El transporte ferroviario (también conocido como transporte por tren ) es un medio de transporte que utiliza vehículos con ruedas que circulan por vías , que suelen constar de dos raíles de acero paralelos . [1] El transporte ferroviario es uno de los dos principales medios de transporte terrestre , junto al transporte por carretera . Se utiliza para aproximadamente el 8% del transporte de pasajeros y mercancías a nivel mundial, [2] gracias a su eficiencia energética [2] y a su velocidad potencialmente alta .
El material rodante sobre raíles generalmente encuentra una resistencia de fricción menor que los vehículos de carretera con neumáticos de caucho, lo que permite acoplar vagones para formar trenes más largos . La energía suele ser proporcionada por locomotoras diésel o eléctricas . Si bien el transporte ferroviario requiere mucho capital y es menos flexible que el transporte por carretera, puede transportar cargas pesadas de pasajeros y mercancías con mayor eficiencia energética y seguridad. [a]
Los precursores de los ferrocarriles impulsados por fuerza humana o animal han existido desde la antigüedad, pero el transporte ferroviario moderno comenzó con la invención de la locomotora de vapor en el Reino Unido a principios del siglo XIX. El primer ferrocarril de pasajeros, el Stockton and Darlington Railway , se inauguró en 1825. La rápida expansión de los ferrocarriles por toda Europa y América del Norte, tras la apertura en 1830 de la primera conexión interurbana en Inglaterra, fue un componente clave de la Revolución Industrial . La adopción del transporte ferroviario redujo los costos de envío en comparación con el transporte marítimo, lo que dio lugar a "mercados nacionales" en los que los precios variaban menos de una ciudad a otra.
En la década de 1880, la electrificación ferroviaria comenzó con tranvías y sistemas de tránsito rápido. A partir de la década de 1940, las locomotoras de vapor fueron reemplazadas por locomotoras diésel . El primer sistema ferroviario de alta velocidad se introdujo en Japón en 1964, y las líneas ferroviarias de alta velocidad ahora conectan muchas ciudades en Europa , Asia Oriental y el este de los Estados Unidos . Después de un cierto declive debido a la competencia de los automóviles y los aviones, el transporte ferroviario ha experimentado un resurgimiento en las últimas décadas debido a la congestión vial y al aumento de los precios del combustible, así como a las inversiones de los gobiernos en el ferrocarril como medio para reducir las emisiones de CO 2 .
Desde tiempos prehistóricos se han construido superficies de carreteras lisas y duraderas para los vehículos con ruedas . En algunos casos, eran estrechas y se formaban en pares para soportar únicamente las ruedas, es decir, eran caminos para carretas o pistas. Algunas tenían ranuras o bridas u otros medios mecánicos para mantener las ruedas sobre la vía.
Por ejemplo, hay pruebas de que una vía pavimentada de Diolkos de entre 6 y 8,5 km de longitud transportaba barcos a través del istmo de Corinto en Grecia desde alrededor del año 600 a. C. La Diolkos estuvo en uso durante más de 650 años, hasta al menos el siglo I d. C. [3] Posteriormente también se construyeron vías pavimentadas en el Egipto romano . [4]
En 1515, el cardenal Matthäus Lang escribió una descripción del Reisszug , un funicular en la fortaleza de Hohensalzburg en Austria. La línea originalmente usaba rieles de madera y una cuerda de cáñamo y era operada por fuerza humana o animal, a través de una rueda de tracción . [5] La línea todavía está operativa, aunque en forma actualizada y es posiblemente el ferrocarril operativo más antiguo. [6]
Los vagones de ferrocarril (o tranvías ) que utilizaban raíles de madera, tirados por caballos, comenzaron a aparecer en la década de 1550 para facilitar el transporte de cubas de mineral hacia y desde las minas y pronto se hicieron populares en Europa. Este tipo de operación fue ilustrada en Alemania en 1556 por Georgius Agricola en su obra De re metallica . [7] Esta línea utilizaba carros "Hund" con ruedas sin bridas que corrían sobre tablones de madera y un pasador vertical en el carro que encajaba en el espacio entre los tablones para mantenerlo en la dirección correcta. Los mineros llamaban a los carros Hunde ("perros") por el ruido que hacían en las vías. [8]
Hay muchas referencias a su uso en Europa central en el siglo XVI. [9] Este sistema de transporte fue utilizado posteriormente por los mineros alemanes en Caldbeck , Cumbria , Inglaterra, quizás a partir de la década de 1560. [10] Se construyó una vía de carromatos en Prescot , cerca de Liverpool , en algún momento alrededor de 1600, posiblemente ya en 1594. Propiedad de Philip Layton, la línea transportaba carbón desde un pozo cerca de Prescot Hall hasta una terminal a aproximadamente media milla (800 m) de distancia. [11] También se construyó un funicular en Broseley en Shropshire algún tiempo antes de 1604. Este transportaba carbón para James Clifford desde sus minas hasta el río Severn para ser cargado en barcazas y transportado a pueblos ribereños. [12] El Wollaton Wagonway , completado en 1604 por Huntingdon Beaumont , a veces se ha citado erróneamente como el primer ferrocarril británico. Iba desde Strelley hasta Wollaton, cerca de Nottingham . [13]
El ferrocarril de Middleton en Leeds , construido en 1758, se convirtió más tarde en el ferrocarril en funcionamiento más antiguo del mundo (aparte de los funiculares), aunque ahora en una forma mejorada. En 1764, se construyó el primer ferrocarril de las Américas en Lewiston, Nueva York . [14]
A finales de la década de 1760, la Coalbrookdale Company comenzó a fijar placas de hierro fundido a la superficie superior de los rieles de madera. Esto permitió utilizar una variación en el ancho de vía . Al principio, solo se podían utilizar asas de globo para hacer girar, pero más tarde se empezaron a utilizar agujas móviles que permitían hacer cambios de vía. [15]
Se introdujo un sistema en el que las ruedas sin bridas corrían sobre placas de metal en forma de L, que llegaron a conocerse como plataformas . John Curr , un gerente de una mina de carbón de Sheffield , inventó este riel con brida en 1787, aunque la fecha exacta de esto es discutida. Benjamin Outram adoptó el riel de placa para las vías de vagones que servían a sus canales, fabricándolos en su fundición de Butterley . En 1803, William Jessop inauguró el Surrey Iron Railway , una plataforma de doble vía, a veces citada erróneamente como el primer ferrocarril público del mundo, en el sur de Londres. [16]
William Jessop había utilizado anteriormente con éxito un tipo de riel de borde de hierro y ruedas con bridas para una ampliación del canal forestal de Charnwood en Nanpantan , Loughborough, Leicestershire en 1789. En 1790, Jessop y su socio Outram comenzaron a fabricar rieles de borde. Jessop se convirtió en socio de la Butterley Company en 1790. La primera vía de borde pública (y por lo tanto también el primer ferrocarril público) construida fue Lake Lock Rail Road en 1796. Aunque el propósito principal de la línea era transportar carbón, también transportaba pasajeros.
Estos dos sistemas de construcción de vías férreas, el sistema de carril de placa en "L" y el sistema de carril de canto liso, continuaron coexistiendo hasta bien entrado el siglo XIX. La rueda con pestaña y el sistema de carril de canto demostraron finalmente su superioridad y se convirtieron en el sistema estándar para los ferrocarriles.
