Locomotora
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Una locomotora o motor es un vehículo de transporte ferroviario que proporciona la fuerza motriz de un tren. Si una locomotora es capaz de transportar una carga útil, generalmente se la denomina unidad múltiple, autocar, automotor o automóvil motorizado; el uso de estos vehículos autopropulsados es cada vez más común para los trenes de pasajeros, pero raro para los de carga.
Tradicionalmente, las locomotoras tiraban de los trenes desde el frente. Sin embargo, la operación push-pull se ha vuelto común, donde el tren puede tener una locomotora (o locomotoras) en la parte delantera, trasera o en cada extremo. Más recientemente, los ferrocarriles han comenzado a adoptar DPU o energía distribuida. El frente puede tener una o dos locomotoras seguidas de una locomotora de tren central que se controla de forma remota desde la unidad principal.
Etimología
La palabra locomotora se origina del latín loco 'de un lugar', ablativo de locus 'lugar', y el latín medieval motivus 'causar movimiento', y es una forma abreviada del término motor de locomotora , que se utilizó por primera vez en 1814 para distinguir entre máquinas de vapor estacionarias y autopropulsadas.
Clasificaciones
Antes de las locomotoras, la fuerza motriz de los ferrocarriles se generaba mediante varios métodos de baja tecnología, como la fuerza humana, los caballos, la gravedad o los motores estacionarios que impulsaban los sistemas de cables. Pocos sistemas de este tipo existen todavía en la actualidad. Las locomotoras pueden generar su energía a partir de combustible (madera, carbón, petróleo o gas natural), o pueden tomar energía de una fuente externa de electricidad. Es común clasificar las locomotoras por su fuente de energía. Los comunes incluyen:
Vapor
Una locomotora de vapor es una locomotora cuya principal fuente de energía es una máquina de vapor. La forma más común de locomotora de vapor también contiene una caldera para generar el vapor utilizado por el motor. El agua en la caldera se calienta quemando material combustible, generalmente carbón, madera o aceite, para producir vapor. El vapor mueve pistones alternativos que están conectados a las ruedas principales de la locomotora, conocidas como "ruedas motrices". Tanto el suministro de combustible como el de agua se transportan con la locomotora, ya sea en la propia locomotora, en búnkeres y tanques (esta disposición se conoce como "locomotora cisterna") o remolcados detrás de la locomotora, en ténderes (este disposición se conoce como "locomotora tierna").
La primera locomotora de vapor de ferrocarril en funcionamiento a gran escala fue construida por Richard Trevithick en 1802. Fue construida para la fundición de Coalbrookdale en Shropshire, Inglaterra, aunque no ha sobrevivido ningún registro de su funcionamiento allí. El 21 de febrero de 1804, el primer viaje en tren a vapor registrado tuvo lugar cuando otra de las locomotoras de Trevithick remolcó un tren desde la fundición de Penydarren, en Merthyr Tydfil, hasta Abercynon, en Gales del Sur. Acompañado por Andrew Vivian, funcionó con éxito mixto. El diseño incorporó una serie de innovaciones importantes, incluido el uso de vapor a alta presión que redujo el peso del motor y aumentó su eficiencia.
En 1812, la locomotora de cremallera de dos cilindros Salamanca de Matthew Murray circuló por primera vez en el Ferrocarril de piñón y cremallera de rieles laterales de Middleton; esta se considera generalmente como la primera locomotora comercialmente exitosa. Otra locomotora temprana muy conocida fue Puffing Billy, construida entre 1813 y 1814 por el ingeniero William Hedley para Wylam Colliery cerca de Newcastle upon Tyne. Esta locomotora es la más antigua conservada y se encuentra en exhibición estática en el Museo de Ciencias de Londres. George Stephenson construyó Locomotion No. 1 para Stockton & Ferrocarril de Darlington en el noreste de Inglaterra, que fue el primer ferrocarril de vapor público del mundo. En 1829, su hijo Robert construyó The Rocket en Newcastle upon Tyne. Rocket participó y ganó las Rainhill Trials. Este éxito hizo que la empresa emergiera como el principal constructor temprano de locomotoras de vapor utilizadas en los ferrocarriles del Reino Unido, EE. UU. y gran parte de Europa. El Liverpool & Manchester Railway, construido por Stephenson, abrió un año después haciendo uso exclusivo de la energía de vapor para los trenes de pasajeros y mercancías.
