- Vagón de mercancías Wainwright SECR Clase P en el ferrocarril Severn Valley , Inglaterra
La locomotora de Trevithick de 1802
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Una locomotora es un vehículo de transporte ferroviario que proporciona la fuerza motriz a un tren . Si una locomotora es capaz de transportar una carga útil, normalmente se la denomina unidad múltiple , vagón motor , automotor o vagón motor ; el uso de estos vehículos autopropulsados es cada vez más común para los trenes de pasajeros , pero poco frecuente para los trenes de mercancías .
Tradicionalmente, las locomotoras tiraban de los trenes desde la parte delantera. Sin embargo, se ha vuelto común el funcionamiento push-pull , en el que el tren puede tener una locomotora (o locomotoras) en la parte delantera, en la parte trasera o en cada extremo. Más recientemente, los ferrocarriles han comenzado a adoptar la DPU o potencia distribuida. La parte delantera puede tener una o dos locomotoras seguidas de una locomotora en el medio del tren que se controla de forma remota desde la unidad líder.
La palabra locomotora tiene su origen en el latín loco 'de un lugar', ablativo de locus 'sitio', y el latín medieval motivus 'que causa movimiento', y es una forma abreviada del término motor de locomotora , [1] que se utilizó por primera vez en 1814 [2] para distinguir entre motores de vapor autopropulsados y estacionarios .
Antes de las locomotoras, la fuerza motriz de los ferrocarriles se generaba mediante diversos métodos de menor tecnología, como la fuerza humana, la fuerza de los caballos, la gravedad o motores estacionarios que impulsaban sistemas de cables. Hoy en día, todavía existen pocos sistemas de este tipo. Las locomotoras pueden generar su energía a partir de combustibles (madera, carbón, petróleo o gas natural) o pueden obtener energía de una fuente externa de electricidad. Es común clasificar las locomotoras según su fuente de energía. Las más comunes incluyen:
Una locomotora de vapor es una locomotora cuya fuente de energía principal es un motor de vapor . La forma más común de locomotora de vapor también contiene una caldera para generar el vapor que utiliza el motor. El agua de la caldera se calienta quemando material combustible (normalmente carbón, madera o petróleo) 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 de tanque ") o tirados detrás de la locomotora, en ténderes (esta disposición se conoce como " locomotora de ténder ").
La primera locomotora de vapor de ferrocarril en funcionamiento a gran escala fue construida por Richard Trevithick en 1802. Fue construida para la fundición Coalbrookdale en Shropshire , Inglaterra, aunque no ha sobrevivido ningún registro de su funcionamiento allí. [3] El 21 de febrero de 1804, tuvo lugar el primer viaje ferroviario a vapor registrado cuando otra de las locomotoras de Trevithick remolcó un tren desde la fundición Penydarren , en Merthyr Tydfil , hasta Abercynon en el sur de Gales. [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 a alta presión que redujo el peso del motor y aumentó su eficiencia.
En 1812, la locomotora de cremallera de dos cilindros Salamanca de Matthew Murray funcionó por primera vez en el ferrocarril de piñón y cremallera con rieles de borde de Middleton Railway ; [7] esta generalmente se considera como la primera locomotora comercialmente exitosa. [8] [9] Otra locomotora temprana bien conocida fue Puffing Billy , construida entre 1813 y 1814 por el ingeniero William Hedley para la mina de carbón Wylam cerca de Newcastle upon Tyne . Esta locomotora es la más antigua conservada y está en exhibición estática en el Museo de Ciencias de Londres. George Stephenson construyó la Locomotion No. 1 para el ferrocarril Stockton & 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 las Rainhill Trials . Este éxito llevó a la compañía a emerger como el constructor temprano preeminente de locomotoras de vapor utilizadas en ferrocarriles en el Reino Unido, EE. UU. y gran parte de Europa. [10] El ferrocarril Liverpool & Manchester , construido por Stephenson, se inauguró un año después haciendo uso exclusivo de la energía de vapor para trenes de pasajeros y mercancías .