El hierro fundido utilizado en los raíles resultó insatisfactorio porque era frágil y se rompía bajo cargas pesadas. El hierro forjado inventado por John Birkinshaw en 1820 reemplazó al hierro fundido. El hierro forjado, generalmente denominado simplemente "hierro", era un material dúctil que podía sufrir una deformación considerable antes de romperse, lo que lo hacía más adecuado para los raíles de hierro. Pero el hierro era caro de producir hasta que Henry Cort patentó el proceso de pudling en 1784. En 1783, Cort también patentó el proceso de laminación , que era 15 veces más rápido para consolidar y dar forma al hierro que el martillado. [17] Estos procesos redujeron en gran medida el costo de producción de hierro y raíles. El siguiente desarrollo importante en la producción de hierro fue el soplado en caliente desarrollado por James Beaumont Neilson (patentado en 1828), que redujo considerablemente la cantidad de coque (combustible) o carbón vegetal necesario para producir arrabio. [18] El hierro forjado era un material blando que contenía escoria o escoria . La suavidad y la escoria tendían a hacer que los rieles de hierro se deformaran y delaminaran y duraban menos de 10 años. A veces duraban tan solo un año bajo mucho tráfico. Todos estos avances en la producción de hierro finalmente llevaron a la sustitución de los rieles compuestos de madera y hierro por rieles superiores totalmente de hierro. La introducción del proceso Bessemer , que permitió fabricar acero a bajo costo, condujo a la era de gran expansión de los ferrocarriles que comenzó a fines de la década de 1860. Los rieles de acero duraron varias veces más que el hierro. [19] [20] [21] Los rieles de acero hicieron posible locomotoras más pesadas, lo que permitió trenes más largos y mejoró la productividad de los ferrocarriles. [22] El proceso Bessemer introdujo nitrógeno en el acero, lo que provocó que el acero se volviera quebradizo con el tiempo. El horno de hogar abierto comenzó a reemplazar el proceso Bessemer cerca del final del siglo XIX, mejorando la calidad del acero y reduciendo aún más los costos. De esta forma, el acero sustituyó por completo el uso del hierro en los rieles, convirtiéndose en el estándar para todos los ferrocarriles.
El primer tranvía o vagón de pasajeros a caballo , el Swansea and Mumbles Railway , se inauguró entre Swansea y Mumbles en Gales en 1807. [23] Los caballos siguieron siendo el modo preferido para el transporte en tranvía incluso después de la llegada de las máquinas de vapor hasta finales del siglo XIX, porque eran más limpios en comparación con los tranvías a vapor que causaban humo en las calles de la ciudad.
En 1784, James Watt , un inventor e ingeniero mecánico escocés, patentó un diseño para una locomotora de vapor . Watt había mejorado la máquina de vapor de Thomas Newcomen , hasta entonces utilizada para bombear agua de las minas, y desarrolló un motor alternativo en 1769 capaz de impulsar una rueda. Se trataba de un gran motor estacionario que impulsaba fábricas de algodón y una variedad de maquinaria; el estado de la tecnología de las calderas requería el uso de vapor de baja presión que actuaba sobre un vacío en el cilindro, lo que requería un condensador separado y una bomba de aire . Sin embargo, a medida que mejoraba la construcción de calderas, Watt investigó el uso de vapor de alta presión que actuaba directamente sobre un pistón, lo que planteó la posibilidad de un motor más pequeño que pudiera utilizarse para impulsar un vehículo. Después de su patente, el empleado de Watt, William Murdoch, produjo un modelo funcional de un carro de vapor autopropulsado ese año. [24]
La primera locomotora de vapor de ferrocarril en funcionamiento a escala real fue construida en el Reino Unido en 1804 por Richard Trevithick , un ingeniero británico nacido en Cornualles . Esta utilizaba vapor a alta presión para impulsar el motor con una carrera de potencia. El sistema de transmisión empleaba un gran volante para equilibrar la acción del vástago del pistón. El 21 de febrero de 1804, tuvo lugar el primer viaje en tren a vapor del mundo cuando la locomotora de vapor sin nombre de Trevithick arrastró un tren a lo largo del tranvía de la fundición de hierro de Penydarren , cerca de Merthyr Tydfil en el sur de Gales . [25] [26] Trevithick demostró más tarde una locomotora que funcionaba sobre un trozo de vía circular en Bloomsbury , Londres, la Catch Me Who Can , pero nunca pasó de la etapa experimental con locomotoras de ferrocarril, sobre todo porque sus motores eran demasiado pesados para la vía de plataforma de hierro fundido que se utilizaba entonces. [27]
La primera locomotora de vapor que tuvo éxito comercial fue la locomotora de cremallera Salamanca de Matthew Murray , construida para el ferrocarril Middleton en Leeds en 1812. Esta locomotora de dos cilindros era lo suficientemente ligera como para no romper la vía de los carriles de borde y resolvió el problema de la adherencia mediante una rueda dentada que utilizaba dientes fundidos en el lateral de uno de los carriles. Por lo tanto, también fue el primer ferrocarril de cremallera .
En 1813, Christopher Blackett y William Hedley construyeron la locomotora Puffing Billy para el ferrocarril Wylam Colliery, la primera locomotora que funcionó con éxito solo por adherencia . Esto se logró mediante la distribución del peso entre varias ruedas. La Puffing Billy se exhibe actualmente en el Museo de Ciencias de Londres y es la locomotora más antigua que existe. [28] [29]
En 1814, George Stephenson , inspirado por las primeras locomotoras de Trevithick, Murray y Hedley, convenció al gerente de la mina de carbón de Killingworth donde trabajaba para que le permitiera construir una máquina impulsada por vapor . Stephenson jugó un papel fundamental en el desarrollo y la adopción generalizada de la locomotora de vapor. Sus diseños mejoraron considerablemente el trabajo de los pioneros anteriores. Construyó la locomotora Blücher , también una exitosa locomotora de adherencia con ruedas con brida . En 1825 construyó la locomotora Locomotion para el ferrocarril Stockton y Darlington en el noreste de Inglaterra, que se convirtió en el primer ferrocarril de vapor público del mundo en 1825, aunque utilizó tanto caballos de fuerza como vapor en diferentes recorridos. En 1829, construyó la locomotora Rocket , que participó y ganó las Rainhill Trials . Este éxito llevó a Stephenson a establecer su empresa como el constructor preeminente de locomotoras de vapor para ferrocarriles en Gran Bretaña e Irlanda, Estados Unidos y gran parte de Europa. [30] : 24–30 El primer ferrocarril público que utilizó solo locomotoras de vapor, todo el tiempo, fue Liverpool and Manchester Railway , construido en 1830. [31]
La energía de vapor siguió siendo el sistema energético dominante en los ferrocarriles de todo el mundo durante más de un siglo.
La primera locomotora eléctrica conocida fue construida en 1837 por el químico Robert Davidson de Aberdeen , Escocia, y estaba impulsada por celdas galvánicas (baterías). Por lo tanto, también fue la locomotora eléctrica a batería más antigua. 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. Fue destruida por los trabajadores del ferrocarril, que la vieron como una amenaza para su seguridad laboral. [32] [33] [34] A mediados del siglo XIX la mayoría de los países europeos utilizaban los ferrocarriles con fines militares. [35]
Werner von Siemens demostró un ferrocarril eléctrico en 1879 en Berlín. La primera línea de tranvía eléctrica del mundo, Gross-Lichterfelde Tramway , se inauguró en Lichterfelde, cerca de Berlín , Alemania, en 1881. Fue construida por Siemens. El tranvía funcionaba con 180 voltios de corriente continua, que se suministraban mediante raíles. En 1891, la vía se equipó con un cable aéreo y la línea se extendió hasta la estación Berlín-Lichterfelde West . El ferrocarril eléctrico de Volk se inauguró en 1883 en Brighton , Inglaterra. El ferrocarril todavía está en funcionamiento, lo que lo convierte en el ferrocarril eléctrico operativo más antiguo del mundo. También en 1883, se inauguró el tranvía de Mödling y Hinterbrühl cerca de Viena, en Austria. Fue la primera línea de tranvía del mundo en servicio regular alimentada por una línea aérea. Cinco años después, 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 . [36]
El primer uso de la electrificación en una línea principal fue en un tramo de cuatro millas de la Baltimore Belt Line del ferrocarril Baltimore and Ohio (B&O) en 1895, conectando la parte principal del B&O con la nueva línea a Nueva York a través de una serie de túneles alrededor de los límites del centro de Baltimore. La electricidad se convirtió rápidamente en la fuente de energía preferida para los subterráneos, impulsada por la invención del control de trenes de unidades múltiples por parte de Sprague en 1897. A principios de la década de 1900, la mayoría de los tranvías estaban electrificados.
