Una locomotora de vapor es una locomotora que proporciona la fuerza para moverse ella misma y otros vehículos mediante la expansión del vapor . [1] : 80 Se alimenta quemando material combustible (generalmente carbón , petróleo o, raramente, madera ) para calentar agua en la caldera de la locomotora hasta el punto en que se vuelve gaseosa y su volumen aumenta 1.700 veces. Funcionalmente, es una máquina de vapor sobre ruedas. [2]
En la mayoría de las locomotoras, el vapor ingresa alternativamente a cada extremo de sus cilindros en los que los pistones están conectados mecánicamente a las ruedas principales de la locomotora. El suministro de combustible y agua suele transportarse junto con la locomotora, ya sea en la propia locomotora o en un ténder acoplado a ella. Las variaciones en este diseño general incluyen calderas accionadas eléctricamente, turbinas en lugar de pistones y uso de vapor generado externamente.
Las locomotoras de vapor se desarrollaron por primera vez en el Reino Unido a principios del siglo XIX y se utilizaron para el transporte ferroviario hasta mediados del siglo XX. Richard Trevithick construyó la primera locomotora de vapor que se sabe que transportó una carga a una distancia en Pen-y-darren en 1804, aunque produjo una locomotora anterior para prueba en Coalbrookdale en 1802. [3] Salamanca , construida en 1812 por Matthew Murray para Middleton Railway , fue la primera locomotora de vapor comercialmente exitosa. [4] La Locomoción No. 1 , construida por George Stephenson y la compañía de su hijo Robert, Robert Stephenson and Company , fue la primera locomotora de vapor que transportó pasajeros en un ferrocarril público, el Stockton and Darlington Railway , en 1825. Se produjo un rápido desarrollo; En 1830, George Stephenson inauguró el primer ferrocarril público interurbano, el Liverpool and Manchester Railway , después de que el éxito de Rocket en los Rainhill Trials de 1829 demostrara que las locomotoras de vapor podían realizar tales tareas. Robert Stephenson and Company fue el principal constructor de locomotoras de vapor en las primeras décadas del vapor para ferrocarriles en el Reino Unido, Estados Unidos y gran parte de Europa. [5]
Hacia el final de la era del vapor, el antiguo énfasis británico en la velocidad culminó con un récord, aún intacto, de 126 millas por hora (203 kilómetros por hora) por parte del LNER Clase A4 4468 Mallard . [6] En los Estados Unidos, los gálibos de carga más grandes permitieron el desarrollo de locomotoras muy grandes y pesadas, como la Union Pacific Big Boy , que pesaba 540 toneladas largas (550 t ; 600 toneladas cortas ) y tenía un esfuerzo de tracción de 135,375 libras. fuerza (602.180 newtons). [7] [nota 1]
A principios de la década de 1900, las locomotoras de vapor fueron reemplazadas gradualmente por locomotoras eléctricas y diésel , y los ferrocarriles se convirtieron completamente a energía eléctrica y diésel a partir de finales de la década de 1930. La mayoría de las locomotoras de vapor fueron retiradas del servicio regular en la década de 1980, aunque varias continúan funcionando en líneas turísticas y patrimoniales. [8]
Los primeros ferrocarriles empleaban caballos para arrastrar carros a lo largo de las vías . [9] En 1784, William Murdoch , un inventor escocés , construyó un prototipo a pequeña escala de una locomotora de vapor en Birmingham . [10] [11] William Reynolds propuso una locomotora de vapor a gran escala alrededor de 1787. [12] Uno de los primeros modelos funcionales de una locomotora de vapor fue diseñado y construido por el pionero de los barcos de vapor John Fitch en los EE. UU. durante 1794. [13 ] Algunas fuentes afirman que el modelo de Fitch ya era funcional en la década de 1780 y que le demostró su locomotora a George Washington . [14] Su locomotora de vapor utilizaba ruedas interiores de palas guiadas por rieles o vías. El modelo todavía existe en el Museo de la Sociedad Histórica de Ohio en Columbus, EE. UU. [15] Algunos expertos cuestionan la autenticidad y la fecha de esta locomotora y un tren de vapor viable tendría que esperar a la invención de la máquina de vapor de alta presión por Richard Trevithick , quien fue pionero en el uso de locomotoras de vapor. [dieciséis]
La primera locomotora de vapor ferroviaria en funcionamiento a gran escala fue la locomotora Coalbrookdale de 3 pies ( 914 mm ) de ancho , construida por Trevithick en 1802. Fue construida para la ferrería Coalbrookdale en Shropshire , Reino Unido, aunque no ha sobrevivido ningún registro de su funcionamiento allí. [17] El 21 de febrero de 1804, el primer viaje ferroviario a vapor registrado tuvo lugar cuando otra de las locomotoras de Trevithick arrastraba un tren a lo largo del tranvía de 4 pies 4 pulgadas ( 1321 mm ) de ancho desde la ferretería Pen-y-darren , cerca de Merthyr. Tydfil , a Abercynon en Gales del Sur. [18] [19] Acompañado por Andrew Vivian , tuvo un éxito desigual. [20] El diseño incorporó una serie de innovaciones importantes que incluían el uso de vapor a alta presión que reducía el peso del motor y aumentaba su eficiencia.
Trevithick visitó el área de Newcastle en 1804 y tenía una audiencia preparada de propietarios e ingenieros de minas de carbón. La visita tuvo tanto éxito que los ferrocarriles mineros del noreste de Inglaterra se convirtieron en el principal centro de experimentación y desarrollo de la locomotora de vapor. [21] Trevithick continuó sus propios experimentos de propulsión a vapor a través de otro trío de locomotoras, concluyendo con Catch Me Who Can en 1808, la primera en el mundo en transportar pasajeros que pagaban tarifa.
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En 1812, la exitosa locomotora de cremallera de dos cilindros Salamanca de Matthew Murray circuló por primera vez en el ferrocarril de piñón y cremallera de Middleton . [22] Otra locomotora temprana muy conocida fue Puffing Billy , construida entre 1813 y 1814 por el ingeniero William Hedley . Estaba destinado a trabajar en Wylam Colliery cerca de Newcastle upon Tyne. Esta locomotora es la más antigua que se conserva y se encuentra en exhibición estática en el Museo de Ciencias de Londres .
George Stephenson , un antiguo minero que trabajaba como maquinista en Killingworth Colliery , desarrolló hasta dieciséis locomotoras Killingworth , incluida una Blücher en 1814, otra en 1815 y una Killingworth Billy (recientemente identificada) en 1816. También construyó The Duke en 1817. para Kilmarnock and Troon Railway , que fue la primera locomotora de vapor que funcionó en Escocia.
En 1825, Stephenson construyó la Locomoción No. 1 para Stockton and Darlington Railway , al noreste de Inglaterra, que fue el primer ferrocarril de vapor público del mundo. En 1829, su hijo Robert construyó en Newcastle The Rocket , en el que participó y ganó las Rainhill Trials . Este éxito llevó a la empresa a convertirse en el principal constructor de locomotoras de vapor utilizadas en los ferrocarriles del Reino Unido, Estados Unidos y gran parte de Europa. [23] El ferrocarril de Liverpool y Manchester se inauguró un año después haciendo uso exclusivo de la energía de vapor para trenes de pasajeros y mercancías .
Antes de la llegada de las importaciones británicas, algunos prototipos de locomotoras de vapor nacionales se construyeron y probaron en los Estados Unidos, incluido el prototipo en miniatura de John Fitch. Un ejemplo destacado de tamaño real fue el "vagón de vapor" del coronel John Steven, que se demostró en un circuito de vías en Hoboken, Nueva Jersey, en 1825. [24]
Muchas de las primeras locomotoras para uso comercial en los ferrocarriles estadounidenses fueron importadas de Gran Bretaña, incluida primero la Stourbridge Lion y más tarde la John Bull . Sin embargo, pronto se estableció una industria nacional de fabricación de locomotoras. En 1830, la Tom Thumb del ferrocarril de Baltimore y Ohio , diseñada por Peter Cooper , [25] fue la primera locomotora comercial construida en Estados Unidos que funcionó en Estados Unidos; Estaba concebido como una demostración del potencial de la tracción a vapor más que como una locomotora rentable. La DeWitt Clinton , construida en 1831 para el ferrocarril Mohawk y Hudson , fue una de las primeras locomotoras notables. [23] [26]
A partir de 2021 , el John Bull[update] original estaba en exhibición estática en el Museo Nacional de Historia Estadounidense en Washington, DC [27] La réplica se conserva en el Museo del Ferrocarril de Pensilvania . [28]
El primer servicio ferroviario fuera del Reino Unido y América del Norte se abrió en 1829 en Francia entre Saint-Etienne y Lyon ; Inicialmente se limitó a la tracción animal y se convirtió a tracción a vapor a principios de 1831, utilizando locomotoras Seguin . La primera locomotora de vapor en servicio en Europa fuera de Francia se llamó El Elefante , que el 5 de mayo de 1835 arrastraba un tren en la primera línea de Bélgica, que unía Malinas y Bruselas.
En Alemania, la primera locomotora de vapor en funcionamiento fue una locomotora de piñón y cremallera, similar a la Salamanca , diseñada por el pionero británico de las locomotoras John Blenkinsop . Construida en junio de 1816 por Johann Friedrich Krigar en la Fundición Real de Hierro de Berlín ( Königliche Eisengießerei zu Berlin), la locomotora circulaba por una vía circular en el patio de la fábrica. Fue la primera locomotora construida en Europa continental y el primer servicio de pasajeros a vapor; Los curiosos podían viajar en los vagones adjuntos pagando una tarifa. Está representado en una insignia de Año Nuevo de la Fundición Real de 1816. En 1817 se construyó otra locomotora con el mismo sistema. Debían utilizarse en los ferrocarriles de Königshütte y en Luisenthal en el Sarre (hoy parte de Völklingen ), pero ninguno de los dos pudo volver a funcionar después de ser desmantelado, trasladado y reensamblado. El 7 de diciembre de 1835, el Adler circuló por primera vez entre Nuremberg y Fürth en el ferrocarril bávaro Ludwig . Se trataba de la locomotora número 118 de la fábrica de locomotoras de Robert Stephenson y estaba protegida por patente.
En Rusia, la primera locomotora de vapor fue construida en 1834 por los Cherepanov , pero adolecía de la falta de carbón en la zona y fue sustituida por tracción de caballos después de que se talaron todos los bosques cercanos. El primer ferrocarril de vapor ruso Tsarskoye Selo comenzó en 1837 con locomotoras compradas a Robert Stephenson and Company .
En 1837, el primer ferrocarril de vapor comenzó en Austria en el Ferrocarril del Norte Emperador Fernando entre Viena-Floridsdorf y Deutsch-Wagram . En Austria también funciona la máquina de vapor en funcionamiento continuo más antigua del mundo: la GKB 671, construida en 1860, nunca ha sido puesta fuera de servicio y todavía se utiliza para excursiones especiales.
En 1838, la tercera locomotora de vapor construida en Alemania, la Saxonia , fue fabricada por Maschinenbaufirma Übigau cerca de Dresde , construida por el profesor Johann Andreas Schubert . La primera locomotora diseñada de forma independiente en Alemania fue la Beuth , construida por August Borsig en 1841. La primera locomotora producida por Henschel-Werke en Kassel , la Drache , se entregó en 1848.
Las primeras locomotoras de vapor que circularon en Italia fueron la Bayard y la Vesuvio , que circulaban en la línea Nápoles-Portici , en el Reino de las Dos Sicilias.
La primera línea ferroviaria sobre territorio suizo fue la línea Estrasburgo - Basilea inaugurada en 1844. Tres años más tarde, en 1847, se inauguró la primera línea ferroviaria totalmente suiza, la Spanisch Brötli Bahn , de Zúrich a Baden.
La naturaleza árida del sur de Australia planteó desafíos distintivos a su primera red de locomoción a vapor. La alta concentración de cloruro de magnesio en el agua de pozo ( agua de perforación ) utilizada en las calderas de las locomotoras del Ferrocarril Transaustraliano provocó graves y costosos problemas de mantenimiento. En ningún punto de su recorrido la línea cruza un curso de agua dulce permanente, por lo que se tuvo que depender del agua de perforación. No se disponía de ningún tratamiento económico para el agua altamente mineralizada y las calderas de las locomotoras duraban menos de una cuarta parte del tiempo previsto normalmente. [29] En la época de la locomoción a vapor, aproximadamente la mitad de la carga total del tren era agua para el motor. El operador de la línea, Commonwealth Railways , fue uno de los primeros en adoptar la locomotora diésel-eléctrica .
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La caldera pirotubular era una práctica estándar para las locomotoras de vapor. Aunque se evaluaron otros tipos de calderas , no se utilizaron ampliamente, excepto unas 1.000 locomotoras en Hungría que utilizaron la caldera acuotubular Brotan . [ cita necesaria ]
Una caldera consta de una cámara de combustión donde se quema el combustible, un barril donde el agua se convierte en vapor y una cámara de humo que se mantiene a una presión ligeramente menor que fuera de la cámara de combustión.