La locomotora de vapor siguió siendo, con diferencia, el tipo de locomotora más común hasta después de la Segunda Guerra Mundial . [11] Las locomotoras de vapor son menos eficientes que las locomotoras diésel y eléctricas modernas, y se requiere una mano de obra significativamente mayor para operarlas y darles servicio. [12] Las cifras de British Rail mostraron que el coste de la tripulación y el abastecimiento de combustible de una locomotora de vapor era aproximadamente dos veces y media mayor que el coste de mantener una locomotora diésel equivalente, y el kilometraje diario que podían recorrer era menor. [ cita requerida ] Entre aproximadamente 1950 y 1970, la mayoría de las locomotoras de vapor se retiraron del servicio comercial y se reemplazaron por locomotoras eléctricas y diésel-eléctricas. [13] [14] Mientras que América del Norte hizo la transición del vapor 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 finales del siglo XX, casi la única energía de vapor que todavía se utilizaba regularmente en todo el mundo eran los ferrocarriles históricos .
Las locomotoras de combustión interna utilizan un motor de combustión interna conectado a las ruedas motrices mediante una transmisión. Normalmente, mantienen el motor en marcha a una velocidad casi constante, tanto si la locomotora está parada como en movimiento. Las locomotoras de combustión interna se clasifican por su tipo de combustible y se subcategorizan por su tipo de transmisión.
Las locomotoras de benceno tienen motores de combustión interna que utilizan benceno como combustible. Entre finales de la década de 1890 y la de 1900, varios fabricantes comerciales de locomotoras de benceno habían estado operando. Esto comenzó con Deutz , que produjo un sistema operativo basado en un prototipo de diseño para una mina de manganeso en Giessen. Luego, a principios de la década de 1900, se vendieron para múltiples operaciones de minería y construcción de túneles. Después de la década de 1900, no fue necesario ni requerido un uso generalizado. Su insuficiencia había aumentado con la existencia de locomotoras de gasolina y diésel.
Las locomotoras de queroseno utilizan queroseno como combustible. Fueron las primeras locomotoras de combustión interna del mundo, precediendo a las locomotoras diésel y a otras locomotoras de petróleo por algunos años. El primer vehículo ferroviario de queroseno conocido fue una dresina construida por Gottlieb Daimler en 1887, [15] pero técnicamente no era una locomotora, ya que transportaba una carga útil.
En 1894, los Priestman Brothers de Kingston upon Hull construyeron una locomotora de queroseno para su uso en los muelles de Hull . Esta locomotora se construyó utilizando un motor marino de doble efecto de 12 hp, que funcionaba a 300 rpm, montado en un chasis de vagón de 4 ruedas. Solo podía transportar un vagón cargado a la vez, debido a su baja potencia de salida, y no tuvo mucho éxito. [16] La primera locomotora de queroseno exitosa fue "Lachesis", construida por Richard Hornsby & Sons y entregada a Woolwich Arsenal Railway en 1896. La compañía construyó cuatro locomotoras de queroseno entre 1896 y 1903, para su uso en el Arsenal.
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Las locomotoras de gasolina (en los EE. UU.: gasoline locomotives) utilizan gasolina ( gasolina ) como combustible. La primera locomotora de gasolina comercialmente exitosa fue una locomotora mecánica de gasolina construida por la Maudslay Motor Company en 1902, para el mercado de ganado de Deptford en Londres . Era una locomotora de 80 hp que usaba un motor de gasolina vertical de 3 cilindros, con una caja de cambios mecánica de dos velocidades.
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 de salida 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 de Alcantarillado Principal de Richmond. [17] [18] [16]
Las locomotoras de gasolina y electricidad son locomotoras de gasolina que utilizan 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 rotatoria del motor en energía eléctrica mediante un dinamo y luego impulsar las ruedas mediante motores de tracción eléctricos de varias velocidades . Esto permite una aceleración más suave. Evita la necesidad de cambios de marcha. Sin embargo, es más caro, más pesado y, a veces, más voluminoso que las transmisiones mecánicas.
En 1913 se construyó una locomotora de gasolina y electricidad para la Minneapolis, St. Paul, Rochester and Dubuque Electric Traction Company . Pesaba 60 toneladas, generaba 350 caballos de fuerza y funcionaba con un par de bogies en una disposición Bo-Bo . [19] [20]
Las locomotoras diésel funcionan con motores diésel . En los primeros tiempos del desarrollo de la propulsión diésel, se emplearon diversos sistemas de transmisión con distintos grados de éxito, siendo la transmisión eléctrica la más popular.