El metro de Londres , el ferrocarril subterráneo más antiguo del mundo, se inauguró en 1863 y comenzó a operar servicios eléctricos utilizando un sistema de cuarto raíl en 1890 en el City and South London Railway , ahora parte de la línea Northern del metro de Londres . Este fue el primer ferrocarril importante en utilizar tracción eléctrica . Es el primer ferrocarril eléctrico de nivel profundo del mundo y va desde la City de Londres , bajo el río Támesis , hasta Stockwell en el sur de Londres. [37]
La primera locomotora eléctrica de CA práctica fue diseñada por Charles Brown , que entonces trabajaba para Oerlikon , en 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 (170 mi). 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. [b] 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. [39]
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 Évian-les-Bains (Francia), que se construyó entre 1896 y 1898. [40] [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) accionados por una tensión trifásica de 750 V 40 Hz alimentada por catenarias dobles. Los motores trifásicos funcionan a una 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 de 40 km Burgdorf-Thun , Suiza.
Los ferrocarriles italianos fueron los primeros del mundo en introducir tracción eléctrica en toda la longitud de una línea principal en lugar de 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. [42] [43] El sistema eléctrico era trifásico a 3 kV 15 Hz. 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. [43]
Una importante contribución a la adopción más amplia de la tracción de CA provino de la SNCF de Francia después de la Segunda Guerra Mundial. La empresa realizó pruebas con CA de 50 Hz y la estableció como estándar. Después de las exitosas pruebas de la SNCF, los 50 Hz, ahora también llamados frecuencia industrial, se adoptaron como estándar para las líneas principales de todo el mundo. [45]
Los primeros ejemplos registrados de un motor de combustión interna para uso ferroviario incluyen un prototipo diseñado por William Dent Priestman . Sir William Thomson lo examinó en 1888 y lo describió como un "motor de petróleo Priestman montado sobre un bogie que se utiliza en una línea temporal de rieles para mostrar la adaptación de un motor de petróleo para fines de locomotora". [46] [47] En 1894, una máquina de dos ejes de 20 hp (15 kW) construida por Priestman Brothers se utilizó en los diques de Hull . [48]
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. Sulzer había estado fabricando motores diésel desde 1898. Los Ferrocarriles Estatales Prusianos encargaron una locomotora diésel a la empresa en 1909. La primera locomotora con motor diésel del mundo se puso en funcionamiento en el verano de 1912 en el ferrocarril Winterthur-Romanshorn en Suiza, pero no fue un éxito comercial. [49] El peso de la locomotora era de 95 toneladas y la potencia de 883 kW con una velocidad máxima de 100 km/h (62 mph). [50] Se produjeron pequeñas cantidades de prototipos de locomotoras diésel en varios países hasta mediados de la década de 1920. La Unión Soviética operó tres unidades experimentales de diferentes diseños desde finales de 1925, aunque solo una de ellas (la E el-2 ) resultó técnicamente viable. [51]
En 1914 se produjo un avance significativo, cuando Hermann Lemp , un ingeniero eléctrico de General Electric , desarrolló y patentó un sistema de control eléctrico de corriente continua confiable (Lemp también patentó mejoras posteriores). [52] El diseño de Lemp utilizó una sola palanca para controlar tanto el motor como el generador de manera coordinada, y fue el prototipo de todos los sistemas de control de locomotoras diésel-eléctricas . En 1914, Waggonfabrik Rastatt produjo los primeros vagones diésel-eléctricos funcionales del mundo para los Königlich-Sächsische Staatseisenbahnen ( Ferrocarriles estatales reales sajones ) con equipo eléctrico de Brown, Boveri & Cie y motores diésel de Swiss Sulzer AG . Se clasificaron como DET 1 y DET 2 (de.wiki). Las primeras locomotoras diésel-eléctricas utilizadas regularmente fueron las locomotoras de maniobras . General Electric produjo varias locomotoras de maniobras pequeñas en la década de 1930 (la famosa locomotora de maniobras de " 44 toneladas " se introdujo en 1940). Westinghouse Electric y Baldwin colaboraron para construir locomotoras de maniobras a partir de 1929.
En 1929, los Ferrocarriles Nacionales Canadienses se convirtieron en el primer ferrocarril norteamericano en utilizar motores diésel en servicio principal con dos unidades, 9000 y 9001, de Westinghouse. [53]
Aunque los servicios de vapor y diésel que alcanzaban velocidades de hasta 200 km/h (120 mph) comenzaron antes de la década de 1960 en Europa, no tuvieron mucho éxito.
El primer tren de alta velocidad electrificado, el Tōkaidō Shinkansen, se introdujo en 1964 entre Tokio y Osaka , en Japón. Desde entonces , se han construido líneas ferroviarias de alta velocidad que alcanzan velocidades de hasta 300 km/h (190 mph) o más en Japón, España, Francia , Alemania, Italia, la República Popular China, Taiwán (República de China), el Reino Unido , Corea del Sur , Escandinavia, Bélgica y los Países Bajos. La construcción de muchas de estas líneas ha provocado una drástica disminución de los vuelos de corta distancia y del tráfico automotor entre ciudades conectadas, como el corredor Londres-París-Bruselas, Madrid-Barcelona, Milán-Roma-Nápoles, así como muchas otras líneas importantes. [ cita requerida ]
Los trenes de alta velocidad normalmente circulan sobre vías de ancho estándar de rieles soldados de forma continua sobre un derecho de paso separado a desnivel que incorpora un gran radio de giro en su diseño. Si bien el ferrocarril de alta velocidad suele estar diseñado para el transporte de pasajeros, algunos sistemas de alta velocidad también ofrecen servicio de carga.
Desde 1980, el transporte ferroviario ha cambiado drásticamente, pero varios ferrocarriles patrimoniales continúan funcionando como parte de la historia viva para preservar y mantener antiguas líneas ferroviarias para los servicios de trenes turísticos.
Un tren es una serie de vehículos ferroviarios conectados que se desplazan a lo largo de la vía. La propulsión del tren la proporciona una locomotora independiente o motores individuales en unidades múltiples autopropulsadas. La mayoría de los trenes llevan una carga comercial, aunque existen vagones no comerciales para uso propio del ferrocarril, como por ejemplo para fines de mantenimiento de la vía . El maquinista (maquinista en América del Norte) controla la locomotora u otros vagones de tracción, aunque los vehículos de transporte de personas y algunos de tránsito rápido están bajo control automático.
Tradicionalmente, los trenes se tiran mediante una locomotora. Esto implica que uno o más vehículos motorizados se ubican en la parte delantera del tren, lo que proporciona suficiente fuerza de tracción para arrastrar el peso de todo el tren. Esta disposición sigue siendo la dominante para los trenes de mercancías y se utiliza a menudo para los trenes de pasajeros. Un tren de empuje-tracción tiene el vagón de pasajeros del extremo equipado con una cabina de conductor para que el maquinista pueda controlar la locomotora de forma remota. Esto permite eliminar uno de los inconvenientes de los trenes tirados por locomotora, ya que no es necesario mover la locomotora a la parte delantera del tren cada vez que el tren cambia de dirección. Un vagón de ferrocarril es un vehículo utilizado para el transporte de pasajeros o mercancías.
Una unidad múltiple tiene ruedas motrices en todo el tren. Se utilizan para sistemas de tránsito rápido y tranvía, así como para muchos trenes de pasajeros de corta y larga distancia. Un vagón de ferrocarril es un solo automóvil autopropulsado y puede ser propulsado eléctricamente o impulsado por un motor diésel . Las unidades múltiples tienen una cabina de conductor en cada extremo de la unidad y se desarrollaron siguiendo la capacidad de construir motores eléctricos y otros motores lo suficientemente pequeños como para caber debajo del vagón. Solo hay unas pocas unidades múltiples de carga, la mayoría de las cuales son trenes postales de alta velocidad.
Las locomotoras de vapor son locomotoras con un motor de vapor que proporciona adherencia. Se quema carbón , petróleo o madera en una caja de fuego , hirviendo agua en la caldera para crear vapor presurizado. El vapor viaja a través de la caja de humo antes de salir por la chimenea o chimenea. En el proceso, impulsa un pistón que transmite potencia directamente a través de una biela (EE. UU.: biela principal) y un muñón de cigüeñal (EE. UU.: muñequilla) en la rueda motriz (EE. UU. conductor principal) o a una manivela en un eje motriz. Las locomotoras de vapor se han eliminado gradualmente en la mayor parte del mundo por razones económicas y de seguridad, aunque muchas se conservan en condiciones de funcionamiento gracias a los ferrocarriles patrimoniales .
