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Este artículo trata sobre locomotoras que corren sobre rieles. Para el tipo de motor de tracción para transporte pesado, consulte Locomotora de carretera (desambiguación) . Para otros usos, consulte Locomotora (desambiguación) .

Locomotoras diesel Pacific National en Australia que muestran tres tipos de carrocería, unidad de cabina , unidad de capó y cabina de caja
Una locomotora de vapor clase R número R707 operada por los Ferrocarriles Victorianos de Australia
Una locomotora eléctrica HXD1D que transporta un tren de pasajeros en China
Parte de una serie sobre
Transporte ferroviario
Estación de tren de Caboolture, Queensland, agosto de 2012 JPG
  • Modelado
  • Puertas mosquiteras de plataforma
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Una locomotora o el motor es un transporte ferroviario vehículo que proporciona la fuerza motriz para un tren . Si una locomotora es capaz de transportar una carga útil, generalmente se la denomina unidad múltiple , autocar , vagón de ferrocarril o vagón motorizado ; el uso de estos vehículos autopropulsados ​​es cada vez más común para los trenes de pasajeros , pero poco común para el transporte de mercancías (consulte CargoSprinter y Iron Highway ).

Tradicionalmente, las locomotoras tiraban de los trenes desde el frente. Sin embargo, la operación de empujar y tirar se ha vuelto común, donde el tren puede tener una locomotora (o locomotoras) en la parte delantera, trasera o en cada extremo. Más recientemente, los ferrocarriles han comenzado a adoptar DPU o energía distribuida. El frente puede tener una o dos locomotoras seguidas de una locomotora de tren central que se controla de forma remota desde la unidad principal.

Etimología [ editar ]

La palabra locomotora proviene del latín loco - "de un lugar", ablativo de locus "lugar", y del latín medieval motivus , "causando movimiento", y es una forma abreviada del término locomotora , [1] que fue primero utilizado en 1814 [2] para distinguir entre máquinas de vapor autopropulsadas y estacionarias .

Clasificaciones [ editar ]

Ver también: Clase (locomotora)

Antes de las locomotoras, la fuerza motriz de los ferrocarriles se generaba mediante varios métodos de tecnología más baja, como la fuerza humana, los caballos de fuerza, la gravedad o los motores estacionarios que impulsaban sistemas de cable. En la actualidad, todavía existen pocos sistemas de este tipo. Las locomotoras pueden generar su energía a partir de combustible (madera, carbón, petróleo o gas natural), o pueden tomar energía de una fuente externa de electricidad. Es común clasificar las locomotoras por su fuente de energía. Los comunes incluyen:

Steam [ editar ]

Artículo principal: locomotora de vapor
Locomotora de vapor VR Class Tk3 en la ciudad de Kokkola en Ostrobotnia Central , Finlandia

Una locomotora de vapor es una locomotora cuya principal fuente de energía es una máquina de vapor . La forma más común de locomotora de vapor también contiene una caldera para generar el vapor utilizado por el motor. El agua de la caldera se calienta quemando material combustible, generalmente carbón, madera o aceite, para producir vapor. El vapor mueve pistones alternativos que están conectados a las ruedas principales de la locomotora, conocidas como "ruedas motrices". Tanto el combustible como el agua se transportan con la locomotora, ya sea en la propia locomotora, en búnkeres y tanques (esta disposición se conoce como " locomotora tanque ") o se tira detrás de la locomotora, en licitaciones., (esta disposición se conoce como " locomotora tierna ").

Locomotora de Trevithick 1802

La primera locomotora de vapor de ferrocarril en funcionamiento a gran escala fue construida por Richard Trevithick en 1802. Fue construida para la ferrería Coalbrookdale en Shropshire en el Reino Unido, aunque no ha sobrevivido ningún registro de su funcionamiento allí. [3] El 21 de febrero de 1804, el primer viaje en tren a vapor registrado tuvo lugar cuando otra de las locomotoras de Trevithick transportó un tren desde la fábrica de hierro de Penydarren , en Merthyr Tydfil , hasta Abercynon en Gales del Sur. [4] [5] Acompañado por Andrew Vivian , funcionó con un éxito mixto. [6] El diseño incorporó una serie de innovaciones importantes, incluido el uso de vapor de alta presión que redujo el peso del motor y aumentó su eficiencia.

The Locomotion No. 1 en Darlington Railway Center and Museum

En 1812, la locomotora de cremallera de dos cilindros Salamanca de Matthew Murray corrió por primera vez en el ferrocarril de cremallera y piñón de Middleton con rieles de borde ; [7] esta se considera generalmente como la primera locomotora comercialmente exitosa. [8] [9] Otra locomotora temprana muy conocida fue Puffing Billy , construida en 1813-14 por el ingeniero William Hedley para Wylam Colliery cerca de Newcastle upon Tyne. Esta locomotora es la más antigua que se conserva y se exhibe estática en el Museo de Ciencias de Londres. George Stephenson construyó la locomoción n. ° 1 para el ferrocarril de Stockton y Darlington en el noreste de Inglaterra, que fue el primer ferrocarril de vapor público del mundo. En 1829, su hijo Robert construyó The Rocket en Newcastle upon Tyne . Rocket participó y ganó en los Rainhill Trials . Este éxito llevó a la empresa a emerger como el primer constructor preeminente de locomotoras de vapor utilizadas en los ferrocarriles del Reino Unido, Estados Unidos y gran parte de Europa. [10] El ferrocarril de Liverpool y Manchester , construido por Stephenson, abrió un año más tarde haciendo uso exclusivo de la energía de vapor para los trenes de pasajeros y mercancías .