Un bombero arroja combustible sólido, como madera, carbón o coque, a la cámara de combustión a través de una puerta , sobre un conjunto de rejillas que mantienen el combustible en un lecho mientras se quema. La ceniza cae a través de la rejilla hacia un cenicero. Si se utiliza aceite como combustible, se necesita una puerta para ajustar el flujo de aire, mantener la cámara de combustión y limpiar los chorros de aceite.
La caldera pirotubular tiene tubos internos que conectan la cámara de combustión con la cámara de humos a través de los cuales fluyen los gases de combustión transfiriendo calor al agua. Todos los tubos juntos proporcionan una gran área de contacto, llamada superficie de calentamiento del tubo, entre el gas y el agua de la caldera. El agua de la caldera rodea la cámara de combustión para evitar que el metal se caliente demasiado. Esta es otra área donde el gas transfiere calor al agua y se llama superficie de calentamiento de la cámara de combustión. Las cenizas y el carbón se acumulan en la caja de humo a medida que el gas de escape de los cilindros sube por la chimenea ( chimenea o chimenea en los EE. UU.).
La presión en la caldera debe controlarse mediante un manómetro montado en la cabina. La presión del vapor puede ser liberada manualmente por el conductor o el bombero. Si la presión alcanza el límite de trabajo de diseño de la caldera, una válvula de seguridad se abre automáticamente para reducir la presión [30] y evitar un accidente catastrófico.
El vapor de escape de los cilindros del motor sale disparado por una boquilla que apunta hacia la chimenea de la cámara de humo. El vapor arrastra o arrastra consigo los gases de la cámara de humo, lo que mantiene una presión más baja en la cámara de humo que la que se encuentra debajo de la rejilla de la cámara de combustión. Esta diferencia de presión hace que el aire fluya a través del lecho de carbón y mantiene el fuego encendido.
La búsqueda de una eficiencia térmica mayor que la de una típica caldera pirotubular llevó a ingenieros, como Nigel Gresley , a considerar la caldera acuotubular . Aunque probó el concepto en el LNER Clase W1 , las dificultades durante el desarrollo excedieron la voluntad de aumentar la eficiencia por esa vía.
El vapor generado en la caldera no sólo mueve la locomotora, sino que también se utiliza para accionar otros dispositivos como el silbato, el compresor de aire para los frenos, la bomba para reponer el agua de la caldera y el sistema de calefacción de los turismos. La demanda constante de vapor requiere una reposición periódica de agua en la caldera. El agua se guarda en un depósito en el ténder de locomotora o envuelta alrededor de la caldera en el caso de una locomotora cisterna . Se requieren paradas periódicas para rellenar los tanques; una alternativa era una pala instalada debajo de la licitación que recogía agua cuando el tren pasaba sobre una vía ubicada entre los rieles.
Mientras la locomotora produce vapor, la cantidad de agua en la caldera se controla constantemente observando el nivel del agua en un tubo transparente o mirilla. El funcionamiento eficiente y seguro de la caldera requiere mantener el nivel entre las líneas marcadas en la mirilla. Si el nivel del agua es demasiado alto, la producción de vapor disminuye, se pierde eficiencia y el agua se lleva con el vapor a los cilindros, causando posiblemente daños mecánicos. Lo que es más grave, si el nivel del agua baja demasiado, la lámina de la corona (lámina superior) de la cámara de combustión queda expuesta. Sin agua encima de la lámina para transferir el calor de la combustión , se ablanda y falla, dejando entrar vapor a alta presión en la cámara de combustión y la cabina. El desarrollo del tapón fusible , un dispositivo sensible a la temperatura, aseguró una ventilación controlada de vapor en la cámara de combustión para advertir al bombero que agregara agua.
Las incrustaciones se acumulan en la caldera e impiden una transferencia de calor adecuada, y la corrosión eventualmente degrada los materiales de la caldera hasta el punto en que es necesario reconstruirla o reemplazarla. El arranque de un motor grande puede requerir horas de calentamiento preliminar del agua de la caldera antes de que haya suficiente vapor disponible.
Aunque la caldera normalmente se coloca horizontalmente, para locomotoras diseñadas para trabajar en lugares con pendientes pronunciadas puede ser más apropiado considerar una caldera vertical o una montada de manera que la caldera permanezca horizontal pero las ruedas estén inclinadas para adaptarse a la pendiente de los rieles.
El vapor generado en la caldera llena el espacio encima del agua en la caldera parcialmente llena. Su presión máxima de trabajo está limitada por válvulas de seguridad accionadas por resorte. Luego se recoge en un tubo perforado colocado sobre el nivel del agua o mediante una cúpula que a menudo alberga la válvula reguladora o mariposa, cuyo propósito es controlar la cantidad de vapor que sale de la caldera. Luego, el vapor viaja directamente a lo largo y abajo de una tubería de vapor hasta la unidad del motor o puede pasar primero al cabezal húmedo de un sobrecalentador , cuya función es mejorar la eficiencia térmica y eliminar las gotas de agua suspendidas en el "vapor saturado". el estado en el que sale de la caldera. Al salir del sobrecalentador, el vapor sale del cabezal seco del sobrecalentador y pasa por una tubería de vapor, ingresando a las cámaras de vapor adyacentes a los cilindros de un motor alternativo. Dentro de cada caja de vapor hay una válvula deslizante que distribuye el vapor a través de puertos que conectan la caja de vapor con los extremos del espacio del cilindro. La función de las válvulas es doble: admisión de cada nueva dosis de vapor y expulsión del vapor usado una vez que ha hecho su trabajo.
Los cilindros son de doble efecto y se admite vapor a cada lado del pistón por turno. En una locomotora de dos cilindros, un cilindro se encuentra a cada lado del vehículo. Las manivelas están desfasadas 90°. Durante una rotación completa de la rueda motriz, el vapor proporciona cuatro golpes de potencia; cada cilindro recibe dos inyecciones de vapor por revolución. La primera carrera es hacia la parte delantera del pistón y la segunda carrera hacia la parte trasera del pistón; por lo tanto dos golpes de trabajo. En consecuencia, dos entregas de vapor a cada cara del pistón en los dos cilindros generan una revolución completa de la rueda motriz. Cada pistón está unido al eje motriz en cada lado mediante una biela, y las ruedas motrices están conectadas entre sí mediante bielas de acoplamiento para transmitir potencia desde el motor principal a las otras ruedas. Tenga en cuenta que en los dos " puntos muertos ", cuando la biela está en el mismo eje que la muñequilla de la rueda motriz, la biela no aplica ningún par a la rueda. Por lo tanto, si ambos platos y bielas pudieran estar en el "punto muerto" al mismo tiempo y las ruedas se detuvieran en esta posición, la locomotora no podría ponerse en movimiento. Por lo tanto, las muñequillas están unidas a las ruedas en un ángulo de 90° entre sí, por lo que sólo un lado puede estar en el punto muerto a la vez.
Cada pistón transmite potencia a través de una cruceta , una biela ( biela principal en EE. UU.) y una muñequilla en la rueda motriz ( impulsor principal en EE. UU.) o a una manivela en un eje motriz. El movimiento de las válvulas en la cámara de vapor se controla a través de un conjunto de varillas y articulaciones llamado engranaje de válvulas , accionado desde el eje motriz o desde la muñequilla; el engranaje de válvulas incluye dispositivos que permiten invertir el motor, ajustar el recorrido de las válvulas y la sincronización de los eventos de admisión y escape. El punto de corte determina el momento en que la válvula bloquea un puerto de vapor, "cortando" la admisión de vapor y determinando así la proporción de la carrera durante la cual se admite vapor al cilindro; por ejemplo, un corte del 50 % admite vapor durante la mitad de la carrera del pistón. El resto del recorrido es impulsado por la fuerza expansiva del vapor. El uso cuidadoso del corte proporciona un uso económico del vapor y, a su vez, reduce el consumo de combustible y agua. Por lo tanto , la palanca de inversión ( barra Johnson en EE. UU.), o tornillo inversor (si está equipado), que controla el corte, realiza una función similar a la de un cambio de marchas en un automóvil: corte máximo, que proporciona el máximo esfuerzo de tracción. a expensas de la eficiencia, se utiliza para arrancar desde parado, mientras que se utiliza un límite tan bajo como el 10% cuando se navega, lo que proporciona un esfuerzo de tracción reducido y, por lo tanto, un menor consumo de combustible/agua. [31]
El vapor de escape se dirige hacia arriba fuera de la locomotora a través de la chimenea, por medio de una boquilla llamada blastpipe , creando el familiar sonido de "resoplido" de la locomotora de vapor. La lanza está situada en un punto estratégico dentro de la cámara de humos que al mismo tiempo es atravesado por los gases de combustión aspirados a través de la caldera y la parrilla por la acción del chorro de vapor. La combinación de las dos corrientes, vapor y gases de escape, es crucial para la eficiencia de cualquier locomotora de vapor, y los perfiles internos de la chimenea (o, estrictamente hablando, el eyector ) requieren un diseño y ajuste cuidadosos. Esto ha sido objeto de intensos estudios por parte de varios ingenieros (y a menudo ignorado por otros, a veces con consecuencias catastróficas). El hecho de que el tiro dependa de la presión de escape significa que la entrega y la generación de energía se autoajustan automáticamente. Entre otras cosas, debe lograrse un equilibrio entre obtener suficiente tiro para la combustión y al mismo tiempo dar a los gases y partículas de escape suficiente tiempo para ser consumidos. En el pasado, una fuerte corriente de aire podía levantar el fuego de la parrilla o provocar la expulsión de partículas de combustible no quemadas, suciedad y contaminación, por lo que las locomotoras de vapor tenían una reputación nada envidiable. Además, la acción de bombeo del escape tiene el efecto contrario de ejercer una contrapresión en el lado del pistón que recibe el vapor, reduciendo así ligeramente la potencia del cilindro. El diseño del eyector de escape se convirtió en una ciencia específica, con ingenieros como Chapelon , Giesl y Porta logrando grandes mejoras en la eficiencia térmica y una reducción significativa en el tiempo de mantenimiento [32] y la contaminación. [33] Algunos de los primeros fabricantes de tractores de gasolina/queroseno ( Advance-Rumely / Hart-Parr ) utilizaron un sistema similar : el volumen de gases de escape se ventilaba a través de una torre de enfriamiento, lo que permitía que el vapor de escape pasara más aire por el radiador.
El tren de rodaje incluye el engranaje de freno, los juegos de ruedas , las cajas de grasa , los resortes y el movimiento que incluye las bielas y el engranaje de válvulas. La transmisión de la potencia de los pistones a los carriles y el comportamiento de la locomotora como vehículo, pudiendo sortear curvas, puntos e irregularidades de la vía, es de suma importancia. Debido a que la potencia alternativa tiene que aplicarse directamente al carril desde 0 rpm en adelante, esto crea el problema de adherencia de las ruedas motrices a la superficie lisa del carril. El peso adhesivo es la parte del peso de la locomotora que descansa sobre las ruedas motrices. Esto resulta más eficaz si un par de ruedas motrices es capaz de aprovechar al máximo su carga por eje, es decir, su parte individual del peso adhesivo. Las vigas compensadoras que conectan los extremos de las ballestas a menudo se han considerado una complicación en Gran Bretaña; sin embargo, las locomotoras equipadas con vigas generalmente han sido menos propensas a perder tracción debido al deslizamiento de las ruedas. La suspensión mediante palancas compensadoras entre los ejes motrices y entre los ejes motrices y los camiones era una práctica estándar en las locomotoras norteamericanas para mantener cargas uniformes en las ruedas cuando se operaba en vías irregulares.
Las locomotoras con adherencia total, donde todas las ruedas están acopladas, generalmente carecen de estabilidad a gran velocidad. Para contrarrestar esto, las locomotoras a menudo incorporan ruedas portadoras sin motor montadas en vagones de dos ruedas o bogies de cuatro ruedas centrados por resortes, balancines invertidos o rodillos dentados que ayudan a guiar la locomotora a través de las curvas. Por lo general, estos adquieren peso (de los cilindros en la parte delantera o del hogar en la parte trasera) cuando el ancho excede el de los bastidores principales. Las locomotoras con múltiples ruedas acopladas sobre un chasis rígido tendrían fuerzas en las bridas inaceptables en curvas cerradas, lo que provocaría un desgaste excesivo de las bridas y los rieles, la extensión de las vías y el descarrilamiento de las ruedas. Una solución fue quitar o adelgazar las bridas de un eje. Lo más común era darle juego longitudinal a los ejes y usar control de movimiento lateral con resortes o dispositivos de gravedad de plano inclinado.