Las locomotoras eléctricas toman energía de una fuente estacionaria a través de un cable aéreo o tercer riel . Algunas también o en su lugar usan una batería . En las locomotoras que funcionan con corriente alterna de alto voltaje , un transformador en la locomotora convierte la energía de baja corriente de alto voltaje en alta corriente de bajo voltaje utilizada en los motores de tracción que impulsan las ruedas. Las locomotoras modernas pueden usar motores de inducción de CA trifásicos o motores de corriente continua . En ciertas condiciones, las locomotoras eléctricas son la tracción más potente. [ cita requerida ] También son las más económicas de operar y generan menos ruido y ninguna contaminación del aire local. [ cita requerida ] Sin embargo, requieren altas inversiones de capital tanto para las líneas aéreas y la infraestructura de apoyo, como para la estación generadora que se necesita para producir electricidad. En consecuencia, la tracción eléctrica se utiliza en sistemas urbanos, líneas con mucho tráfico y para ferrocarriles de alta velocidad.
Las locomotoras diésel utilizan un motor diésel como motor principal . La transmisión de energía puede ser diésel-eléctrica , diésel-mecánica o diésel-hidráulica, pero predomina la diésel-eléctrica. Las locomotoras electrodiésel están diseñadas para funcionar como diésel-eléctricas en secciones no electrificadas y como locomotoras eléctricas en secciones electrificadas.
Los métodos alternativos de fuerza motriz incluyen la levitación magnética , la tracción a caballos, el cable , la gravedad, la neumática y la turbina de gas .
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Un tren de pasajeros se detiene en estaciones donde los pasajeros pueden embarcar y desembarcar. La supervisión del tren es responsabilidad de un guardia/gerente de tren/conductor . Los trenes de pasajeros son parte del transporte público y a menudo constituyen la base del servicio, con autobuses que alimentan las estaciones. Los trenes de pasajeros brindan viajes interurbanos de larga distancia, viajes diarios de cercanías o servicios de tránsito urbano local, y operan con una diversidad de vehículos, velocidades de operación, requisitos de derecho de paso y frecuencia de servicio. Las frecuencias de servicio a menudo se expresan como una cantidad de trenes por hora (tph). [54] Los trenes de pasajeros generalmente pueden dividirse en dos tipos de operación, ferrocarril interurbano y tránsito intraurbano. Mientras que el ferrocarril interurbano implica velocidades más altas, rutas más largas y una frecuencia más baja (generalmente programada), el tránsito intraurbano implica velocidades más bajas, rutas más cortas y una frecuencia más alta (especialmente durante las horas pico). [55] Los trenes interurbanos son trenes de larga distancia que operan con pocas paradas entre ciudades. Los trenes generalmente tienen comodidades como un vagón restaurante . Algunas líneas también brindan servicios nocturnos con vagones cama . A algunos trenes de larga distancia se les ha dado un nombre específico . Los trenes regionales son trenes de distancia media que conectan ciudades con áreas periféricas y circundantes, o brindan un servicio regional, con más paradas y velocidades más bajas. Los trenes de cercanías brindan servicio a los suburbios de las áreas urbanas y brindan un servicio de traslado diario . Los enlaces ferroviarios con aeropuertos brindan un acceso rápido desde los centros de las ciudades a los aeropuertos .
Los trenes de alta velocidad son trenes interurbanos especiales que funcionan a velocidades mucho más altas que los ferrocarriles convencionales, con un límite de 200 a 350 kilómetros por hora (120 a 220 mph). Los trenes de alta velocidad se utilizan principalmente para servicios de larga distancia y la mayoría de los sistemas se encuentran en Europa occidental y Asia oriental. Los trenes de levitación magnética, como el tren maglev de Shanghái, utilizan imanes que se atraen hacia arriba, hacia la parte inferior de una guía, y esta línea ha alcanzado velocidades máximas algo más altas en el funcionamiento diario que los ferrocarriles de alta velocidad convencionales, aunque solo en distancias cortas. Debido a sus velocidades más altas, las trazas de las rutas para trenes de alta velocidad tienden a tener curvas más amplias que los ferrocarriles convencionales, pero pueden tener pendientes más pronunciadas que son más fáciles de subir para trenes con gran energía cinética.
La alta energía cinética se traduce en mayores relaciones entre caballos de fuerza y toneladas (por ejemplo, 20 caballos de fuerza por tonelada corta o 16 kilovatios por tonelada); esto permite que los trenes aceleren y mantengan velocidades más altas y franqueen pendientes pronunciadas a medida que se acumula y se recupera el impulso en las pendientes descendentes (lo que reduce los requisitos de corte y relleno y construcción de túneles). Dado que las fuerzas laterales actúan en las curvas, las curvaturas se diseñan con el radio más alto posible. Todas estas características son radicalmente diferentes de las operaciones de transporte de mercancías, lo que justifica las líneas ferroviarias exclusivas de alta velocidad si es económicamente factible. [55]
Los servicios ferroviarios de alta velocidad son servicios ferroviarios interurbanos que alcanzan velocidades máximas superiores a las de los trenes interurbanos convencionales, pero no tan altas como las de los servicios ferroviarios de alta velocidad. Estos servicios se prestan tras mejoras en la infraestructura ferroviaria convencional para dar soporte a trenes que puedan funcionar de forma segura a velocidades más altas.
El tránsito rápido es un sistema intraurbano construido en ciudades grandes y tiene la mayor capacidad de cualquier sistema de transporte de pasajeros. Por lo general, está separado a nivel y comúnmente se construye bajo tierra o elevado. A nivel de calle, se pueden utilizar tranvías más pequeños. Los trenes ligeros son tranvías mejorados que tienen acceso sin escalones, su propio derecho de paso y, a veces, secciones subterráneas. Los sistemas de monorraíl son sistemas elevados de capacidad media. Un transporte de personas es un tren sin conductor, separado a nivel que sirve solo a unas pocas estaciones, como un servicio de transporte. Debido a la falta de uniformidad de los sistemas de tránsito rápido, la alineación de la ruta varía, con diversos derechos de paso (terreno privado, costado de la carretera, mediana de la calle) y características geométricas (curvas pronunciadas o amplias, pendientes pronunciadas o suaves). Por ejemplo, los trenes "L" de Chicago están diseñados con vagones extremadamente cortos para negociar las curvas pronunciadas en el Loop . El PATH de Nueva Jersey tiene vagones de tamaño similar para adaptarse a las curvas en los túneles trans-Hudson. El BART de San Francisco opera vagones grandes en sus rutas. [55]
Los trenes de mercancías transportan mercancías utilizando vagones especializados para el tipo de mercancías. Los trenes de mercancías son muy eficientes, con economías de escala y alta eficiencia energética. [56] Sin embargo, su uso puede verse reducido por la falta de flexibilidad, si hay necesidad de transbordo en ambos extremos del viaje debido a la falta de vías hasta los puntos de recogida y entrega. Las autoridades a menudo fomentan el uso del transporte ferroviario de mercancías debido a su eficiencia y para reducir el tráfico por carretera. [57]
Los trenes de contenedores se han utilizado ampliamente en muchos lugares para el transporte de mercancías en general, en particular en América del Norte, donde el doble apilamiento reduce los costos. Los contenedores se pueden transbordar fácilmente entre otros modos, como barcos y camiones, y en los saltos de ancho . Los contenedores han sucedido al vagón de carga (vagón completo), donde la carga tenía que cargarse y descargarse en el tren manualmente. La contenerización intermodal de la carga ha revolucionado la industria de la logística de la cadena de suministro , reduciendo significativamente los costos de envío. En Europa, el vagón de paredes deslizantes ha reemplazado en gran medida a los vagones cubiertos ordinarios . Otros tipos de vagones incluyen vagones frigoríficos , vagones de carga para ganado y autorracks para vehículos de carretera. Cuando el ferrocarril se combina con el transporte por carretera, un vagón de carretera permitirá que los remolques se suban al tren, lo que permite una transición fácil entre la carretera y el ferrocarril.
