Freni ad Aria vs Freni Idraulici: Qual è la Differenza?

La differenza fondamentale sta nel mezzo di lavoro e in come fallisce ciascun sistema. I freni idraulici trasmettono la pressione del piede attraverso un fluido incomprimibile direttamente ai cilindretti o alle pinze: si preme il pedale, il fluido si muove, i freni serrano. I freni ad aria sono pneumatici. Un compressore azionato dal motore accumula una riserva di aria compressa nei serbatoi, e il pedale del freno (una valvola a pedale) si limita a dosare quanta di quell'aria immagazzinata raggiunge le camere freno. La distinzione pratica più importante è che i freni ad aria sono fail-safe: quando si perde pressione, potenti molle inseriscono i freni e fermano il veicolo. Se si perde fluido in un impianto idraulico, si può ritrovare il pedale a tavoletta senza alcun effetto.

Questa singola scelta progettuale è il motivo per cui ogni semirimorchio carico, autobus di linea e rimorchio autostradale usa l'aria, mentre il vostro pick-up e la vostra auto usano l'idraulica.

Come ciascun sistema trasmette la forza alle ruote

I freni idraulici si basano su un circuito chiuso pieno di fluido. Il pedale spinge il pistone del cilindro maestro, e poiché il fluido freni non si comprime, quella pressione compare quasi istantaneamente su ogni pinza. Un servofreno a depressione o idraulico moltiplica lo sforzo del conducente così da generare forza di serraggio sufficiente con una leggera pressione sul pedale. È semplice, leggero, rapido e autonomo.

I freni ad aria funzionano al contrario: la forza è già immagazzinata, e il conducente controlla solo la valvola. Un compressore per freni ad aria a cinghia o a ingranaggi mantiene i serbatoi caricati a circa 120 psi. Quando si preme la valvola a pedale, l'aria fluisce attraverso le valvole relè fino alle camere freno, dove un diaframma spinge un'asta, ruota un registro automatico e fa ruotare una camma a S che allarga le ganasce contro il tamburo. Poiché l'aria viene generata continuamente e immagazzinata, un impianto ad aria può produrre una forza di serraggio enorme e ripetibile senza richiedere ulteriore sforzo dalla gamba del conducente. Per la catena completa dei componenti, vedere come funzionano gli impianti frenanti ad aria.

Confronto a fianco a fianco

Perché i veicoli pesanti usano l'aria

Diversi fattori spingono i veicoli commerciali verso l'aria rispetto al fluido:

• Frenata di stazionamento ed emergenza fail-safe. I freni a molla sono tenuti disinseriti dalla pressione dell'aria. Se una linea si rompe o l'impianto perde pressione, le molle si inseriscono automaticamente. Un mezzo da 40 tonnellate non può affidarsi a un circuito fluido che si azzera con una singola perdita.
• Scorta illimitata. Il compressore riempie continuamente i serbatoi, quindi lunghe discese e frenate ripetute non esauriscono il mezzo frenante come può accadere con il volume fisso di un impianto a fluido, soggetto a fading o ebollizione.
• Accoppiamento facile del rimorchio. L'aria si accoppia tra trattore e rimorchio tramite attacchi rapidi e linee d'aria che si collegano e scollegano in pochi secondi. Far correre linee idrauliche rigide fino a un rimorchio intercambiabile sarebbe impraticabile e pericoloso.
• Forza di serraggio massiccia e costante. La pressione dell'aria immagazzinata agente su ampi diaframmi delle camere produce la forza necessaria a fermare assi completamente carichi, senza richiedere forza bruta dalla gamba del conducente.
• Ridondanza. I camion utilizzano un impianto frenante ad aria doppio con circuiti primario e secondario separati, così che un guasto su uno lasci comunque disponibile una frenata utilizzabile sull'altro.

Perché le auto restano idrauliche

I veicoli leggeri semplicemente non necessitano di tutto questo. I carichi sono abbastanza contenuti da permettere alla pressione del fluido più un servofreno a depressione di produrre ampia forza frenante, e gli impianti idraulici sono più leggeri, economici e rispondono istantaneamente senza ritardo. Non c'è rimorchio da accoppiare, non serve un compressore in funzione continua, e un moderno cilindro maestro idraulico a doppio circuito offre una ridondanza anteriore/posteriore adeguata alla massa in gioco. Aggiungere compressore, serbatoi, essiccatore e una rete di valvole a una berlina aggiungerebbe peso e complessità senza reale beneficio.

Esiste una via di mezzo: i freni aria-olio usano la pressione dell'aria per azionare un cilindro maestro idraulico, soluzione comune sui camion di medio tonnellaggio che desiderano il controllo in stile pneumatico con ruote a comando idraulico.

Compromessi da tenere presenti

I freni ad aria non sono privi di svantaggi. Reagiscono una frazione di secondo più lentamente perché l'aria deve percorrere linee e valvole prima che la pressione si accumuli nella camera, motivo per cui il ritardo frenante e i calcoli sulla distanza di arresto contano nell'esame per la patente. Il veicolo inoltre non rilascia i freni di stazionamento finché l'impianto non si carica a circa 120 psi, quindi occorre attendere dopo l'avviamento. E poiché l'aria compressa contiene sempre umidità, l'acqua si accumula nei serbatoi e deve essere spurgata. Per questo gli operatori scaricano i serbatoi ed è montato un essiccatore d'aria per eliminare l'umidità prima che raggiunga i serbatoi. Trascurarlo espone a corrosione, congelamento delle valvole e blocchi invernali.

Gli impianti idraulici hanno una propria debolezza: il fluido assorbe acqua nel tempo, abbassandone il punto di ebollizione e rischiando fading sotto calore prolungato. Ma per il ciclo di utilizzo di un'auto, questo si gestisce facilmente con spurghi periodici del fluido.

Regola pratica: se il veicolo è abbastanza pesante da richiedere una patente per mezzi pesanti, quasi certamente usa freni ad aria, proprio perché un veicolo pesante non può permettersi di perdere tutta la frenata per una singola perdita.

Capire con quale impianto si sta lavorando cambia tutto nella diagnosi. Su un impianto ad aria, bassa pressione, carica lenta o un cicalino di avviso indicano compressore, regolatore o una perdita: iniziare da impianto frenante ad aria che perde pressione. Sull'idraulica si va a caccia di fluido, guarnizioni e servofreni. Stesso obiettivo, fermare il veicolo, con un impianto completamente diverso dietro le quinte.