Locomotora de vapor
Una locomotora de vapor es una locomotora que proporciona la fuerza para moverse a sí misma ya otros vehículos mediante la expansión del vapor. Se alimenta de la quema de material combustible (generalmente carbón, petróleo o, en raras ocasiones, madera) para calentar el 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.
En la mayoría de las locomotoras, el vapor se admite alternativamente a cada extremo de sus cilindros en los que los pistones están conectados mecánicamente a las ruedas principales de la locomotora. Los suministros de combustible y agua generalmente se llevan con la locomotora, ya sea en la propia locomotora o en un ténder acoplado a ella. Las variaciones en este diseño general incluyen calderas eléctricas, turbinas en lugar de pistones y el 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 usaron para el transporte ferroviario hasta mediados del siglo XX. Richard Trevithick construyó la primera locomotora de vapor conocida que transportó una carga a lo largo de una distancia en Pen-y-darren en 1804, aunque produjo una locomotora anterior para probarla en Coalbrookdale en 1802. Salamanca, construida en 1812 por Matthew Murray para Middleton Railway, fue la primera locomotora de vapor comercialmente exitosa. Locomotion 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, Stockton and Darlington Railway, en 1825. Se produjo un rápido desarrollo; en 1830, George Stephenson inauguró el primer ferrocarril interurbano público, 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 constructor preeminente de locomotoras de vapor en las primeras décadas de vapor para ferrocarriles en el Reino Unido, Estados Unidos y gran parte de Europa.
Hacia el final de la era del vapor, un énfasis británico de larga data en la velocidad culminó en un récord, aún ininterrumpido, de 126 millas por hora (203 kilómetros por hora) por LNER Class A4 4468 Mallard. En los Estados Unidos, los anchos 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).
Desde principios de la década de 1900, las locomotoras de vapor fueron reemplazadas gradualmente por locomotoras eléctricas y diésel, y los ferrocarriles se convirtieron por completo a energía eléctrica y diésel a partir de finales de la década de 1930. La mayoría de las locomotoras de vapor se retiraron del servicio regular en la década de 1980, aunque varias continúan funcionando en líneas turísticas y patrimoniales.
Historia
Gran Bretaña
Los primeros ferrocarriles empleaban caballos para arrastrar carros a lo largo de las vías del tren. En 1784, William Murdoch, un inventor escocés, construyó un prototipo a pequeña escala de una locomotora de vapor en Birmingham. William Reynolds propuso una locomotora de vapor de rieles a gran escala alrededor de 1787. El pionero de los barcos de vapor John Fitch diseñó y construyó un modelo funcional temprano de una locomotora de vapor de rieles en los EE. pistas El modelo todavía existe en el Museo de la Sociedad Histórica de Ohio en Columbus, EE. UU. Algunos expertos cuestionan la autenticidad y la fecha de esta locomotora y un tren de vapor viable tendría que esperar la invención de la máquina de vapor de alta presión por Richard Trevithick, quien fue pionero en el uso de locomotoras de vapor.
La primera locomotora de vapor de ferrocarril en funcionamiento a gran escala fue la locomotora Coalbrookdale de ancho 3 pies (914 mm) , construido por Trevithick en 1802. Fue construido para la fundición de Coalbrookdale en Shropshire en el Reino Unido, aunque no ha sobrevivido ningún registro de su funcionamiento allí. El 21 de febrero de 1804, tuvo lugar el primer viaje en tren a vapor registrado cuando otra de las locomotoras de Trevithick remolcó un tren a lo largo de la 4 ft 4 in (1321 mm) de ancho desde la fundición de Pen-y-darren, cerca de Merthyr Tydfil, hasta Abercynon en el sur de Gales. Acompañado por Andrew Vivian, funcionó con éxito mixto. El diseño incorporó una serie de innovaciones importantes que incluían el uso de vapor a alta presión que redujo el peso del motor y aumentó su eficiencia.