La locomotora de vapor siguió siendo, con mucho, el tipo de locomotora más común hasta después de la Segunda Guerra Mundial . [11] Las locomotoras de vapor son menos eficientes que las locomotoras diesel y eléctricas modernas, y se requiere una fuerza laboral significativamente mayor para operarlas y mantenerlas. [12] Las cifras de British Rail mostraron que el costo de tripulación y combustible de una locomotora de vapor era aproximadamente dos veces y media mayor que el costo de mantener una locomotora diesel equivalente, y el kilometraje diario que podían correr era menor. [ cita requerida ] Entre 1950 y 1970, la mayoría de las locomotoras de vapor fueron retiradas del servicio comercial y reemplazadas por locomotoras eléctricas y diesel-eléctricas. [13][14] Mientras que América del Norte pasó de Steam durante la década de 1950 y Europa continental en la de 1970, en otras partes del mundo, la transición ocurrió más tarde. El vapor era una tecnología familiar que utilizaba combustibles ampliamente disponibles y en las economías de bajos salarios no sufría una disparidad de costos tan amplia. Continuó utilizándose en muchos países hasta finales del siglo XX. A fines del siglo XX, casi la única energía de vapor que seguía en uso regular en todo el mundo estaba en los ferrocarriles patrimoniales .

Combustión interna [ editar ]

Artículo principal: Locomotora de combustión interna

Las locomotoras de combustión interna utilizan un motor de combustión interna , conectado a las ruedas motrices por una transmisión. Por lo general, mantienen el motor funcionando a una velocidad casi constante, ya sea que la locomotora esté parada o en movimiento. Las locomotoras de combustión interna se clasifican por su tipo de combustible y se subcategorizan por su tipo de transmisión.

Benceno [ editar ]

Las locomotoras de benceno tienen motores de combustión interna que utilizan benceno como combustible.

Queroseno [ editar ]

El draisine de Daimler de 1887

Las locomotoras de queroseno utilizan queroseno como combustible. Fueron las primeras locomotoras de combustión interna del mundo, precediendo a las locomotoras diesel y otras locomotoras de petróleo por algunos años. El primer vehículo ferroviario de queroseno conocido fue una draisina construida por Gottlieb Daimler en 1887, [15] pero técnicamente no era una locomotora ya que llevaba una carga útil.

Los Priestman Brothers de Kingston upon Hull construyeron una locomotora de queroseno en 1894 para su uso en los muelles de Hull . Esta locomotora fue construida con un motor de tipo marino de doble efecto de 12 hp, que funciona a 300 rpm, montado sobre un chasis de vagón de 4 ruedas. Solo pudo transportar un vagón cargado a la vez, debido a su baja potencia de salida, y no fue un gran éxito. [16] La primera locomotora de queroseno con éxito fue "Lachesis" construida por Richard Hornsby & Sons Ltd. y entregada al ferrocarril de Woolwich Arsenal en 1896. La compañía construyó cuatro locomotoras de queroseno entre 1896 y 1903, para su uso en el Arsenal.

Gasolina [ editar ]

La locomotora de gasolina Maudslay de 1902

Las locomotoras de gasolina utilizan gasolina ( gasolina ) como combustible. La primera locomotora de gasolina comercialmente exitosa fue una locomotora mecánica de gasolina construida por Maudslay Motor Company en 1902, para el mercado de ganado Deptford en Londres . Se trataba de una locomotora de 80 CV con motor de gasolina vertical de 3 cilindros, con caja de cambios mecánica de dos velocidades.

Mecánica de gasolina [ editar ]

El tipo más común de locomotora de gasolina son las locomotoras mecánicas de gasolina , que utilizan transmisión mecánica en forma de cajas de cambios (a veces junto con transmisiones por cadena ) para entregar la potencia del motor a las ruedas motrices, de la misma manera que un automóvil. . La segunda locomotora mecánica de gasolina fue construida por FC Blake de Kew en enero de 1903 para la Junta Principal de Alcantarillado de Richmond . [17] [18] [16]

Gasolina-eléctrica [ editar ]
Artículo principal: Transmisión gasolina-eléctrica

Las locomotoras de gasolina y eléctricas son locomotoras de gasolina que utilizan una transmisión eléctrica para entregar la potencia del motor a las ruedas motrices. Esto evita la necesidad de cajas de cambios al convertir la fuerza mecánica giratoria del motor en energía eléctrica mediante una dinamo y luego accionar las ruedas mediante motores de tracción eléctricos de varias velocidades . Esto permite una aceleración más suave, ya que evita la necesidad de cambios de marcha; sin embargo, es más caro, más pesado y, a veces, más voluminoso que la transmisión mecánica.

Naftalina [ editar ]

Artículo principal: locomotora de naftalina

Diesel [ editar ]

Artículo principal: locomotora diésel

Las locomotoras diésel funcionan con motores diésel . En los primeros días del desarrollo de la propulsión diesel, se emplearon varios sistemas de transmisión con diversos grados de éxito, siendo la transmisión eléctrica la más popular.

Diésel-mecánico [ editar ]
Una de las primeras locomotoras diesel-mecánicas en el Museo del Ferrocarril de Alabama del Norte

Una locomotora diésel-mecánica utiliza una transmisión mecánica para transferir potencia a las ruedas. Este tipo de transmisión generalmente se limita a locomotoras de maniobra (conmutación) de baja potencia y baja velocidad , unidades múltiples livianas y vagones autopropulsados . Las primeras locomotoras diesel eran mecánicas diesel. En 1906, Rudolf Diesel , Adolf Klose y el fabricante de motores de vapor y diesel Gebrüder Sulzerfundó Diesel-Sulzer-Klose GmbH para fabricar locomotoras diesel. Los Ferrocarriles Estatales de Prusia encargaron una locomotora diésel a la empresa en 1909. La primera locomotora diésel del mundo (una locomotora mecánica diésel) se operó en el verano de 1912 en el ferrocarril Winterthur-Romanshorn en Suiza, pero no fue un éxito comercial . [19] A mediados de la década de 1920 se produjeron pequeñas cantidades de prototipos de locomotoras diesel en varios países.