La manipulación de cargas a granel representa una ventaja clave para el transporte ferroviario. Los bajos o incluso nulos costos de transbordo combinados con la eficiencia energética y los bajos costos de inventario permiten que los trenes manipulen cargas a granel a un costo mucho más económico que por carretera. Las cargas a granel típicas incluyen carbón, minerales, granos y líquidos. Las cargas a granel se transportan en vagones abiertos , vagones tolva y vagones cisterna .
Las vías ferroviarias se colocan en terrenos que son propiedad de la empresa ferroviaria o que la misma tiene arrendados. Debido a la conveniencia de mantener pendientes moderadas, en terrenos montañosos o accidentados, los rieles a menudo se colocan en rutas tortuosas. La longitud de la ruta y los requisitos de pendiente se pueden reducir mediante el uso de desmontes , puentes y túneles alternados, todo lo cual puede aumentar en gran medida los gastos de capital necesarios para desarrollar un derecho de paso, al tiempo que reduce significativamente los costos operativos y permite velocidades más altas en curvas de radio más largo. En áreas densamente urbanizadas, los ferrocarriles a veces se colocan en túneles para minimizar los efectos sobre las propiedades existentes.
La vía se compone de dos raíles de acero paralelos, anclados perpendicularmente a elementos llamados traviesas de madera, hormigón, acero o plástico para mantener una distancia constante entre ellos, o ancho de vía . También son posibles otras variaciones, como la "vía de losa", en la que los raíles se fijan a una base de hormigón que reposa sobre una superficie preparada.
Los anchos de vía generalmente se clasifican como ancho estándar (usado en aproximadamente el 70% de las líneas ferroviarias existentes en el mundo), ancho ancho y ancho angosto . [58] Además del ancho de vía, las vías se colocarán para cumplir con un gálibo de carga que define la altura y el ancho máximos para los vehículos ferroviarios y sus cargas para garantizar un paso seguro a través de puentes, túneles y otras estructuras.
La vía guía las ruedas cónicas con pestaña, manteniendo los vagones sobre la vía sin dirección activa y permitiendo así que los trenes sean mucho más largos que los vehículos de carretera. Los raíles y las traviesas se colocan normalmente sobre una cimentación de tierra prensada sobre la que se coloca un lecho de balasto para distribuir la carga de las traviesas y evitar que la vía se deforme a medida que el terreno se asienta con el tiempo bajo el peso de los vehículos que pasan por encima.
El balasto también sirve como medio de drenaje. Algunas vías más modernas en áreas especiales se fijan directamente sin balasto. La vía puede ser prefabricada o ensamblada en su lugar. Al soldar los rieles para formar tramos de riel soldado continuo , se puede contrarrestar el desgaste adicional del material rodante causado por el pequeño espacio superficial en las juntas entre rieles; esto también hace que la marcha sea más silenciosa.
En las curvas, el carril exterior puede estar a un nivel más alto que el carril interior. Esto se denomina peralte o peralte . Esto reduce las fuerzas que tienden a desplazar la vía y permite un viaje más cómodo para el ganado y los pasajeros de pie o sentados. Una determinada cantidad de peralte es más eficaz en un rango limitado de velocidades.
Los desvíos y agujas son los medios para dirigir un tren hacia una sección divergente de la vía. Un desvío, que se coloca de manera similar a la vía normal, generalmente consta de un cruce común, carriles de control y dos carriles de cambio. Los carriles de cambio se pueden mover hacia la izquierda o hacia la derecha, bajo el control del sistema de señalización, para determinar qué camino seguirá el tren.
Las puntas de las traviesas de madera pueden aflojarse con el tiempo, pero las traviesas rotas o podridas pueden reemplazarse individualmente con traviesas de madera nuevas o sustitutos de hormigón. Las traviesas de hormigón también pueden agrietarse o partirse, y también pueden reemplazarse individualmente. Si los rieles se asientan debido al hundimiento del suelo, pueden levantarse con maquinaria especializada y se puede apisonar balasto adicional debajo de las traviesas para nivelar los rieles.
Periódicamente, se debe retirar el balasto y reemplazarlo con balasto limpio para garantizar un drenaje adecuado. Las alcantarillas y otros pasos de agua deben mantenerse despejados para evitar que el agua se estanque en la plataforma de la vía, lo que provocaría desprendimientos de tierra. Cuando las plataformas de la vía se colocan a lo largo de los ríos, generalmente se coloca una protección adicional para evitar la erosión de las riberas durante las épocas de crecidas. Los puentes requieren inspección y mantenimiento, ya que están sujetos a grandes oleadas de tensión en un corto período de tiempo cuando cruza un tren pesado.
El uso de diferentes anchos de vía en distintas regiones del mundo, y a veces dentro del mismo país, puede dificultar el movimiento de pasajeros y mercancías. A menudo se instalan mecanismos de transferencia elaborados donde se unen dos líneas de ancho diferente para facilitar el movimiento a través del corte de ancho . Los países con múltiples anchos de vía en uso, como India y Australia , han invertido mucho para unificar sus redes ferroviarias. China está desarrollando un puente terrestre euroasiático modernizado para transportar mercancías por ferrocarril a Europa occidental.
La inspección de los equipos ferroviarios es esencial para la seguridad en el movimiento de los trenes. En los ferrocarriles de todo el mundo se utilizan muchos tipos de detectores de defectos . Estos dispositivos utilizan tecnologías que varían desde una simple paleta y un interruptor hasta escaneo infrarrojo y láser, e incluso análisis de audio ultrasónico . Su uso ha evitado muchos accidentes ferroviarios durante los 70 años que se llevan utilizando.
La señalización ferroviaria es un sistema que se utiliza para controlar el tráfico ferroviario de forma segura y evitar colisiones entre trenes. Al estar guiados por raíles fijos que generan poca fricción, los trenes son especialmente susceptibles a las colisiones, ya que con frecuencia circulan a velocidades que no les permiten detenerse rápidamente o dentro de la distancia de visibilidad del conductor; los vehículos de carretera, que encuentran un mayor nivel de fricción entre sus neumáticos de caucho y la superficie de la carretera, tienen distancias de frenado mucho más cortas. La mayoría de las formas de control de trenes implican que la autoridad de movimiento se transfiera de los responsables de cada sección de una red ferroviaria a la tripulación del tren. No todos los métodos requieren el uso de señales, y algunos sistemas son específicos de los ferrocarriles de vía única .
El proceso de señalización se lleva a cabo tradicionalmente en una cabina de señalización , un pequeño edificio que alberga el marco de palancas necesario para que el señalero opere los cambios y el equipo de señalización. Estos se colocan a varios intervalos a lo largo de la ruta de un ferrocarril, controlando secciones específicas de la vía. Los avances tecnológicos más recientes han hecho que dicha doctrina operativa sea superflua, con la centralización de las operaciones de señalización en las salas de control regionales. Esto se ha visto facilitado por el uso creciente de computadoras, lo que permite monitorear grandes secciones de la vía desde una única ubicación. El método común de señalización de bloqueo divide la vía en zonas protegidas por combinaciones de señales de bloqueo, reglas de operación y dispositivos de control automático, de modo que solo un tren puede estar en un bloqueo en cualquier momento.
El sistema de electrificación proporciona energía eléctrica a los trenes, de modo que pueden funcionar sin un motor principal a bordo. Esto permite reducir los costos operativos, pero requiere grandes inversiones de capital a lo largo de las líneas. Los sistemas de líneas principales y de tranvía normalmente tienen cables aéreos, que cuelgan de postes a lo largo de la línea. El tránsito rápido a desnivel a veces utiliza un tercer carril en el suelo .
La alimentación eléctrica puede realizarse mediante corriente continua (CC) o corriente alterna (CA). Los voltajes de CC más comunes son 600 y 750 V para los sistemas de tranvía y tránsito rápido, y 1500 y 3000 V para las líneas principales. Los dos sistemas de CA dominantes son 15 kV y 25 kV .
