Kálmán Kandó de Egerfarmos et Sztregova ( egerfarmosi és sztregovai Kandó Kálmán ; 10 de julio de 1869 - 13 de enero de 1931) fue un ingeniero húngaro , inventor del convertidor de fase y pionero en el desarrollo de la tracción ferroviaria eléctrica de CA. [1] [2] [3] [4]
Kálmán Kandó nació el 8 de julio de 1869 en Pest, en el seno de una antigua familia noble húngara. [5] Su padre fue Géza Kandó (1840-1906) y su madre fue Irma Gulácsy (1845-1933). Comenzó sus estudios de secundaria en el Liceo Luterano de Budapest, en la calle Sütő. Sus padres lo trasladaron de una escuela abarrotada a una escuela más pequeña, una escuela secundaria práctica fundada por Mór Kármán. Se matriculó en la Universidad Técnica de Budapest . En 1892, recibió un título en ingeniería mecánica. Completó sus estudios con excelentes calificaciones. Kandó sirvió como voluntario en la Armada austrohúngara hasta 1893. Se casó con Ilona Mária Petronella Posch (1880-1913) en Terézváros el 2 de febrero de 1899. [6] Su primer hijo, también llamado Kálmán, nació en el invierno de 1899, y su hija Ilona Sára nació en 1901. El 9 de julio de 1913, su esposa murió de insuficiencia renal en Rozsnyó . Su hijo Kálmán se convirtió en oficial militar. El 18 de octubre de 1922, su hijo Kálmán se suicidó con una pistola de servicio (en circunstancias poco claras) en un cuartel militar. Su hija Ilona Mária se casó el 7 de julio de 1923, y su nieto, George (también ingeniero), nació el 5 de junio de 1924.
Después de su servicio militar, viajó a Francia en el otoño de 1893 y trabajó para la Compañía Fives-Lille como ingeniero auxiliar, donde diseñó y desarrolló los primeros motores de inducción para locomotoras. Para la fabricación de motores de inducción, desarrolló un procedimiento de diseño y cálculo completamente nuevo, que hizo posible producir motores de tracción de CA económicos para la Compañía Fives Lille. Kandó diseñó motores de accionamiento eléctrico asíncrono trifásico más adecuados en lugar de los motores eléctricos síncronos menos efectivos de los diseños de locomotoras anteriores. En el plazo de un año, Kandó fue nombrado ingeniero jefe del desarrollo de motores eléctricos en la empresa francesa. [7] András Mechwart (director gerente de Ganz and Co. en ese momento) le pidió que regresara a Hungría en 1894 y lo invitó a trabajar en el departamento de ingeniería eléctrica de Ganz Works.
En 1894, Kálmán Kandó desarrolló motores y generadores de corriente alterna trifásica de alto voltaje para locomotoras eléctricas ; se le conoce como el padre del tren eléctrico . Su trabajo en electrificación ferroviaria se realizó en la fábrica eléctrica Ganz en Budapest . Los primeros diseños de Kandó de 1894 se aplicaron por primera vez en un tranvía corto de corriente alterna trifásica en Evian-les-Bains ( Francia ), que se construyó entre 1896 y 1898. Estaba impulsado por un sistema de tracción asíncrono de 37 HP. [8] [9] [10] [11] [12]
En 1907, se mudó con su familia a Vado Ligure en Italia y obtuvo empleo en la Società Italiana Westinghouse . [13] Más tarde regresaría a Budapest para trabajar en la fábrica de Ganz , donde se convirtió en director general.
En 1897, Kandó diseñó un sistema eléctrico y motores para los ferrocarriles italianos; el sistema de tracción eléctrica tuvo grandes ventajas e importancia en las vías ferroviarias muy empinadas de las regiones montañosas de Italia. Bajo su dirección, la fábrica Ganz comenzó a trabajar en el transporte trifásico para ferrocarriles. Basándose en su diseño, la Ferrovia della Valtellina italiana se electrificó en 1902 y se convirtió en la primera línea ferroviaria principal electrificada de Europa.
En la línea de Valtellina se suministraba corriente trifásica a 3.000 voltios (posteriormente aumentada a 3.600 voltios) a través de dos catenarias, mientras que los raíles de rodadura suministraban la tercera fase. En los cruces, las dos catenarias debían cruzarse, lo que impedía el uso de tensiones muy altas.
El sistema trifásico de dos cables se utilizó en varios ferrocarriles del norte de Italia y se lo conoció como "el sistema italiano". En la actualidad, son pocos los ferrocarriles que utilizan este sistema.