Diesel-eléctrico [ editar ]
Primera locomotora diésel útil del mundo (una locomotora diésel-eléctrica) para largas distancias SŽD Eel2 , 1924 en Kiev
Artículo principal: Locomotora diésel § Diésel-eléctrica

Las locomotoras diesel-eléctricas son locomotoras diesel que utilizan transmisión eléctrica . El motor diesel acciona un generador de CC eléctrico (generalmente, menos de 3000 caballos de fuerza (2200 kW) netos para tracción), o un alternador-rectificador de CA eléctrico (generalmente 3000 caballos de fuerza (2200 kW) netos o más para tracción), la salida de que proporciona energía a los motores de tracción que impulsan la locomotora. No hay conexión mecánica entre el motor diesel y las ruedas. La gran mayoría de las locomotoras diésel actuales son diésel-eléctricas.

En 1914, Hermann Lemp , ingeniero eléctrico de General Electric , desarrolló y patentó un sistema de control eléctrico de corriente continua confiable (las mejoras posteriores también fueron patentadas por Lemp). [20] El diseño de Lemp usaba una sola palanca para controlar tanto el motor como el generador de manera coordinada, y era el prototipo para todo el control de locomotoras diesel-eléctricas . En 1917-18, GE produjo tres locomotoras diesel-eléctricas experimentales utilizando el diseño de control de Lemp. [21] En 1924, comenzó a funcionar una locomotora diesel-eléctrica ( E el 2 número original Юэ 001 / Yu-e 001). Había sido diseñado por un equipo dirigido porYury Lomonosov y construido entre 1923 y 1924 por Maschinenfabrik Esslingen en Alemania. Tenía 5 ejes motrices (1'E1 '). Después de varios viajes de prueba, transportó trenes durante casi tres décadas desde 1925 hasta 1954. [22]

Diésel-hidráulico [ editar ]
Una locomotora diesel-hidráulica DB Clase V 200 alemana en Technikmuseum, Berlín

Las locomotoras diesel-hidráulicas son locomotoras diesel que utilizan transmisión hidráulica . En esta disposición, utilizan uno o más convertidores de par , en combinación con engranajes, con un mando final mecánico para transmitir la potencia del motor diesel a las ruedas.

El principal usuario mundial de transmisiones hidráulicas de línea principal fue la República Federal de Alemania , con diseños que incluían la familia DB Class V 200 de los años 50 y la familia DB V 160 de los años 60 y 70 . British Rail introdujo una serie de diseños hidráulicos diesel durante su Plan de Modernización de 1955 , inicialmente versiones construidas bajo licencia de diseños alemanes. En España, Renfe Operadora utilizó diseños alemanes bimotores de alta relación potencia / peso para transportar trenes de alta velocidad desde los años sesenta hasta los noventa. (ver RENFE Clases 340 , 350 , 352 , 353 , 354 ).

Los sistemas de propulsión hidrostática también se han aplicado al uso ferroviario, por ejemplo, locomotoras de maniobra de 350 a 750 hp (260 a 560 kW) de CMI Group (Bélgica). [23] Los accionamientos hidrostáticos también se utilizan en máquinas de mantenimiento de vías férreas, como pisones y rectificadoras de vías . [24]

Turbina de gas [ editar ]

Artículo principal: locomotora de turbina de gas
UP 18, una locomotora eléctrica de turbina de gas conservada en el Museo del Ferrocarril de Illinois

Una locomotora de turbina de gas es una locomotora con motor de combustión interna que consta de una turbina de gas . Los motores ICE requieren una transmisión para impulsar las ruedas. Se debe permitir que el motor continúe funcionando cuando la locomotora está parada.

Las locomotoras mecánicas de turbinas de gas utilizan una transmisión mecánica para entregar la potencia de salida de las turbinas de gas a las ruedas. Una locomotora de turbina de gas fue patentada en 1861 por Marc Antoine Francois Mennons (patente británica nº 1633). [25]No hay evidencia de que la locomotora se haya construido realmente, pero el diseño incluye las características esenciales de las locomotoras de turbina de gas, incluido el compresor, la cámara de combustión, la turbina y el precalentador de aire. En 1952, Renault entregó un prototipo de locomotora mecánica de turbina de gas de 1150 hp y cuatro ejes equipada con el sistema de producción de aire comprimido y gas de "turbina libre" Pescara, en lugar de un compresor coaxial de múltiples etapas integrado en la turbina. Este modelo fue reemplazado por un par de locomotoras de seis ejes de 2400 hp con dos turbinas y alimentadores Pescara en 1959. Varias locomotoras similares fueron construidas en la URSS por Kharkov Locomotive Works . [26]

Locomotoras de turbina eléctrica y de gas , utilizan una turbina de gas para impulsar un generador eléctrico o alternador que produce potencias de corriente eléctrica del motor de tracción que accionan las ruedas. En 1939, los Ferrocarriles Federales Suizos encargaron el Am 4/6, un GTEL con una potencia máxima de motor de 1.620 kW (2.170 CV) de Brown Boveri . Se completó en 1941 y luego se sometió a pruebas antes de entrar en servicio regular. El Am 4/6 fue la primera turbina de gas - locomotora eléctrica. British Rail 18000 fue construido por Brown Boveri y entregado en 1949. British Rail 18100 fue construido por Metropolitan-Vickersy entregada en 1951. Una tercera locomotora, la British Rail GT3 , fue construida en 1961. Union Pacific Railroad manejó una gran flota de locomotoras de carga impulsadas por turbinas a partir de la década de 1950. [27] Estos fueron ampliamente utilizados en rutas de largo recorrido y fueron rentables a pesar de su escaso ahorro de combustible debido al uso de combustibles "sobrantes" de la industria del petróleo. En su apogeo, el ferrocarril estimó que impulsaban alrededor del 10% de los trenes de carga de Union Pacific, un uso mucho más amplio que cualquier otro ejemplo de esta clase.