Una locomotora diésel-mecánica utiliza una transmisión mecánica para transferir potencia a las ruedas. Este tipo de transmisión generalmente se limita a locomotoras de maniobras (cambio) de baja potencia y baja velocidad , unidades múltiples ligeras y vagones autopropulsados . Las primeras locomotoras diésel fueron diésel-mecánicas. En 1906, Rudolf Diesel , Adolf Klose y el fabricante de motores de vapor y diésel Gebrüder Sulzer fundaron Diesel-Sulzer-Klose GmbH para fabricar locomotoras con motor diésel. Los Ferrocarriles Estatales Prusianos encargaron una locomotora diésel a la empresa en 1909. La primera locomotora con motor diésel del mundo (una locomotora diésel-mecánica) se puso en funcionamiento en el verano de 1912 en el ferrocarril Winterthur-Romanshorn en Suiza, pero no fue un éxito comercial. [21] Se produjeron pequeñas cantidades de prototipos de locomotoras diésel en varios países hasta mediados de la década de 1920.
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Las locomotoras diésel-eléctricas son locomotoras diésel que utilizan transmisión eléctrica. El motor diésel acciona un generador eléctrico de corriente continua (por lo general, de menos de 3000 caballos de fuerza (2200 kW) netos para tracción) o un alternador-rectificador eléctrico de corriente alterna (por lo general, de 3000 caballos de fuerza (2200 kW) netos o más para tracción), cuya salida proporciona energía a los motores de tracción que impulsan la locomotora. No existe ninguna conexión mecánica entre el motor diésel y las ruedas. La gran mayoría de las locomotoras diésel actuales son diésel-eléctricas.
En 1914, Hermann Lemp , un 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). [22] El diseño de Lemp utilizó una sola palanca para controlar tanto el motor como el generador de manera coordinada, y fue el prototipo para todos los controles de locomotoras diésel-eléctricas . En 1917-18, GE produjo tres locomotoras diésel-eléctricas experimentales utilizando el diseño de control de Lemp. [23] En 1924, comenzó a operar una locomotora diésel-eléctrica ( número original E el 2 Юэ 001/Yu-e 001). Había sido diseñada por un equipo dirigido por Yury Lomonosov y construida entre 1923 y 1924 por Maschinenfabrik Esslingen en Alemania. Tenía 5 ejes motrices (1'E1'). Después de varias pruebas, transportó trenes durante casi tres décadas, desde 1925 hasta 1954. [24]
Las locomotoras diésel-hidráulicas son locomotoras diésel que utilizan transmisión hidráulica . En esta disposición, utilizan uno o más convertidores de par , en combinación con engranajes, con un accionamiento final mecánico para transmitir la potencia del motor diésel a las ruedas.
El principal usuario mundial de locomotoras de transmisión hidráulica para líneas principales fue Deutsche Bundesbahn , con diseños que incluían la DB Clase V 200 y la familia DB V 160. British Rail introdujo una serie de diseños diésel-hidráulicos durante su Plan de Modernización de 1955 : inicialmente versiones construidas bajo licencia de diseños alemanes. En España, Renfe utilizó diseños alemanes bimotores de alta relación potencia-peso para transportar trenes de alta velocidad desde la década de 1960 hasta la de 1990 (ver Renfe Clases 340 , 350 , 352 , 353 , 354 ).
Los sistemas de accionamiento hidrostático también se han aplicado al uso ferroviario, por ejemplo, en las locomotoras de maniobras de 350 a 750 hp (260 a 560 kW) del Grupo CMI (Bélgica). [25] Los accionamientos hidrostáticos también se utilizan en máquinas de mantenimiento ferroviario, como apisonadoras y rectificadoras de rieles . [26]
Una locomotora de turbina de gas es una locomotora con motor de combustión interna que consta de una turbina de gas . Los motores de combustión interna requieren una transmisión para impulsar las ruedas. El motor debe poder seguir funcionando cuando la locomotora está parada.