En 1907, el gobierno italiano decidió electrificar otra línea ferroviaria de 2000 km con la restricción de que el equipo eléctrico y el material rodante solo podían fabricarse en Italia. La Westinghouse Company compró las patentes de Kandó y pagó una tarifa de licencia por los motores eléctricos de la fábrica de Ganz. La Westinghouse Company también construyó una fábrica de locomotoras en Vado Ligure y nombró a Kandó para dirigir la nueva fábrica. Kandó aceptó la invitación y se mudó a Vado en Italia con varios colegas húngaros. Bajo su liderazgo en Italia se desarrollaron dos tipos de locomotoras: una cinquanta [ aclaración necesaria ] de 1500 kw y una trenta [ aclaración necesaria ] de 2100 kw , de las que en total se produjeron unas 700 unidades. De ellos, 540 seguían en servicio en 1945, y la última línea trifásica funcionó hasta 1976. En honor a su labor, Kandó fue condecorado con el título de Comendador de la Orden de la Corona de Italia, pero en 1915 tuvo que huir a través de Suiza, ya que Italia entró en la Primera Guerra Mundial del lado de la Entente y declaró la guerra a la Monarquía Austrohúngara.
En los ferrocarriles de distrito y metropolitanos, el uso de locomotoras de vapor dio lugar a estaciones y vagones llenos de humo que eran impopulares entre los pasajeros y, a principios del siglo XX, la electrificación se consideraba el camino a seguir. [14] Se anunció una licitación para un sistema eléctrico y las mayores empresas europeas y estadounidenses se presentaron para ganar la licitación. Sin embargo, cuando los expertos de los ferrocarriles compararon los diseños de Ganz Works con las ofertas de los otros grandes competidores europeos y estadounidenses, concluyeron que la tecnología de Ganz Works era más barata y más fiable y describieron su tecnología como una "revolución en la tracción ferroviaria eléctrica". [15] En 1901, un comité conjunto metropolitano y de distrito recomendó el sistema de corriente alterna trifásica de Ganz con cables aéreos. Inicialmente, esto fue aceptado por unanimidad por ambas partes, [16] hasta que el distrito encontró un inversor, el estadounidense Charles Yerkes , para financiar la actualización. Yerkes recaudó 1 millón de libras (las libras de 1901 ajustadas por la inflación son 137 millones de libras) y pronto tuvo el control del ferrocarril de distrito. [17] Sin embargo, Yerkes se mostró a favor del sistema clásico de corriente continua, similar al que se utiliza en el City & South London Railway y el Central London Railway. El Metropolitan Railway protestó por el cambio de plan, pero después del arbitraje de la Junta de Comercio se adoptó el sistema de corriente continua. [18]
Durante la Primera Guerra Mundial, entre 1916 y 1917, Kandó fue teniente y cumplió el servicio militar para el Ministerio de Defensa en Viena. Ideó un sistema revolucionario de tracción eléctrica con cambio de fase, mediante el cual las locomotoras funcionaban con la corriente alterna monofásica estándar de 50 períodos que se utilizaba en el sistema de suministro de energía nacional. Fue el primero en reconocer que un sistema de trenes eléctricos solo puede tener éxito si puede utilizar la electricidad de las redes públicas. En 1918, [19] Kandó inventó y desarrolló el convertidor de fase rotativo , que permitía a las locomotoras eléctricas utilizar motores trifásicos mientras se alimentaban a través de un solo cable aéreo, que transportaba la corriente alterna monofásica de frecuencia industrial simple (50 Hz) de las redes nacionales de alto voltaje. [20]
Para evitar los problemas asociados con el uso de dos cables aéreos, Kandó desarrolló un sistema modificado para su uso en Hungría. Como en la década de 1930 todavía no se habían inventado los semiconductores de potencia, los sistemas de las locomotoras Kandó V40 se basaban en la electromecánica y la electroquímica.
La energía monofásica se suministraba a 16.000 voltios y 50 Hz a través de una única línea aérea y se convertía a trifásica en la locomotora mediante un convertidor de fase rotativo . [21] Los motores de accionamiento, fabricados por Metropolitan-Vickers , tenían un diámetro muy grande de 3 metros e incorporaban cuatro juegos de 24 polos magnéticos cada uno, que podían añadirse al esfuerzo de tracción a voluntad, produciendo velocidades constantes altamente eficientes de 25, 50, 75 y 100 km/h sobre rieles (o 17/34/51/68 km/h para la variante del motor del tren de carga pesado V60, que tenía seis pares de ruedas motrices más pequeñas).
Creó una máquina eléctrica llamada convertidor de fase síncrono, que era un motor síncrono
monofásico y un generador síncrono trifásico con estator y rotor comunes.