Trevithick visitó el área de Newcastle en 1804 y tenía una audiencia lista 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. Trevithick continuó con sus propios experimentos de propulsión a vapor a través de otro trío de locomotoras, concluyendo con la Atrápame quien pueda en 1808, la primera en el mundo en transportar pasajeros que pagaban pasaje.
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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 rieles laterales de Middleton. 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 conservada y se encuentra en exhibición estática en el Museo de Ciencias de Londres.
George Stephenson
George Stephenson, un ex minero que trabajaba como maquinista en Killingworth Colliery, desarrolló hasta dieciséis locomotoras Killingworth, incluida la Blücher en 1814, otra en 1815 y una (recién identificada) Killingworth Billy 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 Locomotion No. 1 para Stockton and Darlington Railway, en el noreste de Inglaterra, que fue el primer ferrocarril de vapor público del mundo. En 1829, su hijo Robert construyó en Newcastle The Rocket, que participó y ganó los Rainhill Trials. Este éxito llevó a la empresa a emerger como el principal constructor de locomotoras de vapor utilizadas en los ferrocarriles del Reino Unido, EE. UU. y gran parte de Europa. El Ferrocarril de Liverpool y Manchester abrió un año después haciendo uso exclusivo de la energía de vapor para los trenes de pasajeros y mercancías.
Estados Unidos
Antes de la llegada de las importaciones británicas, se construyeron y probaron algunos prototipos de locomotoras de vapor domésticas en los Estados Unidos. John Fitch construyó uno de los primeros prototipos en miniatura, quien le mostró su motor en miniatura a George Washington durante la década de 1780. Un gran ejemplo destacado fue el 'vagón de vapor' del coronel John Steven. que se demostró en un circuito de pista en Hoboken, Nueva Jersey en 1825.
Muchas de las primeras locomotoras para uso comercial en los ferrocarriles estadounidenses se importaron de Gran Bretaña, incluidas primero la Stourbridge Lion y más tarde la John Bull. Sin embargo, pronto se estableció una industria nacional de fabricación de locomotoras. En 1830, el Tom Thumb del Ferrocarril de Baltimore y Ohio, diseñado por Peter Cooper, fue la primera locomotora comercial fabricada en EE. UU. que funcionó en Estados Unidos; se pensó como una demostración del potencial de la tracción a vapor más que como una locomotora generadora de ingresos. La DeWitt Clinton, construida en 1831 para Mohawk and Hudson Railroad, fue una de las primeras locomotoras notables.
A partir de 2021, el John Bull original estaba en exhibición estática en el Museo Nacional de Historia Estadounidense en Washington, D.C. La réplica se conserva en el Museo del Ferrocarril de Pensilvania.
Europa continental
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 solo se convirtió en tracción a vapor ca. 1837, siendo la primera locomotora de vapor francesa La Gironde producida en Schneider-Creusot. La primera locomotora de vapor en servicio en Europa se llamó El Elefante, que el 5 de mayo de 1835 tiró de 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 de las locomotoras británico John Blenkinsop. Construida en junio de 1816 por Johann Friedrich Krigar en la Real Fundición 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 que se construyó en el continente europeo y el primer servicio de pasajeros a vapor; los curiosos podían viajar en los vagones adjuntos por una tarifa. Está retratado en una insignia de Año Nuevo para la Royal Foundry fechada en 1816. Se construyó otra locomotora usando el mismo sistema en 1817. Iban a usarse en vías férreas en Königshütte y en Luisenthal en el Sarre (hoy parte de Völklingen), pero ninguno pudo volver a funcionar después de ser desmontado, movido y vuelto a montar. El 7 de diciembre de 1835, el Adler corrió por primera vez entre Nuremberg y Fürth en el Bavarian Ludwig Railway. Era el motor número 118 de los trabajos de locomotoras de Robert Stephenson y estaba protegido por patente.