Los ferrocarriles generalmente preferían locomotoras con menos ejes para reducir los costos de mantenimiento. El número de ejes necesarios dependía de la carga máxima por eje del ferrocarril en cuestión. Un constructor normalmente agregaría ejes hasta que el peso máximo en cualquier eje fuera aceptable para la carga máxima por eje del ferrocarril. Una locomotora con una disposición de ruedas de dos ejes principales, dos ejes motrices y un eje posterior era una máquina de alta velocidad. Se necesitaban dos ejes principales para tener un buen seguimiento a altas velocidades. Dos ejes motrices tenían una masa alternativa menor que tres, cuatro, cinco o seis ejes acoplados. De este modo, podían girar a velocidades muy altas debido a la menor masa alternativa. Un eje de arrastre podía soportar una enorme cámara de combustión, por lo que la mayoría de las locomotoras con disposición de ruedas 4-4-2 (American Type Atlantic) se llamaban vaporizadores libres y podían mantener la presión del vapor independientemente del ajuste del acelerador.
El chasis, o bastidor de locomotora , es la estructura principal sobre la que se monta la caldera y en la que se incorporan los distintos elementos del tren de rodaje. La caldera está montada rígidamente sobre una "silla de montar" debajo de la cámara de humo y delante del barril de la caldera, pero la cámara de combustión en la parte trasera puede deslizarse hacia adelante y hacia atrás para permitir la expansión cuando está caliente.
Las locomotoras europeas suelen utilizar "bastidores de placas", donde dos placas planas verticales forman el chasis principal, con una variedad de espaciadores y una viga amortiguadora en cada extremo para formar una estructura rígida. Cuando se montan cilindros interiores entre los marcos, los marcos de placa son una pieza única de gran tamaño que forma un elemento de soporte importante. Las cajas de grasa se deslizan hacia arriba y hacia abajo para brindar una suspensión con resortes, contra redes engrosadas unidas al marco, llamadas "bloques de bocinas". [34]
La práctica estadounidense durante muchos años fue utilizar marcos de barras armados, con la estructura del cilindro/silla de la caja de humo y la viga de arrastre integradas en ellos. En la década de 1920, con la introducción de la "superpotencia", la plataforma de locomotora de acero fundido se convirtió en la norma, incorporando marcos, soportes de resorte, soportes de movimiento, silleta de caja de humo y bloques de cilindros en una sola pieza compleja, resistente pero pesada. Un estudio de diseño de la SNCF utilizando marcos tubulares soldados dio como resultado un marco rígido con una reducción de peso del 30%. [35]
Generalmente, las locomotoras más grandes están acopladas permanentemente a un ténder que transporta agua y combustible. A menudo, las locomotoras que recorren distancias más cortas no tienen ténder y transportan el combustible en un depósito, mientras que el agua se transporta en tanques situados al lado de la caldera. Los tanques pueden tener varias configuraciones, incluidos dos tanques al lado ( tanques laterales o tanques de alforjas ), uno en la parte superior ( tanque de silla ) o uno entre los marcos ( tanque de pozo ).
El combustible utilizado dependía de lo que estuviera económicamente disponible para el ferrocarril. En el Reino Unido y otras partes de Europa, la abundante oferta de carbón hizo que esta fuera la opción obvia desde los primeros días de la máquina de vapor. Hasta 1870, [36] la mayoría de las locomotoras de los Estados Unidos quemaban madera, pero a medida que se talaron los bosques del este, el carbón se fue utilizando cada vez más hasta convertirse en el combustible dominante en todo el mundo para las locomotoras de vapor. Los ferrocarriles que daban servicio a las operaciones de cultivo de caña de azúcar quemaban bagazo , un subproducto del refinado del azúcar. En Estados Unidos, la fácil disponibilidad y el bajo precio del petróleo lo convirtieron en un combustible popular para locomotoras de vapor después de 1900 para los ferrocarriles del suroeste, particularmente en el Pacífico Sur. En el estado australiano de Victoria, muchas locomotoras de vapor se convirtieron para funcionar con petróleo pesado después de la Segunda Guerra Mundial. Los ferrocarriles alemanes, rusos, australianos y británicos experimentaron con el uso de polvo de carbón para encender locomotoras.
Durante la Segunda Guerra Mundial, varias locomotoras de maniobras de vapor suizas fueron modificadas para utilizar calderas calentadas eléctricamente, consumiendo alrededor de 480 kW de energía recolectada de una línea aérea con pantógrafo . Estas locomotoras eran significativamente menos eficientes que las eléctricas ; Se utilizaron porque Suiza sufría escasez de carbón debido a la guerra, pero tenía acceso a abundante energía hidroeléctrica . [37]
Varias líneas turísticas y locomotoras patrimoniales de Suiza, Argentina y Australia han utilizado gasóleo ligero de tipo diésel. [38]
El agua se suministraba en las paradas y depósitos de locomotoras desde una torre de agua específica conectada a grúas de agua o pórticos. En el Reino Unido, EE. UU. y Francia, se instalaron abrevaderos ( vías en los EE. UU.) en algunas líneas principales para permitir que las locomotoras repongan su suministro de agua sin detenerse, a partir del agua de lluvia o del deshielo que llenó el abrevadero debido a las inclemencias del tiempo. Esto se logró mediante el uso de una "cuchara de agua" desplegable instalada debajo del ténder o del tanque de agua trasero en el caso de un motor de tanque grande; el bombero bajó de forma remota la pala al comedero, la velocidad del motor obligó a que el agua subiera al tanque y la pala se levantó nuevamente una vez que estuvo llena.
El agua es fundamental para el funcionamiento de una locomotora de vapor. Como argumentó Swengel:
Tiene el calor específico más alto de cualquier sustancia común; es decir, se almacena más energía térmica calentando agua a una temperatura determinada que la que se almacenaría calentando una masa igual de acero o cobre a la misma temperatura. Además, la propiedad de vaporizarse (formar vapor) almacena energía adicional sin aumentar la temperatura... el agua es un medio muy satisfactorio para convertir la energía térmica del combustible en energía mecánica. [39]
Swengel continuó señalando que "a bajas temperaturas y con potencias de caldera relativamente bajas", una buena cantidad de agua y un lavado regular de la caldera eran una práctica aceptable, aunque dicho mantenimiento fuera elevado. Sin embargo, a medida que aumentaba la presión del vapor, se desarrolló un problema de "formación de espuma" o "cebado" en la caldera, en el que los sólidos disueltos en el agua formaban "burbujas de piel dura" dentro de la caldera, que a su vez eran transportadas a las tuberías de vapor y podían sople las culatas de los cilindros. Para superar el problema, periódicamente se desperdiciaba (purgaba) agua caliente concentrada en minerales de la caldera. Las presiones de vapor más altas requirieron más purga de agua fuera de la caldera. El oxígeno generado por el agua hirviendo ataca la caldera y, con una mayor presión de vapor, aumenta la tasa de óxido (óxido de hierro) generado dentro de la caldera. Una forma de ayudar a superar el problema fue el tratamiento del agua. Swengel sugirió que estos problemas contribuyeron al interés por la electrificación de los ferrocarriles. [39]
En la década de 1970, LD Porta desarrolló un sofisticado sistema de tratamiento químico de agua de alta resistencia (Tratamiento Porta) que no sólo mantiene limpio el interior de la caldera y previene la corrosión, sino que modifica la espuma de tal manera que forma una "manta" compacta. " en la superficie del agua que filtra el vapor a medida que se produce, manteniéndolo puro y evitando el arrastre de agua y materia abrasiva en suspensión a los cilindros. [40] [41]
Algunas locomotoras de vapor han funcionado con combustibles alternativos , como aceite de cocina usado , como Grand Canyon Railway 4960 , Grand Canyon Railway 29 , US Sugar 148 y Disneyland Railroad Locomotives . [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48]
Una locomotora de vapor normalmente se controla desde la parte trasera de la caldera y la tripulación suele estar protegida de los elementos por una cabina. Normalmente se requiere una tripulación de al menos dos personas para operar una locomotora de vapor. Uno, el maquinista o maquinista (Norteamérica) , es responsable de controlar el arranque, parada y velocidad de la locomotora, y el bombero es responsable de mantener el fuego, regular la presión del vapor y monitorear los niveles de agua de la caldera y del ténder. Debido a la pérdida histórica de infraestructura operativa y de personal, las locomotoras de vapor conservadas que operan en la línea principal a menudo tendrán una tripulación de apoyo que viajará con el tren.
Todas las locomotoras están equipadas con diversos aparatos. Algunos de ellos se relacionan directamente con el funcionamiento de la máquina de vapor; otros son para señalización, control de trenes u otros fines. En los Estados Unidos, la Administración Federal de Ferrocarriles ordenó el uso de ciertos aparatos a lo largo de los años en respuesta a preocupaciones de seguridad. Los electrodomésticos más típicos son los siguientes:
Se debe enviar agua ( agua de alimentación ) a la caldera para reemplazar la que se agota en forma de vapor después de entregar una carrera de trabajo a los pistones. Como la caldera está bajo presión durante el funcionamiento, el agua de alimentación debe ingresar a la caldera a una presión mayor que la presión del vapor, lo que requiere el uso de algún tipo de bomba. Las bombas manuales bastaban para las primeras locomotoras. Los motores posteriores utilizaban bombas impulsadas por el movimiento de los pistones (bombas de eje), que eran fáciles de operar, confiables y podían manejar grandes cantidades de agua, pero solo funcionaban cuando la locomotora estaba en movimiento y podían sobrecargar el engranaje de válvulas y los vástagos del pistón a altas velocidades. . Posteriormente, los inyectores de vapor reemplazaron a la bomba, mientras que algunos motores pasaron a turbobombas . La práctica estándar evolucionó para utilizar dos sistemas independientes para alimentar agua a la caldera; ya sea dos inyectores de vapor o, en diseños más conservadores, bombas de eje cuando funcionan a velocidad de servicio y un inyector de vapor para llenar la caldera cuando está parada o a bajas velocidades. En el siglo XX, prácticamente todas las locomotoras nuevas utilizaban únicamente inyectores de vapor; a menudo, un inyector recibía vapor "vivo" directamente de la propia caldera y el otro utilizaba vapor de escape de los cilindros de la locomotora, lo que era más eficiente (ya que utilizaba de vapor que de otro modo se desperdiciaría) pero solo podía usarse cuando la locomotora estaba en movimiento y el regulador estaba abierto. Los inyectores se volvían poco fiables si el agua de alimentación estaba a alta temperatura, por lo que las locomotoras con calentadores de agua de alimentación, las locomotoras con tanques en contacto con la caldera y las locomotoras de condensación a veces usaban bombas de vapor alternativas o turbobombas.
Los tubos de vidrio verticales, conocidos como medidores de agua o vasos de agua, muestran el nivel de agua en la caldera y se controlan cuidadosamente en todo momento mientras la caldera está en funcionamiento. Antes de la década de 1870, era más común tener una serie de grifos de prueba instalados en la caldera al alcance de la tripulación; cada grifo de prueba (se instalaron al menos dos y generalmente tres) se montó en un nivel diferente. Al abrir cada llave de prueba y ver si sale vapor o agua a través de ella, se puede estimar el nivel de agua en la caldera con precisión limitada. A medida que aumentaba la presión de la caldera, el uso de llaves de prueba se volvió cada vez más peligroso y las válvulas eran propensas a bloquearse con incrustaciones o sedimentos, dando lecturas falsas. Esto llevó a su sustitución por la mirilla. Al igual que con los inyectores, normalmente se instalaban dos vasos con accesorios separados para proporcionar lecturas independientes.
El término para el aislamiento de tuberías y calderas es "revestimiento" [49], que deriva del término tonelero para designar una duela de barril de madera . [50] Dos de las primeras locomotoras de vapor utilizaban revestimientos de madera para aislar sus calderas: la Salamanca , la primera locomotora de vapor comercialmente exitosa, construida en 1812, [4] y la Locomoción No. 1 , la primera locomotora de vapor que transportaba pasajeros en un Línea ferroviaria pública. Se desperdician grandes cantidades de calor si una caldera no está aislada. Las primeras locomotoras usaban rezagos, duelas de madera con forma, colocadas longitudinalmente a lo largo del cañón de la caldera y sostenidas en su lugar mediante aros y bandas de metal; los términos y métodos provienen de la tonelería .
Los métodos de aislamiento mejorados incluían la aplicación de una pasta espesa que contenía un mineral poroso como el kieselgur , o la unión de bloques moldeados de compuesto aislante como los bloques de magnesia . [51] En los últimos días del vapor, se fijaban a la caldera "colchones" de tela de amianto cosida y rellena con fibra de amianto, sobre separadores para que no tocaran la caldera. Sin embargo, actualmente el amianto está prohibido en la mayoría de los países por motivos de salud. El material más común hoy en día es la lana de vidrio o envoltorios de papel de aluminio. [ cita necesaria ]
El revestimiento está protegido por una carcasa de chapa metálica ajustada [52] conocida como revestimiento de caldera o revestimiento de caldera.
