Una locomotora dúplex es una locomotora de vapor que divide la fuerza motriz sobre sus ruedas mediante el uso de dos pares de cilindros montados rígidamente en un solo bastidor de locomotora ; no es una locomotora articulada . El concepto se utilizó por primera vez en Francia en 1863, pero fue desarrollado particularmente a principios de la década de 1930 por Baldwin Locomotive Works , el mayor constructor comercial de locomotoras de vapor de América del Norte, bajo la supervisión de su entonces ingeniero jefe, Ralph P. Johnson.
Antes de esto, el término locomotora dúplex se aplicaba a veces a las locomotoras articuladas en general.
La principal desventaja de las locomotoras de dos cilindros es el fuerte golpe de martillo sobre los raíles causado por el intento de equilibrar las piezas alternativas con masas adicionales montadas en las ruedas. Este efecto se puede reducir mediante el uso de múltiples cilindros que actúan sobre más ruedas motrices. [1]
En Europa, este problema se solucionaba a menudo dividiendo la propulsión entre cilindros interiores y exteriores , o utilizando locomotoras articuladas , aunque en aquella época no se creía posible hacer funcionar una de forma estable a más de 80 km/h (50 mph). Los ferrocarriles americanos generalmente no estaban dispuestos a utilizar locomotoras con cilindros interiores, por lo que el problema del equilibrio no podía resolverse añadiendo más cilindros por juego de ruedas acopladas. A medida que las locomotoras se hicieron más grandes y potentes, su maquinaria alternativa tuvo que volverse más fuerte y, por tanto, más pesada, y así los problemas planteados por el desequilibrio y los martillazos se volvieron más graves. La velocidad también influyó, ya que las fuerzas se volvieron mayores y más destructivas a mayor velocidad de las ruedas. Ralph P. Johnson pensó que el tamaño cada vez mayor y el empuje de los pistones de las locomotoras exprés de pasajeros existentes no podrían sostenerse con el diseño convencional de dos cilindros 4-8-4 de entonces . Además, se convenció de que un solo par de cilindros con engranajes de válvulas y válvulas de pistón convencionales se acercaba al límite en términos de flujo de vapor.
El primer intento de locomotora dúplex fue una locomotora cisterna 0-6-6-0 diseñada por Jules Petiet en 1863 para el Ferrocarril del Norte francés , pero la idea no se perpetuó. Sin embargo, la innovación de bisagras más rígidas que permitían solo movimientos oscilantes horizontales y no giros ni movimientos verticales fue de ALCO , y no se vio hasta el Union Pacific Challenger de 1936 [ cita requerida ] .
En lugar de eso, surgió la idea de tener múltiples grupos de cilindros y ruedas motrices montados en un marco rígido. Una versión "dúplex" de un 4-8-4 sería un 4-4-4-4 , con las ocho ruedas motrices divididas en dos grupos de cuatro, cada uno con su propio conjunto de cilindros y engranajes de válvulas. La masa alternativa de ambos conjuntos sería sustancialmente menor que la del conjunto único del 4-8-4, ya que estarían sometidos a menos tensión y empujes de pistón más suaves. Los cilindros podrían ser más pequeños pero tener válvulas más grandes y más eficientes. La compensación más obvia fue que, en el diseño propuesto por Baldwin, la distancia entre ejes rígida era más larga ya que el segundo juego de cilindros tenía que estar entre los dos juegos de conductores. Una solución a esto fue colocar el segundo juego después del segundo juego de ruedas motrices mirando hacia adelante, en lugar de delante de ellas y mirando hacia atrás como el primer juego de cilindros. Esto tenía sus propias complicaciones, y los desafíos eran lo suficientemente preocupantes para muchas carreteras, para quienes las locomotoras actuales eran lo suficientemente exigentes, como para rechazar la idea dúplex.
A partir de 2023, ninguna de las locomotoras dúplex que se enumeran a continuación sobrevive. Aún se debate su éxito y si se podría haber hecho que funcionaran bien con suficiente tiempo y esfuerzo. Una conclusión común es que los problemas de la locomotora de vapor convencional no eran tan insolubles como creía Baldwin, y que la disposición dúplex creaba casi tantos problemas como los resolvía. Sin embargo, un grupo de entusiastas está en el proceso de construir una nueva locomotora dúplex T1 de la clase Pennsylvania Railroad , utilizando mejoras de diseño de la era del vapor de posguerra con la esperanza de lograr mejores características de rendimiento.