Las locomotoras mecánicas con turbina de gas utilizan una transmisión mecánica para entregar la potencia de salida de las turbinas de gas a las ruedas. Una locomotora con turbina de gas fue patentada en 1861 por Marc Antoine Francois Mennons (patente británica n.º 1633). [27] No hay evidencia de que la locomotora fuera realmente construida, pero el diseño incluye las características esenciales de las locomotoras con 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 con turbina de gas de cuatro ejes y 1150 hp equipada con el sistema de producción de aire comprimido y gas de "turbina libre" de Pescara, en lugar de un compresor coaxial multietapa integrado a la turbina. Este modelo fue reemplazado por un par de locomotoras de seis ejes de 2400 hp con dos turbinas y alimentadores de Pescara en 1959. Varias locomotoras similares fueron construidas en la URSS por Kharkov Locomotive Works . [28]
Las locomotoras eléctricas con turbina de gas utilizan una turbina de gas para accionar un generador eléctrico o alternador que produce corriente eléctrica que alimenta el motor de tracción que impulsa las ruedas. En 1939, los Ferrocarriles Federales Suizos encargaron la Am 4/6, una GTEL con una potencia máxima del motor de 1.620 kW (2.170 hp) a Brown Boveri . Se completó en 1941 y luego se sometió a pruebas antes de entrar en servicio regular. La Am 4/6 fue la primera locomotora eléctrica con turbina de gas. La British Rail 18000 fue construida por Brown Boveri y entregada en 1949. La British Rail 18100 fue construida por Metropolitan-Vickers y entregada en 1951. Una tercera locomotora, la British Rail GT3 , se construyó en 1961. Union Pacific operó una gran flota de locomotoras de carga impulsadas por turbinas a partir de la década de 1950. [29] Estos motores se utilizaban ampliamente en rutas de larga distancia y eran rentables a pesar de su bajo consumo de combustible debido al uso de combustibles "residuales" de la industria petrolera. En su apogeo, el ferrocarril estimó que impulsaban aproximadamente el 10% de los trenes de carga de Union Pacific, un uso mucho más amplio que cualquier otro modelo 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 reduce potencialmente los costos de mantenimiento, y la relación potencia-peso es mucho mayor. Una turbina de una potencia de salida dada 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 de salida y la eficiencia de una turbina caen 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 y largas distancias. Los problemas adicionales con las locomotoras eléctricas de turbina de gas incluían que eran muy ruidosas. [30]
Algunas locomotoras, generalmente en Francia e Italia, funcionaban con un generador de gas de madera . [31] [ fuente autopublicada ] [32] [ fuente generada por el usuario ]
Una locomotora eléctrica es una locomotora que funciona únicamente con electricidad. La electricidad se suministra a los trenes en movimiento mediante un conductor (casi) continuo que recorre la vía y que suele adoptar una de estas tres formas: una línea aérea , suspendida de postes o torres a lo largo de la vía o de estructuras o techos de túneles; un tercer raíl montado a nivel de la vía; o una batería de a bordo . Tanto los sistemas de catenaria como los de tercer raíl suelen utilizar los raíles de rodadura como conductor de retorno, pero algunos sistemas utilizan un cuarto raíl independiente para este fin. El tipo de energía eléctrica utilizada es corriente continua (CC) o corriente alterna (CA).
Existen varios métodos de recolección: un poste de carro , que es un poste largo y flexible que se acopla a la línea con una rueda o zapata; un colector de arco , que es un marco que sostiene una varilla de recolección larga contra el cable; un pantógrafo , que es un marco con bisagras que sostiene las zapatas de recolección contra el cable en una geometría fija; o una zapata de contacto , que es una zapata 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 suspendidos del eje, con un motor para cada eje propulsado. En esta disposición, un lado de la carcasa del motor está soportado por cojinetes lisos que se deslizan sobre un muñón pulido y rectificado que es parte integral del eje. El otro lado de la carcasa tiene una protuberancia en forma de lengüeta que se acopla a una ranura correspondiente en el travesaño del bogie, y su propósito es actuar como un dispositivo de reacción de par, así como un soporte. La transferencia de potencia del motor al eje se efectúa mediante engranajes rectos , en los que un piñón en el eje del motor se acopla a un engranaje torcido 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 determina la relación de transmisión empleada. Las relaciones numéricamente altas se encuentran comúnmente en unidades de carga, mientras que las relaciones numéricamente bajas son típicas de las locomotoras de pasajeros.
La electricidad se genera normalmente en grandes centrales generadoras relativamente eficientes , se transmite a la red ferroviaria y se distribuye a los trenes. Algunos ferrocarriles eléctricos tienen sus propias centrales generadoras y líneas de transmisión , pero la mayoría compra energía a una empresa eléctrica . El ferrocarril suele proporcionar sus propias líneas de distribución, conmutadores y transformadores .