El retraso efectivo es particularmente importante para las locomotoras sin fuego ; sin embargo, últimamente, bajo la influencia de LD Porta, se ha practicado un aislamiento "exagerado" para todo tipo de locomotoras en todas las superficies susceptibles de disipar el calor, como los extremos de los cilindros y las superficies entre los cilindros y los bastidores principales. Esto reduce considerablemente el tiempo de calentamiento del motor con un marcado aumento de la eficiencia general.
Las primeras locomotoras estaban equipadas con una válvula controlada por un peso suspendido del extremo de una palanca, y la salida de vapor se detenía mediante una válvula en forma de cono. Como no había nada que impidiera que la palanca con peso rebotara cuando la locomotora pasaba por irregularidades en la vía, desperdiciando así vapor, el peso fue reemplazado más tarde por una columna con resorte más estable, a menudo suministrada por Salter, una conocida báscula de resorte. fabricante. El peligro de estos dispositivos era que el equipo de conducción podría verse tentado a añadir peso al brazo para aumentar la presión. La mayoría de las primeras calderas estaban equipadas con una válvula de bola de carga directa de "bloqueo" a prueba de manipulaciones protegida por una cubierta. A finales de la década de 1850, John Ramsbottom introdujo una válvula de seguridad que se hizo popular en Gran Bretaña durante la última parte del siglo XIX. Esta válvula no sólo era a prueba de manipulaciones, sino que la manipulación por parte del conductor sólo podía tener el efecto de aliviar la presión. La válvula de seguridad de George Richardson fue un invento americano introducido en 1875, [53] y fue diseñada para liberar el vapor sólo en el momento en que la presión alcanzaba el máximo permitido. Este tipo de válvula se utiliza actualmente de forma casi universal. El Great Western Railway de Gran Bretaña fue una excepción notable a esta regla, conservando el tipo de carga directa hasta el final de su existencia separada, porque se consideraba que dicha válvula perdía menos presión entre la apertura y el cierre.
Las primeras locomotoras no mostraban la presión del vapor en la caldera, pero era posible estimarla por la posición del brazo de la válvula de seguridad que a menudo se extendía sobre la placa trasera de la cámara de combustión; Las gradaciones marcadas en la columna del resorte daban una indicación aproximada de la presión real. Los promotores de las pruebas de Rainhill instaron a que cada contendiente tuviera un mecanismo adecuado para leer la presión de la caldera, y Stephenson ideó un tubo vertical de mercurio de nueve pies con una mirilla en la parte superior, montado junto a la chimenea, para su Rocket . El manómetro de tubo Bourdon , en el que la presión endereza un tubo enrollado de latón o bronce de sección ovalada conectado a un puntero, se introdujo en 1849 y rápidamente ganó aceptación, y todavía se utiliza en la actualidad. [54] Algunas locomotoras tienen un manómetro adicional en la caja de vapor. Esto ayuda al conductor a evitar el deslizamiento de las ruedas al arrancar, advirtiendo si la apertura del regulador es demasiado grande.
Las estufas de leña emiten grandes cantidades de chispas que requieren un dispositivo eficaz para apagar las chispas, generalmente alojado en la chimenea. Se instalaron muchos tipos diferentes, [55] el tipo inicial más común fue la pila Bonnet que incorporaba un deflector en forma de cono colocado antes de la boca del tubo de la chimenea y una pantalla de alambre que cubría la salida ancha de la pila. Un diseño más eficiente fue la pila centrífuga de Radley y Hunter patentada en 1850 (comúnmente conocida como pila de diamantes), que incorporaba deflectores tan orientados que inducían un efecto de remolino en la cámara que animaba a las brasas a quemarse y caer al fondo en forma de ceniza. . En la cámara de humos autolimpiante se consiguió el efecto contrario: al permitir que los gases de combustión chocaran contra una serie de placas deflectoras, inclinadas de tal manera que no perjudicaran la explosión, las partículas más grandes se rompían en pedazos pequeños que serían expulsados con la explosión, en lugar de depositarse en el fondo de la cámara de humo para ser retirados manualmente al final del recorrido. Al igual que con el supresor, se incorporó una pantalla para retener las brasas de gran tamaño. [56]
Las locomotoras de las clases estándar de los ferrocarriles británicos equipadas con cámaras de humo autolimpiantes se identificaban mediante una pequeña placa ovalada fundida marcada "SC", colocada en la parte inferior de la puerta de la cámara de humos. Estos motores requerían diferentes procedimientos de eliminación y la placa resaltaba esta necesidad de depositar personal.
Un factor que limita el rendimiento de la locomotora es la velocidad a la que se alimenta el combustible. A principios del siglo XX, algunas locomotoras llegaron a ser tan grandes que el bombero no podía palear carbón con la suficiente rapidez. [52] En los Estados Unidos, varios fogoneros mecánicos a vapor se convirtieron en equipo estándar y fueron adoptados y utilizados en otros lugares, incluidos Australia y Sudáfrica.
Introducir agua fría en una caldera reduce la potencia, y a partir de los años 20 se incorporaron una variedad de calentadores . El tipo más común de locomotoras era el calentador de agua de alimentación de vapor de escape que conducía parte del escape a través de pequeños tanques montados en la parte superior de la caldera o caja de humo o hacia el tanque auxiliar; Luego, el agua caliente tenía que ser entregada a la caldera mediante una pequeña bomba de vapor auxiliar. El raro tipo de economizador se diferenciaba porque extraía el calor residual de los gases de escape. Un ejemplo de esto son los tambores precalentadores que se encuentran en la caldera Franco-Crosti .
El uso de inyectores de vapor vivo y de vapor de escape también ayuda en pequeña medida al precalentamiento del agua de alimentación de la caldera, aunque los inyectores de vapor vivo no ofrecen ninguna ventaja de eficiencia. Este precalentamiento también reduce el choque térmico que puede experimentar una caldera cuando se introduce agua fría directamente. Esto se ve favorecido aún más por la alimentación superior, donde el agua se introduce en la parte más alta de la caldera y se hace gotear sobre una serie de bandejas. George Jackson Churchward instaló esta disposición en la parte superior de sus calderas cónicas sin techo. Otras líneas británicas, como London, Brighton & South Coast Railway, instalaron algunas locomotoras con la alimentación superior dentro de una cúpula separada delante de la principal.
Las locomotoras de vapor consumen grandes cantidades de agua porque operan en un ciclo abierto, expulsando su vapor inmediatamente después de un solo uso en lugar de reciclarlo en un circuito cerrado como lo hacen las máquinas de vapor estacionarias y marinas . El agua era un problema logístico constante y se idearon motores de condensación para su uso en zonas desérticas. Estas locomotoras tenían enormes radiadores en sus ténderes y, en lugar de expulsar el vapor del embudo, lo capturaban, lo devolvían al ténder y lo condensaban. El aceite lubricante de los cilindros se eliminó del vapor agotado para evitar un fenómeno conocido como cebado, una condición causada por la formación de espuma en la caldera que permitiría que el agua ingresara a los cilindros causando daños debido a su incompresibilidad. Los motores más notables que empleaban condensadores (Clase 25, los "puffers que nunca soplan" [57] ) funcionaron en el desierto de Karoo en Sudáfrica desde los años 1950 hasta los 1980.
Algunas locomotoras británicas y estadounidenses estaban equipadas con palas que recogían el agua de los "abrevaderos" ( bandejas de vía en los EE. UU.) mientras estaban en movimiento, evitando así paradas para beber agua. En Estados Unidos, las comunidades pequeñas a menudo no contaban con instalaciones de recarga. Durante los primeros días del ferrocarril, la tripulación simplemente se detenía junto a un arroyo y llenaba el ténder con cubos de cuero. Esto se conocía como "agua agitada" y dio lugar al término "pueblos de aguas agitadas" (que significa ciudad pequeña, término que hoy se considera burlón). [58] En Australia y Sudáfrica, las locomotoras de las regiones más secas operaban con grandes ténderes de gran tamaño y algunas incluso tenían un vagón de agua adicional, a veces llamado "cantina" o en Australia (particularmente en Nueva Gales del Sur) una "desmotadora de agua".
Las locomotoras de vapor que circulaban por los ferrocarriles subterráneos (como el Metropolitan Railway de Londres ) estaban equipadas con aparatos de condensación para evitar que el vapor se escapara a los túneles ferroviarios. Estos todavía se utilizaban entre King's Cross y Moorgate hasta principios de la década de 1960.
Las locomotoras de vapor suelen tener su propio sistema de frenado, independiente del resto del tren. Los frenos de las locomotoras emplean zapatas grandes que presionan contra las bandas de rodadura de las ruedas motrices. Pueden ser frenos de aire o frenos de vapor . Además, casi siempre tienen un freno de mano para mantener la locomotora parada cuando no hay presión de vapor para alimentar los demás sistemas de frenado.
Debido a la fuerza de frenado limitada que proporcionaban los frenos exclusivos de las locomotoras, muchas locomotoras de vapor estaban equipadas con un freno de tren. Estos venían en dos variedades principales; Frenos de aire y frenos de vacío . Estos permitían al conductor controlar los frenos de todos los vagones del tren.
Los frenos de aire, inventados por George Westinghouse , utilizan un compresor de aire impulsado por vapor montado en el costado de la caldera para crear el aire comprimido necesario para alimentar el sistema de frenos. [59] Los frenos de aire eran la forma predominante de frenado de trenes en la mayoría de los países durante la era del vapor.
El principal competidor del freno de aire era el freno de vacío , en el que se monta un eyector accionado por vapor en el motor en lugar de la bomba de aire, para crear el vacío necesario para alimentar el sistema de frenos. Se utiliza un eyector secundario o bomba de vacío de cruceta para mantener el vacío en el sistema contra pequeñas fugas en las conexiones de tuberías entre vagones y vagones. Los frenos de vacío fueron la forma predominante de frenado de trenes en el Reino Unido y en países que adoptaron sus prácticas, como India y Sudáfrica , durante la era del vapor.
Las locomotoras de vapor están equipadas con cajas de arena desde las que se puede depositar arena sobre el riel para mejorar la tracción y el frenado en climas húmedos o helados. En las locomotoras americanas, los areneros o cúpulas de arena suelen estar montados encima de la caldera. En Gran Bretaña, el ancho de carga limitado lo impide, por lo que las cajas de arena se montan justo encima o justo debajo de la placa de rodadura.
Los pistones y válvulas de las primeras locomotoras eran lubricados por los maquinistas arrojando un trozo de sebo por el tubo de explosión . Pronto se desarrollaron métodos más sofisticados para administrar la sustancia. El sebo se adhiere bien a las paredes del cilindro y es más eficaz que el aceite mineral para resistir la acción del agua. Sigue siendo un componente de la formulación moderna de aceite para cilindros de vapor. [60] [61] [62]
A medida que aumentaron las velocidades y las distancias, se desarrollaron mecanismos que inyectaban aceite mineral espeso en el suministro de vapor. El primero, un lubricador de desplazamiento , montado en la cabina, utiliza una corriente controlada de vapor que se condensa en un recipiente sellado de aceite. El agua del vapor condensado desplaza el aceite hacia las tuberías. El aparato suele estar equipado con mirillas para confirmar la tasa de suministro. Un método posterior utiliza una bomba mecánica accionada desde una de las crucetas . En ambos casos, el suministro de petróleo es proporcional a la velocidad de la locomotora.
La lubricación de los componentes del bastidor (cojinetes de eje, bocinas y pivotes del bogie) depende de la acción capilar : los recortes de hilo peinado se arrastran desde los depósitos de aceite hasta los tubos que conducen al componente respectivo. [63] La tasa de aceite suministrado está controlada por el tamaño del haz de hilo y no por la velocidad de la locomotora, por lo que es necesario quitar los recortes (que están montados en alambre) cuando está parado. Sin embargo, en las paradas regulares (como en el andén de una estación terminal), el paso del petróleo hacia la vía puede seguir siendo un problema.