La locomotora de vapor siguió siendo, con mucho, el tipo de locomotora más común hasta después de la Segunda Guerra Mundial. Las locomotoras de vapor son menos eficientes que las modernas locomotoras diésel y eléctricas, y se requiere una mano de obra significativamente mayor para operarlas y darles servicio. Las cifras de British Rail mostraron que el costo de tripular y alimentar una locomotora de vapor era aproximadamente dos veces y media mayor que el costo de mantener una locomotora diésel equivalente, y el kilometraje diario que podían recorrer era menor. Aproximadamente entre 1950 y 1970, la mayoría de las locomotoras de vapor se retiraron del servicio comercial y se reemplazaron por locomotoras eléctricas y diesel-eléctricas. Mientras que América del Norte hizo la transición del vapor durante la década de 1950 y Europa continental en la década de 1970, en otras partes del mundo, la transición ocurrió más tarde. Steam era una tecnología familiar que usaba combustibles ampliamente disponibles y en economías de bajos salarios no sufría una disparidad de costos tan grande. Continuó usándose en muchos países hasta finales del siglo XX. A fines del siglo XX, casi la única energía de vapor que quedaba en uso regular en todo el mundo estaba en los ferrocarriles tradicionales.
Combustión interna
Las locomotoras de combustión interna utilizan un motor de combustión interna, conectado a las ruedas motrices por una transmisión. Por lo general, mantienen el motor funcionando a una velocidad casi constante, ya sea que la locomotora esté estacionaria o en movimiento. Las locomotoras de combustión interna se clasifican por su tipo de combustible y se subcategorizan por su tipo de transmisión.
Benceno
Las locomotoras de benceno tienen motores de combustión interna que utilizan benceno como combustible. Entre finales de 1890 y 1900, varios fabricantes comerciales de locomotoras de benceno habían estado operando. Esto comenzó con Deutz, que produjo un sistema operativo basado en un prototipo de diseño para una mina de manganeso en Giessen. Después, a principios de 1900, se vendieron para múltiples operaciones de minería y construcción de túneles. Después de la década de 1900, no era necesario ni requerido un uso generalizado, su insuficiencia había aumentado con la existencia de locomotoras de gasolina y diésel.
Queroseno
Las locomotoras de queroseno utilizan queroseno como combustible. Fueron las primeras locomotoras de combustión interna del mundo, precediendo a las locomotoras diesel y otras locomotoras de petróleo por algunos años. El primer vehículo ferroviario de queroseno conocido fue una dresina construida por Gottlieb Daimler en 1887, pero técnicamente no era una locomotora, ya que transportaba una carga útil.
Una locomotora de queroseno fue construida en 1894 por los hermanos Priestman de Kingston upon Hull para su uso en los muelles de Hull. Esta locomotora fue construida utilizando un motor de tipo marino de doble efecto de 12 hp, funcionando a 300 rpm, montado en un chasis de vagón de 4 ruedas. Solo podía transportar un vagón cargado a la vez, debido a su baja potencia de salida, y no fue un gran éxito. La primera locomotora de queroseno exitosa fue "Lachesis" construido por Richard Hornsby &Amp; Sons y entregado al ferrocarril Woolwich Arsenal en 1896. La empresa construyó cuatro locomotoras de queroseno entre 1896 y 1903, para su uso en el Arsenal.
Gasolina
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Las locomotoras de gasolina utilizan petróleo (gasolina) como combustible. La primera locomotora de gasolina comercialmente exitosa fue una locomotora mecánica de gasolina construida por Maudslay Motor Company en 1902, para el mercado de ganado de Deptford en Londres. Se trataba de una locomotora de 80 CV con motor de gasolina vertical de 3 cilindros, con caja de cambios mecánica de dos velocidades.
Gasolina-mecánica
El tipo más común de locomotora de gasolina son las locomotoras mecánicas de gasolina, que utilizan transmisiones mecánicas en forma de cajas de cambios (a veces junto con transmisiones por cadena) para entregar la potencia del motor al ruedas motrices, de la misma manera que un automóvil. La segunda locomotora mecánica de gasolina fue construida por F.C. Blake de Kew en enero de 1903 para la Junta de Alcantarillado Principal de Richmond.