Una turbina de gas ofrece algunas ventajas sobre un motor de pistón . Hay pocas partes móviles, lo que disminuye la necesidad de lubricación y potencialmente reduce los costos de mantenimiento, y la relación potencia / peso es mucho mayor. Una turbina de una potencia determinada también es físicamente más pequeña que un motor de pistón igualmente potente, lo que permite que una locomotora sea muy potente sin ser excesivamente grande. Sin embargo, la potencia y la eficiencia de una turbina disminuyen drásticamente con la velocidad de rotación , a diferencia de un motor de pistón, que tiene una curva de potencia comparativamente plana. Esto hace que los sistemas GTEL sean útiles principalmente para recorridos de alta velocidad de larga distancia. Otros problemas con las locomotoras eléctricas de turbina de gas incluían que eran muy ruidosas. [28]

Eléctrico [ editar ]

Artículo principal: Locomotora eléctrica

Una locomotora eléctrica es una locomotora que funciona únicamente con electricidad. La electricidad se suministra a los trenes en movimiento con un conductor (casi) continuo que corre a lo largo de la vía que generalmente toma una de tres formas: una línea aérea , suspendida de postes o torres a lo largo de la vía o de techos de estructuras o túneles; un tercer carril montado al nivel de la vía; o una batería a bordo . Tanto los sistemas de cables aéreos como los de tercer riel generalmente usan los rieles de carrera como conductor de retorno, pero algunos sistemas usan un cuarto riel separado para este propósito. El tipo de energía eléctrica utilizada es corriente continua (CC) o corriente alterna (CA).

Southern Railway (Reino Unido) 20002 estaba equipado con pantógrafo y zapatas de contacto

Existen varios métodos de recolección: un palo de carro , que es un palo largo y flexible que engancha la línea con una rueda o zapato; un colector de arco , que es un marco que sostiene una varilla colectora larga contra el alambre; un pantógrafo , que es un marco con bisagras que sostiene las zapatas colectoras contra el alambre en una geometría fija; o un zapato de contacto , que es un zapato en contacto con el tercer carril. De los tres, el método del pantógrafo es el más adecuado para el funcionamiento a alta velocidad.

Las locomotoras eléctricas utilizan casi universalmente motores de tracción de eje suspendido, con un motor para cada eje motriz. En esta disposición, un lado de la carcasa del motor está soportado por cojinetes lisos que se montan sobre un muñón pulido y rectificado que es integral al eje. El otro lado de la carcasa tiene una protuberancia en forma de lengüeta que encaja en una ranura correspondiente en el cabezal del camión (bogie), su propósito es actuar como un dispositivo de reacción de par, así como un soporte. La transferencia de potencia del motor al eje se realiza mediante engranajes rectos , en los que un piñón en el eje del motor se acopla a un engranaje giratorio.en el eje. Ambos engranajes están encerrados en una carcasa hermética que contiene aceite lubricante. El tipo de servicio en el que se utiliza la locomotora dicta la relación de transmisión empleada. Las relaciones numéricamente altas se encuentran comúnmente en las unidades de carga, mientras que las relaciones numéricamente bajas son típicas de los motores de pasajeros.

La electricidad se genera típicamente en estaciones generadoras grandes y relativamente eficientes , se transmite a la red ferroviaria y se distribuye a los trenes. Algunos ferrocarriles eléctricos tienen sus propias estaciones generadoras y líneas de transmisión dedicadas , pero la mayoría compra energía de una empresa de servicios eléctricos . El ferrocarril suele proporcionar sus propias líneas de distribución, interruptores y transformadores .

Las locomotoras eléctricas suelen costar un 20% menos que las locomotoras diésel, sus costes de mantenimiento son un 25-35% más bajos y su funcionamiento cuesta hasta un 50% menos. [29]

Corriente continua [ editar ]

Werner von Siemens tren eléctrico DC experimental, 1879
Motor eléctrico de Baltimore y Ohio, 1895

Los primeros sistemas fueron los sistemas de CC . El primer tren eléctrico de pasajeros fue presentado por Werner von Siemens en Berlín en 1879. La locomotora estaba impulsada por un motor de bobinado en serie de 2,2 kW, y el tren, que constaba de la locomotora y tres vagones, alcanzaba una velocidad de 13 km / h. . Durante cuatro meses, el tren transportó a 90.000 pasajeros en una vía circular de 300 metros de largo (984 pies). La electricidad (150 V CC) se suministró a través de un tercer riel aislado entre las vías. Se utilizó un rodillo de contacto para recoger la electricidad. La primera línea de tranvía eléctrico del mundo se inauguró en Lichterfelde, cerca de Berlín, Alemania, en 1881. Fue construida por Werner von Siemens (ver Tranvía de Gross-Lichterfelde y Berlin Straßenbahn ). LaEl ferrocarril eléctrico de Volk se inauguró en 1883 en Brighton y es el ferrocarril eléctrico más antiguo que se conserva. También en 1883, Mödling y Hinterbrühl Tram se abrieron cerca de Viena en Austria. Fue el primero en el mundo en servicio regular alimentado desde una línea aérea. Cinco años más tarde, en los Estados Unidos, los carros eléctricos fueron introducidos en 1888 en el ferrocarril de pasajeros de Richmond Union , utilizando equipos diseñados por Frank J. Sprague . [30]

La primera línea subterránea operada eléctricamente fue la City and South London Railway , impulsada por una cláusula en su ley de habilitación que prohíbe el uso de la energía a vapor. [31] Se inauguró en 1890, utilizando locomotoras eléctricas construidas por Mather & Platt . La electricidad se convirtió rápidamente en la fuente de alimentación preferida para el metro, impulsada por la invención de Sprague del control de trenes de unidades múltiples en 1897.