Los cojinetes de muñequilla y cruceta llevan pequeños depósitos de aceite en forma de copa. Estos tienen tubos de alimentación a la superficie de apoyo que comienzan por encima del nivel de llenado normal o se mantienen cerrados mediante un pasador suelto, de modo que sólo cuando la locomotora está en movimiento entra aceite. En la práctica del Reino Unido, las copas se cierran con corchos simples, pero a estos se les pasa un trozo de caña porosa para dejar entrar el aire. Es habitual que en el metal del cojinete se incorpore una pequeña cápsula de aceite picante (anís o ajo) para avisar si falla la lubricación y se produce un exceso de calentamiento o desgaste. [64]
Cuando la locomotora está funcionando, se crea una corriente de aire sobre el fuego debido al vapor de escape dirigido hacia la chimenea por el tubo de explosión. Sin corriente de aire, el fuego se apagará rápidamente y la presión del vapor disminuirá. Cuando la locomotora está parada o en marcha con el regulador cerrado, no hay vapor de escape para crear un tiro, por lo que el tiro se mantiene mediante un soplador. Se trata de un anillo colocado alrededor de la base de la chimenea o alrededor del orificio del tubo de explosión, que contiene varias pequeñas boquillas de vapor dirigidas hacia la chimenea. Estas boquillas se alimentan con vapor directamente de la caldera, controlado por la válvula de soplado. Cuando el regulador está abierto, la válvula del ventilador está cerrada; Cuando el conductor pretende cerrar el regulador, primero abrirá la válvula del ventilador. Es importante que se abra el ventilador antes de cerrar el regulador, ya que sin tiro en el fuego, puede haber contracorriente , donde el aire atmosférico sopla hacia la chimenea, provocando que el flujo de gases calientes a través de los tubos de la caldera se invierta, con el el fuego mismo sale disparado a través del orificio de fuego hacia el reposapiés, con graves consecuencias para la tripulación. El riesgo de contracorriente es mayor cuando la locomotora entra en un túnel debido al choque de presión. El soplador también se utiliza para crear tiro cuando se levanta vapor al inicio del servicio de la locomotora, en cualquier momento cuando el conductor necesita aumentar el tiro en el fuego y para eliminar el humo de la línea de visión del conductor. [sesenta y cinco]
Las reacciones adversas eran bastante comunes. En un informe de 1955 sobre un accidente cerca de Dunstable , el inspector escribió: "En 1953 se informaron veintitrés casos, que no fueron causados por un defecto del motor, y resultaron en 26 maquinistas heridos. En 1954, el número de sucesos y El número de heridos fue el mismo y también hubo una víctima mortal". [66] Siguen siendo un problema, como lo demuestra el incidente de 2012 con BR Standard Class 7 70013 Oliver Cromwell .
En la práctica británica y europea (excepto los países de la antigua Unión Soviética), las locomotoras suelen tener amortiguadores en cada extremo para absorber cargas de compresión ("buffets" [67] ). La carga de tracción del tren (fuerza de tiro) la soporta el sistema de acoplamiento . Juntos, controlan la holgura entre la locomotora y el tren, absorben impactos menores y proporcionan un punto de apoyo para los movimientos de empuje.
En la práctica canadiense y estadounidense, todas las fuerzas entre la locomotora y los vagones se manejan a través del acoplador (particularmente el acoplador Janney , estándar largo en el material rodante de los ferrocarriles estadounidenses) y su engranaje de tiro asociado , que permite un movimiento flojo limitado. Pequeños hoyuelos llamados "bolsillos para postes" en las esquinas delantera y trasera de la locomotora permitían empujar los vagones hacia una vía adyacente utilizando un poste sostenido entre la locomotora y los vagones. [68] En Gran Bretaña y Europa, el estilo norteamericano "buckeye" y otros acopladores que manejan fuerzas entre elementos del material rodante se han vuelto cada vez más populares.
Por lo general, se fijaba un piloto en la parte delantera de las locomotoras, aunque en Europa y en algunos otros sistemas ferroviarios, incluida Nueva Gales del Sur , se consideraban innecesarios. Con forma de arado, a veces llamados "atrapa vacas", eran bastante grandes y estaban diseñados para eliminar obstáculos del camino como ganado, bisontes, otros animales o ramas de árboles. Aunque no podían "atrapar" ganado callejero, estos elementos distintivos permanecieron en las locomotoras hasta el final de la era del vapor. El cambio de motores solía sustituir al piloto por pequeños escalones, conocidos como estribos . Muchos sistemas utilizaron el piloto y otras características de diseño para producir una apariencia distintiva.
Cuando comenzaron las operaciones nocturnas, las compañías ferroviarias de algunos países equiparon sus locomotoras con luces para permitir al conductor ver lo que había delante del tren o para que otros pudieran ver la locomotora. Los faros eran originalmente lámparas de aceite o acetileno, pero cuando las lámparas de arco eléctrico estuvieron disponibles a fines de la década de 1880, rápidamente reemplazaron a los tipos más antiguos.
Gran Bretaña no adoptó faros brillantes porque afectarían la visión nocturna y podrían enmascarar las lámparas de aceite de baja intensidad utilizadas en las señales de los semáforos y en cada extremo de los trenes, aumentando el peligro de perder señales, especialmente en vías con mucho tráfico. Las distancias de parada de las locomotoras también eran normalmente mucho mayores que el alcance de los faros, y las vías férreas estaban bien señalizadas y completamente valladas para evitar que el ganado y las personas se desviaran hacia ellas, eliminando en gran medida la necesidad de lámparas brillantes. Así, se siguieron utilizando lámparas de aceite de baja intensidad, colocadas en la parte delantera de las locomotoras para indicar la clase de cada tren. Se proporcionaron cuatro "soportes para lámparas" (soportes sobre los que colocar las lámparas): uno debajo de la chimenea y tres espaciados uniformemente en la parte superior de la viga amortiguadora. La excepción a esto fue el Ferrocarril del Sur y sus electores, quienes agregaron una lámpara de hierro adicional a cada lado de la caja de humo, y la disposición de las lámparas (o, a la luz del día, placas circulares blancas) indicaba al personal del ferrocarril el origen y el destino del tren. En todos los vehículos, también se proporcionaron portalámparas equivalentes en la parte trasera de la locomotora o ténder para cuando la locomotora funcionaba con ténder o búnker primero.
En algunos países, el funcionamiento del vapor tradicional continúa en la red nacional. Algunas autoridades ferroviarias han exigido que los faros estén encendidos en todo momento, incluso durante el día. Esto fue para informar aún más al público o a los trabajadores de la vía sobre cualquier tren activo.
Las locomotoras utilizaban campanas y silbatos de vapor desde los primeros días de la locomoción a vapor. En Estados Unidos, India y Canadá, las campanas advirtieron de un tren en movimiento. En Gran Bretaña, donde todas las líneas están valladas por ley, [69] las campanas sólo eran un requisito en los ferrocarriles que circulaban por una carretera (es decir, no valladas), por ejemplo, un tranvía a lo largo de la carretera o en un astillero. En consecuencia, sólo una minoría de locomotoras en el Reino Unido llevaban campanas. Los silbatos se utilizan para señalar al personal y dar advertencias. Dependiendo del terreno en el que se estaba utilizando la locomotora, el silbato podría diseñarse para advertir a larga distancia de una llegada inminente o para un uso más localizado.
Las primeras campanas y silbatos se hacían sonar mediante cuerdas y palancas. Los campaneros automáticos se utilizaron ampliamente en los EE. UU. después de 1910. [70]
Desde principios del siglo XX, las empresas operadoras de países como Alemania y Gran Bretaña comenzaron a equipar locomotoras con señalización en la cabina del Sistema de Advertencia Automática (AWS), que aplicaba automáticamente los frenos cuando se pasaba una señal de "precaución". En Gran Bretaña, estos dispositivos se hicieron obligatorios en 1956. En Estados Unidos, el Ferrocarril de Pensilvania también equipó sus locomotoras con estos dispositivos. [ cita necesaria ]
El motor de refuerzo era una máquina de vapor auxiliar que proporcionaba un esfuerzo de tracción adicional para el arranque. Era un dispositivo de baja velocidad, normalmente montado en el camión de remolque. Se desacoplaba mediante una marcha loca a baja velocidad, por ejemplo 30 km/h. Los refuerzos se utilizaron ampliamente en Estados Unidos y se probaron experimentalmente en Gran Bretaña y Francia. En el sistema ferroviario de vía estrecha de Nueva Zelanda, seis locomotoras Kb 4-8-4 estaban equipadas con propulsores, las únicas locomotoras de ancho de 3 pies 6 pulgadas ( 1.067 mm ) en el mundo que tenían dicho equipo.
También se instalaron motores propulsores en camiones auxiliares en los EE. UU. y se los conoció como locomotoras auxiliares. Se conectaron dos e incluso tres ejes de camión mediante varillas laterales que los limitaban a un servicio a baja velocidad. [71]
La puerta contra incendios se utiliza para cubrir el orificio del fuego cuando no se agrega carbón. Tiene dos propósitos: primero, evita que el aire pase por encima del fuego, en lugar de obligarlo a pasar a través de él. El segundo objetivo es proteger a la tripulación del tren contra retrocesos. Sin embargo, tiene un medio para permitir que algo de aire pase por encima del fuego (denominado "aire secundario") para completar la combustión de los gases producidos por el fuego.
Las puertas cortafuegos vienen en varios diseños, el más básico de los cuales es una sola pieza que tiene bisagras en un lado y se puede abrir sobre el reposapiés. Este diseño tiene dos problemas. En primer lugar, ocupa mucho espacio en el reposapiés y, en segundo lugar, la corriente de aire tenderá a cerrarlo por completo, cortando así el aire secundario. Para compensar esto, algunas locomotoras están equipadas con un pestillo que impide que la puerta contra incendios se cierre por completo, mientras que otras tienen un pequeño respiradero en la puerta que se puede abrir para permitir que fluya el aire secundario. Aunque se consideró diseñar una puerta cortafuegos que se abriera hacia el interior de la cámara de combustión, evitando así las molestias causadas en la plataforma, dicha puerta quedaría expuesta a todo el calor del fuego y probablemente se deformaría, quedando así inútil.
Un tipo más popular de puerta cortafuego consiste en una puerta corredera de dos piezas accionada por una sola palanca. Hay vías encima y debajo de la puerta contra incendios por las que discurre la puerta. Estas vías son propensas a atascarse con escombros y las puertas requirieron más esfuerzo para abrirse que la puerta batiente antes mencionada. Para solucionar este problema, algunas puertas cortafuegos utilizan un funcionamiento eléctrico que utiliza un cilindro de vapor o aire para abrir la puerta. Entre ellas se encuentran las puertas de mariposa que giran en la esquina superior; la acción de giro ofrece baja resistencia al cilindro que abre la puerta. [72]
Se produjeron numerosas variaciones de la locomotora básica cuando los ferrocarriles intentaron mejorar la eficiencia y el rendimiento.
Las primeras locomotoras de vapor tenían dos cilindros, uno a cada lado, y esta práctica persistió como la disposición más simple. Los cilindros podrían montarse entre los bastidores principales (conocidos como cilindros "interiores") o montarse fuera de los bastidores y las ruedas motrices (cilindros "exteriores"). Los cilindros interiores accionan manivelas integradas en el eje motriz; Los cilindros exteriores accionan manivelas en extensiones de los ejes motrices.
Los diseños posteriores emplearon tres o cuatro cilindros, montados tanto dentro como fuera de los bastidores, para un ciclo de potencia más uniforme y una mayor potencia de salida. [73] Esto fue a expensas de engranajes de válvulas más complicados y mayores requisitos de mantenimiento. En algunos casos, el tercer cilindro se agregó en el interior simplemente para permitir cilindros exteriores de menor diámetro y, por lo tanto, reducir el ancho de la locomotora para su uso en líneas con un ancho de carga restringido, por ejemplo, las clases SR K1 y U1 .
La mayoría de las locomotoras británicas de pasajeros expresos construidas entre 1930 y 1950 eran del tipo 4-6-0 o 4-6-2 con tres o cuatro cilindros (por ejemplo, clase GWR 6000 , clase LMS Coronation , clase SR Merchant Navy , LNER Gresley clase A3 ). Desde 1951, todas menos una de las 999 nuevas locomotoras de vapor de clase estándar de British Rail en todos los tipos utilizaron configuraciones de 2 cilindros para facilitar el mantenimiento.
Las primeras locomotoras utilizaban un engranaje de válvulas simple que proporcionaba potencia total tanto hacia adelante como hacia atrás. [54] Pronto, el engranaje de válvula Stephenson permitió al conductor controlar el corte; esto fue reemplazado en gran medida por engranajes de válvulas Walschaerts y patrones similares. Los primeros diseños de locomotoras que utilizaban válvulas deslizantes y admisión exterior eran relativamente fáciles de construir, pero ineficientes y propensos al desgaste. [54] Con el tiempo, las válvulas de corredera fueron reemplazadas por válvulas de pistón de admisión internas , aunque hubo intentos de aplicar válvulas de asiento (comúnmente utilizadas en motores estacionarios) en el siglo XX. El engranaje de válvulas Stephenson generalmente estaba ubicado dentro del marco y era de difícil acceso para mantenimiento; Los patrones posteriores aplicados fuera del marco eran más fácilmente visibles y mantenidos.