Gasolina-eléctrico
Locomotoras gasolina-eléctricas son locomotoras de gasolina que utilizan transmisión eléctrica para entregar la potencia del motor a las ruedas motrices. Esto evita la necesidad de cajas de cambios al convertir la fuerza mecánica rotatoria del motor en energía eléctrica mediante una dínamo y luego accionar las ruedas mediante motores de tracción eléctrica de varias velocidades. Esto permite una aceleración más suave, ya que evita la necesidad de cambios de marcha, sin embargo, es más caro, más pesado y, a veces, más voluminoso que la transmisión mecánica.
En 1913 se construyó una destacada locomotora de gasolina y electricidad para Minneapolis, St. Paul, Rochester y Dubuque Electric Traction Company. Pesaba 60 toneladas, generaba 350 hp y conducía a través de un par de bogies en un arreglo Bo-Bo.
Diésel
Las locomotoras diésel funcionan con motores diésel. En los primeros días del desarrollo de la propulsión diésel, se emplearon varios sistemas de transmisión con diversos grados de éxito, siendo la transmisión eléctrica la más popular.
Diesel-mecánica
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Una locomotora diésel-mecánica utiliza transmisión mecánica para transferir potencia a las ruedas. Este tipo de transmisión generalmente se limita a locomotoras de maniobras (conmutación) de baja potencia y baja velocidad, unidades múltiples livianas y vagones autopropulsados. Las primeras locomotoras diesel eran diesel-mecánicas. En 1906, Rudolf Diesel, Adolf Klose y el fabricante de motores diésel y de vapor Gebrüder Sulzer fundaron Diesel-Sulzer-Klose GmbH para fabricar locomotoras diésel. Los Ferrocarriles Estatales de Prusia encargaron una locomotora diésel a la empresa en 1909. La primera locomotora diésel del mundo (una locomotora mecánica diésel) se operó en el verano de 1912 en el ferrocarril Winterthur-Romanshorn en Suiza, pero fue no es un éxito comercial. Se produjeron pequeñas cantidades de prototipos de locomotoras diésel en varios países hasta mediados de la década de 1920.
Diesel-eléctrica
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Las locomotoras diésel-eléctricas son locomotoras diésel que utilizan transmisión eléctrica. El motor diésel impulsa un generador eléctrico de CC (generalmente, menos de 3000 caballos de fuerza (2200 kW) netos para la tracción), o un alternador-rectificador eléctrico de CA (generalmente, 3000 caballos de fuerza (2200 kW) netos o más para la tracción), la salida de que proporciona energía a los motores de tracción que impulsan la locomotora. No hay conexión mecánica entre el motor diesel y las ruedas. La gran mayoría de las locomotoras diésel actuales son diésel-eléctricas.
En 1914, Hermann Lemp, un ingeniero eléctrico de General Electric, desarrolló y patentó un sistema confiable de control eléctrico de corriente continua (Lemp también patentó las mejoras posteriores). El diseño de Lemp usó una sola palanca para controlar tanto el motor como el generador de manera coordinada, y fue el prototipo para el control de todas las locomotoras diesel-eléctricas. En 1917-18, GE produjo tres locomotoras diésel-eléctricas experimentales utilizando el diseño de control de Lemp. En 1924, una locomotora diesel-eléctrica (Eel2 número original Юэ 001/Yu-e 001) entró en operaciones. Había sido diseñado por un equipo dirigido por Yury Lomonosov y construido entre 1923 y 1924 por Maschinenfabrik Esslingen en Alemania. Tenía 5 ejes motrices (1'E1'). Después de varios viajes de prueba, arrastró trenes durante casi tres décadas, desde 1925 hasta 1954.
Diesel-hidráulica
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Las locomotoras diésel-hidráulicas son locomotoras diésel que utilizan transmisión hidráulica. En esta disposición, utilizan uno o más convertidores de par, en combinación con engranajes, con un mando final mecánico para transmitir la potencia del motor diésel a las ruedas.
El principal usuario mundial de transmisiones hidráulicas de línea principal fue la República Federal de Alemania, con diseños que incluyen el DB Class V 200 de los años 50 y la familia DB V 160 de los años 60 y 70. British Rail introdujo una serie de diseños hidráulicos diésel durante su Plan de Modernización de 1955, inicialmente versiones construidas bajo licencia de diseños alemanes. En España, Renfe utilizó diseños alemanes bimotores de alta relación potencia/peso para transportar trenes de alta velocidad desde la década de 1960 hasta la década de 1990. (ver Renfe Clases 340, 350, 352, 353, 354).