Una estación de tren sirve como un área donde los pasajeros pueden subir y bajar de los trenes. Una estación de mercancías es un patio que se utiliza exclusivamente para cargar y descargar mercancías. Las estaciones de pasajeros grandes tienen al menos un edificio que ofrece comodidades para los pasajeros, como comprar billetes y comida. Las estaciones más pequeñas normalmente solo constan de un andén . Las primeras estaciones a veces se construían con instalaciones tanto para pasajeros como para mercancías. [59]
Los andenes se utilizan para facilitar el acceso a los trenes y están conectados entre sí a través de pasos subterráneos , pasarelas y pasos a nivel . Algunas estaciones grandes se construyen como callejones sin salida , con trenes que solo salen en una dirección. Las estaciones más pequeñas normalmente dan servicio a áreas residenciales locales y pueden tener conexión con servicios de autobuses alimentadores. Las estaciones grandes, en particular las estaciones centrales , sirven como el principal centro de transporte público de la ciudad y tienen transferencia disponible entre servicios ferroviarios y servicios de tránsito rápido, tranvía o autobús.
Desde la década de 1980, ha habido una tendencia creciente a dividir las empresas ferroviarias, de modo que las empresas propietarias del material rodante sean independientes de las propietarias de la infraestructura. Esto es particularmente cierto en Europa, donde la Unión Europea exige este acuerdo. Esto ha permitido el libre acceso de cualquier operador ferroviario a cualquier parte de la red ferroviaria europea. En el Reino Unido, la vía férrea es de propiedad estatal, con un organismo controlado públicamente ( Network Rail ) que la gestiona, mantiene y desarrolla, mientras que las empresas operadoras de trenes han gestionado los trenes desde la privatización en la década de 1990. [ 60]
En los EE. UU., prácticamente todas las redes ferroviarias y la infraestructura fuera del corredor del noreste son propiedad privada de las líneas de carga. Las líneas de pasajeros, principalmente Amtrak , operan como inquilinos en las líneas de carga. En consecuencia, las operaciones deben estar estrechamente sincronizadas y coordinadas entre los ferrocarriles de carga y de pasajeros, y los trenes de pasajeros a menudo son despachados por el ferrocarril de carga anfitrión. Debido a este sistema compartido, ambos están regulados por la Administración Federal de Ferrocarriles (FRA) y pueden seguir las prácticas recomendadas por AREMA para el trabajo en las vías y las normas AAR para los vehículos. [55]
La principal fuente de ingresos de las compañías ferroviarias son los ingresos por billetes (para el transporte de pasajeros) y las tarifas de envío de mercancías. [61] [62] A veces se ofrecen descuentos y pases mensuales para viajeros frecuentes (por ejemplo, abonos de temporada y pases de tren ). Los ingresos por transporte de mercancías pueden venderse por espacio de contenedor o por un tren entero. A veces, el transportista es dueño de los vagones y solo alquila el transporte. En el caso del transporte de pasajeros, los ingresos por publicidad pueden ser significativos.
Los gobiernos pueden optar por conceder subvenciones a la explotación ferroviaria, ya que el transporte ferroviario tiene menos externalidades que otros modos de transporte dominantes. Si la empresa ferroviaria es de propiedad estatal, el Estado puede simplemente proporcionar subvenciones directas a cambio de un aumento de la producción. Si las operaciones se han privatizado, existen varias opciones. Algunos países tienen un sistema en el que la infraestructura es propiedad de una agencia o empresa gubernamental, con libre acceso a las vías para cualquier empresa que cumpla los requisitos de seguridad. En tales casos, el Estado puede optar por proporcionar las vías de forma gratuita o por una tarifa que no cubra todos los costes. Esto se considera análogo a que el Gobierno proporcione acceso gratuito a las carreteras. Para las operaciones de pasajeros, se puede pagar una subvención directa a un operador de propiedad pública, o se puede realizar una licitación de obligación de servicio público y adjudicar un contrato de duración limitada al mejor postor. El total de subvenciones ferroviarias de la UE ascendió a 73.000 millones de euros en 2005. [63]
Via Rail Canada y el servicio ferroviario de pasajeros estadounidense Amtrak son compañías ferroviarias privadas autorizadas por sus respectivos gobiernos nacionales. A medida que los servicios de pasajeros privados declinaron debido a la competencia de los automóviles y las aerolíneas, se convirtieron en accionistas de Amtrak, ya sea con un pago en efectivo por la entrada o renunciando a sus locomotoras y material rodante. El gobierno subsidia a Amtrak al proporcionar capital inicial y compensar las pérdidas al final del año fiscal . [64] [ página requerida ]
Algunos trenes viajan más rápido que los vehículos de carretera. Son pesados y no pueden desviarse de la vía, y tienen distancias de frenado más largas. Los posibles accidentes incluyen descarrilamientos (saltos de vía) y colisiones con otro tren o un vehículo de carretera, o con peatones en pasos a nivel, que representan la mayoría de todos los accidentes ferroviarios y víctimas. Para minimizar el riesgo, las medidas de seguridad más importantes son reglas de operación estrictas, por ejemplo, señalización ferroviaria y barreras o separación de niveles en los cruces. Los silbatos , campanas o bocinas de tren advierten de la presencia de un tren, mientras que las señales a lo largo de la vía mantienen las distancias entre trenes. Otro método utilizado para aumentar la seguridad es la adición de puertas de malla en la plataforma para separar la plataforma de las vías del tren. Estas evitan la incursión no autorizada en las vías del tren, lo que puede provocar accidentes que causan daños graves o la muerte, además de proporcionar otros beneficios, como evitar la acumulación de basura en las vías, lo que puede suponer un riesgo de incendio.
En muchas redes interurbanas de alta velocidad, como el Shinkansen de Japón , los trenes circulan por líneas ferroviarias exclusivas sin pasos a nivel. Este es un elemento importante para la seguridad del sistema, ya que elimina eficazmente la posibilidad de colisión con automóviles, otros vehículos o peatones y reduce en gran medida la probabilidad de colisión con otros trenes. Otro beneficio es que los servicios en la red interurbana siguen siendo puntuales.
Como en cualquier activo de infraestructura , los ferrocarriles deben mantenerse al día con inspecciones y mantenimiento periódicos para minimizar el efecto de fallas de infraestructura que pueden interrumpir las operaciones de ingresos de carga y los servicios de pasajeros. Debido a que los pasajeros son considerados la carga más crucial y generalmente operan a velocidades más altas, pendientes más pronunciadas y mayor capacidad/frecuencia, sus líneas son especialmente importantes. Las prácticas de inspección incluyen carros de geometría de vía o inspección a pie. El mantenimiento de curvas, especialmente para servicios de tránsito, incluye calibración, ajuste de sujetadores y reemplazo de rieles.
La ondulación de los rieles es un problema común en los sistemas de tránsito debido a la gran cantidad de pasos de ruedas y ejes livianos que resultan en el desgaste de la interfaz rueda/riel. Dado que el mantenimiento puede superponerse con las operaciones, se deben seguir de cerca las ventanas de mantenimiento (horas nocturnas, horas de menor actividad , modificación de horarios o rutas de trenes). Además, se debe tener en cuenta en todo momento la seguridad de los pasajeros durante el trabajo de mantenimiento (cercado entre vías, almacenamiento adecuado de materiales, avisos de trabajo en las vías, peligros del equipo cerca de los estados). A veces, pueden surgir problemas de acceso para mantenimiento debido a túneles, estructuras elevadas y paisajes urbanos congestionados. En estos casos, se utilizan equipos especializados o versiones más pequeñas de equipos de mantenimiento convencionales. [55]
A diferencia de las autopistas o redes de carreteras , donde la capacidad se desagrega en viajes no vinculados a lo largo de segmentos de ruta individuales, la capacidad ferroviaria se considera fundamentalmente un sistema de red. Como resultado, muchos componentes son causas y efectos de las interrupciones del sistema. El mantenimiento debe reconocer la amplia gama de rendimiento de una ruta (tipo de servicio de tren, origen/destino, impactos estacionales), la capacidad de una línea (longitud, terreno, número de vías, tipos de control de trenes), el rendimiento de los trenes (velocidades máximas, tasas de aceleración/desaceleración) y las características del servicio con vías compartidas de pasajeros y mercancías (apartaderos, capacidades de las terminales, rutas de conmutación y tipo de diseño). [55]
El transporte por ferrocarril es un medio de transporte terrestre mecanizado que consume mucha energía [67] pero que requiere mucho capital [68] . Las vías proporcionan superficies lisas y duras sobre las que las ruedas del tren pueden rodar con un nivel de fricción relativamente bajo.