Las locomotoras compuestas se utilizaron a partir de 1876, expandiendo el vapor dos veces o más a través de cilindros separados, reduciendo las pérdidas térmicas causadas por el enfriamiento de los cilindros. Las locomotoras compuestas eran especialmente útiles en trenes donde se necesitaban largos períodos de esfuerzo continuo. La composición contribuyó al dramático aumento de potencia logrado por las reconstrucciones de André Chapelon a partir de 1929. Una aplicación común fue en locomotoras articuladas, siendo la más común la diseñada por Anatole Mallet , en la que la etapa de alta presión estaba unida directamente al marco de la caldera; Delante de este se encontraba un motor de baja presión girado sobre su propio bastidor, que toma los gases de escape del motor trasero. [74]
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Las locomotoras muy potentes tienden a ser más largas que aquellas con menor potencia, pero los diseños largos con bastidores rígidos son impracticables para las curvas cerradas que se encuentran frecuentemente en los ferrocarriles de vía estrecha. Se desarrollaron varios diseños de locomotoras articuladas para superar este problema. El Mallet y el Garratt fueron los dos más populares. Tenían una sola caldera y dos unidades de motor (juegos de cilindros y ruedas motrices): ambas unidades de motor del Garratt estaban sobre bastidores giratorios, mientras que una del Mallet estaba sobre un bastidor giratorio y la otra estaba fijada debajo de la unidad de caldera. También se diseñaron algunas locomotoras triplex , con una tercera unidad de motor bajo licitación. Otras variaciones menos comunes incluyeron la locomotora Fairlie , que tenía dos calderas consecutivas en un marco común, con dos unidades de motor separadas.
También se probaron locomotoras dúplex , que contenían dos motores en un marco rígido, pero no tuvieron mucho éxito. Por ejemplo, el 4-4-4-4 Pennsylvania Railroad clase T1 , diseñado para correr muy rápido, sufrió problemas de deslizamiento recurrentes y, en última instancia, irreparables a lo largo de su carrera. [75]
Para locomotoras que requerían un alto par de arranque y baja velocidad, el enfoque convencional de transmisión directa era inadecuado. Las locomotoras de vapor con engranajes, como la Shay , la Climax y la Heisler , se desarrollaron para satisfacer esta necesidad en los ferrocarriles industriales, madereros, de minas y canteras. La característica común de estos tres tipos era la provisión de engranajes reductores y un eje de transmisión entre el cigüeñal y los ejes motrices. Esta disposición permitió que el motor funcionara a una velocidad mucho mayor que las ruedas motrices en comparación con el diseño convencional, donde la relación es 1:1.
En los Estados Unidos, en el Southern Pacific Railroad , se produjo una serie de locomotoras con cabina delantera con la cabina y la cámara de combustión en la parte delantera de la locomotora y el ténder detrás de la cámara de humo, de modo que el motor parecía funcionar hacia atrás. Esto sólo fue posible mediante el uso de petróleo. Southern Pacific seleccionó este diseño para proporcionar aire libre de humo para que el maquinista respire mientras la locomotora pasa por túneles de montaña y cobertizos de nieve. Otra variación fue la locomotora Camelback , con la cabina situada a mitad de camino de la caldera. En Inglaterra, Oliver Bulleid desarrolló la locomotora de la clase SR Leader durante el proceso de nacionalización a finales de los años 1940. La locomotora fue sometida a intensas pruebas, pero varios fallos de diseño (como el encendido de carbón y las válvulas de manguito) provocaron que esta locomotora y las demás locomotoras parcialmente construidas fueran desguazadas. Bulleid llevó el diseño de cabina delantera a Irlanda, donde se mudó después de la nacionalización, donde desarrolló el "turfburner". Esta locomotora tuvo más éxito, pero fue desguazada debido a la dieselización de los ferrocarriles irlandeses.
La única locomotora con cabina delantera que se conserva es Southern Pacific 4294 en Sacramento, California.
En Francia, las tres locomotoras Heilmann se construyeron con cabina delantera.
Las turbinas de vapor se crearon como un intento de mejorar el funcionamiento y la eficiencia de las locomotoras de vapor. Los experimentos con turbinas de vapor que utilizan transmisiones eléctricas y de accionamiento directo en varios países resultaron en su mayoría infructuosos. [52] London , Midland & Scottish Railway construyó el Turbomotive , un intento en gran medida exitoso de demostrar la eficiencia de las turbinas de vapor. [52] Si no hubiera sido por el estallido de la Segunda Guerra Mundial , es posible que se hubieran construido más. La Turbomotriz funcionó de 1935 a 1949, cuando fue reconstruida para convertirla en una locomotora convencional porque muchas piezas requerían reemplazo, una propuesta antieconómica para una locomotora "única". En los Estados Unidos, los ferrocarriles Union Pacific , Chesapeake & Ohio y Norfolk & Western (N&W) construyeron locomotoras eléctricas de turbina. El Ferrocarril de Pensilvania (PRR) también construyó locomotoras de turbina, pero con una caja de cambios de transmisión directa. Sin embargo, todos los diseños fallaron debido al polvo, la vibración, fallas de diseño o ineficiencia a velocidades más bajas. El último que permaneció en servicio fue el N&W, retirado en enero de 1958. El único diseño verdaderamente exitoso fue el TGOJ MT3, utilizado para transportar mineral de hierro desde Grängesberg en Suecia hasta los puertos de Oxelösund . A pesar de funcionar correctamente, sólo se construyeron tres. Dos de ellos se conservan en funcionamiento en museos de Suecia.
En una locomotora sin fuego, la caldera se reemplaza por un acumulador de vapor , que se carga con vapor (en realidad, agua a una temperatura muy por encima del punto de ebullición (100 °C (212 °F)) de una caldera estacionaria. Se utilizaron locomotoras sin fuego donde había Había un alto riesgo de incendio (por ejemplo, refinerías de petróleo ), donde la limpieza era importante (por ejemplo, plantas de producción de alimentos) o donde el vapor estaba fácilmente disponible (por ejemplo, fábricas de papel y centrales eléctricas donde el vapor es un subproducto o está disponible a bajo precio). El recipiente de agua ("caldera") está fuertemente aislado, al igual que una locomotora encendida. Hasta que toda el agua se haya evaporado, la presión del vapor no cae excepto cuando la temperatura baja. [ cita necesaria ]
Otra clase de locomotora sin fuego es la locomotora de aire comprimido. [ cita necesaria ]
En Rusia, Gran Bretaña e Italia se han producido locomotoras de potencia mixta, que utilizan propulsión de vapor y diésel.
En condiciones inusuales (falta de carbón, abundante energía hidroeléctrica), algunas locomotoras en Suiza fueron modificadas para utilizar electricidad para calentar la caldera, convirtiéndolas en locomotoras de vapor eléctricas. [76]
Una locomotora eléctrica de vapor utiliza transmisión eléctrica, como las locomotoras diésel-eléctricas , excepto que se utiliza una máquina de vapor en lugar de un motor diésel para impulsar un generador. El ingeniero francés Jean Jacques Heilmann construyó tres de estas locomotoras en la década de 1890.
Las locomotoras de vapor se clasifican según la disposición de sus ruedas. Los dos sistemas dominantes para esto son la notación Whyte y la clasificación UIC .
La notación Whyte, utilizada en la mayoría de los países de habla inglesa y de la Commonwealth, representa cada juego de ruedas con un número. Estos números generalmente representaban el número de ruedas delanteras sin motor, seguido del número de ruedas motrices (a veces en varios grupos), seguido del número de ruedas traseras sin motor. Por ejemplo, un motor de jardín con sólo 4 ruedas motrices se clasificaría como una disposición de ruedas 0-4-0 . Una locomotora con un bogie delantero de 4 ruedas, seguido de 6 ruedas motrices y un bogie trasero de 2 ruedas se clasificaría como 4-6-2 . Se dieron nombres a diferentes arreglos que generalmente reflejan el primer uso del arreglo; por ejemplo, el tipo "Santa Fe" ( 2-10-2 ) se llama así porque los primeros ejemplares se construyeron para el ferrocarril Atchison, Topeka y Santa Fe . Estos nombres se dieron informalmente y variaron según la región e incluso la política.
La clasificación UIC se utiliza principalmente en países europeos además del Reino Unido. Designa pares consecutivos de ruedas (informalmente "ejes") con un número para las ruedas no motrices y una letra mayúscula para las ruedas motrices (A=1, B=2, etc.). Por lo tanto, una designación Whyte 4-6-2 sería un equivalente a una designación UIC 2-C-1.
En muchos ferrocarriles, las locomotoras se organizaban en clases . Estas representaban ampliamente locomotoras que podían sustituirse entre sí en servicio, pero lo más común era que una clase representara un diseño único. Como regla general, a las clases se les asignaba algún tipo de código, generalmente basado en la disposición de las ruedas. Las clases también adquirieron comúnmente apodos, como Pug (una pequeña locomotora de maniobras), que representa características notables (y a veces poco elogiosas) de las locomotoras. [77] [78]
En la era de las locomotoras de vapor, generalmente se aplicaban dos medidas del rendimiento de las locomotoras. Al principio, las locomotoras se clasificaban según el esfuerzo de tracción, definido como la fuerza promedio desarrollada durante una revolución de las ruedas motrices en la cabecera del ferrocarril. [39] Esto se puede calcular aproximadamente multiplicando el área total del pistón por el 85% de la presión de la caldera (una regla general que refleja la presión ligeramente más baja en la cámara de vapor sobre el cilindro) y dividiendo por la relación del diámetro del impulsor sobre el golpe del pistón. Sin embargo, la fórmula precisa es
donde d es el diámetro interior del cilindro (diámetro) en pulgadas, s es la carrera del cilindro, en pulgadas, P es la presión de la caldera en libras por pulgada cuadrada, D es el diámetro de la rueda motriz en pulgadas y c es un factor que depende del corte efectivo. [79] En los EE. UU., c generalmente se establece en 0,85, pero es más bajo en motores que tienen un corte máximo limitado a 50-75%.
El esfuerzo de tracción es sólo la fuerza "promedio", ya que no todo el esfuerzo es constante durante una revolución de los conductores. En algunos puntos del ciclo, solo un pistón ejerce un momento de giro y en otros puntos, ambos pistones están trabajando. No todas las calderas ofrecen plena potencia al arrancar y el esfuerzo de tracción también disminuye a medida que aumenta la velocidad de rotación. [39]
El esfuerzo de tracción es una medida de la carga más pesada que una locomotora puede arrancar o transportar a muy baja velocidad sobre la pendiente dominante en un territorio determinado. [39] Sin embargo, a medida que crecía la presión para circular mercancías más rápidas y trenes de pasajeros más pesados, el esfuerzo de tracción se consideró una medida inadecuada del rendimiento porque no tenía en cuenta la velocidad. Por lo tanto, en el siglo XX, las locomotoras comenzaron a clasificarse según su potencia. Se aplicaron diversos cálculos y fórmulas, pero en general los ferrocarriles utilizaban vagones dinamómetros para medir la fuerza de tracción a la velocidad en pruebas reales en carretera.
Las compañías ferroviarias británicas se han mostrado reacias a revelar cifras sobre los caballos de fuerza en la barra de tiro y, en su lugar, generalmente han confiado en el esfuerzo de tracción continuo .
La clasificación está indirectamente relacionada con el rendimiento de la locomotora. Si las proporciones del resto de la locomotora son adecuadas, la potencia producida está determinada por el tamaño del incendio, y en el caso de una locomotora que funciona con carbón bituminoso, esto está determinado por el área de la parrilla. Las locomotoras modernas no compuestas suelen producir alrededor de 40 caballos de fuerza en la barra de tiro por pie cuadrado de parrilla. La fuerza de tracción, como se señaló anteriormente, está determinada en gran medida por la presión de la caldera, las proporciones de los cilindros y el tamaño de las ruedas motrices. Sin embargo, también está limitado por el peso sobre las ruedas motrices (el denominado "peso adhesivo"), que debe ser al menos cuatro veces mayor que la fuerza de tracción. [52]
El peso de la locomotora es aproximadamente proporcional a la potencia producida; el número de ejes requeridos está determinado por este peso dividido por el límite de carga por eje para la vía donde se utilizará la locomotora. El número de ruedas motrices se deriva del peso adhesivo de la misma manera, dejando que los ejes restantes correspondan a los bogies delantero y trasero. [52] Las locomotoras de pasajeros convencionalmente tenían bogies principales de dos ejes para una mejor guía a gran velocidad; por otro lado, el gran aumento en el tamaño de la parrilla y del hogar en el siglo XX hizo que se recurriera a un bogie arrastrado como soporte. En Europa se utilizaron varias variantes del bogie Bissel en las que el movimiento giratorio de un camión de un solo eje controla el desplazamiento lateral del eje motriz delantero (y en un caso también del segundo eje). Esto se aplicó principalmente a locomotoras de tráfico mixto y expreso de 8 acoplamientos, y mejoró considerablemente su capacidad para negociar curvas al tiempo que restringió la distancia entre ejes general de la locomotora y maximizó el peso de adherencia.
Como regla general, los motores de maniobra (EE. UU.: motores de conmutación ) omitieron los bogies delanteros y traseros, tanto para maximizar el esfuerzo de tracción disponible como para reducir la distancia entre ejes. La velocidad no era importante; Era primordial fabricar el motor más pequeño (y, por tanto, el menor consumo de combustible) para el esfuerzo de tracción. Las ruedas motrices eran pequeñas y generalmente sostenían tanto la cámara de combustión como la sección principal de la caldera. Los motores inclinados (EE. UU.: motores auxiliares ) tendían a seguir los principios de los motores de maniobra, excepto que no se aplicaba la limitación de la distancia entre ejes, por lo que los motores inclinados tendían a tener más ruedas motrices. En los EE. UU., este proceso finalmente dio como resultado el motor tipo Mallet con sus numerosas ruedas motrices, y estos tendían a adquirir bogies delanteros y luego traseros a medida que la guía del motor se convertía en un problema.
