Quanta aria consuma un camion quando frena?

Una frenata di servizio decisa su un tipico trattore-rimorchio a cinque assi consuma circa 1-3 piedi cubici di aria libera e fa scendere la pressione del serbatoio di circa 10-15 psi. Le frenate ordinarie di guida — 10-25 psi al pedale — costano molto meno, spesso un terzo di questo valore o meno. Poiché un sistema completamente carico si assesta vicino a 120 psi e ha un volume di serbatoio molte volte superiore a quello delle stesse camere freno, i serbatoi contengono comunque aria sufficiente per diverse ulteriori frenate complete anche se il compressore smette del tutto di produrre aria.

Cosa consuma davvero aria in una frenata

I freni ad aria sono un sistema pneumatico: premere il pedale riempie il lato di servizio di ogni camera freno, più tutta la tubazione di mandata tra le valvole relè e quelle camere. Il volume riempito è determinato da quanto viaggia ogni asta a spinta prima che le ganasce tocchino il tamburo, non da quanto si preme forte. La pressione determina la forza e la massa d'aria consumata; la corsa determina il volume.

Volume approssimativo spostato per camera, usando l'area effettiva del diaframma e una corsa realistica in servizio:

Dieci camere su un trattore a tre assi e un rimorchio a due assi possono totalizzare 400-550 pollici cubi di volume delle camere, e le linee di mandata possono aggiungere un altro 30-60% su un complesso lungo. Riempendo questo volume a, diciamo, 60 psi manometrici si muovono all'incirca 1,5-2,5 piedi cubici di aria libera. A una frenata leggera di 15 psi avviene la stessa corsa, ma la massa d'aria prelevata dai serbatoi è molto minore.

Ecco perché la regolazione dei freni si manifesta come un problema d'aria. Le camere con corsa lunga sui registri automatici oltre il limite di riregolazione spostano più volume a ogni singola frenata, quindi il compressore lavora di più in una discesa di montagna di quanto dovrebbe. La regolazione è un problema di alimentazione dell'aria prima ancora che uno di distanza di frenata.

Perché una frenata completa fa scendere il manometro solo di 10-15 psi

Negli Stati Uniti, la FMVSS 121 richiede che il volume combinato dei serbatoi di servizio e alimentazione sia almeno dodici volte il volume combinato di tutte le camere freno di servizio. Questo rapporto è l'intera ragione per cui i freni ad aria consentono frenate ripetute.

Facendo i conti su un sistema idealizzato 12:1 caricato a 120 psi, ovvero circa 135 psi assoluti: aprendo le camere ai serbatoi, la stessa aria ora riempie tredici parti anziché dodici. La pressione assoluta si assesta vicino a 125 psi, ossia circa 110 psi al manometro — un calo di circa 10 psi per una frenata completa. I sistemi reali perdono un po' di più a causa di tubazioni, temperatura e alimentazione del rimorchio, quindi 10-15 psi è il valore onesto sul campo.

Seguendo questo dato si può vedere quante frenate restano in riserva se il compressore smette di erogare:

A circa 60 psi si attivano la spia e l'allarme acustico di bassa pressione, e mentre la pressione continua a scendere nella fascia 20-45 psi i freni a molla si azionano autonomamente. Queste frenate di riserva servono a fermarsi in sicurezza sulla banchina, non a raggiungere l'uscita successiva.

Tutto il resto che consuma aria

La frenata di servizio spesso non è il maggior consumatore su un camion in servizio. A seconda della configurazione, gli stessi serbatoi alimentano:

• Spurgo dell'essiccatore d'aria — ogni interruzione del regolatore scarica il volume di spurgo in atmosfera, quindi più cicli significano più aria sprecata
• Sospensione pneumatica — le valvole di livellamento si scaricano e ricaricano continuamente su terreni sconnessi e a ogni banchina di carico
• Sospensione cabina e sedile, clacson pneumatici e attuatori HVAC
• Aria del cambio sulle scatole gamma e splitter
• Carichi ausiliari — comandi PTO, quinte ruote scorrevoli, sponde ribaltabili, sollevamento assi tag, frizioni ventola azionate ad aria
• Perdite, che su un complesso più vecchio spesso superano tutto quanto sopra messo insieme

Proprio a causa di questa domanda condivisa, la disposizione dei serbatoi mantiene un serbatoio di alimentazione (umido) a monte dei serbatoi di servizio primario e secondario, con valvole di protezione tali che un guasto agli accessori non possa svuotare i circuiti freno.

Portata del compressore e ciclo di lavoro

I compressori per veicoli pesanti sono comunemente classificati nella fascia 12-30 CFM al regime motore regolato, sebbene esistano unità più piccole e molto più grandi. Il regolatore carica il compressore intorno a 100-110 psi e lo scarica intorno a 120-135 psi, quindi l'unità pompa nei serbatoi solo parte del tempo.

La metrica utile è il ciclo di lavoro: la percentuale del tempo di funzionamento in cui il compressore sta effettivamente producendo aria. Un sistema a tenuta e correttamente dimensionato si colloca tipicamente comodamente sotto circa il 25%. Un ciclo di lavoro sostenuto oltre questa soglia è la causa classica di alte temperature di scarico, accumulo di carbonio nella linea di scarico e trascinamento di olio nell'essiccatore e nei serbatoi. Montare un compressore più grande per rimediare significa curare il sintomo.

Come capire se il camion consuma troppa aria

Due misurazioni distinguono il consumo normale da un guasto. La prima è la perdita. Con motore spento, veicolo zeppato e pressione intorno a 90 psi, osservare i manometri per un minuto:

La seconda è la salita di pressione. Con il motore al minimo accelerato, la pressione dovrebbe salire da circa 85 a 100 psi entro circa 45 secondi su un sistema doppio sano; la FMVSS 121 impone un requisito più stringente di 25 secondi al regime motore massimo regolato. Salita lenta con perdita accettabile indica il compressore, la valvola di scarico o una linea di mandata ristretta. Salita rapida con perdita eccessiva indica la tubazione, e la soluzione è isolare la perdita circuito per circuito anziché sostituire componenti sulla base di un sospetto.

Regola pratica: se il compressore cicla più di un paio di volte al miglio in marcia autostradale costante, c'è una perdita o un accessorio bloccato, non un problema di consumo d'aria causato dalla frenata.

Consigli pratici per autisti e flotte

Usare il freno motore o il rallentatore per controllare la velocità in discesa, e riservare i freni di servizio a frenate misurate e decise anziché a un trascinamento leggero continuo. Mantenere i registri automatici entro le specifiche così ogni frenata sposta solo il volume per cui è stata progettata. Scaricare i serbatoi secondo programma così i serbatoi contengono aria e non acqua. E trattare qualsiasi cambiamento nel ritmo di ciclo — l'intervallo atteso tra i ripristini del regolatore — come un allarme precoce da indagare prima che sia il segnale acustico di bassa pressione a decidere per voi.