El primer uso de la electrificación en una línea principal fue en un tramo de cuatro millas de la Baltimore Belt Line del ferrocarril de Baltimore y Ohio (B&O) en 1895 que conectaba la parte principal de la B&O con la nueva línea a Nueva York a través de una serie de túneles alrededor de los bordes del centro de Baltimore. Inicialmente se utilizaron tres unidades Bo + Bo , en el extremo sur del tramo electrificado; se acoplaron a la locomotora y al tren y lo empujaron a través de los túneles. [32]

DC se utilizó en sistemas anteriores. Estos sistemas fueron reemplazados gradualmente por AC. Hoy en día, casi todos los ferrocarriles principales utilizan sistemas de aire acondicionado. Los sistemas de CC se limitan principalmente al tránsito urbano, como los sistemas de metro, el tren ligero y los tranvías, donde los requisitos de energía son menores.

Corriente alterna [ editar ]

Un prototipo de una locomotora eléctrica Ganz AC en Valtellina, Italia, 1901

La primera locomotora eléctrica de CA práctica fue diseñada por Charles Brown , que entonces trabajaba para Oerlikon , Zürich. En 1891, Brown había demostrado la transmisión de energía a larga distancia, utilizando CA trifásica , entre una planta hidroeléctrica en Lauffen am Neckar y Frankfurt am Main West, una distancia de 280 km. Utilizando la experiencia que había adquirido mientras trabajaba para Jean Heilmann en diseños de locomotoras eléctricas de vapor, Brown observó que los motores trifásicos tenían una relación potencia-peso más alta que los motores de CC y, debido a la ausencia de un conmutador, eran más simples de fabricar y mantener. [33] Sin embargo, eran mucho más grandes que los motores de CC de la época y no se podían montar en bogies bajo el suelo : solo se podían transportar dentro de los cuerpos de las locomotoras. [34]

En 1894, el ingeniero húngaro Kálmán Kandó desarrolló un nuevo tipo de motores y generadores eléctricos asíncronos trifásicos de accionamiento para locomotoras eléctricas. Los primeros diseños de Kandó de 1894 se aplicaron por primera vez en un corto tranvía trifásico AC en Evian-les-Bains (Francia), que se construyó entre 1896 y 1898. [35] [36] [37] [38] [39] En 1918 , [40] Kandó inventó y desarrolló el convertidor de fase rotativo , que permite a las locomotoras eléctricas utilizar motores trifásicos mientras se alimentan a través de un solo cable aéreo, que transporta la corriente alterna monofásica de frecuencia industrial simple (50 Hz) de las redes nacionales de alta tensión. [41]

En 1896, Oerlikon instaló el primer ejemplo comercial del sistema en el tranvía de Lugano . Cada locomotora de 30 toneladas tenía dos motores de 110 kW (150 hp) operados por tres fases de 750 V 40 Hz alimentados por líneas aéreas dobles. Los motores trifásicos funcionan a velocidad constante y proporcionan frenado regenerativo , y son muy adecuados para rutas con pendientes pronunciadas, y las primeras locomotoras trifásicas de línea principal fueron suministradas por Brown (para entonces en asociación con Walter Boveri ) en 1899 en el 40 km Burgdorf-Thun line , Suiza. La primera implementación de suministro de CA monofásico de frecuencia industrial para locomotoras provino de Oerlikon en 1901, utilizando los diseños de Hans Behn-Eschenburg y Emil Huber-Stockar.; La instalación en la línea Seebach-Wettingen de los Ferrocarriles Federales Suizos se completó en 1904. Las locomotoras de 15 kV, 50 Hz, 345 kW (460 hp) y 48 toneladas usaban transformadores y convertidores rotativos para alimentar motores de tracción de CC. [42]

Los ferrocarriles italianos fueron los primeros en el mundo en introducir tracción eléctrica en toda la longitud de una línea principal en lugar de solo un tramo corto. La línea Valtellina de 106 km se inauguró el 4 de septiembre de 1902, diseñada por Kandó y un equipo de la fábrica de Ganz. [43] [41] El sistema eléctrico era trifásico a 3 kV 15 Hz. El voltaje era significativamente más alto que el utilizado anteriormente y requería nuevos diseños para motores eléctricos y dispositivos de conmutación. [44] [45] El sistema trifásico de dos hilos se utilizó en varios ferrocarriles del norte de Italia y se conoció como "el sistema italiano". Kandó fue invitado en 1905 para asumir la dirección de Società Italiana Westinghouse y dirigió el desarrollo de varias locomotoras eléctricas italianas. [44]

Batería-eléctrica [ editar ]

Una locomotora eléctrica a batería del metro de Londres en la estación de West Ham utilizada para transportar trenes de ingenieros
Una locomotora eléctrica de batería de vía estrecha utilizada para la minería

Una locomotora eléctrica a batería (o locomotora a batería) es una locomotora eléctrica alimentada por baterías a bordo ; una especie de vehículo eléctrico a batería .