Los sistemas de accionamiento hidrostático también se han aplicado al uso ferroviario, por ejemplo, locomotoras de maniobras de 350 a 750 hp (260 a 560 kW) de CMI Group (Bélgica). Los accionamientos hidrostáticos también se utilizan en máquinas de mantenimiento ferroviario, como apisonadores y pulidoras de rieles.
Turbina de gas
Una locomotora de turbina de gas es una locomotora con motor de combustión interna que consta de una turbina de gas. Los motores ICE requieren una transmisión para accionar las ruedas. Se debe permitir que el motor continúe funcionando cuando se detiene la locomotora.
Las locomotoras mecánicas de turbina de gas utilizan una transmisión mecánica para entregar la potencia de salida de las turbinas de gas a las ruedas. Una locomotora de turbina de gas fue patentada en 1861 por Marc Antoine Francois Mennons (patente británica n. ° 1633). No hay evidencia de que la locomotora haya sido realmente construida, pero el diseño incluye las características esenciales de las locomotoras de turbina de gas, incluido el compresor, la cámara de combustión, la turbina y el precalentador de aire. En 1952, Renault entregó un prototipo de locomotora mecánica de turbina de gas de cuatro ejes y 1150 hp equipada con el sistema de "turbina libre" sistema de producción de gas y aire comprimido, en lugar de un compresor coaxial de etapas múltiples integrado en la turbina. Este modelo fue sucedido por un par de locomotoras de seis ejes de 2400 hp con dos turbinas y alimentación Pescara en 1959. Kharkov Locomotive Works construyó varias locomotoras similares en la URSS.
Las locomotoras eléctricas de turbina de gas, utilizan una turbina de gas para impulsar un generador eléctrico o alternador que produce corriente eléctrica y alimenta el motor de tracción que mueve las ruedas. En 1939, los Ferrocarriles Federales Suizos encargaron el Am 4/6, un GTEL con una potencia máxima de motor de 1.620 kW (2.170 hp) a Brown Boveri. Se completó en 1941 y luego se sometió a pruebas antes de ingresar al servicio regular. La Am 4/6 fue la primera turbina de gas - locomotora eléctrica. La British Rail 18000 fue construida por Brown Boveri y entregada en 1949. La British Rail 18100 fue construida por Metropolitan-Vickers y entregada en 1951. Una tercera locomotora, la British Rail GT3, fue construida en 1961. Union Pacific operaba una gran flota de turbinas. locomotoras de carga motorizadas a partir de la década de 1950. Éstos se usaban ampliamente en rutas de larga distancia y eran rentables a pesar de su bajo consumo de combustible debido al uso de combustible "sobrante" combustibles de la industria petrolera. En su apogeo, el ferrocarril estimó que impulsaban alrededor del 10% de los trenes de carga de Union Pacific, un uso mucho más amplio que cualquier otro ejemplo de esta clase.
Una turbina de gas ofrece algunas ventajas sobre un motor de pistón. Hay pocas piezas móviles, lo que reduce la necesidad de lubricación y reduce potencialmente los costos de mantenimiento, y la relación potencia-peso es mucho mayor. Una turbina de una potencia de salida determinada también es físicamente más pequeña que un motor de pistón igualmente potente, lo que permite que una locomotora sea muy potente sin ser excesivamente grande. Sin embargo, la potencia de salida y la eficiencia de una turbina caen drásticamente con la velocidad de rotación, a diferencia de un motor de pistón, que tiene una curva de potencia comparativamente plana. Esto hace que los sistemas GTEL sean útiles principalmente para recorridos de larga distancia a alta velocidad. Los problemas adicionales con las locomotoras eléctricas de turbina de gas incluían que eran muy ruidosas.
Eléctrica
(feminine)Una locomotora eléctrica es una locomotora propulsada únicamente por electricidad. La electricidad se suministra a los trenes en movimiento con un conductor (casi) continuo que corre a lo largo de la vía y que generalmente toma una de tres formas: una línea aérea, suspendida de postes o torres a lo largo de la vía o de techos de estructuras o túneles; un tercer carril montado al nivel de la vía; o una batería a bordo. Tanto los sistemas de cables aéreos como los de tercer riel generalmente usan los rieles como conductor de retorno, pero algunos sistemas usan un cuarto riel separado para este propósito. El tipo de energía eléctrica utilizada es corriente continua (CC) o corriente alterna (CA).