Las locomotoras eléctricas suelen costar un 20% menos que las locomotoras diésel, sus costes de mantenimiento son entre un 25% y un 35% inferiores y su funcionamiento cuesta hasta un 50% menos. [33]
Los primeros sistemas fueron sistemas de corriente continua . El primer tren eléctrico de pasajeros fue presentado por Werner von Siemens en Berlín en 1879. La locomotora era impulsada por un motor de 2,2 kW, devanado en serie, y el tren, compuesto por 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 longitud (984 pies). La electricidad (150 V CC) se suministraba a través de un tercer carril aislado entre las vías. Se utilizaba 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 (véase Tranvía Gross-Lichterfelde y Berlin Straßenbahn ). El Volk's Electric Railway se inauguró en 1883 en Brighton y es el ferrocarril eléctrico más antiguo que se conserva. También en 1883, se inauguró el tranvía de Mödling y Hinterbrühl cerca de Viena, en Austria. Fue el primero del mundo en servicio regular alimentado por una línea aérea. Cinco años más tarde, en los EE. UU., los tranvías eléctricos fueron pioneros en 1888 en el ferrocarril de pasajeros Richmond Union , utilizando equipos diseñados por Frank J. Sprague . [34]
La primera línea subterránea que funcionó eléctricamente fue la City & South London Railway , impulsada por una cláusula en su ley habilitante que prohibía el uso de energía a vapor. [35] Se inauguró en 1890, utilizando locomotoras eléctricas construidas por Mather & Platt . La electricidad se convirtió rápidamente en la fuente de energía preferida para los subterráneos, 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 de Baltimore & Ohio (B&O) en 1895, conectando la parte principal de la B&O con la nueva línea a Nueva York a través de una serie de túneles alrededor de los límites del centro de Baltimore. Inicialmente se utilizaron tres unidades Bo+Bo , en el extremo sur de la sección electrificada; se acoplaban a la locomotora y al tren y lo arrastraban a través de los túneles. [36]
En los primeros sistemas se utilizaba corriente continua, que fue sustituyéndose gradualmente por corriente alterna. Hoy en día, casi todos los ferrocarriles de línea principal utilizan sistemas de corriente alterna. Los sistemas de corriente continua se limitan principalmente al transporte urbano, como los sistemas de metro, trenes ligeros y tranvías, donde el consumo de energía es menor.
La primera locomotora eléctrica de CA práctica fue diseñada por Charles Brown , que entonces trabajaba para Oerlikon , Zúrich. 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. [a] Sin embargo, eran mucho más grandes que los motores de CC de la época y no podían montarse en bogies bajo el piso : solo podían llevarse dentro de las carrocerías de las locomotoras. [38]
En 1894, el ingeniero húngaro Kálmán Kandó desarrolló un nuevo tipo de motores y generadores eléctricos asíncronos trifásicos para locomotoras eléctricas. 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. [39] [40] [41] [42] [43] En 1918, [44] 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. [45]
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) accionados por una tensión trifásica de 750 V 40 Hz alimentada 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 (en ese entonces en asociación con Walter Boveri ) en 1899 en la línea Burgdorf-Thun de 40 km , Suiza. La primera implementación del suministro de CA monofásica 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. [46]
Los ferrocarriles italianos fueron los primeros del mundo en introducir tracción eléctrica en toda la longitud de una línea principal en lugar de sólo en 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. [47] [45] El sistema eléctrico era trifásico a 3 kV 15 Hz. El voltaje era significativamente más alto que el utilizado anteriormente y requirió nuevos diseños para motores eléctricos y dispositivos de conmutación. [48] [49] El sistema trifásico de dos cables se utilizó en varios ferrocarriles en el norte de Italia y se conoció como "el sistema italiano". Kandó fue invitado en 1905 a asumir la gestión de la Società Italiana Westinghouse y lideró el desarrollo de varias locomotoras eléctricas italianas. [48]
Una locomotora eléctrica de batería (o locomotora de batería) es una locomotora eléctrica alimentada por baterías a bordo ; un tipo de vehículo eléctrico de batería .
