Una locomotora híbrida diésel-vapor es una locomotora ferroviaria con un motor de pistón que puede funcionar con vapor de una caldera o con combustible diésel . Se construyeron ejemplares en el Reino Unido , la Unión Soviética e Italia , pero el coste relativamente alto del combustible para calefacción o la imposibilidad de resolver problemas causados por la complejidad técnica hicieron que estos diseños no se llevaran a cabo.
En 1926, Kitson and Company , Leeds, construyó un ejemplar experimental para el London and North Eastern Railway , utilizando como modelo el motor Still que ya se utilizaba para aplicaciones estacionarias y marinas. Estuvo en pruebas hasta 1934, pero luego se desguazó. Fue diseñado porque un motor de vapor ofrecía un alto par de arranque (se disponía de una fuerza de tracción de 25 450 lbf (113,2 kN )), mientras que un motor diésel ofrecía una alta eficiencia de combustible y se consideró deseable combinar ambos beneficios en una sola máquina. [1]
En líneas generales, la máquina se parecía a una locomotora de vapor convencional de 2-6-2T , pero tenía cuatro pares de cilindros opuestos horizontalmente (13,5 pulgadas (340 mm) de diámetro × 15,5 pulgadas (390 mm) de carrera) montados longitudinalmente sobre el bastidor y que impulsaban un cigüeñal colocado entre ellos, con el tren de transmisión adicional impulsado por engranajes . [2] Los cilindros se fabricaron con doble extremo, con el extremo de la varilla de cada cilindro para vapor y el extremo cerrado equipado con un inyector diésel. (Algunos dibujos, publicados en revistas contemporáneas, muestran solo dos pares de cilindros y parece que esta fue una de las características de diseño que se cambió durante el desarrollo). La caldera, con un diámetro de solo 51 pulgadas (130 cm) y una pequeña caja de fuego interna , estaba montada encima. El "regenerador", que capturaba el calor del escape, estaba integrado en la caldera y tenía 38 tubos que totalizaban un área de calentamiento de 508 pies cuadrados (47,2 m 2 ). El puesto de conducción estaba en el lugar habitual detrás de la caldera, y los tanques (400 imp gal (1.800 L) para combustible y 1.000 imp gal (4.500 L) para agua) estaban montados en el bastidor en la parte trasera, uno encima del otro. [1]
La secuencia de funcionamiento comenzaba con el calentamiento de la caldera de la forma habitual, pero utilizando fueloil en lugar de carbón. El arranque desde el reposo se hacía con energía de vapor, pero a unos 8 km/h (5 mph) se ponían en marcha los inyectores diésel y se cortaba el vapor. El calor residual de las camisas de los cilindros y el escape diésel mantenían entonces la caldera en vapor para funciones auxiliares (frenos y silbato) y preparada para complementar la energía diésel en caso de ser necesario, o para el siguiente arranque. La temperatura de la camisa de agua, mantenida considerablemente por encima del punto de ebullición, ayudaba al encendido por compresión del combustible diésel y sólo se requería una relación de compresión relativamente baja . [3] Dado que la energía de vapor proporcionaba el par necesario para el arranque, no era necesaria ninguna forma de transmisión variable y se instalaba un tren de engranajes de reducción permanente con una relación de 1,878 a 1. [1]
La potencia total de salida (800 CV con diésel, 1.000 CV con vapor) [2] no se comparaba bien con las locomotoras de vapor convencionales, aunque el rendimiento en pendientes era bueno debido al engranaje. Durante las pruebas se utilizó con éxito con trenes de carbón y demostró ser muy eficiente en términos de combustible utilizado, porque se recuperaba el calor residual de la energía diésel. Sin embargo, sus costos de funcionamiento dependían de la diferencia de precios entre el carbón y el petróleo y esto no era favorable. Cuando Kitson & Co. quebró en 1934, el LNER devolvió la máquina a los administradores de la compañía y fue desmantelada.
El sistema de vapor comprimido de Cristiani, de origen italiano, utilizaba el proceso de recompresión mecánica de vapor . Un motor diésel comprimía el vapor que luego se introducía en los cilindros de un motor de vapor convencional . El vapor de escape se volvía a comprimir y se utilizaba de nuevo. Debe haber habido una pequeña caldera para generar la carga inicial de vapor, pero esto no se muestra en el diagrama. [4]
El vapor se utilizó principalmente como sistema de transmisión, pero la locomotora se considera híbrida porque se le proporcionaba un cierto almacenamiento de vapor . Una posible ventaja del sistema era que permitía convertir las locomotoras de vapor existentes en locomotoras diésel, pero esto no se concretó.
