Temario de oposiciones de bombero conductor: sistemas de frenado en camiones de bomberos (NFPA 1901 / NFPA 1900)
Repasamos los 4 sistemas de frenado obligatorios, la distancia de frenado que más cae en examen y los sistemas ABS, EBS y retardadores según normativa americana.
Índice de contenido:
- Los sistemas de frenos en vehículos de bomberos: los 4 sistemas obligatorios
- Freno de servicio y características mínimas
- Sistema de frenado NFPA 1901 / NFPA 1900: retardadores y métodos de control
- Características principales exigidas en los sistemas de frenos
- Tabla resumen y test de examen oficial
Aviso importante: la NFPA 1901 ya no se publica como norma independiente.
Desde 2024 está integrada en la NFPA 1900 estándar para vehículos de extinción. Si en tu convocatoria aún aparece como NFPA 1901, la vigente a citar es NFPA 1900.
Ver NFPA 1900 - Norma vigente1. Los sistemas de frenos en vehículos de bomberos
Los sistemas de frenos para vehículos de bomberos deberán ser diseñados específicamente para este tipo de vehículos y deben contar con al menos cuatro sistemas de frenado:
Freno de servicio
El sistema de freno de servicio es el principal sistema de frenos. Es usado para frenar la máquina y mantenerla inmóvil.
Características mínimas que debe garantizar
Freno de estacionamiento
El sistema de freno de estacionamiento o parqueo es un freno cuyo objetivo es mantener la máquina estacionada en su lugar. En algunas máquinas el freno de parqueo sirve también de freno de emergencia.
Si el freno de parqueo es utilizado para frenar la máquina, debe ser probado posteriormente para verificar la capacidad de parqueo después del incidente.
Debe garantizar las siguientes características mínimas:
- Que el freno de estacionamiento o de mano podrá actuar solamente sobre las ruedas del eje trasero, y su efectividad será tal que, a plena carga, permitirá mantener inmóvil el vehículo en una pendiente del 40% sobre terreno seco rugoso y no disgregable.
- Los frenos de servicio, así como el freno de parqueo, deben ser sistemas independientes, accesibles para ajuste y mantenimiento.
- Debe poseer mecanismo de accionamiento para freno de parqueo, todo el sistema alimentado por compresor de aire con capacidad mínima para el peso bruto del vehículo y demás componentes.
Nota para examen: pendiente del 40% a plena carga sobre terreno seco rugoso y no disgregable. Es la cifra que más preguntan del freno de parqueo.
Freno de emergencia
El sistema de freno de emergencia o secundario es un sistema de emergencia en caso de que falle el freno de servicio. En muchos casos es de menos capacidad y debe usarse solo para detener la máquina en caso de emergencia.
Debe garantizar las siguientes características mínimas:
- Que el freno de emergencia será de accionamiento automático y entrará en acción cuando accidentalmente se produzca una avería que haga descender la presión del circuito de freno por debajo de su nivel mínimo de seguridad.
Freno auxiliar
Debe garantizar las siguientes características mínimas:
El frenado auxiliar puede realizarse mediante la acción del motor, la transmisión u otros medios que actúen sobre la transmisión del aparato.
Los sistemas de frenado auxiliares complementan los frenos de servicio, aumentando la potencia de frenado y reducen la probabilidad de que los frenos de servicio se sobrecalienten.
- El comité de aparatos de la NFPA consideró que esta capacidad era importante en los aparatos de bomberos, que son más propensos a frenar con fuerza y frecuencia. El uso adecuado de un sistema auxiliar prolongará la vida útil de los frenos de servicio, reduciendo coste y mantenimiento.
Deberá contar con un sistema de frenos adicionales a los frenos de servicio del vehículo.
Entre los cuales podrá ser:
- Retardador de la transmisión
- Retardador de la línea de transmisión
- Retardador de escape
- Retardador hidráulico
- Retardador hidrodinámico
- Freno de escape
- Freno de motor
- Retardador de la línea motriz
El sistema de frenado auxiliar deberá entregarse con una certificación donde se indique que el freno auxiliar a instalar es aceptado por el fabricante del vehículo, en caso de no ser suministrado por este.