En Rusia, la primera locomotora de vapor fue construida en 1834 por Cherepanovs, sin embargo, sufrió la falta de carbón en el área y fue reemplazada por tracción a caballo 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, comenzó el primer ferrocarril a vapor en Austria en el Emperor Ferdinand Northern Railway entre Viena-Floridsdorf y Deutsch-Wagram. La máquina de vapor en funcionamiento continuo más antigua del mundo también funciona en Austria: la GKB 671 construida en 1860, nunca se ha puesto fuera de servicio y todavía se usa para excursiones especiales.
En 1838, la Maschinenbaufirma Übigau cerca de Dresden fabricó la tercera locomotora de vapor construida en Alemania, la Saxonia, 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 operaron en Italia fueron la Bayard y la Vesuvio, circulando en la línea Napoli-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 íntegramente suiza, la Spanisch Brötli Bahn, de Zúrich a Baden.
Australia
La naturaleza árida del sur de Australia planteó desafíos distintivos para 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 a lo largo de su ruta, la línea cruza un curso de agua dulce permanente, por lo que se debe confiar en el agua de perforación. No se disponía de un tratamiento económico para el agua altamente mineralizada, y las calderas de las locomotoras duraban menos de una cuarta parte del tiempo esperado normalmente. En los días 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 diesel-eléctrica.
Componentes
| Componentes clave a numeración | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| No. | Tema | No. | Tema | No. | Tema | No. | Tema |
| 1 | Tender | 13 | Puerta de la caja de humo | 25 | Valvula | 37 | Coal bunker |
| 2 | Cab | 14 | Camión de remolque / Rear bogie | 26 | Cofre de válvula / Cofre de vapor | 38 | Grado / Grado de fuego |
| 3 | Válvulas de seguridad | 15 | Tabla de correr / tabla de pie | 27 | Firebox | 39 | Cena de Ashpan |
| 4 | Alcance varilla | 16 | Frame | 28 | Tubos de boiler | 40 | Diario |
| 5 | Whistle | 17 | Zapato de freno | 29 | Boiler | 41 | Equiparación de vigas / Equiparación de palancas / Equiparación de barras |
| 6 | Generador / generador de Turbo | 18 | Pipa de arena | 30 | Tubos de sobrecalentamiento | 42 | Manantiales de hoja |
| 7 | Sand dome | 19 | Barras laterales / Barras de coupling | 31 | Válvula reguladora / Válvula de propulsión | 43 | Rueda para conducir / Conductor |
| 8 | palanca de propulsión / palanca reguladora | 20 | Equipo de válvula / Moción | 32 | Supercalentador | 44 | Pedestal / Saddle |
| 9 | Doma de vapor | 21 | Varilla de conexión / varilla principal | 33 | Estante de humo / chimenea | 45 | Tubo de lavado |
| 10 | Bomba de aire / Compresor | 22 | Piston rod | 34 | Faro | 46 | Camión piloto (cama de pega si eje único) / Bogie líder |
| 11 | Smokebox | 23 | Piston | 35 | Manguera de frenos | 47 | Piloto / Cowcatcher |
| 12 | Tubo de vapor | 24 | Cilindro | 36 | Compartimento de agua | 48 | Pareja / Coupling |
| Las descripciones de estos componentes están aquí. | |||||||
Caldera
La caldera pirotubular era una práctica estándar para las locomotoras de vapor. Aunque se evaluaron otros tipos de calderas, no se utilizaron ampliamente, a excepción de unas 1.000 locomotoras en Hungría que utilizaban la caldera acuotubular Brotan.
Una caldera consta de una caja de fuego donde se quema el combustible, un barril donde el agua se convierte en vapor y una caja de humo que se mantiene a una presión ligeramente más baja que fuera de la caja de fuego.
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 retienen el combustible en un lecho mientras se quema. La ceniza cae a través de la rejilla en un cenicero. Si se usa 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 unos tubos internos que conectan la cámara de combustión con la cámara de humo por los que fluyen los gases de combustión cediendo 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 en 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. La ceniza y el carbón se acumulan en la caja de humo a medida que el gas sube por la chimenea (chimenea o chimenea en los EE. UU.) por el vapor de escape de los cilindros.