A medida que los tipos de locomotoras comenzaron a divergir a finales del siglo XIX, los diseños de motores de carga al principio enfatizaron el esfuerzo de tracción, mientras que los de motores de pasajeros enfatizaron la velocidad. Con el tiempo, el tamaño de las locomotoras de mercancías aumentó y, en consecuencia, el número total de ejes aumentó; El bogie principal solía ser de un solo eje, pero a las locomotoras más grandes se les agregaba un camión de remolque para soportar una cámara de combustión más grande que ya no podía caber entre las ruedas motrices o encima de ellas. Las locomotoras de pasajeros tenían bogies principales con dos ejes, menos ejes motrices y ruedas motrices muy grandes para limitar la velocidad a la que debían moverse las partes alternativas.
En la década de 1920, la atención en los Estados Unidos se centró en los caballos de fuerza, personificado por el concepto de "superpotencia" promovido por Lima Locomotive Works, aunque el esfuerzo de tracción siguió siendo la consideración principal después de la Primera Guerra Mundial hasta el fin del vapor. Los trenes de mercancías fueron diseñados para circular más rápido, mientras que las locomotoras de pasajeros necesitaban arrastrar cargas más pesadas a gran velocidad. Esto se logró aumentando el tamaño de la parrilla y el hogar sin cambios en el resto de la locomotora, lo que requirió la adición de un segundo eje al camión de remolque. Los 2-8-2 s de carga se convirtieron en 2-8-4 s, mientras que los 2-10-2 s se convirtieron en 2-10-4 s. De manera similar, los pasajeros 4-6-2 s se convirtieron en 4-6-4 s. En los Estados Unidos, esto llevó a una convergencia en la configuración articulada 4-8-4 de doble propósito y 4-6-6-4 , que se utilizó tanto para el servicio de carga como de pasajeros. [80] Las locomotoras de mazo pasaron por una transformación similar, evolucionando de motores de banco a enormes locomotoras principales con cámaras de combustión mucho más grandes; sus ruedas motrices también aumentaron de tamaño para permitir una carrera más rápida.
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La clase de locomotora de vapor más fabricada en el mundo es la locomotora de vapor rusa de la clase E 0-10-0 , de la que se produjeron alrededor de 11.000 unidades tanto en Rusia como en otros países como Checoslovaquia, Alemania, Suecia, Hungría y Polonia. La locomotora rusa de la serie O contaba con 9.129 locomotoras, construidas entre 1890 y 1928. Se produjeron alrededor de 7.000 unidades de la DRB Clase 52 2-10-0 Kriegslok alemana .
En Gran Bretaña, se construyeron 863 de la clase GWR 5700 y 943 de la clase DX del London and North Western Railway , incluidas 86 locomotoras construidas para Lancashire and Yorkshire Railway . [81]
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Antes de la Ley de Agrupación de 1923 , la producción en el Reino Unido era mixta. Las empresas ferroviarias más grandes construyeron locomotoras en sus propios talleres, mientras que las más pequeñas y las empresas industriales las encargaban a constructores externos. Existía un gran mercado para constructores externos debido a la política de construcción de viviendas ejercida por las principales empresas ferroviarias. Un ejemplo de obra de preagrupación fue la de Melton Constable , que mantuvo y construyó algunas de las locomotoras para Midland y Great Northern Joint Railway . Otras obras incluyeron una en Boston (uno de los primeros edificios de GNR) y Horwich Works .
Entre 1923 y 1947, las cuatro grandes compañías ferroviarias (Great Western Railway, London, Midland & Scottish Railway, London & North Eastern Railway y Southern Railway) construyeron la mayoría de sus propias locomotoras y solo compraron locomotoras a constructores externos cuando sus propias obras estaban completamente ocupadas (o como resultado de una estandarización ordenada por el gobierno durante tiempos de guerra). [82]
A partir de 1948, los Ferrocarriles Británicos (BR) permitieron a las antiguas cuatro grandes empresas (ahora denominadas "regiones") seguir produciendo sus propios diseños, pero también crearon una gama de locomotoras estándar que supuestamente combinaban las mejores características de cada región. Aunque se adoptó una política de dieselización en 1955, BR continuó construyendo nuevas locomotoras de vapor hasta 1960, y el motor final se denominó Evening Star . [83]
Algunos fabricantes independientes produjeron locomotoras de vapor durante algunos años más; la última locomotora de vapor industrial construida en Gran Bretaña fue construida por Hunslet en 1971. Desde entonces, algunos fabricantes especializados han seguido produciendo pequeñas locomotoras para ferrocarriles de vía estrecha y en miniatura, pero como El mercado principal para estas locomotoras es el sector ferroviario turístico y patrimonial , la demanda de este tipo de locomotoras es limitada. En noviembre de 2008, se probó una locomotora de vapor de línea principal de nueva construcción, 60163 Tornado , en las líneas principales del Reino Unido para un eventual uso chárter y turístico.
En el siglo XIX y principios del XX, la mayoría de las locomotoras de vapor suecas se fabricaban en Gran Bretaña. Más tarde, sin embargo, la mayoría de las locomotoras de vapor fueron construidas por fábricas locales, incluidas NOHAB en Trollhättan y ASJ en Falun . Uno de los tipos más exitosos fue la clase "B" ( 4-6-0 ), inspirada en la clase prusiana P8. Muchas de las locomotoras de vapor suecas se conservaron durante la Guerra Fría en caso de guerra. Durante la década de 1990 , estas locomotoras de vapor se vendieron a asociaciones sin fines de lucro o en el extranjero, por lo que ahora se pueden ver en Gran Bretaña, Países Bajos, Alemania y Canadá.
Las locomotoras para los ferrocarriles estadounidenses casi siempre se construían en los Estados Unidos con muy pocas importaciones, excepto en los primeros días de las máquinas de vapor. Esto se debió a las diferencias básicas de los mercados de Estados Unidos, que inicialmente tenían muchos mercados pequeños ubicados a grandes distancias, en contraste con la mayor densidad de mercados de Europa. Se necesitaban locomotoras baratas y resistentes que pudieran recorrer grandes distancias sobre vías de construcción y mantenimiento económicos. Una vez que la fabricación de motores se estableció a gran escala, había muy pocas ventajas en comprar un motor extranjero que tuviera que personalizarse para adaptarse a los requisitos locales y las condiciones de la pista. Los fabricantes incorporaron mejoras en el diseño de motores de origen tanto europeo como estadounidense cuando podían justificarse en un mercado generalmente muy conservador y de cambios lentos. Con la notable excepción de las locomotoras estándar USRA construidas durante la Primera Guerra Mundial, en Estados Unidos la fabricación de locomotoras de vapor siempre fue semipersonalizada. Los ferrocarriles encargaban locomotoras adaptadas a sus necesidades específicas, aunque siempre estaban presentes algunas características básicas de diseño. Los ferrocarriles desarrollaron algunas características específicas; por ejemplo, el Ferrocarril de Pensilvania y el Great Northern Railway tenían preferencia por la cámara de combustión Belpaire. [84] En los Estados Unidos, los fabricantes a gran escala construyeron locomotoras para casi todas las compañías ferroviarias, aunque casi todos los ferrocarriles importantes tenían talleres capaces de realizar reparaciones pesadas y algunos ferrocarriles (por ejemplo, Norfolk and Western Railway y Pennsylvania Railroad, que tenían dos talleres de montaje) construyeron locomotoras íntegramente en sus propios talleres. [85] [86] Las empresas que fabricaban locomotoras en los EE. UU. incluían Baldwin Locomotive Works , American Locomotive Company (ALCO) y Lima Locomotive Works . En total, entre 1830 y 1950, se construyeron más de 160.000 locomotoras de vapor en Estados Unidos, de las cuales Baldwin representó la mayor parte, casi 70.000. [87]
Las locomotoras de vapor requerían mantenimiento y revisión regulares y, en comparación con un motor diésel-eléctrico, frecuentes (a menudo a intervalos regulados por los gobiernos en Europa y Estados Unidos). Durante las revisiones se produjeron periódicamente modificaciones y mejoras. Se agregaron nuevos electrodomésticos, se eliminaron las características insatisfactorias y se mejoraron o reemplazaron los cilindros. Casi todas las piezas de la locomotora, incluidas las calderas, fueron reemplazadas o modernizadas. Cuando el servicio o las mejoras se volvieron demasiado caras, la locomotora se abandonó o se retiró. [ cita necesaria ] En el ferrocarril de Baltimore y Ohio se desmantelaron dos locomotoras 2-10-2 ; las calderas se colocaron en dos nuevas locomotoras Clase T 4-8-2 y la maquinaria de ruedas restante se convirtió en un par de conmutadores Clase U 0-10-0 con calderas nuevas. La flota de motores 4-10-2 de 3 cilindros de Union Pacific se convirtió en motores de dos cilindros en 1942 debido a altos problemas de mantenimiento.
En Sydney , Clyde Engineering y Eveleigh Railway Workshops construyeron locomotoras de vapor para los Ferrocarriles del Gobierno de Nueva Gales del Sur . Estos incluyen el C38 clase 4-6-2 ; las primeras cinco locomotoras se construyeron en Clyde con racionalización , las otras 25 locomotoras se construyeron en Eveleigh (13) y Cardiff Workshops (12) cerca de Newcastle. En Queensland, las locomotoras de vapor fueron construidas localmente por Walkers . De manera similar, los Ferrocarriles de Australia del Sur también fabricaron locomotoras de vapor localmente en Islington Railway Workshops en Adelaida . Victorian Railways construyó la mayoría de sus locomotoras en sus talleres de Newport y en Bendigo , mientras que en los primeros días las locomotoras se construyeron en Phoenix Foundry en Ballarat . Las locomotoras construidas en los talleres de Newport iban desde la clase nA 2-6-2 T construida para vía estrecha , hasta la clase H 4-8-4 , la locomotora convencional más grande que jamás haya operado en Australia, con un peso de 260 toneladas. Sin embargo, el título de locomotora más grande jamás utilizada en Australia es para la locomotora 4-8-4+4-8-4 Garratt de clase AD60 de Nueva Gales del Sur de 263 toneladas , [88] construida por Beyer, Peacock & Company en Inglaterra. La mayoría de las locomotoras de vapor utilizadas en Australia Occidental se construyeron en el Reino Unido, aunque algunos ejemplos se diseñaron y construyeron localmente en los talleres Midland Railway de Western Australian Government Railways . Las 10 locomotoras de la clase WAGR S (introducidas en 1943) fueron la única clase de locomotoras de vapor que se concibieron, diseñaron y construyeron íntegramente en Australia Occidental, [89] mientras que los talleres de Midland participaron notablemente en el programa de construcción en toda Australia de Australian Standard Garratts. – estas locomotoras de guerra se construyeron en Midland en Australia Occidental, Clyde Engineering en Nueva Gales del Sur, Newport en Victoria e Islington en Australia del Sur y tuvieron diversos grados de servicio en todos los estados australianos. [89]
La introducción de locomotoras eléctricas a principios del siglo XX y más tarde de locomotoras diesel-eléctricas marcó el comienzo de una disminución en el uso de locomotoras de vapor, aunque pasó algún tiempo antes de que desaparecieran de su uso general. [90] A medida que la energía diésel (especialmente con transmisión eléctrica) se volvió más confiable en la década de 1930, se afianzó en América del Norte. [91] La transición total desde la energía de vapor en América del Norte tuvo lugar durante la década de 1950. En Europa continental, la electrificación a gran escala había reemplazado a la energía de vapor en la década de 1970. El vapor era una tecnología familiar, se adaptaba bien a las instalaciones locales y también consumía una amplia variedad de combustibles; esto llevó a su uso continuo en muchos países hasta finales del siglo XX.
Las máquinas de vapor tienen una eficiencia térmica considerablemente menor que los motores diésel modernos, por lo que requieren mantenimiento y mano de obra constantes para mantenerlas operativas. [92] Se necesita agua en muchos puntos de una red ferroviaria, lo que la convierte en un problema importante en las zonas desérticas, como se encuentran en algunas regiones de los Estados Unidos, Australia y Sudáfrica. En lugares donde hay agua disponible, esta puede ser dura , lo que puede provocar la formación de " incrustaciones ", compuestas principalmente por carbonato de calcio , hidróxido de magnesio y sulfato de calcio . Los carbonatos de calcio y magnesio tienden a depositarse como sólidos blanquecinos en el interior de las superficies de tuberías e intercambiadores de calor . Esta precipitación es causada principalmente por la descomposición térmica de los iones bicarbonato , pero también ocurre en los casos en que el ion carbonato se encuentra en una concentración de saturación. [93] La acumulación de incrustaciones resultante restringe el flujo de agua en las tuberías. En las calderas, los depósitos perjudican el flujo de calor hacia el agua, reduciendo la eficiencia de calefacción y permitiendo que los componentes metálicos de la caldera se sobrecalienten.