Tenía dos devanados independientes:
La empresa MÁV decidió electrificar la línea principal Budapest-Hegyeshalom de 190 km de longitud con un nuevo "sistema Kandó". El sistema se alimentaba desde una línea de transmisión trifásica de 110 kV procedente de la central eléctrica de Bánhida, que había sido puesta en funcionamiento en 1930, a través de una línea aérea monofásica de 16 kV 50 Hz transformada en cuatro estaciones transformadoras. De los cuatro tramos de línea, dos están conectados a la misma fase y los otros dos se cargan a la otra fase. Esto significa que el ferrocarril, a pesar del suministro monofásico, sigue proporcionando una carga aproximadamente simétrica a la central eléctrica. Las subestaciones transformadoras eran sencillas, baratas y con un excelente rendimiento. La distancia entre las subestaciones era mayor que en cualquier otro sistema (35-40 km). A modo de experimento, se desconectó la subestación de Torbágy y la alimentación fue asumida por la subestación de Banhida. A pesar de ello, se pudo mantener el servicio ininterrumpido a lo largo de 74 km de distancia desde la estación de alimentación. La línea, con su sistema de cambio de fase aplicado, fue electrificada hasta Komárom y abierta al tráfico en 1932. [22]
El mayor reto fue la creación de una locomotora capaz de funcionar con una corriente de 50 ciclos. El primer prototipo de locomotora se construyó en 1913 y sufrió modificaciones basadas en la experiencia operativa. Se realizaron pruebas en la línea de prueba Budapest-Alag. Estos experimentos condujeron al desarrollo de la locomotora desfasadora de la serie V40, también conocida como locomotora Kandó. Tenía una potencia de 2500 caballos. La corriente monofásica de 16 kV tomada de la catenaria se suministraba directamente al devanado primario del desfasador a través del pantógrafo y el interruptor principal. El desfasador era una solución innovadora y adelantada a su tiempo. Se trataba de una máquina eléctrica extremadamente compleja. Su devanado primario estaba ubicado en el estator. Este devanado, junto con el rotor excitado por corriente continua, funcionaba como un motor síncrono monofásico. El rotor, ubicado en las ranuras de los núcleos del estator, inducía tensiones trifásicas, tetrafásicas o hexafásicas según la secuencia de conmutación. El devanado secundario forma así un generador polifásico con el rotor. De este modo, el desfasador combina un motor síncrono monofásico y un generador polifásico en una sola máquina. Cabe destacar el sistema de refrigeración por agua integrado en los devanados del rotor. El único motor de la locomotora, un motor de inducción polifásico, recibía una tensión de unos 1000 V del desfasador. El desfasador proporcionaba una corriente constante de 50 ciclos, por lo que el cambio de velocidad y rotación se lograba cambiando el número de polos del motor. La transición continua entre las velocidades síncronas resultante de la conmutación de polos estaba asegurada por la resistencia al agua.
Una de las principales ventajas de esta disposición era un factor de potencia de casi 1,00 en el equipo conectado a la catenaria , que cumplía con las estrictas normas de distribución de carga de las centrales eléctricas. El factor de potencia inaceptablemente bajo de los motores eléctricos diseñados antes de la Segunda Guerra Mundial (en ocasiones tan bajo como 0,65) no se sentía fuera de las locomotoras Kando, ya que la maquinaria del cambiador de fase proporcionaba aislamiento.
Las velocidades intermedias se mantenían conectando a la línea una resistencia regulable a base de agua y salitre , lo que reducía la eficiencia de la locomotora. Se suponía que los horarios de las líneas electrificadas permitían utilizar velocidades constantes de máxima eficiencia la mayor parte del tiempo, pero, en la práctica, la necesidad de compartir la vía con trenes remolcados por locomotoras de vapor MÁV Serie 424 significaba que había que utilizar a menudo la "resistencia de la caja de cambios", que consumía mucha agua y era un derroche.
La fuerza de propulsión se transfería a las ruedas de la locomotora mediante un sistema tradicional de varillas de empuje, diseñado para proporcionar un elemento de fabricación y mantenimiento a los ferrocarriles húngaros (MÁV) predominantemente basados en vapor de la época. La denominada disposición triangular de Kandó [23] transfería la potencia del motor eléctrico a las varillas de empuje de tal manera que no se ejercían fuerzas oblicuas sobre el chasis, lo que hacía que la V40 fuera menos dañina para la vía en comparación con las máquinas de vapor. En la práctica, el sistema de varillas de empuje de la V40 era demasiado preciso para el mantenimiento basado en los hábitos de la era del vapor y requería un cuidado más frecuente.