Existen varios métodos de recolección: un poste de carro, que es un poste largo y flexible que se acopla a la línea con una rueda o una zapata; un colector de proa, que es un marco que sujeta una varilla colectora larga contra el alambre; un pantógrafo, que es un marco con bisagras que sujeta las zapatas colectoras contra el cable en una geometría fija; o una zapata de contacto, que es una zapata en contacto con el tercer carril. De los tres, el método del pantógrafo es el más adecuado para el funcionamiento a alta velocidad.
Las locomotoras eléctricas utilizan casi universalmente motores de tracción suspendidos del eje, con un motor para cada eje motorizado. En esta disposición, un lado de la carcasa del motor está soportado por cojinetes lisos que se desplazan sobre un muñón rectificado y pulido que forma parte integral del eje. El otro lado de la carcasa tiene una protuberancia en forma de lengüeta que encaja en una ranura correspondiente en el cabezal del camión (bogie), y su propósito es actuar como un dispositivo de reacción de torsión, así como también como un soporte. La transferencia de potencia del motor al eje se realiza mediante engranajes rectos, en los que un piñón en el eje del motor engrana con un engranaje principal en el eje. Ambos engranajes están encerrados en una carcasa hermética a los líquidos que contiene aceite lubricante. El tipo de servicio en el que se utiliza la locomotora dicta la relación de transmisión empleada. Las relaciones numéricamente altas se encuentran comúnmente en las unidades de carga, mientras que las relaciones numéricamente bajas son típicas de los motores de pasajeros.
La electricidad generalmente se genera en estaciones generadoras grandes y relativamente eficientes, se transmite a la red ferroviaria y se distribuye a los trenes. Algunos ferrocarriles eléctricos tienen sus propias estaciones generadoras y líneas de transmisión dedicadas, pero la mayoría compra energía de una empresa de servicios eléctricos. El ferrocarril suele proporcionar sus propias líneas de distribución, interruptores y transformadores.
Las locomotoras eléctricas suelen costar un 20 % menos que las locomotoras diésel, sus costes de mantenimiento son entre un 25 % y un 35 % más bajos y su funcionamiento cuesta hasta un 50 % menos.
Corriente continua
Los primeros sistemas fueron los sistemas de CC. El primer tren de pasajeros eléctrico fue presentado por Werner von Siemens en Berlín en 1879. La locomotora estaba impulsada por un motor de bobinado en serie de 2,2 kW y el tren, compuesto por la locomotora y tres coches, alcanzaba una velocidad de 13 km/h.. Durante cuatro meses, el tren transportó 90.000 pasajeros en una vía circular de 300 metros de largo (984 pies). La electricidad (150 V CC) se suministró a través de un tercer carril aislado entre las vías. Se utilizó un rodillo de contacto para recoger la electricidad. La primera línea de tranvía eléctrico del mundo se inauguró en Lichterfelde, cerca de Berlín, Alemania, en 1881. Fue construida por Werner von Siemens (ver Gross-Lichterfelde Tramway y Berlin Straßenbahn). El Ferrocarril Eléctrico de Volk se inauguró en 1883 en Brighton y es el ferrocarril eléctrico más antiguo que se conserva. También en 1883, Mödling and Hinterbrühl Tram abrió cerca de Viena en Austria. Fue el primero del mundo en servicio regular alimentado desde una línea aérea. Cinco años más tarde, en los EE. UU., los carros eléctricos fueron pioneros en 1888 en el Ferrocarril de Pasajeros de la Unión de Richmond, utilizando equipos diseñados por Frank J. Sprague.
La primera línea subterránea operada eléctricamente fue la City & Ferrocarril del Sur de Londres, impulsado por una cláusula en su ley de habilitación que prohíbe el uso de energía de vapor. Se inauguró en 1890, utilizando locomotoras eléctricas construidas por Mather & Platt. La electricidad se convirtió rápidamente en la fuente de alimentación de elección para los subterráneos, instigada por la invención de Sprague del control de trenes de unidades múltiples en 1897.
El primer uso de electrificación en una línea principal fue en un tramo de cuatro millas de la línea del cinturón de Baltimore de Baltimore & Ohio (B&O) en 1895 conectando la parte principal de B&O con la nueva línea a Nueva York a través de una serie de túneles alrededor de los bordes del centro de Baltimore. Inicialmente se utilizaron tres unidades Bo+Bo, en el extremo sur del tramo electrificado; se acoplaron a la locomotora y al tren y lo arrastraron a través de los túneles.