Estas locomotoras se utilizan en aquellos casos en los que una locomotora diésel o eléctrica convencional no sería adecuada. 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 impulsada por combustión (es decir, a vapor o diésel ) podría causar un problema de seguridad debido a los riesgos de incendio, explosión o humos en un espacio confinado. Las locomotoras de batería son las preferidas para las minas donde el gas podría encenderse por las unidades impulsadas por carros que forman un arco en las zapatas colectoras, o donde podría desarrollarse una resistencia eléctrica en los circuitos de suministro o retorno, especialmente en las juntas de los rieles, y permitir una fuga de corriente peligrosa al suelo. [50] Las locomotoras de batería en servicio por carretera pueden recargarse mientras absorben energía de frenado dinámico. [51]
La primera locomotora eléctrica conocida fue construida en 1837 por el químico Robert Davidson de Aberdeen , y estaba impulsada por celdas galvánicas (baterías). Davidson construyó más tarde 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 accionamiento directo , con electroimanes fijos que actuaban sobre barras de hierro unidas a un cilindro de madera en cada eje, y conmutadores simples . Transportaba una carga de seis toneladas a cuatro millas por hora (6 kilómetros por hora) durante una distancia de una milla y media (2,4 kilómetros). Se probó en el ferrocarril de Edimburgo y Glasgow en septiembre del año siguiente, pero la potencia limitada de las baterías impidió su uso general. [52] [53] [54]
Otro ejemplo fue en la mina de cobre Kennecott , Latouche, Alaska, donde en 1917 se ampliaron los caminos de transporte subterráneos para permitir el trabajo de dos locomotoras de batería de 4+1 ⁄ 2 toneladas. [55] En 1928, Kennecott Copper ordenó cuatro locomotoras eléctricas de la serie 700 con baterías a bordo. Estas locomotoras pesaban 85 toneladas y funcionaban con un cable aéreo de 750 voltios con un alcance considerablemente mayor mientras funcionaban con baterías. [56] Las locomotoras proporcionaron varias décadas de servicio utilizando tecnología 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 desguazada. Las otras 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. [57]
El metro de Londres utiliza periódicamente locomotoras eléctricas de batería para trabajos de mantenimiento general.
A principios de los años 50, Lyle Borst, de la Universidad de Utah, recibió financiación de varias líneas ferroviarias y fabricantes estadounidenses para estudiar la viabilidad de una locomotora de propulsión eléctrica, en la que un reactor atómico a bordo produjera el vapor para generar electricidad. En aquel momento, la energía atómica no se entendía del todo; Borst creía que el principal obstáculo era el precio del uranio. Con la locomotora atómica de Borst, la sección central tendría una cámara de reactor de 200 toneladas y paredes de acero de 5 pies de espesor para evitar la liberación de radiactividad en caso de accidentes. Calculó que el coste de fabricación de locomotoras atómicas con motores de 7000 hp sería de aproximadamente 1.200.000 dólares cada una. [58] En consecuencia, los trenes con generadores nucleares a bordo se consideraban generalmente inviables debido a sus costes prohibitivos.
En 2002, se presentó la primera locomotora minera de 3,6 toneladas y 17 kW impulsada por hidrógeno (pila de combustible) en Val-d'Or , Quebec . En 2007 , entró en servicio el mini-hidráulico educativo en Kaohsiung , Taiwán . La Railpower GG20B es, por último, otro ejemplo de locomotora eléctrica con pila de combustible.
Existen muchos tipos diferentes de locomotoras híbridas o de modo dual que utilizan dos o más tipos de fuerza motriz. Las locomotoras híbridas más comunes son las locomotoras electrodiésel impulsadas por una fuente de electricidad o por un motor diésel de a bordo . Se utilizan para proporcionar viajes continuos a lo largo de rutas que solo están parcialmente electrificadas. Algunos ejemplos son la EMD FL9 y la Bombardier ALP-45DP.
Hay tres usos principales de las locomotoras en las operaciones de transporte ferroviario : para transportar trenes de pasajeros , trenes de mercancías y para realizar maniobras (en inglés: shunting).