Tales locomotoras se utilizan donde una locomotora diesel o eléctrica convencional sería inadecuada. Un ejemplo son los trenes de mantenimiento en líneas electrificadas cuando se corta el suministro eléctrico. Otro uso es en instalaciones industriales donde una locomotora de combustión (es decir, de vapor o diesel ) podría causar un problema de seguridad debido a los riesgos de incendio, explosión o humos en un espacio confinado. Las locomotoras de batería se prefieren para minas donde el gas podría encenderse por unidades impulsadas por carros que forman un arco en las zapatas de recolección, o donde se podría desarrollar resistencia eléctrica en los circuitos de suministro o retorno, especialmente en las juntas de los rieles, y permitir una peligrosa fuga de corriente al suelo. [46]

La primera locomotora eléctrica conocida fue construida en 1837 por el químico Robert Davidson de Aberdeen y funcionaba con celdas galvánicas (baterías). Más tarde, Davidson construyó una locomotora más grande llamada Galvani , exhibida en la Exposición de la Royal Scottish Society of Arts en 1841. El vehículo de siete toneladas tenía dos motores de reluctancia de transmisión directa , con electroimanes fijos que actúan sobre barras de hierro unidas a un cilindro de madera en cada eje. y conmutadores simples . Transportó una carga de seis toneladas a cuatro millas por hora (6 kilómetros por hora) por una distancia de una milla y media (2,4 kilómetros). Fue probado en el ferrocarril de Edimburgo y Glasgow.en septiembre del año siguiente, pero la energía limitada de las baterías impidió su uso generalizado. [47] [48] [49]

Otro ejemplo fue en la mina de cobre Kennecott , Latouche, Alaska , donde en 1917 se ampliaron las vías de transporte subterráneo para permitir el trabajo de dos locomotoras de batería de 4+1 ⁄ 2 toneladas. [50] En 1928, Kennecott Copper encargó cuatro locomotoras eléctricas de la serie 700 con baterías a bordo. Estas locomotoras pesaban 85 toneladas y funcionaban con un cable de carro aéreo de 750 voltios con un alcance adicional considerable mientras funcionaban con baterías. [51] Las locomotoras proporcionaron varias décadas de servicio utilizandotecnología de batería de níquel-hierro (Edison). Las baterías fueron reemplazadas por baterías de plomo-ácido y las locomotoras se retiraron poco después. Las cuatro locomotoras fueron donadas a museos, pero una fue desechada. Los demás se pueden ver en Boone and Scenic Valley Railroad , Iowa, y en el Western Railway Museum.en Rio Vista, California. La Comisión de Tránsito de Toronto operó anteriormente una locomotora eléctrica de batería construida por Nippon Sharyo en 1968 y se retiró en 2009. [52]

El metro de Londres opera regularmente locomotoras eléctricas de batería para trabajos de mantenimiento general.

En la década de 1960, el desarrollo del servicio de muy alta velocidad trajo consigo una mayor electrificación. El Shinkansen japonés y el TGV francés fueron los primeros sistemas para los que se construyeron desde cero líneas dedicadas de alta velocidad. Se llevaron a cabo programas similares en Italia , Alemania y España ; y muchos países del mundo. La electrificación ferroviaria ha aumentado constantemente en las últimas décadas y, a partir de 2012, las vías electrificadas representan casi un tercio del total de vías a nivel mundial. [53]

En comparación con la principal alternativa, el motor diesel , los ferrocarriles eléctricos ofrecen una eficiencia energética sustancialmente mejor, menores emisiones y menores costos operativos. Las locomotoras eléctricas también suelen ser más silenciosas, más potentes, más sensibles y fiables que las diesel. No tienen emisiones locales, una ventaja importante en túneles y zonas urbanas. Algunos sistemas de tracción eléctrica proporcionan un frenado regenerativo que convierte la energía cinética del tren en electricidad y la devuelve al sistema de suministro para que la utilicen otros trenes o la red pública general. Si bien las locomotoras diésel queman petróleo, la electricidad se puede generar a partir de diversas fuentes, incluida la energía renovable.

Otros tipos [ editar ]

Sin fuego [ editar ]

Artículo principal: Locomotora sin fuego

Diesel-vapor [ editar ]

Artículo principal: Locomotora híbrida diésel de vapor
Una locomotora híbrida de vapor-diesel soviética TP1

Las locomotoras híbridas de vapor-diesel pueden usar vapor generado por una caldera o diesel para impulsar un motor de pistón. El sistema de vapor comprimido Cristiani usaba un motor diesel para accionar un compresor para impulsar y recircular el vapor producido por una caldera; utilizando eficazmente el vapor como medio de transmisión de energía, siendo el motor diésel el motor principal [54]

En la década de 1940, las locomotoras diesel comenzaron a desplazar la energía de vapor en los ferrocarriles estadounidenses. Tras el final de la Segunda Guerra Mundial , la energía diesel comenzó a aparecer en los ferrocarriles de muchos países. La economía significativamente mejor de la operación diesel provocó un salto hacia la energía diesel, un proceso conocido como Dieselización . A fines de la década de 1990, solo los ferrocarriles tradicionales continuaban operando locomotoras de vapor en la mayoría de los países.

Las locomotoras diésel requieren un mantenimiento considerablemente menor que las de vapor, con la correspondiente reducción en el número de personal necesario para mantener la flota en servicio. Las mejores locomotoras de vapor pasaban un promedio de tres a cinco días por mes en el taller para el mantenimiento de rutina y las reparaciones en funcionamiento. [ citación necesitada ] Las revisiones pesadas eran frecuentes, a menudo implicando la remoción de la caldera del marco para reparaciones mayores. En contraste, una locomotora diesel típica no requiere más de ocho a diez horas de mantenimiento por mes (los intervalos de mantenimiento son 92 días o 184 días, dependiendo de la edad de la locomotora), [ cita requerida ] y puede funcionar durante décadas entre revisiones importantes. [ cita requerida] Las unidades diesel no contaminan tanto como los trenes de vapor; [ cita requerida ] las unidades modernas producen bajos niveles de emisiones de escape.