DC se usaba en sistemas anteriores. Estos sistemas fueron reemplazados gradualmente por AC. Hoy en día, casi todos los ferrocarriles de línea principal utilizan sistemas de CA. Los sistemas de CC se limitan principalmente al tránsito urbano, como los sistemas de metro, trenes ligeros y tranvías, donde los requisitos de energía son menores.
Corriente alterna
La primera locomotora eléctrica AC práctica fue diseñada por Charles Brown, que entonces trabajaba para Oerlikon, Zúrich. En 1891, Brown había demostrado la transmisión de energía a larga distancia, utilizando CA trifásica, entre una planta hidroeléctrica en Lauffen am Neckar y Frankfurt am Main West, una distancia de 280 km. Utilizando la experiencia que había adquirido mientras trabajaba para Jean Heilmann en diseños de locomotoras eléctricas de vapor, Brown observó que los motores trifásicos tenían una mayor relación potencia-peso que los motores de corriente continua y, debido a la ausencia de un conmutador, eran más simples de fabricar. y mantener. Sin embargo, eran mucho más grandes que los motores de CC de la época y no podían montarse en bogies subterráneos: solo podían transportarse dentro de los cuerpos de las locomotoras.
En 1894, el ingeniero húngaro Kálmán Kandó desarrolló un nuevo tipo de generadores y motores eléctricos asíncronos trifásicos para locomotoras eléctricas. Los diseños de Kandó de principios de 1894 se aplicaron por primera vez en un tranvía corto trifásico de CA en Evian-les-Bains (Francia), que se construyó entre 1896 y 1898. En 1918, Kandó inventó y desarrolló el convertidor de fase rotatorio, lo que permitió locomotoras eléctricas para usar motores trifásicos mientras se alimentan a través de un solo cable aéreo, transportando la CA monofásica de frecuencia industrial simple (50 Hz) de las redes nacionales de alto voltaje.
En 1896, Oerlikon instaló el primer ejemplo comercial del sistema en el Tranvía de Lugano. Cada locomotora de 30 toneladas tenía dos motores de 110 kW (150 hp) alimentados por líneas aéreas dobles de 750 V 40 Hz trifásicos. Los motores trifásicos funcionan a velocidad constante y proporcionan un frenado regenerativo, y se adaptan bien a las rutas con pendiente pronunciada, y las primeras locomotoras trifásicas de la línea principal fueron suministradas por Brown (entonces en sociedad con Walter Boveri) en 1899 en el 40 km Línea Burgdorf—Thun, Suiza. La primera implementación de suministro de CA monofásico de frecuencia industrial para locomotoras provino de Oerlikon en 1901, utilizando los diseños de Hans Behn-Eschenburg y Emil Huber-Stockar; La instalación en la línea Seebach-Wettingen de los Ferrocarriles Federales Suizos se completó en 1904. Las locomotoras de 15 kV, 50 Hz, 345 kW (460 hp) y 48 toneladas usaban transformadores y convertidores rotativos para alimentar los motores de tracción de CC.
Los ferrocarriles italianos fueron los primeros en el mundo en introducir la tracción eléctrica en toda la longitud de una línea principal en lugar de solo en un tramo corto. La línea Valtellina de 106 km se inauguró el 4 de septiembre de 1902, diseñada por Kandó y un equipo de la obra de Ganz. El sistema eléctrico era trifásico a 3 kV 15 Hz. El voltaje era significativamente más alto que el utilizado anteriormente y requería nuevos diseños para motores eléctricos y dispositivos de conmutación. El sistema trifásico de dos hilos se utilizó en varios ferrocarriles del norte de Italia y se conoció como "el sistema italiano". Kandó fue invitado en 1905 a asumir la dirección de la Società Italiana Westinghouse y lideró el desarrollo de varias locomotoras eléctricas italianas.
Batería-eléctrica
Una locomotora eléctrica a batería (o locomotora a batería) es una locomotora eléctrica alimentada por baterías a bordo; una especie de vehículo eléctrico de batería.
Estas locomotoras se utilizan cuando una locomotora diésel o eléctrica convencional no sería adecuada. Un ejemplo son los trenes de mantenimiento en líneas electrificadas cuando se corta el suministro eléctrico. Otro uso es en instalaciones industriales donde una locomotora de combustión (es decir, de vapor o diesel) podría causar un problema de seguridad debido a los riesgos de incendio, explosión o emanaciones en un espacio confinado. Las locomotoras de batería son preferibles para las minas en las que el gas puede encenderse con unidades accionadas por trole que forman arcos en las zapatas de recolección, o en las que se puede desarrollar resistencia eléctrica en los circuitos de suministro o retorno, especialmente en las juntas de los rieles, y permitir fugas peligrosas de corriente al suelo.
