidad (al aumentar ésta, disminuye m, primero con rapidez, y luego más despacio)’; en la práctica conviene adoptar valores de m de un 15 a un 20 % inferiores a los teóricamente posibles.

El coeficiente mo de rozamiento en reposo, entre las ruedas que giran y el carril, varía con las mismas circunstancias que m, pero depende mucho menos que éste de la velocidad. Si los rieles tienen grasa, o están cubiertos de pasto, hojarasca, o langostas, mo se reduce mucho. Cuando las ruedas están bloqueadas y patinan sobre el riel, el rozamiento depende de m, mucho menor que mo.

d) Presión de las zapatas. Ha de ser lo mayor posible, pero no tanto que las ruedas lleguen a patinar (pues m es < mo). El patinado ha de evitarse, entre otras razones, porque el desgaste produce (en las ruedas) facetas que determinan un constante martilleo sobre el riel. Presión máxima de las zapatas sobre cada rueda: teniendo en cuenta el rendimiento de la timonería, no se contará sino con el 85 % de la carga de aquella.

Presión de zapatas en las locomotoras. En los valores indicados a continuación se ha tenido en cuenta el rendimiento de la timonería. Para frenos continuos, las normas europeas fijan la presión mínima en 50 % del peso de la locomotora en servicio, aconsejando aumentarla para las de gran velocidad. El freno de mano de las locomotoras-ténder y de las locomotoras eléctricas, debe poder desarrolla una presión en las zapatas equivalente al 20 % del peso en servicio.

Los ferrocarriles europeos admiten, para frenos continuos, con frenos a fondo y carrera media del émbolo, 65 a 70 % de la carga de los ejes acoplado en las locomotoras de carga, y 75 a 80 % de ella en las de pasajeros. Si la válvula triple es de acción rápida, puede llegarse a valores mayores. Las ruedas de los biseles no llevan freno, y las de los bogies con un 50 % de la carga.

Presión de las zapatas en los ténderes. Para freno continuo, el 40 % del peso en servicio que gravita sobre las ruedas frenadas. El freno de mano debe actuar sobre todas las ruedas. Para frenos continuos, los ferrocarriles europeos admiten, con freno a fondo y carrera media del émbolo, 65 a 70 % del peso del ténder a media carga.

Presión de las zapatas en los coches y vagones.

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