El mecanismo alternativo de las ruedas motrices de una locomotora de vapor de expansión única de dos cilindros tendía a golpear los rieles (ver golpe de martillo ), por lo que requería más mantenimiento . Obtener vapor del carbón tomó cuestión de horas y creó graves problemas de contaminación. Las locomotoras de carbón requerían limpieza contra incendios y eliminación de cenizas entre turnos de servicio. [94] En comparación, las locomotoras diésel o eléctricas se beneficiaron de las nuevas instalaciones de mantenimiento hechas a medida. El humo de las locomotoras de vapor también se consideró objetable; Las primeras locomotoras eléctricas y diésel se desarrollaron en respuesta a los requisitos de reducción de humos, [95] aunque esto no tuvo en cuenta el alto nivel de contaminación menos visible en el humo de escape diésel , especialmente al ralentí. Sin embargo, en algunos países la energía para las locomotoras eléctricas se obtiene del vapor generado en las centrales eléctricas, que a menudo funcionan con carbón.
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Los dramáticos aumentos en el costo del combustible diesel impulsaron varias iniciativas para reactivar la energía de vapor. [96] [97] Sin embargo, ninguno de estos ha progresado hasta el punto de producción y, a partir de principios del siglo XXI, las locomotoras de vapor operan sólo en unas pocas regiones aisladas del mundo y en operaciones turísticas.
Ya en 1975, los entusiastas del ferrocarril en el Reino Unido comenzaron a construir nuevas locomotoras de vapor. Ese año, Trevor Barber completó su locomotora Trixie de ancho de 2 pies ( 610 mm ) que circulaba en Meirion Mill Railway . [98] A partir de la década de 1990, el número de nuevas construcciones que se completaron aumentó drásticamente con nuevas locomotoras completadas por los ferrocarriles de vía estrecha Ffestiniog y Corris en Gales. La Hunslet Engine Company revivió en 2005 y comenzó a construir locomotoras de vapor con fines comerciales. [99] Un "Tornado" LNER Peppercorn Pacific de ancho estándar se completó en Hopetown Works , Darlington , y realizó su primera ejecución el 1 de agosto de 2008. [100] [101] Entró en servicio en la línea principal más tarde en 2008. [102] Como Desde 2009, más de media docena de proyectos para construir réplicas funcionales de máquinas de vapor extintas están en marcha, en muchos casos utilizando piezas existentes de otros tipos para construirlas. Los ejemplos incluyen BR 72010 Hengist , [103] BR Clase 3MT No. 82045, BR Clase 2MT No. 84030, [104] Brighton Atlantic Beachy Head , [105] el proyecto LMS 5551 The Unknown Warrior , GWR " 47xx 4709, 2999 Lady of Legend , 1014 County of Glamorgan y 6880 Betton Grange . Estos proyectos de nueva construcción con sede en el Reino Unido se complementan con el proyecto de nueva construcción Pennsylvania Railroad 5550 [106] en los Estados Unidos. Uno de los objetivos del grupo es superar la velocidad de las locomotoras de vapor. récord que ostenta el 4468 Mallard cuando se complete el 5550 y que el 5550 llene un enorme vacío en la preservación de las locomotoras de vapor.[update]
En 1980, el financiero estadounidense Ross Rowland fundó American Coal Enterprises para desarrollar una locomotora de vapor modernizada alimentada por carbón. Su concepto ACE 3000 atrajo considerable atención, pero nunca se construyó. [107] [108]
En 1998, en su libro The Red Devil and Other Tales from the Age of Steam , [109] David Wardale presentó el concepto de una locomotora de alta velocidad y alta eficiencia "Super Class 5 4-6-0" para el futuro transporte de vapor. de trenes turísticos en las principales líneas británicas. La idea se formalizó en 2001 con la formación del Proyecto 5AT dedicado a desarrollar y construir la locomotora de vapor de tecnología avanzada 5AT , pero nunca recibió ningún respaldo ferroviario importante.
Los lugares donde se están llevando a cabo nuevas construcciones incluyen: [ cita necesaria ]
En 2012 se inició en Estados Unidos el proyecto Coalition for Sustainable Rail [110] con el objetivo de crear una locomotora de vapor moderna de mayor velocidad, incorporando las mejoras propuestas por Livio Dante Porta y otros, y utilizando biomasa torrefactada como combustible sólido. El combustible ha sido desarrollado recientemente por la Universidad de Minnesota en colaboración entre el Instituto de Medio Ambiente (IonE) de la universidad y Sustainable Rail International (SRI), una organización creada para explorar el uso de la tracción a vapor en una configuración ferroviaria moderna. El grupo recibió la última locomotora de vapor clase ATSF 3460 superviviente (pero que no funciona) (No. 3463) mediante donación de su propietario anterior en Kansas, el Great Overland Station Museum. Esperan utilizarlo como plataforma para desarrollar "la locomotora de pasajeros más limpia y potente del mundo", capaz de alcanzar velocidades de hasta 210 km/h (130 mph). Llamado "Proyecto 130", su objetivo es batir el récord mundial de velocidad de un tren de vapor establecido por el LNER Clase A4 4468 Mallard en el Reino Unido a 126 mph (203 km/h). Sin embargo, aún está por verse cualquier demostración de las afirmaciones del proyecto.
En Alemania todavía hay un pequeño número de locomotoras de vapor sin fuego en servicio industrial, por ejemplo en centrales eléctricas, donde se dispone fácilmente de suministro de vapor in situ.
La pequeña ciudad de Wolsztyn , Polonia , aproximadamente a 60 kilómetros (37 millas) de la histórica ciudad de Poznan , es el último lugar en el mundo donde se puede viajar en un tren de pasajeros con horario regular tirado por vapor. El cobertizo de locomotoras de Wolsztyn es el último de su tipo en el mundo. Hay varias locomotoras en funcionamiento que transportan diariamente el servicio de cercanías entre Wolsztyn, Poznan, Leszo y otras ciudades vecinas. Se pueden participar en cursos de footplate a través de The Wolsztyn Experience. No queda ningún lugar en el mundo que todavía opere un servicio diario de pasajeros y viajeros no turísticos a vapor, excepto aquí en Wolsztyn. Hay varias locomotoras de uso general OL49 clase 2-6-2 de fabricación polaca y una PT47 clase 2-8-2 en servicio regular. Cada mes de mayo, Wolsztyn es sede de un festival de locomotoras de vapor que atrae a visitantes, a menudo más de una docena cada año, todas en funcionamiento. Estas operaciones no se realizan con fines turísticos o museísticos/históricos; Esta es la última línea ferroviaria sin diésel de la PKP (Red Estatal Polaca) que se ha convertido a energía diésel.
La empresa suiza Dampflokomotiv- und Maschinenfabrik DLM AG entregó entre 1992 y 1996 ocho locomotoras de vapor para cremalleras de Suiza y Austria. Cuatro de ellas son ahora la tracción principal del Brienz Rothorn Bahn ; los otros cuatro se construyeron para Schafbergbahn en Austria, donde circula el 90% de los trenes.
La misma empresa también reconstruyó una locomotora alemana DR Clase 52.80 2-10-0 según nuevos estándares con modificaciones como rodamientos de rodillos, combustión de gasóleo y aislamiento de la caldera. [111]
El uso futuro de locomotoras de vapor en el Reino Unido está en duda debido a la política gubernamental sobre el cambio climático . La Heritage Railway Association está trabajando con el Grupo Parlamentario de Todos los Partidos sobre Heritage Rail en un esfuerzo por seguir utilizando locomotoras de vapor con carbón. [112]
Muchos ferrocarriles turísticos utilizan locomotoras de vapor alimentadas con petróleo (o han convertido sus locomotoras para que funcionen con petróleo) para reducir su huella ambiental y porque el fueloil puede ser más fácil de obtener que el carbón del tipo y tamaño adecuados para las locomotoras. Por ejemplo, el ferrocarril del Gran Cañón utiliza sus locomotoras de vapor con aceite vegetal usado.
Una organización llamada Coalición por un Ferrocarril Sostenible (CSR) está desarrollando un sustituto del carbón respetuoso con el medio ambiente elaborado a partir de biomasa torrefactada . [113] A principios de 2019, realizaron una serie de pruebas utilizando Everett Railroad para evaluar el rendimiento del biocombustible , con resultados positivos. Se descubrió que el biocombustible se quema ligeramente más rápido y a mayor temperatura que el carbón. [114] El objetivo del proyecto es principalmente encontrar un combustible sostenible para las locomotoras de vapor históricas en los ferrocarriles turísticos, pero CSR también ha sugerido que, en el futuro, las locomotoras de vapor propulsadas por biomasa torrefactada podrían ser una alternativa medioambiental y económicamente superior al diésel. locomotoras. [113] Además, se puede utilizar una tina grande que contenga sal sin necesidad de reponer el medio. Los elementos calefactores grandes serían un método para recargar el sistema; sin embargo, también es posible bombear sal fundida, retirando la sal enfriada y reponiendola desde instalaciones que contienen una tina mucho más grande. [ cita necesaria ]
Las locomotoras de vapor están presentes en la cultura popular desde el siglo XIX. Las canciones populares de ese período, incluidas " He estado trabajando en el ferrocarril " y la " Balada de John Henry ", son un pilar de la música y la cultura estadounidenses.
Se han fabricado muchos juguetes de locomotoras de vapor y el modelado de ferrocarriles es un pasatiempo popular.
Las locomotoras de vapor a menudo aparecen representadas en obras de ficción, en particular The Railway Series del reverendo WV Awdry , The Little Engine That Could de Watty Piper , The Polar Express de Chris Van Allsburg y Hogwarts Express de la serie Harry Potter de JK Rowling . También han aparecido en muchos programas de televisión infantiles, como Thomas & Friends , basado en personajes de los libros de Awdry, e Ivor the Engine creado por Oliver Postgate .
El Expreso de Hogwarts también aparece en la serie de películas de Harry Potter, interpretado por GWR 4900 Clase 5972 Olton Hall con una librea especial de Hogwarts. El Polar Express aparece en la película animada del mismo nombre .
En Universal Orlando Resort en Florida se presenta un funicular temático elaborado en funicular Hogwarts Express , que conecta la sección de Harry Potter de Universal Studios con el parque temático Islands of Adventure.
El Polar Express se recrea en muchos ferrocarriles tradicionales de los Estados Unidos, incluido el North Pole Express tirado por la locomotora Pere Marquette 1225 , operado por el Steam Railroading Institute en Owosso, Michigan . Según el autor Van Allsburg, esta locomotora fue la inspiración para la historia y se utilizó en la producción de la película.
Varios juegos de computadora y videojuegos cuentan con locomotoras de vapor. Railroad Tycoon , producido en 1990, fue nombrado "uno de los mejores juegos de ordenador del año". [ cita necesaria ]
Hay dos ejemplos notables de locomotoras de vapor utilizadas como cargas en escudos heráldicos . Uno es el de Darlington , que muestra Locomoción No. 1 . El otro es el escudo de armas original de Swindon , actualmente no en uso, que muestra una locomotora de vapor básica. [115] [116]
Las locomotoras de vapor son un tema popular entre los coleccionistas de monedas. [ cita necesaria ] La moneda de 5 pesos de plata de México de 1950 tiene una locomotora de vapor en el reverso como característica destacada.
La moneda de 20 euros del Período Biedermeier , acuñada el 11 de junio de 2003, muestra en el anverso un antiguo modelo de locomotora de vapor (la Ajax ) en la primera línea ferroviaria de Austria, el Kaiser Ferdinands-Nordbahn . El Ajax todavía se puede ver hoy en el Museo Técnico de Viena . Como parte del programa 50 State Quarters , la moneda que representa al estado estadounidense de Utah representa la ceremonia en la que las dos mitades del primer ferrocarril transcontinental se encontraron en Promontory Summit en 1869. La moneda recrea una imagen popular de la ceremonia con locomotoras de vapor de cada una. compañía uno frente al otro mientras se impulsa la púa dorada .
La novela " Noche en el ferrocarril galáctico " [117] de Kenji Miyazawa se centra en la idea de un tren de vapor que viaja entre las estrellas. La novela de Miyazawa inspiró más tarde la exitosa serie " Galaxy Express 999 " de Leiji Matsumoto .
Otra franquicia televisiva japonesa, Super Sentai , presenta monstruos basados en locomotoras de vapor.
Charge Man, un Robot Master de la quinta entrega de la serie Mega Man está basado en una locomotora de vapor.
Una ciudad del sur de Gales ha iniciado 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 instaló una de sus máquinas de vapor de alta presión en los rieles del tranvía de un maestro del hierro local.
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