La primera locomotora eléctrica conocida fue construida en 1837 por el químico Robert Davidson de Aberdeen y funcionaba con celdas galvánicas (baterías). Más tarde, Davidson construyó una locomotora más grande llamada Galvani, exhibida en la Exposición de la Royal Scottish Society of Arts en 1841. El vehículo de siete toneladas tenía dos motores de reluctancia de transmisión directa, con electroimanes fijos que actuaban sobre barras de hierro unidas a un cilindro de madera en cada eje y conmutadores simples. Transportó una carga de seis toneladas a cuatro millas por hora (6 kilómetros por hora) por una distancia de una milla y media (2,4 kilómetros). Se probó en el ferrocarril de Edimburgo y Glasgow en septiembre del año siguiente, pero la energía limitada de las baterías impidió su uso general.
Otro ejemplo fue en la mina de cobre Kennecott, Latouche, Alaska, donde en 1917 se ampliaron las vías de transporte subterráneas para permitir el trabajo de dos locomotoras a batería de 4+1⁄2 toneladas. En 1928, Kennecott Copper ordenó cuatro locomotoras eléctricas de la serie 700 con baterías a bordo. Estas locomotoras pesaban 85 toneladas y funcionaban con un cable de trole aéreo de 750 voltios con un alcance considerablemente mayor mientras funcionaban con baterías. Las locomotoras brindaron varias décadas de servicio utilizando la tecnología de batería de níquel-hierro (Edison). Las baterías se reemplazaron por baterías de plomo-ácido y las locomotoras se retiraron poco después. Las cuatro locomotoras fueron donadas a museos, pero una fue desechada. Los otros se pueden ver en Boone and Scenic Valley Railroad, Iowa, y en el Western Railway Museum en Rio Vista, California. La Comisión de Tránsito de Toronto anteriormente operaba una locomotora eléctrica a batería construida por Nippon Sharyo en 1968 y retirada en 2009.
El metro de Londres opera regularmente locomotoras eléctricas a batería para trabajos de mantenimiento general.
Otros tipos
Sin fuego
Atómico-eléctrico
A principios de la década de 1950, el Dr. Lyle Borst, de la Universidad de Utah, recibió fondos de varias líneas ferroviarias y fabricantes de EE. UU. para estudiar la viabilidad de una locomotora eléctrica, en la que un reactor atómico a bordo producía el vapor para generar el electricidad. En ese momento, el poder atómico no se entendía completamente; Borst creía que el principal obstáculo era el precio del uranio. Con la locomotora atómica Borst, la sección central tendría una cámara de reactor de 200 toneladas y paredes de acero de 5 pies de espesor para evitar la liberación de radiactividad en caso de accidentes. Estimó un costo para fabricar locomotoras atómicas con 7000 h.p. motores a aproximadamente $1,200,000 cada uno. En consecuencia, los trenes con generadores nucleares a bordo generalmente se consideraron inviables debido a los costos prohibitivos.
Pila de combustible-eléctrica
En 2002, la primera locomotora de minería impulsada por hidrógeno (pila de combustible) de 3,6 toneladas y 17 kW se demostró en Val-d'Or, Quebec. En 2007 entró en servicio el mini-hidráulico educativo en Kaohsiung, Taiwán. La Railpower GG20B finalmente es otro ejemplo de una locomotora eléctrica de pila de combustible.
Locomotoras híbridas
Hay muchos tipos diferentes de locomotoras híbridas o de modo dual que utilizan dos o más tipos de fuerza motriz. Los híbridos más comunes son las locomotoras electro-diesel que funcionan con suministro eléctrico o con un motor diesel a bordo. Estos se utilizan para proporcionar viajes continuos a lo largo de rutas que solo están parcialmente electrificadas. Los ejemplos incluyen EMD FL9 y Bombardier ALP-45DP
Usar
Hay tres usos principales de las locomotoras en las operaciones de transporte ferroviario: para transportar trenes de pasajeros, trenes de carga y para cambiar (inglés británico: maniobras).
