Sistema de Freio a Ar Direto - George Westinghouse

O primeiro sistema de freio a ar comprimido desenvolvido para trens surgiu em 1869. Seu criador, George Westinghouse o chamou de "Freio a Ar Direto".

O sistema de Freio a Ar Direto era composto por:

• Compressor: Fornece o ar comprimido para o Reservatório Principal;
• Reservatório Principal: Vaso de armazenamento do ar comprimido;
• Válvula Alimentadora: Controla a liberação do ar comprimido armazenado no Reservatório Principal para o Encanamento Geral através do Manipulador de Freio
• Encanamento Geral: Encanamento composto por um conjunto de tubos ligados entre si por torneiras e mangueiras flexíveis, que atravessa longitudinalmente cada veículo levando o ar comprimido ao longo da composição;
• Cilindro de Freio: Cilindro de acionamento simples com retorno por mola, cujo êmbolo com haste é deslocado devido à força produzida pela introdução do ar comprimido, através de uma derivação do Encanamento Geral, na sua câmara interna;
• Timoneria de Freio: Conjunto de alavancas e tirantes conectado à haste do Cilindro de Freio, responsável pela transferência de esforços, a partir do avanço da haste, para as Sapatas de Freio, que atritam diretamente com a superfície de rolamento da roda.

Esquema Simplificado do Sistema de Freio de Ar Direto.

Como o nome sugere, na aplicação dos freios o ar comprimido armazenado no Reservatório Principal é liberado pela Válvula de Controle para o Encanamento Geral, que pressuriza diretamente a câmara dos Cilindros de Freio. Consequentemente, a haste do Cilindro de Freio avança e aplica uma força na Timoneria de Freio, que a transforma numa força radial da Sapata de Freio na roda do veículo.

O alívio dos freios é feito esgotando-se o ar comprimido do Encanamento Geral e dos Cilindros de Freio para a atmosfera através da Válvula de Controle. Isso foi um avanço muito grande para a época, de modo que seu uso foi difundido rapidamente tanto nos trens de carga quanto nos trens de passageiros.

Sua aplicação foi mais efetiva na Europa onde as composições eram pequenas e compostas de vagões variados. No entanto este sistema teve de ser abandonado por apresentar uma série de inconveniências, tais como: o tamanho dos componentes necessários para sua aplicação, sua eficiência ficava comprometida em composições maiores que 12 vagões, perda de rendimento em grandes altitudes, dificuldade de manutenção e não era automático, isto é, os freios não mais seriam aplicados se houvesse um fracionamento do trem ou uma ruptura na mangueira do Encanamento Geral.

Além disso, os primeiros vagões tinham o freio acionado antes daqueles que ficavam no final da composição, o fazia com que vagões em que os freios ainda não estavam totalmente aplicados, empurrassem os primeiros vagões e a locomotiva. Para suprir estas deficiências do Freio a Ar Direto, principalmente a de não ser automático, George Westinghouse desenvolveu e patenteou em 1872, outro sistema, que denominou de Freio a Ar Automático.

O termo automático deveu-se ao fato de que esse novo sistema aplicava os freios automaticamente em todos os vagões da composição, sem a interferência do maquinista, caso houvesse um vazamento ou uma mangueira se partisse. Para implementar esse novo sistema, além do Cilindro de Freio já existente em cada um dos veículos, foram introduzidos:

• Válvula de comando: Responsável pela aplicação ou alívio dos freios, sendo comandada pelo diferencial de pressão entre o Encanamento Geral e o Reservatório Auxiliar.
• Reservatório auxiliar: Vaso armazenador do ar comprimido responsável pelo acionamento dos Cilindros de Freio.

Esquema Simplificado do Sistema de Freio de Ar Automático.

A Válvula de Comando ficou assim conhecida como Válvula Tríplice devido as suas três funções básicas:

1. Carregamento do sistema: a Válvula de Comando direciona o ar vindo do Reservatório Principal da locomotiva através do Encanamento Geral para o carregamento do Reservatório Auxiliar até a equalização das pressões, mantendo o Reservatório Auxiliar disponível para acionamento dos freios. É importante ressaltar que quando a composição inicia sua operação, ou após uma frenagem, é necessário que os reservatórios de cada veículo sejam recarregados.
   
   Carregamento do Sistema.
   
   
2. Aplicação do freio: Quando se deseja aplicar o freio na composição, efetua-se uma redução da pressão no Encanamento Geral. A Válvula de Controle interrompe o fluxo de ar do Encanamento Geral e direciona o ar armazenado no Reservatório Auxiliar, por ocasião do carregamento, para pressurizar a câmara do Cilindro de Freio. O fato do ar de alimentação dos Cilindros de Freio já estar presente no próprio vagão,não sendo necessário esperar pela sua vinda desde o reservatório da locomotiva, torna menor o tempo para aplicação do freio através da Timoneira e das Sapatas de Freio contra as rodas. A Válvula de Controle também atua efetuando a aplicação dos freios automaticamente,sem interferência do maquinista, quando ocorre um vazamento ou avaria do sistema.
    
   Aplicação do Freio.
   
   
3. Alívio do freio: Quando se deseja soltar o freio da composição, efetua-se um aumento da pressão do Encanamento Geral. A Válvula de Comando atua descarregando para a atmosfera o ar que estava contido no Cilindro de Freio, provocando um alívio das Sapatas de Freio.Durante essa operação, o Encanamento Geral volta a carregar o Reservatório Auxiliar,recarregando-o para um novo acionamento.
    
    Alívio do Freio.

   
   

Conheça um pouco mais da história de George Westinghouse através deste documentário que a Discovery Science fez sobre a Guerra Elétrica. Acompanhe a histórica briga de George Westinghouse e Nikola Tesla contra Thomas Edison que foi o criador da GE - General Eletric.