Las locomotoras de carga suelen estar diseñadas para ofrecer un alto esfuerzo de tracción inicial y una alta potencia sostenida. Esto les permite arrancar y mover trenes largos y pesados, pero normalmente a costa de velocidades máximas relativamente bajas. Las locomotoras de pasajeros suelen desarrollar un menor esfuerzo de tracción inicial, pero pueden funcionar a las altas velocidades necesarias para mantener los horarios de los pasajeros. Las locomotoras de tráfico mixto (en inglés estadounidense: locomotoras de propósito general o locomotoras de maniobras) destinadas tanto a trenes de pasajeros como de mercancías no desarrollan tanto esfuerzo de tracción inicial como una locomotora de mercancías, 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 mediante bielas, sin caja de cambios intermedia. Esto significa que la combinación de esfuerzo de tracción inicial y velocidad máxima está muy influenciada por el diámetro de las ruedas motrices. Las locomotoras de vapor destinadas al transporte de mercancías suelen tener ruedas motrices de diámetro más pequeño que las locomotoras de pasajeros.
En las locomotoras diésel-eléctricas y eléctricas, el sistema de control entre los motores de tracción y los ejes adapta la potencia de salida a los raíles para el transporte de mercancías o de pasajeros. Las locomotoras de pasajeros pueden incluir otras características, como la alimentación en la cabecera (también denominada alimentación de hotel o alimentación de tren eléctrico) o un generador de vapor .
Algunas locomotoras están diseñadas específicamente para trabajar en vías con pendientes pronunciadas y cuentan con amplios mecanismos de frenado adicionales y, a veces, con cremallera y piñón. Las locomotoras de vapor construidas para vías con cremallera y piñón en pendientes pronunciadas suelen tener la caldera inclinada con respecto al bastidor de la locomotora , de modo que la caldera permanece aproximadamente nivelada en pendientes pronunciadas.
En algunos trenes de alta velocidad también se utilizan locomotoras. Algunas de ellas funcionan en formación push-pull con vagones de control de remolque en el otro extremo del tren, que a menudo tienen una cabina con el mismo diseño que la cabina de la locomotora; ejemplos de estos trenes con locomotoras convencionales son Railjet e Intercity 225 .
También muchos trenes de alta velocidad, incluidos todos los TGV , muchos Talgo (250 / 350 / Avril / XXI), algunos Korea Train Express , ICE 1 / ICE 2 e Intercity 125 , utilizan vagones motrices dedicados , que no tienen lugares para pasajeros y técnicamente son locomotoras especiales de un solo extremo. La diferencia con las locomotoras convencionales es que estos vagones motrices son parte integral de un tren y no están adaptados para operar con ningún otro tipo de vagones de pasajeros. Por otro lado, muchos trenes de alta velocidad como la red Shinkansen nunca usan locomotoras. En lugar de vagones motrices tipo locomotora, utilizan unidades múltiples eléctricas (EMU) o unidades múltiples diésel (DMU), vagones de pasajeros que también tienen motores de tracción y equipo de potencia. El uso de vagones motrices dedicados tipo locomotora permite una alta calidad de conducción y menos equipo eléctrico; [59] pero las EMU tienen menos peso por eje, lo que reduce los costos de mantenimiento, y las EMU también tienen mayor aceleración y mayor capacidad de asientos. [59] También algunos trenes, incluidos el TGV PSE , el TGV TMST y el TGV V150 , utilizan tanto vagones motores sin pasajeros como vagones motores adicionales para pasajeros.
Las locomotoras a veces cumplen una función específica, como por ejemplo:
La disposición de las ruedas de una locomotora describe cuántas ruedas tiene; los métodos comunes incluyen la disposición de ruedas AAR , la clasificación UIC y los sistemas de notación Whyte .
En la segunda mitad del siglo XX, las locomotoras de control remoto comenzaron a entrar en servicio en las operaciones de maniobras, siendo controladas de forma remota por un operador fuera de la cabina de la locomotora. La principal ventaja es que un solo operador puede controlar la carga de grano, carbón, grava, etc. en los vagones. Además, el mismo operador puede mover el tren según sea necesario. De este modo, la locomotora se carga o descarga en aproximadamente un tercio del tiempo. [ cita requerida ]
Una ciudad del sur de Gales ha comenzado meses de celebraciones para conmemorar el 200 aniversario de la invención de la locomotora de vapor. Merthyr Tydfil fue el lugar donde, el 21 de febrero de 1804, Richard Trevithick llevó al mundo a la era del ferrocarril cuando colocó una de sus máquinas de vapor de alta presión sobre los rieles del tranvía de un maestro del hierro local
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)Estación de Evian-les-Bains.
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