Las patentes del sistema fueron de Severino Cristiani y Secondo Sacerdole en Italia y fue promovido en Inglaterra por el capitán William Peter Durtnall . [5] Se realizó una prueba en Inglaterra, utilizando dos motores de gasolina marinos "Paragon" , bajo el nombre "Paragon-Cristiani". El equipo fue montado sobre un chasis 0-6-0 (número de fábrica 3513/1923) construido por Hawthorn Leslie and Company . No fue un éxito y el chasis fue convertido a un 0-6-0ST convencional llamado "Stagshaw" que se conserva en el ferrocarril de Tanfield . [6]
La Unión Soviética construyó tres grandes locomotoras experimentales entre 1939 y 1946. [7]
El primer prototipo, numerado 8000, un 2-8-2 de la fábrica de Vorishilovgrad , tenía dos pares de pistones opuestos exteriores de doble efecto ; cuando se iniciaba la potencia diésel, a unos 20 km/h (12 mph), se inyectaba combustible diésel en la parte central entre los pistones, que así se convertía en la cámara de encendido por compresión, mientras que los extremos exteriores de los cilindros seguían recibiendo vapor de la forma habitual. Aunque la unidad permaneció en servicio de pasajeros, de forma intermitente, hasta 1946, cuando se volvió a probar. Se almacenó en 1948. No se consideró un éxito porque su carga por eje de 25 toneladas era demasiado alta, rodaba duro sobre las vías y era propenso a agrietarse los cilindros. [8]
El TP1-1, el segundo prototipo (ilustrado a la derecha), bajo el nombre de Сталинец ( Stalinets ), era un condensador 2-10-2 con cabina adelantada de las obras de Kolomna , que utilizaba gas producido a partir de una planta de carbón antracita en el ténder para alimentar sus cilindros de combustión interna de encendido por chispa , junto con antracita pulverizada en la planta de gasificación para calentar la caldera. Había un total de ocho pistones en cuatro cilindros en una configuración de pistón opuesto ; dos cilindros de vapor y dos cilindros de gas de carbón. Se informó que solo funcionaba correctamente a velocidades de 25-30 km/h o inferiores, ya que viajar más rápido durante unos 10-15 minutos haría que la mezcla de gases se quemara prematuramente al entrar en la cámara de combustión. Según se informa, los problemas se resolvieron en 1941, pero el proyecto se abandonó durante la Operación Barbarroja y el estallido de la Segunda Guerra Mundial en territorio soviético . [7] [8]
El modelo 8001, el tercer experimento, también llamado Сталинец, fue una unidad desarrollada a partir del diseño anterior de Voroshilovgrad en 1946. También tenía una configuración 2-10-2 y tenía el espacio central en los cilindros, entre los pistones opuestos, destinado a combinar el encendido por compresión y el trabajo expansivo de vapor en la misma cámara. Se dice que fue casi un completo desastre y se almacenó en 1948. [7] [8]
En 1925, el suizo Jakob Buchli obtuvo la patente estadounidense 1559548 para una locomotora con motor de combustión interna y de vapor combinados. Esta se diferenciaba del sistema Kitson-Still en que no había recuperación de calor residual y los motores de combustión interna y de vapor tenían cilindros separados (montados verticalmente en el ténder), pero ambos accionaban las mismas ruedas de tracción. Buchli especificó que "... el generador de vapor se apoya sobre un vehículo... y los cilindros del motor de combustión interna y de vapor junto con su mecanismo de accionamiento son transportados por un carro o vehículo separado". Su propuesta era que el "vehículo generador de vapor" tuviera la forma de una caldera de locomotora de vapor tradicional con cabina de conductor, pero sin pistones. Un "tubo flexible" conduciría el vapor a los pistones dentro del "carro acoplado de forma desmontable" (ténder). Sus supuestas ventajas eran la menor complejidad de un sistema de transmisión combinado, la mayor comodidad de los operadores al estar separados de los cilindros de accionamiento y los diferentes requisitos de mantenimiento del vapor y el diésel (como los lavados de calderas) que se acomodaban más fácilmente cuando las unidades eran desmontables. [9] No se sabe si realmente se construyeron locomotoras según el diseño de Buchli.
En 1954, el inventor de Chicago Charles Denker patentó un sistema por el cual el escape de un motor diésel convencional de cuatro tiempos se dirigía a un cilindro de vapor de gran diámetro. No había caldera: en su lugar, una bomba, operada por una leva impulsada desde el cigüeñal común , inyectaba agua (calentada por la camisa de agua del cilindro diésel) en el cilindro de vapor para que se evaporara instantáneamente por los gases de escape calientes, impulsando el pistón por expansión. Una vez más, no se conocen ejemplos operativos. [10]