Adicionalmente, debe garantizar:
- Que no disminuye el desempeño o calidades del vehículo, así como el plazo de la garantía que ofrece el fabricante.
- Que no afecte la distancia mínima requerida al piso al elemento más bajo del vehículo, 35 centímetros (13.78 pulgadas).
2. Sistema de frenado NFPA 1901
La norma NFPA 1901 para aparatos automotrices contra incendios — hoy integrada en NFPA 1900 — requiere que cualquier aparato de más de 33.000 lb GVW (14.968 kg) esté equipado con un sistema de frenado auxiliar.
Esto significa un sistema que ayuda a detener el aparato que no sean los frenos de servicio ubicados en los extremos de las ruedas.
El frenado auxiliar se puede lograr a través de:
- La acción del motor.
- La transmisión u otros medios que actúan sobre el tren de transmisión del aparato.
Al igual que con cualquier diseño de sistema de ingeniería, existen ventajas y desventajas para cada sistema.
Retardadores electromagnéticos
Los retardadores electromagnéticos crean su poder de frenado utilizando la fuerza que puede generar un campo magnético. Puedes experimentar esta fuerza si unes los polos norte o sur de dos imanes. En vehículos, los campos magnéticos son creados por la electricidad que fluye a través de un conjunto de bobinas.
La energía eléctrica inicial para generar el campo proviene de las baterías del vehículo y es reemplazada por la salida del alternador del motor. Se genera energía eléctrica adicional a través de la acción giratoria del sistema.
El retardador electromagnético tiene dos componentes principales:
- El estator (parte estacionaria).
- El rotor (parte giratoria).
Cuando se energizan los electroimanes en el estator, esto crea corrientes de Foucault en los rotores a medida que giran a través del campo magnético del estator. Esto da como resultado fuerzas que actúan para evitar que el rotor gire. El frenado ocurre cuando estas fuerzas crean un par opuesto a la rotación del eje de transmisión. El calor generado se disipa a través de las aletas de refrigeración de los rotores.
Los retardadores electromagnéticos están separados del motor y la transmisión y deben montarse en la línea de transmisión.
Los dos métodos más comunes son:
Montado en bastidor
- El estator y el rotor se montan dentro de los rieles del bastidor. Los ejes motrices están unidos a la entrada y salida del retardador. Proporciona un montaje sólido, pero puede estirar la transmisión, requiriendo aumento de distancia entre ejes. Se conoce como retardador de montaje axial.
Montado en el eje
- El conjunto de estator y rotor es parte integral del eje trasero. En aplicaciones de eje tándem, el eje delantero alberga el retardador. Ocupa menos espacio, pero aumenta la masa del eje móvil y expone los componentes al movimiento del eje. Se conoce como retardador de montaje focal.
Los retardadores electromagnéticos proporcionan la máxima potencia a velocidades más altas de la línea de transmisión. A medida que la velocidad del vehículo cae, también lo hace el campo magnético generado. Generalmente se dimensionan en función del peso bruto total del vehículo y la capacidad de la junta universal.
Ventajas:
- Funcionamiento silencioso
- Capaz de proporcionar frenado cuando el motor no está funcionando o la transmisión en punto muerto
- No requiere mantenimiento específico
- Tiempo de reacción más rápido que los retardadores hidráulicos
- Frenado progresivo basado en la posición del pedal
- No se requieren piezas de desgaste ni reemplazo de fluidos
- Se puede integrar con sistemas ABS
Contras:
- Se necesita capacitación del operador sobre uso general y cuándo usar en condiciones resbaladizas
- Consume electricidad del vehículo; puede requerir un alternador más grande
Freno de escape
Todo motor de combustión interna toma aire a través de la entrada y lo elimina por el tubo de escape. Si taparas el tubo para que no escape ningún gas, el motor dejaría de girar. Este es el efecto que utiliza el freno de escape para proporcionar potencia de frenado.
Un freno de escape es un dispositivo que crea restricción en el sistema de escape. Esta restricción aumenta la presión en el colector de escape que, a su vez, aplica presión sobre el pistón durante la carrera de escape del motor. Esto actúa contra la inercia rotacional del motor, lo que hace que la fuerza de frenado se transmita a la transmisión y, posteriormente, a los neumáticos y la carretera.