Las locomotoras de carga normalmente están diseñadas para ofrecer un alto esfuerzo de tracción inicial y una alta potencia sostenida. Esto les permite iniciar y mover trenes largos y pesados, pero generalmente tiene el costo de velocidades máximas relativamente bajas. Las locomotoras de pasajeros generalmente desarrollan un esfuerzo de tracción inicial más bajo, pero pueden operar a las altas velocidades requeridas para mantener los horarios de los pasajeros. Las locomotoras de tráfico mixto (inglés de EE. UU.: locomotoras de uso general o conmutadoras de carreteras) diseñadas tanto para trenes de pasajeros como de carga no desarrollan tanto esfuerzo de tracción inicial como una locomotora de carga, pero pueden transportar trenes más pesados que una locomotora de pasajeros.
La mayoría de las locomotoras de vapor tienen motores alternativos, con pistones acoplados a las ruedas motrices por medio de bielas, sin caja de cambios intermedia. Esto significa que la combinación del esfuerzo de tracción inicial y la velocidad máxima está muy influenciada por el diámetro de las ruedas motrices. Las locomotoras de vapor destinadas al servicio de carga generalmente tienen ruedas motrices de menor diámetro que las locomotoras de pasajeros.
En locomotoras diésel-eléctricas y eléctricas el sistema de control entre los motores de tracción y los ejes adapta la potencia de salida a los raíles para el servicio de mercancías o viajeros. Las locomotoras de pasajeros pueden incluir otras características, como energía de cabecera (también conocida como energía de hotel o suministro de tren eléctrico) o un generador de vapor.
Algunas locomotoras están diseñadas específicamente para trabajar en vías férreas de pendiente pronunciada y cuentan con extensos mecanismos de frenado adicionales y, a veces, cremallera y piñón. Las locomotoras de vapor construidas para ferrocarriles de cremallera y piñón empinados con frecuencia tienen la caldera inclinada con respecto al bastidor de la locomotora, de modo que la caldera permanece aproximadamente nivelada en pendientes pronunciadas.
Las locomotoras también se utilizan en algunos trenes de alta velocidad: todos los TGV, muchos AVE, algunos trenes Korea Train Express y los trenes ICE 1 e ICE 2 utilizan locomotoras, que también se conocen como coches de motor. Por otro lado, muchos trenes de alta velocidad, como la red Shinkansen, nunca utilizan locomotoras. En lugar de locomotoras, utilizan unidades múltiples eléctricas (EMU), automóviles de pasajeros que también tienen motores de tracción. El uso de automóviles motorizados permite una alta calidad de conducción y menos equipo eléctrico; pero las EMU tienen menos peso por eje, lo que reduce los costos de mantenimiento, y las EMU también tienen una mayor aceleración y una mayor capacidad de asientos. El KTX-Sancheon y el ICE 3/4/T utilizan una combinación de unidades múltiples eléctricas y automóviles motorizados.
Rol operativo
Las locomotoras trabajan ocasionalmente en una función específica, como:
- Motor de tren es el nombre técnico para una locomotora conectada al frente de un tren ferroviario para transportar ese tren. Alternativamente, donde existen instalaciones para la operación push-pull, el motor de tren puede estar conectado a la parte trasera del tren;
- Motor piloto – una locomotora pegada frente al motor del tren, para permitir el doble encabezamiento;
- Motor bancario – una locomotora que ayuda temporalmente a un tren desde la parte trasera, debido a un comienzo difícil o un gradiente inclinado agudo;
- Motor ligero – una locomotora que opera sin un tren detrás de él, por reubicación o razones operativas. De vez en cuando, un motor ligero se conoce como un tren en y de sí mismo.
- Piloto de estación – una locomotora utilizada para recortar trenes de pasajeros en una estación de tren.
Disposición de ruedas
La disposición de las ruedas de una locomotora describe cuántas ruedas tiene; Los métodos comunes incluyen la disposición de ruedas AAR, la clasificación UIC y los sistemas de notación Whyte.
Locomotoras a control remoto
En la segunda mitad del siglo XX, las locomotoras de control remoto comenzaron a entrar en servicio en las operaciones de conmutación, siendo controladas de forma remota por un operador fuera de la cabina de la locomotora. El principal beneficio es que un operador puede controlar la carga de grano, carbón, grava, etc. en los vagones. Además, el mismo operador puede mover el tren según sea necesario. Así, la locomotora se carga o descarga en aproximadamente un tercio del tiempo.
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