El primer camino en utilizar la idea fue el Ferrocarril de Baltimore y Ohio , que rechazó una propuesta de Baldwin en 1932-1933, pero luego construyó el único Baltimore y Ohio Clase N-1 , #5600 George H. Emerson en las propias tiendas del ferrocarril sin el de Baldwin. asistencia. La locomotora se completó en mayo de 1937 y logró conservar la misma distancia entre ejes acoplada que las 4-8-2 actuales de la carretera al tener el segundo juego de cilindros invertidos, montados junto a la cámara de combustión y accionar el segundo juego de ruedas acopladas hacia adelante. Esto resultó ser menos que ideal, ya que el tamaño de los cilindros y la cámara de combustión estaban limitados por esta ubicación, los largos conductos de vapor resultaron problemáticos y los cilindros sufrieron por el polvo y el calor de la cámara de combustión cercana.
La locomotora estuvo en servicio ligero y fue probada hasta su retirada en 1943. No tuvo suficiente éxito como para que B&O expresara más interés.
El siguiente uso del tipo dúplex fue el S1 único del Ferrocarril de Pensilvania , diseñado para cumplir con el requisito de operar un tren de 1200 toneladas cortas (1070 toneladas largas; 1090 t) a 160 km/h (100 mph) en vía nivelada y capaz. acelerar a esa velocidad fácilmente. Se necesitaban más de 4.000 hp (3,0 MW) para ese requisito, y para cumplirlo, Baldwin y el PRR crearon posiblemente la locomotora de vapor de pasajeros más grande jamás construida: una locomotora 6-4-4-6 de 140 pies 2+1 ⁄ 2 pulgadas (42,74 m) de largo y un peso de 1.060.000 lb (480.000 kg) con ténder. De hecho, era demasiado grande para funcionar en la mayor parte del sistema del PRR y se puso en servicio sólo entre Chicago, Illinois y Crestline, Ohio (283 millas [455 km]). En servicio después de diciembre de 1940, demostró ser potente y capaz, pero propenso a patinar y a elevarse, presagiando los problemas de los diseños dúplex posteriores. En general, sus defectos fueron descartados como simples problemas iniciales de un prototipo inicial. Fue retirada de servicio en 1946. Esta locomotora recibió el sobrenombre de "La gran locomotora".
El S1 no representaba los verdaderos deseos de Baldwin para el tipo, pero en el diseño del T1 , del cual se encargaron dos prototipos en julio de 1940, a Baldwin se le dio mucha más libertad. Los requisitos del PRR eran el uso de la cámara de combustión Belpaire y el engranaje de válvula de asiento de leva oscilante Franklin. Los dos, #6110 y #6111, fueron entregados en abril y mayo de 1942. Las pruebas demostraron nuevamente que eran poderosos y capaces, pero no seguros.
Tan pronto como en febrero de 1945 se suavizaron las restricciones impuestas durante la guerra a la producción de locomotoras de pasajeros, el PRR hizo un pedido de 50 unidades de producción. Fue un paso fatídico, ya que los problemas encontrados con los prototipos no se habían solucionado ni se habían probado con la intensidad necesaria para garantizar la fiabilidad de la producción. Las locomotoras de serie se diferenciaban en detalles por sus carcasas aerodinámicas y por la suspensión, en un intento de aumentar la adherencia.
Los problemas se hicieron evidentes muy pronto. Las locomotoras eran increíblemente propensas a patinar violentamente, no sólo al arrancar sino también a la velocidad. Dividir el impulso en dos grupos significaba que era mucho más probable que cada grupo fallara. Se ha propuesto la teoría de que la apertura más rápida y "más brusca" de las válvulas con el engranaje de válvula de asiento exacerbó el problema. Peor aún, un deslizamiento tan violento a alta velocidad podría dañar los componentes del engranaje de válvulas. Este era un problema importante en una locomotora con engranaje de válvula de asiento porque, a diferencia de las conocidas válvulas de pistón y el engranaje de válvulas Walschaerts exterior de otras locomotoras, muchos de los componentes eran casi inaccesibles dentro del bastidor. Su complejidad significó que la disponibilidad y confiabilidad resultaron deficientes y, si bien un maquinista de locomotoras (conductor) muy capaz podía obtener un gran rendimiento de una T1, resultaron bastante infructuosas en servicio.
Desde entonces ha sido motivo de controversia si los problemas tenían solución. Sin embargo, la solución mucho más sencilla de la locomotora diésel se adoptó a los pocos meses de la entrega de las locomotoras de producción, y en dos años todos los principales trenes de pasajeros eran transportados con diésel. Los T1 pasaron algunos años más en servicio menor antes de ser retirados en 1952.