- Históricamente, los frenos de escape eran dispositivos simples que consistían en una válvula tipo guillotina o mariposa aguas abajo del turbocompresor. Esta válvula está modulada para reducir el área de salida de los gases de escape creando presiones más altas en el múltiple de escape.
- En los motores modernos, esta contrapresión puede ser creada por el turbocompresor de geometría variable (VGT). Una cubierta se mueve dentro de la carcasa de la turbina reduciendo el área de salida de los gases. Esta restricción da como resultado una mayor presión del colector de escape. La fuerza de frenado es máxima a altas revoluciones del motor y disminuye a medida que se reduce la velocidad del motor.
Ventajas:
- Freno auxiliar más económico
- Los motores con turbos de geometría variable pueden proporcionar frenado de escape sin hardware adicional
- Más silencioso que los frenos de compresión del motor
Contras:
- Proporciona aproximadamente la mitad de la potencia de frenado de los frenos de compresión del motor tradicionales
- Para sistemas que no sean VGT, puede requerir mantenimiento periódico o ajuste de la válvula
- No hay configuraciones múltiples disponibles: operación de encendido/apagado
- Fuerza de frenado limitada a bajas revoluciones del motor
Freno de compresión
Al igual que el freno de escape, el freno de compresión utiliza la acción de bombeo de un motor de combustión interna para generar potencia de frenado. Pero donde el freno de escape usa un dispositivo externo al bloque del motor, el freno de compresión usa las válvulas del propio motor.
Las válvulas de escape normalmente se abren para permitir que los gases salgan del cilindro después de la carrera de potencia. El sistema de frenos de compresión evita que el combustible ingrese a los cilindros y cambia la forma en que se abren y cierran las válvulas.
Cuando se requiere fuerza de frenado, el sistema permite que el motor comprima el aire de admisión, pero luego libera este aire a la corriente de escape antes de que pueda retroceder. Este tipo de freno convierte el motor de un dispositivo de producción de energía a un dispositivo de absorción de energía. En efecto, el motor se convierte en un compresor de aire.
Un freno de compresión del motor utiliza un mecanismo para abrir las válvulas de escape cerca del final de la carrera de compresión de un motor diésel. El escape del aire comprimido del cilindro le quita energía al pistón cuando regresa al punto muerto inferior. Algunos sistemas también abren la válvula de escape del cilindro acompañante durante la carrera de admisión para permitir que entre más aire en la carrera de compresión del cilindro acompañante. Debido a que hay más presión inicial, se necesita más energía para comprimir el aire en el cilindro acompañante.
El freno de compresión del motor funciona solo cuando el operador no está pisando los pedales del acelerador o del embrague. Al igual que el freno de escape, la cantidad de frenado disponible depende de la velocidad del motor (las rpm más altas dan como resultado una mayor fuerza de frenado).
La fuerza de frenado máxima que puede producir un motor en particular depende de factores como la relación de compresión y el desplazamiento del motor. Algunos motores pueden generar tanta potencia de frenado como la que producen para el movimiento hacia adelante.
Ventajas:
- Menos costoso que otros sistemas de retardador
- Más fuerza de frenado que los frenos de escape tradicionales
- Requiere un mantenimiento mínimo: ajuste al configurar válvulas e inyectores
- Nivel de frenado seleccionable por el usuario
- Puede integrarse con control de crucero para aplicaciones automatizadas
- Controles integrados con transmisiones automáticas que permiten bajar de marcha para un mayor frenado
- Funcionamiento suave
Contras:
- Puede resultar en un ruido de escape adicional no permitido por algunas ordenanzas de la ciudad
- Se necesita capacitación del operador sobre el uso general y cuándo usar en condiciones resbaladizas
- Fuerza de frenado limitada a bajas revoluciones del motor
Retardador de transmisión
Mientras los frenos de servicio usan fricción mecánica para detener un vehículo, el retardador de la transmisión usa fricción fluida.
Dentro de la carcasa del retardador hay un volante de paletas que gira a la velocidad del eje de salida de la transmisión. En funcionamiento normal, este volante gira en una cavidad con aire a su alrededor. Este giro crea un arrastre mínimo en la línea de transmisión. Cuando se solicita el frenado auxiliar, la cavidad se llena con líquido de transmisión. Este fluido es batido por las paletas en el volante creando resistencia. Cuanto más fluido haya en la cavidad, mayor será la fuerza de frenado.