Atómico-eléctrico [ editar ]

A principios de la década de 1950, el Dr. Lyle Borst de la Universidad de Utah recibió fondos de varios fabricantes y líneas ferroviarias de EE. UU. Para estudiar la viabilidad de una locomotora de propulsión eléctrica, en la que un reactor atómico a bordo producía el vapor para generar la electricidad. En ese momento, la energía atómica no se entendía completamente; Borst creía que el principal obstáculo era el precio del uranio. Con la locomotora atómica Borst, la sección central tendría una cámara de reactor de 200 toneladas y paredes de acero de 5 pies de espesor para evitar emisiones de radiactividad en caso de accidentes. Calculó un costo de fabricación de locomotoras atómicas con motores de 7000 hp en aproximadamente $ 1,200,000 cada una. [55] En consecuencia, los trenes con generadores nucleares a bordo se consideraron generalmente inviables debido a costos prohibitivos.

Pila de combustible-eléctrica [ editar ]

Artículo principal: Hydrail

En 2002, la primera locomotora minera de 3,6 toneladas y 17 kW de hidrógeno (pila de combustible) se demostró en Val-d'Or , Quebec . En 2007 entró en servicio el minihidrail educativo en Kaohsiung , Taiwán . El Railpower GG20B es finalmente otro ejemplo de locomotora eléctrica de pila de combustible.

Locomotoras híbridas [ editar ]

Artículo principal: tren híbrido
Bombardier ALP-45DP en la convención de Innotrans en Berlín

Hay muchos tipos diferentes de locomotoras híbridas o de modo dual que utilizan dos o más tipos de fuerza motriz. Los híbridos más comunes son las locomotoras electro-diésel que funcionan con un suministro eléctrico o con un motor diésel a bordo . Estos se utilizan para proporcionar viajes continuos a lo largo de rutas que solo están parcialmente electrificadas. Los ejemplos incluyen el EMD FL9 y Bombardier ALP-45DP

Utilice [ editar ]

Hay tres usos principales de las locomotoras en las operaciones de transporte ferroviario : para transportar trenes de pasajeros , trenes de mercancías y para cambiar (inglés británico: shunting).

Las locomotoras de carga normalmente están diseñadas para ofrecer un gran esfuerzo de tracción de arranque y una gran potencia sostenida. Esto les permite arrancar y mover trenes pesados, pero generalmente tiene el costo de velocidades máximas relativamente bajas. Las locomotoras de pasajeros generalmente desarrollan un menor esfuerzo de tracción de arranque, pero pueden operar a las altas velocidades requeridas para mantener los horarios de los pasajeros. Las locomotoras de tráfico mixto (inglés estadounidense: locomotoras de uso general o de cambio de carretera) no desarrollan tanto esfuerzo de tracción de arranque como una locomotora de carga, pero pueden transportar trenes más pesados ​​que una locomotora de pasajeros.

La mayoría de las locomotoras de vapor tienen motores alternativos, con pistones acoplados a las ruedas motrices por medio de bielas, sin caja de cambios intermedia. Esto significa que la combinación del esfuerzo de tracción inicial y la velocidad máxima está muy influenciada por el diámetro de las ruedas motrices. Las locomotoras de vapor destinadas al servicio de carga generalmente tienen ruedas motrices de menor diámetro que las locomotoras de pasajeros.

En locomotoras diesel-eléctricas y eléctricas, el sistema de control entre los motores de tracción y los ejes adapta la potencia de salida a los rieles para el servicio de carga o pasajeros. Las locomotoras de pasajeros pueden incluir otras características, como energía de cabecera (también conocida como energía de hotel o suministro de tren eléctrico) o un generador de vapor .

Algunas locomotoras están diseñadas específicamente para trabajar en ferrocarriles de pendiente empinada y cuentan con amplios mecanismos de frenado adicionales y, a veces, cremallera y piñón. Las locomotoras de vapor construidas para ferrocarriles de piñón y cremallera empinados con frecuencia tienen la caldera inclinada con respecto al bastidor de la locomotora , de modo que la caldera permanece aproximadamente nivelada en pendientes empinadas.

Las locomotoras también se usan en algunos trenes de alta velocidad: todos los TGV , muchos AVE , algunos KTX y los trenes ICE 2 e ICE 1 ahora retirados usan locomotoras, que también pueden ser conocidas como autos a motor. El uso de vehículos motorizados permite una conducción de alta calidad y menos equipamiento eléctrico, [56] pero en comparación con las unidades eléctricas múltiples , también ofrecen una menor aceleración y mayores pesos por eje (para los coches motorizados). El KTX-II y el ICE 1 utilizan un Mezcla de unidades múltiples eléctricas y autos a motor.

Rol operativo [ editar ]

Las locomotoras ocasionalmente trabajan en un rol específico, como:

  • Locomotora de tren es el nombre técnico de una locomotora unida a la parte delantera de un tren para transportar ese tren. Alternativamente, cuando existan instalaciones para la operación de empujar y tirar , la locomotora del tren podría estar acoplada a la parte trasera del tren;
  • Motor piloto : una locomotora unida al frente del motor del tren, para permitir el doble rumbo ;
  • Motor de banco : una locomotora que ayuda temporalmente a un tren desde la parte trasera, debido a un arranque difícil o una pendiente pronunciada;
  • Motor ligero : una locomotora que funciona sin un tren detrás, por motivos de reubicación o de funcionamiento.
  • Piloto de estación : una locomotora utilizada para desviar trenes de pasajeros en una estación de ferrocarril.

Disposición de la rueda [ editar ]

Artículo principal: Disposición de las ruedas

La disposición de las ruedas de una locomotora describe cuántas ruedas tiene; Los métodos comunes incluyen la disposición de la rueda AAR , la clasificación UIC y los sistemas de notación Whyte .