Un vagón moderno típico puede transportar hasta 113 toneladas (125 toneladas cortas) de carga en dos bogies de cuatro ruedas . La vía distribuye el peso del tren de manera uniforme, lo que permite cargas significativamente mayores por eje y rueda que en el transporte por carretera, lo que genera una mayor eficiencia energética. Los trenes tienen una superficie frontal más pequeña en relación con la carga que transportan, lo que reduce la resistencia del aire y, por lo tanto, el uso de energía.
Además, la presencia de vías que guían las ruedas permite que trenes muy largos sean arrastrados por una o varias locomotoras y conducidos por un solo operador, incluso en curvas, lo que permite economías de escala tanto en mano de obra como en uso de energía; por el contrario, en el transporte por carretera, más de dos articulaciones provocan patinazos y hacen que el vehículo sea inseguro.
Considerando solo la energía gastada para mover los medios de transporte, y usando el ejemplo del área urbana de Lisboa , los trenes eléctricos parecen ser en promedio 20 veces más eficientes que los automóviles para el transporte de pasajeros, si consideramos la energía gastada por pasajero-distancia con ratios de ocupación similares. [69] Considerando un automóvil con un consumo de alrededor de 6 L/100 km (47 mpg ‑imp ; 39 mpg ‑US ) de combustible, el automóvil promedio en Europa tiene una ocupación de alrededor de 1,2 pasajeros por automóvil (ratio de ocupación alrededor del 24%) y ese litro de combustible equivale a unos 8,8 kWh (32 MJ), lo que equivale a un promedio de 441 Wh (1.590 kJ) por pasajero-km. Esto se compara con un tren moderno con una ocupación media del 20% y un consumo de unos 8,5 kW⋅h/km (31 MJ/km; 13,7 kW⋅h/mi), lo que equivale a 21,5 Wh (77 kJ) por pasajero-km, 20 veces menos que el automóvil.
Debido a estos beneficios, el transporte ferroviario es una forma importante de transporte de pasajeros y mercancías en muchos países. [68] Es omnipresente en Europa, con una red integrada que cubre prácticamente todo el continente. En India, China, Corea del Sur y Japón, muchos millones de personas utilizan los trenes como transporte regular. En América del Norte, el transporte ferroviario de mercancías está muy extendido y se utiliza mucho, pero el transporte ferroviario de pasajeros interurbano es relativamente escaso fuera del Corredor Noreste , debido a la mayor preferencia por otros modos, en particular automóviles y aviones. [64] [ página necesaria ] [70] Sin embargo, la implementación de formas nuevas y mejoradas, como hacer que sea fácilmente accesible dentro de los vecindarios, puede ayudar a reducir el uso de vehículos privados y aviones por parte de los viajeros. [71]
Sudáfrica, el norte de África y Argentina tienen redes ferroviarias extensas, pero algunos ferrocarriles en otras partes de África y Sudamérica son líneas aisladas. Australia tiene una red generalmente dispersa acorde con su densidad de población, pero tiene algunas áreas con redes significativas, especialmente en el sudeste. Además de la línea transcontinental este-oeste que ya existía en Australia, se ha construido una línea de norte a sur. El ferrocarril más alto del mundo es la línea a Lhasa , en el Tíbet, [72] que corre parcialmente sobre territorio de permafrost. Europa occidental tiene la mayor densidad ferroviaria del mundo y muchos trenes individuales allí operan a través de varios países a pesar de las diferencias técnicas y organizativas en cada red nacional.
Históricamente, los ferrocarriles han sido considerados centrales para la modernidad y las ideas de progreso. [73] El proceso de modernización en el siglo XIX implicó una transición de un mundo orientado espacialmente a un mundo orientado al tiempo. El cronometraje adquirió mayor importancia, lo que dio como resultado torres de reloj para estaciones de tren, relojes en lugares públicos y relojes de bolsillo para trabajadores ferroviarios y viajeros. Los trenes seguían horarios exactos y nunca salían temprano, mientras que en la era premoderna, los barcos de pasajeros salían cuando el capitán tenía suficientes pasajeros. En la era premoderna, la hora local se fijaba al mediodía, cuando el sol estaba en su punto más alto; esto cambió con la introducción de las zonas horarias estándar . Los horarios impresos eran una comodidad para los viajeros, pero los horarios más elaborados, llamados órdenes de tren , eran esenciales para las tripulaciones de los trenes, los trabajadores de mantenimiento, el personal de la estación y para las tripulaciones de reparación y mantenimiento. La estructura de los horarios de los ferrocarriles se adaptó más tarde para diferentes usos, como horarios de autobuses, transbordadores y aviones, para programas de radio y televisión, para horarios escolares y para relojes de control de fábrica. [74]
La invención del telégrafo eléctrico a principios del siglo XIX también fue crucial para el desarrollo y el funcionamiento de las redes ferroviarias. Si el mal tiempo interrumpía el funcionamiento del sistema, los telegrafistas transmitían correcciones y actualizaciones inmediatas a todo el sistema. Además, la mayoría de los ferrocarriles eran de vía única, con apartaderos y señales que permitían que los trenes de menor prioridad se desviaran y tuvieran encuentros programados.
Los académicos han vinculado los ferrocarriles con los esfuerzos exitosos de los estados por construir naciones. [75]
Según el historiador Henry Adams , una red ferroviaria necesitaba:
El impacto se puede examinar a través de cinco aspectos: envío, finanzas, gestión, carreras y reacción popular.
Los ferrocarriles forman una red eficiente para el transporte de mercancías y pasajeros a través de un gran mercado nacional; su desarrollo fue, por tanto, beneficioso para muchos aspectos de la economía de una nación, entre ellos la industria manufacturera, el comercio minorista y mayorista, la agricultura y las finanzas. En la década de 1940, Estados Unidos tenía un mercado nacional integrado comparable en tamaño al de Europa, pero libre de barreras internas o aranceles, y respaldado por un idioma, un sistema financiero y un sistema jurídico comunes. [77]
La financiación de los ferrocarriles sentó las bases para una expansión espectacular del sistema financiero privado (no gubernamental) . La construcción de ferrocarriles era mucho más cara que la de fábricas: en 1860, el total combinado de acciones y bonos de ferrocarriles era de 1.800 millones de dólares; en 1897, alcanzó los 10.600 millones (en comparación con una deuda nacional total de 1.200 millones de dólares). [78]
La financiación provino de financistas del noreste de Estados Unidos y de Europa, especialmente de Gran Bretaña. [79] Alrededor del 10 por ciento de la financiación provino del gobierno, particularmente en forma de concesiones de tierras que se concretaron al completarse una cierta cantidad de vías. [80] El sistema financiero estadounidense emergente se basaba en bonos ferroviarios y, en 1860, Nueva York era el mercado financiero dominante. Los británicos invirtieron mucho en ferrocarriles en todo el mundo, pero en ningún lugar más que en los Estados Unidos; el valor total de los bonos alcanzó aproximadamente $3 mil millones en 1914. Sin embargo, en 1914-1917, los británicos liquidaron sus activos estadounidenses para pagar los suministros de guerra. [81] [82]
La dirección de los ferrocarriles diseñó sistemas complejos que podían gestionar relaciones simultáneas mucho más complicadas que las habituales en otras industrias de la época. Los ingenieros civiles se convirtieron en los altos directivos de los ferrocarriles. Los principales innovadores estadounidenses fueron el Ferrocarril Occidental de Massachusetts y el Ferrocarril de Baltimore y Ohio en la década de 1840, el Ferrocarril de Erie en la década de 1850 y el Ferrocarril de Pensilvania en la década de 1860. [83]
El desarrollo de los ferrocarriles condujo al surgimiento de carreras en el sector privado, tanto para trabajadores manuales como para trabajadores de oficina. El ferrocarril se convirtió en una carrera de por vida para los hombres jóvenes; las mujeres casi nunca eran contratadas. Una trayectoria profesional típica era la de un joven contratado a los 18 años como peón de taller, ascendido a mecánico especializado a los 24, a guardafrenos a los 25, a conductor de carga a los 27 y a conductor de pasajeros a los 57. También se delinearon las trayectorias profesionales de los trabajadores de oficina: los jóvenes educados comenzaban en trabajos administrativos o estadísticos y ascendían a agentes de estación o burócratas en la sede central o de división, adquiriendo conocimientos, experiencia y capital humano adicionales en cada nivel. Como eran muy difíciles de reemplazar, se les garantizaba prácticamente un trabajo permanente y se les proporcionaba seguro y atención médica.