Un grupo sin fines de lucro conocido como T1 Trust está en el proceso de construir una nueva locomotora dúplex, un motor de clase T1 conocido como Pennsylvania Railroad 5550 , con la intención de utilizar mejoras de diseño de la era del vapor de posguerra que no se usan o rara vez se prueban en T1 preexistentes. con la esperanza de crear mejores características de rendimiento. El año estimado de finalización del proyecto es 2030. [2]
El PRR también deseaba aplicar el principio dúplex al transporte de mercancías, y el Q1 fue el primer experimento en esa dirección. Era una locomotora de carga rápida 4-6-4-4 , entregada en mayo de 1942. Al igual que la George H. Emerson de B&O , tenía el segundo par de cilindros mirando hacia atrás y todos estaban equipados con engranajes de válvulas Walschaerts estándar. Las ruedas tenían un diámetro de 77 pulgadas (1,956 m) (no adecuadas para el transporte de mercancías) y el motor era más aerodinámico, como un motor de pasajeros. La racionalización se eliminó posteriormente, ya que restringía los trabajos de mantenimiento. Los cilindros orientados hacia atrás también eran problemáticos, en parte debido a la ubicación inconveniente de estar directamente debajo de la cámara de combustión del motor. Además, los impulsores grandes y el área de la parrilla de la cámara de combustión más pequeña que la adecuada también pueden haber contribuido a problemas adicionales. El tamaño limitado de la cámara de combustión también fue un efecto directo de los cilindros orientados hacia atrás. El único Q1, PRR 6130, fue construido en Altoona Works de PRR en 1942 y retirado del servicio en 1946.
A finales de 1944 siguieron las locomotoras de producción, pero eran bastante diferentes: se había aprendido de nuevo la lección de que los cilindros orientados hacia atrás junto al hogar eran una mala idea. Las locomotoras Q2 de producción tenían disposición 4-4-6-4 ; Eran las locomotoras no articuladas más grandes jamás construidas y las locomotoras más potentes jamás probadas en estática, produciendo 7.987 hp (5.956 kW) en la planta de pruebas estáticas del PRR. Las locomotoras Q2 fueron también las locomotoras de vapor más potentes jamás construidas con diez ruedas motrices. En funcionamiento, el Q2 podría superar a los motores de carga preexistentes que transportan el doble de tonelaje que sus predecesores. Además, el Q2 no tuvo problemas para generar potencia de vapor y era conocido por ser un motor de marcha muy suave. Veintiséis de ellos se construyeron en Altoona Works de PRR y fueron, con diferencia, el tipo dúplex de mayor éxito. La propensión dúplex a resbalar se combatía mediante un mecanismo automático de control de deslizamiento que reducía la potencia de la unidad de deslizamiento. El mecanismo de control de deslizamiento no siempre respondía y su complejidad a menudo hacía que los equipos de mantenimiento no quisieran molestarse con él durante las revisiones.
A pesar del éxito general, todos los Q2 estaban fuera de servicio en 1951. Con la dieselización, fueron los primeros objetivos obvios en ser retirados, ya que eran sólo un poco más capaces que los 2-10-4 convencionales de clase J1 , pero con un rendimiento mucho mayor. costos y cargas de mantenimiento.
En Francia, el tipo dúplex se hizo famoso por las diez locomotoras compuestas 2-4-6-2 construidas en 1932 para los Chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée (PLM) para transportar trenes de mercancías pesados en la pendiente del 0,8%. del ferrocarril París-Marsella entre Les Laumes y Dijon . Los resultados fueron tan buenos que la empresa quiso encargar más locomotoras, pero la nacionalización de los ferrocarriles en 1938 detuvo todos los proyectos. Estos motores dúplex estaban equipados con engranajes de válvulas de levas giratorias Lenz-Dabeg y poco después con doble escape . Los cilindros de baja presión accionaban los dos primeros ejes acoplados y los cilindros de alta presión accionaban el segundo juego de ruedas motrices, que constaba de tres ejes. Ambos grupos de conductores estaban unidos con bielas interiores a través de manivelas interiores en el segundo y tercer conductores, haciendo de esta locomotora un verdadero 2-10-2. Las ruedas motrices tenían un diámetro de 1,50 m (4 pies 11 pulgadas). La velocidad máxima permitida era de 85 km/h (53 mph). En una prueba realizada el 19 de diciembre de 1933, el motor desarrolló poco más de 3.000 hp (2.200 kW) en la barra de tiro en una distancia de 37 millas (60 km) y una velocidad de al menos 46 mph (74 km/h), sin estar sobrecargado de trabajo. En servicio ordinario, estos motores podrían transportar 1.375 toneladas cortas (1.228 toneladas largas; 1.247 t), manteniendo 31 mph (50 km/h) en la cima del grado Blaisy del 0,8%. Después de la electrificación de la línea, los 151A se enviaron al servicio en el noreste de Francia. Fueron retirados del servicio en 1956 y desguazados .