Esta acción de agitación reduce la velocidad del vehículo, pero también calienta el fluido de la transmisión. Los diseñadores de chasis deben tener en cuenta este calor adicional al diseñar el sistema de refrigeración. La capacidad del enfriador de transmisión aumenta y el resto del sistema está diseñado para acomodar el calor.
Ventajas:
- Trabajo independiente de la velocidad del motor o la relación de engranajes de la transmisión
- Potente fuerza de retardo incluso a baja velocidad del vehículo
- Integrado dentro de la transmisión y controlado por el controlador de transmisión
Contras:
- Genera calor que debe ser disipado por el sistema de enfriamiento del vehículo
- Más costoso que el freno de escape o el freno de compresión del motor
Métodos de control
Mientras que aplicar los frenos de servicio es simplemente empujar el pedal del freno, el control de freno auxiliar ofrece muchas más posibilidades. No todos los métodos de control posibles están disponibles con todos los tipos de frenos auxiliares.
Estos son algunos de los posibles métodos, consulte con el fabricante de su aparato para seleccionar un método que esté disponible en el tipo de freno que seleccione:
- Totalmente encendido cuando se suelta el pedal del acelerador
- Completamente encendido cuando se presiona el pedal del freno
- Encendido cuando se pisa el pedal del freno, con frenado progresivamente creciente a medida que se pisa más el pedal
- Palanca de mano separada
3. NFPA 1901-2016 principales características estándar para aparatos contra incendio automotrices
Frenos de servicio
Los frenos de servicio, ya sean de aire o hidráulicos, deberán ser capaces de detener completamente la autobomba desde 20 mph (32,2 km/h) en una distancia que no exceda de 35 pies (10,7 m). Es el dato de distancia de frenado que más cae en test de bombero conductor.
Freno auxiliar
Todos los aparatos con un GVWR de 36.000 lb (16.330 kg) o superior deberán estar equipados de forma obligatoria con sistema de frenado auxiliar. Hoy exigido por NFPA 1900 (antes NFPA 1901).
Requisitos clave que te preguntarán en examen:
- Interruptor para carretera adversa: todo freno auxiliar debe poder desconectarse cuando hay hielo, lluvia o baja adherencia.
- Luces de freno DOT: se iluminan automáticamente cuando actúa el freno auxiliar, aunque no pises el pedal.
- Compatibilidad total: si usas ralentizadores de transmisión o restrictores de escape, deben llevar su propio interruptor de apagado para condiciones adversas.
- Normativa de referencia: todos los aparatos, incluidos los de más de 29.000 lb por eje, deben cumplir la 49 CFR 571 121.
Documentación obligatoria del fabricante:
- El sistema de frenado auxiliar debe funcionar exactamente según lo previsto por su fabricante.
- Si el aparato monta bomba contra incendios, debe aportarse la curva de potencia de frenado certificada por el fabricante del motor con la velocidad máxima regulada.
- Dicha curva debe estar firmada por un responsable del fabricante del motor.
- En el panel del operador de la bomba se colocará una etiqueta de prueba con descargas, presiones nominales, velocidad del motor de certificación, posición serie/paralelo y velocidad regulada según curva.
Truco de examen: quédate con 3 cifras: 20 mph / 35 pies para freno de servicio, 36.000 lb GVWR para obligación de auxiliar y interruptor + DOT como requisitos inseparables.
Test de Examen Oficial: Sistemas de Frenado NFPA 1901 / NFPA 1900
1. Según NFPA 1901-2016, los frenos de servicio (aire o hidráulicos) deben detener completamente la autobomba desde 20 mph (32,2 km/h) en una distancia que no exceda de:
2. ¿A partir de qué GVWR exige NFPA 1901-2016 la instalación obligatoria de un sistema de frenado auxiliar?
3. El retardador electromagnético, ¿cómo genera la fuerza de frenado?
4. En un motor moderno, el freno de escape con turbo de geometría variable (VGT) consigue la contrapresión:
5. El freno de compresión del motor (tipo Jacobs) solo funciona:
){kind=link}