La contratación, el despido y las tarifas salariales no las fijaban los capataces, sino los administradores centrales, para minimizar el favoritismo y los conflictos de personalidad. Todo se hacía según las reglas, según las cuales un conjunto cada vez más complejo de reglas dictaba a cada uno exactamente lo que debía hacer en cada circunstancia, y exactamente cuál sería su rango y salario. En la década de 1880, los ferroviarios de carrera comenzaron a jubilarse y se inventaron sistemas de pensiones para ellos. [84]
Los ferrocarriles contribuyen a la vitalidad social y la competitividad económica al transportar multitudes de clientes y trabajadores a los centros urbanos y suburbios interiores . Hong Kong ha reconocido el ferrocarril como "la columna vertebral del sistema de transporte público " y, como tal, desarrolló su sistema de autobuses franquiciados y la infraestructura vial en alineación integral con sus servicios ferroviarios. [85] Las grandes ciudades de China, como Pekín , Shanghái y Cantón, reconocen las líneas de tránsito ferroviario como el marco y las líneas de autobús como el cuerpo principal de sus sistemas de transporte metropolitano. [86] El Shinkansen japonés se construyó para satisfacer la creciente demanda de tráfico en el "corazón de la industria y la economía de Japón", situado en la línea Tokio - Kobe . [87]
El transporte ferroviario puede ser importante para la actividad militar. Durante la década de 1860, los ferrocarriles proporcionaron un medio para el movimiento rápido de tropas y suministros durante la Guerra Civil estadounidense , [88] así como en las guerras austroprusiana y francoprusiana [89] A lo largo del siglo XX, el ferrocarril fue un elemento clave de los planes de guerra para la movilización militar rápida , permitiendo el transporte rápido y eficiente de grandes cantidades de reservistas a sus puntos de concentración y soldados de infantería a las líneas del frente. [90] Los llamados ferrocarriles estratégicos fueron o son construidos con un propósito principalmente militar. El Frente Occidental en Francia durante la Primera Guerra Mundial requirió muchos trenes cargados de municiones al día. [91] Por el contrario, debido a su valor estratégico, los patios ferroviarios y los puentes en Alemania y la Francia ocupada fueron los principales objetivos de los ataques aéreos aliados durante la Segunda Guerra Mundial. [92] El transporte y la infraestructura ferroviaria siguen desempeñando un papel importante en los conflictos actuales, como la invasión rusa de Ucrania , donde el sabotaje a los ferrocarriles en Bielorrusia y Rusia también influyó en el curso de la guerra.
Los ferrocarriles canalizan el crecimiento hacia las densas aglomeraciones urbanas y a lo largo de sus arterias. [ cita requerida ] Esto contrasta con la expansión de las autopistas , indicativa de la política de transporte de los EE. UU. posterior a la Segunda Guerra Mundial, que en cambio fomenta el desarrollo de suburbios en la periferia de las áreas metropolitanas, lo que contribuye al aumento de las millas recorridas por los vehículos , las emisiones de carbono , el desarrollo de espacios verdes y el agotamiento de las reservas naturales . [ dudoso – discutir ] [ cita requerida ] Estos acuerdos revalorizan los espacios de la ciudad, los impuestos locales , [93] los valores de las viviendas y la promoción del desarrollo de uso mixto . [94] [95]
También ha habido cierta oposición al desarrollo de las redes ferroviarias. Por ejemplo, la llegada de los ferrocarriles y las locomotoras de vapor a Austria durante la década de 1840 enfureció a los lugareños debido al ruido, el olor y la contaminación que causaban los trenes y los daños a las casas y a las tierras circundantes causados por el hollín y las brasas ardientes de las máquinas; y como la mayoría de los viajes no se hacían a grandes distancias, pocas personas utilizaban la nueva línea. [96]
Un estudio de 2018 concluyó que la apertura del metro de Pekín provocó una reducción en "la mayoría de las concentraciones de contaminantes del aire (PM 2,5 , PM 10 , SO 2 , NO 2 y CO), pero tuvo poco efecto sobre la contaminación por ozono". [97]
Los economistas del desarrollo europeos han sostenido que la existencia de una infraestructura ferroviaria moderna es un indicador significativo del avance económico de un país: esta perspectiva se ilustra notablemente a través del Índice de Infraestructura Básica de Transporte Ferroviario (conocido como Índice BRTI). [98]
En 2010, el gasto ferroviario anual en China fue de ¥840 mil millones (US$173 mil millones en 2019), de 2014 a 2017 China tenía un objetivo anual de ¥800 mil millones (US$164 mil millones en 2019) y planeaba gastar ¥3,5 billones (US$30 billones en 2019) durante 2016-2020. [99]
Los ferrocarriles indios reciben subsidios de alrededor de 260 mil millones de rupias (5 mil millones de dólares estadounidenses en 2019), de los cuales alrededor del 60 % se destina a trenes de cercanías y viajes de corta distancia. [100]
Según el Índice de Rendimiento Ferroviario Europeo de 2017 en cuanto a intensidad de uso, calidad del servicio y desempeño en materia de seguridad, los sistemas ferroviarios nacionales europeos de primer nivel son los de Suiza, Dinamarca, Finlandia, Alemania, Austria, Suecia y Francia. [102] Los niveles de desempeño revelan una correlación positiva entre el costo público y el desempeño de un sistema ferroviario determinado, y también revelan diferencias en el valor que los países reciben a cambio de su costo público. Dinamarca, Finlandia, Francia, Alemania, los Países Bajos, Suecia y Suiza obtienen un valor relativamente alto por su dinero, mientras que Luxemburgo, Bélgica, Letonia, Eslovaquia, Portugal, Rumania y Bulgaria tienen un desempeño inferior en relación con la relación promedio de desempeño a costo entre los países europeos. [102]
En 2016, los Ferrocarriles Rusos recibieron 94,9 mil millones de rublos (alrededor de 1,4 mil millones de dólares estadounidenses) del gobierno. [112]
En 2015, la financiación del gobierno federal de Estados Unidos para Amtrak fue de alrededor de 1.400 millones de dólares estadounidenses. [113] Para 2018, la financiación asignada había aumentado a aproximadamente 1.900 millones de dólares estadounidenses. [114]
CAMBIOS ECONÓMICOS RECIENTES Y SU EFECTO EN LA DISTRIBUCIÓN DE LA RIQUEZA Y EL BIENESTAR DE LA SOCIEDAD.
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.
Estación de Evian-les-Bains.
Se ha montado un pequeño motor de doble cilindro sobre un camión, que funciona en una línea temporal de rieles, para mostrar la adaptación de un motor de petróleo para fines locomotores, en tranvías.
En cierto sentido, una autoridad portuaria fue el primer usuario de una locomotora con motor de petróleo, ya que fue en los muelles de Hull del Ferrocarril del Noreste donde la locomotora Priestman entró en servicio durante su breve período en 1894.
No se facilitan datos de 2008 para Italia, por lo que se utilizan en su lugar los datos de 2007.
6.300 millones de francos suizos
3.500 millones de libras esterlinas
Incluye tanto "Subvenciones ferroviarias" como "Obligaciones de servicio público".