Locomotoras de control remoto [ editar ]

Artículo principal: locomotora de control remoto

En la segunda mitad del siglo XX las locomotoras de control remoto comenzaron a entrar en servicio en las operaciones de conmutación, siendo controladas a distancia por un operador fuera de la cabina de la locomotora. El principal beneficio es que un operador puede controlar la carga de grano, carbón, grava, etc. en los vagones. Además, el mismo operador puede mover el tren según sea necesario. Por lo tanto, la locomotora se carga o descarga en aproximadamente un tercio del tiempo. [ cita requerida ]

Comparación con varias unidades [ editar ]

Ventajas [ editar ]

Hay algunas razones básicas para aislar la potencia de los trenes de locomotoras, en comparación con los trenes autopropulsados . [57]

Facilidad
Ya sea por necesidad de sustitución de la locomotora por avería, o por necesidad de mantenimiento de la unidad de potencia, es relativamente fácil sustituir la locomotora por otra, sin sacar de servicio todo el tren.
Máxima utilización de los coches de motor
Las locomotoras separadas facilitan el movimiento de costosos activos de fuerza motriz según sea necesario; evitando así el gasto asociado con los recursos de energía inmovilizados o inactivos.
Flexibilidad
Las locomotoras grandes pueden sustituir a las locomotoras pequeñas cuando se requiere más potencia, por ejemplo, cuando las pendientes son más pronunciadas. Según sea necesario, una locomotora se puede utilizar para tareas de carga o servicio de pasajeros.
Ciclos de obsolescencia
Separar la fuerza motriz de los carros de transporte de carga útil permite reemplazar uno sin afectar al otro. Por ejemplo, las locomotoras pueden volverse obsoletas cuando sus vagones asociados no lo son, y viceversa.
Seguridad
En caso de accidente, la locomotora puede actuar como zona de amortiguación para el resto del tren. Dependiendo del obstáculo encontrado en la vía férrea, es menos probable que la masa más pesada de una locomotora se desvíe de su curso normal. En caso de incendio, podría ser más seguro, por ejemplo, con locomotoras diésel.
Ruido
Una sola fuente de potencia de tracción (es decir, motores en un solo lugar) es más silenciosa que varias unidades de potencia operativas, donde uno o más motores están ubicados debajo de cada carro. El problema del ruido es particularmente notable en unidades múltiples diésel .
Ahorra tiempo
La fuerza motriz acompaña a los coches a remolcar y consecuentemente hay un ahorro de tiempo.
Mantenimiento
Puede ser más fácil mantener una unidad de potencia que varios motores. Especialmente para las locomotoras de vapor, pero también para otros tipos, las instalaciones de mantenimiento pueden ser entornos muy sucios y es ventajoso no tener que llevar el alojamiento de los pasajeros al mismo depósito. Esta fue una de las razones de la desaparición de los motores de ferrocarril de vapor GWR .

Desventajas [ editar ]

Hay varias ventajas de los trenes de unidades múltiples (MU) en comparación con las locomotoras.

Eficiencia energética
Varias unidades son más eficientes energéticamente que los trenes arrastrados por locomotoras y más ágiles, especialmente en pendientes, ya que mucho más del peso del tren (a veces todo) se coloca sobre ruedas motrices, en lugar de sufrir el peso muerto de los vagones sin motor.
No es necesario girar la locomotora
Muchas unidades múltiples tienen cabinas en ambos extremos; por lo tanto, el tren se puede dar marcha atrás sin desacoplar / volver a acoplar la locomotora, lo que proporciona tiempos de respuesta más rápidos, menores costos de tripulación y mayor seguridad. En la práctica, el desarrollo de la conducción de remolques y cabinas ha eliminado la necesidad de que las locomotoras funcionen, lo que facilita la operación bidireccional y elimina esta ventaja de MU.
Fiabilidad
Los trenes de unidades múltiples tienen múltiples motores, donde la falla de un motor generalmente no impide que el tren continúe su viaje. Un tren de pasajeros tirado por locomotoras normalmente tiene una sola unidad de potencia; el fallo de esta única unidad desactiva temporalmente el tren. Sin embargo, como suele ser el caso de los trenes de mercancías arrastrados por locomotoras, algunos trenes de pasajeros utilizan varias locomotoras y, por tanto, pueden continuar a velocidad reducida tras la avería de una locomotora.

Locomotoras en numismática [ editar ]

Las locomotoras han sido objeto de monedas y medallas de colección. Un ejemplo es la moneda conmemorativa del Ferrocarril alpino Semmering de 25 euros y 150 años . El anverso muestra dos locomotoras: una histórica y otra moderna, que representan el desarrollo técnico en la construcción de locomotoras entre los años 1854 y 2004. La mitad inferior muestra la primera locomotora alpina funcional, la Engerth ; construido por Wilhelm Freiherr von Engerth . La mitad superior muestra la ES 64 U "Taurus" , una locomotora de alto rendimiento de principios del siglo XXI. [ cita requerida ]

Ver también [ editar ]

  • Freno de aire
  • Locomotora articulada
  • Autorail
  • Motor de banco
  • Placa de constructor
  • Coche de control
  • Locomotora duplex
  • Unidad múltiple eléctrica
  • Cabecero (tren)
  • Cabezal (material rodante)
  • El sistema de Kryšpín
  • Lista de constructores de locomotoras
  • Lista de locomotoras
  • Locomotoras en el arte
  • Frenos ferroviarios
  • Frenos regenerativos (dinámicos)
  • Motor de tracción
  • Bocina de tren
  • Freno de vacio
  • Locomotora más grande del mundo

Referencias [ editar ]

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Bibliografía [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

Medios relacionados con locomotoras en Wikimedia Commons

  • Una guía de ingenieros de 1891
  • Cortes de locomotoras y locomotoras históricas de varios países ordenados por fechas
  • Modelo de locomotora Pickzone [ enlace muerto permanente ]
  • Locomotoras de vapor internacionales
  • Convertir una locomotora en un motor estacionario , Popular Science Monthly, febrero de 1919, página 72, escaneado por Google Books: https://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PA72