Más de una década después de la muerte de Kandó, la empresa Ganz construyó dos nuevos prototipos de su diseño, accionados por eje, para permitir velocidades de tracción de 125 km/h. Las locomotoras eléctricas V44 [24] resultaron demasiado pesadas para el uso general, debido a su carga de 22 toneladas métricas por eje sobre el raíl. Ambos vehículos fueron finalmente destruidos en los bombardeos de la USAAF en 1944, recorriendo solo 16.000 kilómetros en total.
Después de la Segunda Guerra Mundial, el nuevo gobierno comunista húngaro construyó una última serie de locomotoras eléctricas con cambiador de fase . Debido a las restricciones de la Guerra Fría , el innovador modelo V55 [25] , que utilizaba motores montados en bogies, tuvo que construirse íntegramente con componentes nacionales y adolecía de problemas de fiabilidad en su sistema de propulsión con cambiador de fase/cambiador de frecuencia de doble conversión. (Los motores de tracción de las locomotoras V40 y V60 anteriores a la Segunda Guerra Mundial fueron fabricados en Gran Bretaña por la empresa Metropolitan-Vickers, como parte de un programa de ayuda económica organizado por Lord Rothermere ).
Actualmente sobrevive un ejemplar de la locomotora V40 [26] , la V55 [27] y la V60 [28] . Se conservan en el Parque Histórico del Ferrocarril de Budapest, pero requieren restauración después de décadas de exposición estática al aire libre. Si la financiación lo permite, la V40 reparada puede volver a la vía abierta para un "servicio nostálgico", con un frontal de semiconductores añadido a su sistema para la conversión de corriente alterna de 25 a 16 kV.
En 1926, Kandó diseñó las locomotoras de corriente continua de 1,5 kV 2BB2 400 (fr:2BB2 400) para la línea París-Orleáns, que eran las locomotoras de corriente continua más potentes de Europa en aquel momento. La fábrica Ganz de Budapest , Hungría, suministró estas dos locomotoras, diseñadas por Kálmán Kandó. [29]
Ocho años después de la muerte de Kandó, la oficina de ingeniería de Ganz Works ganó varias licitaciones británicas, que en su mayoría se basaban en la última tecnología de Kandó. Se encomendó a empresas británicas la implementación de estos planes. Había planes para utilizar el sistema trifásico de dos cables en el Ferrocarril de Portmadoc, Beddgelert y South Snowdon en Gales y en el Ferrocarril Metropolitano de Londres , pero ninguno de estos planes se materializó debido al estallido de la Segunda Guerra Mundial.
Kálmán Kandó murió de un paro cardíaco inesperado en Budapest el 13 de enero de 1931. La tensión cada vez mayor del trabajo, una serie de tragedias familiares, las molestias del trabajo de su vida y el préstamo de un banco extranjero que influyó en la implementación del sistema de cambio de fase, se combinaron para tensar la muerte repentina de Kandó.
No llegó a ver la puesta en servicio definitiva de su sistema, la realización de su obra maestra, la locomotora que él mismo había diseñado. El 17 de agosto de 1932, los ingenieros probaron la primera locomotora con cambio de fase, la V40 001. Tras su muerte, el desarrollo de la locomotora eléctrica continuó por el camino que él había trazado, bajo la dirección de Ferenc Ratkovszky y Andor Mándi.
Muchos trenes eléctricos modernos funcionan con el mismo principio de corriente alterna trifásica de alta tensión introducido por las locomotoras Kandó V40, pero el convertidor rotativo se sustituye por dispositivos semiconductores . Los motores eléctricos alimentados por corriente trifásica permiten un gran esfuerzo de tracción incluso a grandes velocidades y la dificultad de mantener velocidades arbitrarias con plena eficiencia se elimina mediante el uso de semiconductores IGBT y el uso de controles digitales.
El número de patentes concedidas a Kálmán Kandó entre 1895 y 1929 es de 69. Más de 50 patentes fueron adquiridas por empresas de fabricación de locomotoras y material rodante en países extranjeros como el Reino Unido, Estados Unidos, Alemania, Francia e Italia. Las patentes se agrupan en torno a los temas de motores eléctricos para ferrocarriles, motores de corriente alterna polifásicos, dispositivos automáticos de conmutación ferroviaria, catenarias, convertidores de fase, técnicas de seguridad ferroviaria y estaciones de transmisión de energía.
En Miskolc , la plaza frente a la estación de tren de Tiszai , donde también se encuentra su estatua, lleva su nombre, así como una escuela secundaria profesional. En Budapest, la Facultad de Ingeniería Eléctrica Kandó Kálmán (antiguamente una escuela técnica independiente, ahora parte de la Universidad de Óbuda ), también lleva su nombre. El planeta menor 126245 Kandókálmán recibió su nombre en su honor.
Estación de Evian-les-Bains.