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 y evitar un accidente catastrófico.
El vapor de escape de los cilindros del motor sale disparado de una boquilla que apunta hacia la chimenea en la caja de humo. El vapor arrastra o arrastra consigo los gases de la caja de humo, lo que mantiene una presión más baja en la caja de humo que debajo de la rejilla de la cámara de combustión. Esta diferencia de presión hace que el aire fluya hacia arriba a través del lecho de carbón y mantiene el fuego encendido.
La búsqueda de una eficiencia térmica superior a la de una caldera pirotubular típica 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 superaron la voluntad de aumentar la eficiencia por esa vía.
El vapor generado en la caldera no solo mueve la locomotora, sino que también se utiliza para hacer funcionar otros dispositivos como el silbato, el compresor de aire para los frenos, la bomba para reponer el agua en la caldera y el sistema de calefacción del turismo.. La demanda constante de vapor requiere una reposición periódica de agua en la caldera. El agua se mantiene en un depósito en el ténder de la locomotora o se envuelve 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 del ténder que recolectaba agua cuando el tren pasaba sobre una bandeja de 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 cae, se pierde la eficiencia y el agua se lleva a cabo con el vapor en los cilindros, lo que puede causar daños mecánicos. Más en serio, si el nivel del agua baja demasiado, la hoja superior (superior) de la cámara de combustión queda expuesta. Sin agua en la parte superior de la lámina para transferir el calor de la combustión, se ablanda y falla, dejando que entre 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 agregue agua.
Las incrustaciones se acumulan en la caldera e impiden la transferencia de calor adecuada, y la corrosión finalmente 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 las 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
Circuito de vapor
El vapor generado en la caldera llena el espacio sobre el agua en la caldera parcialmente llena. Su presión máxima de trabajo está limitada por válvulas de seguridad accionadas por resorte. Luego se recolecta en un tubo perforado colocado sobre el nivel del agua o por una cúpula que a menudo alberga la válvula reguladora, cuyo propósito es controlar la cantidad de vapor que sale de la caldera. Luego, el vapor viaja directamente a lo largo y hacia abajo de una tubería de vapor a la unidad del motor o puede pasar primero al colector húmedo de un sobrecalentador, cuya función es mejorar la eficiencia térmica y eliminar las gotas de agua suspendidas en el "saturado. vapor", el estado en que sale de la caldera. Al salir del sobrecalentador, el vapor sale del cabezal seco del sobrecalentador y pasa por una tubería de vapor, entrando en las cajas 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 evacuación del vapor usado una vez que ha hecho su trabajo.
Los cilindros son de doble acción, con entrada de vapor a cada lado del pistón por turnos. En una locomotora de dos cilindros, un cilindro está ubicado 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 sobre cada cara del pistón en los dos cilindros generan una revolución completa de la rueda motriz. Cada pistón está unido al eje impulsor en cada lado mediante una biela, y las ruedas motrices están conectadas entre sí mediante varillas de acoplamiento para transmitir potencia desde el impulsor 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 torsión a la rueda. Por lo tanto, si ambos juegos de bielas pudieran estar en el "punto muerto" al mismo tiempo, y las ruedas se detuvieran en esta posición, la locomotora no podría empezar a moverse. Por lo tanto, las muñequillas están unidas a las ruedas en un ángulo de 90° entre sí, por lo que solo 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 los EE. UU.) y una muñequilla en la rueda motriz (Conductor principal en los EE. UU.) o a una manivela en un eje motriz. El movimiento de las válvulas en la caja de vapor se controla a través de un conjunto de varillas y articulaciones llamado engranaje de válvula, accionado desde el eje motriz o desde la muñequilla; el engranaje de válvulas incluye dispositivos que permiten invertir el motor, ajustar el recorrido de la válvula 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" vapor de admisión y determinar así la proporción de la carrera durante la cual se admite vapor en el cilindro; por ejemplo, un corte del 50 % admite vapor durante la mitad de la carrera del pistón. El resto de la carrera 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. La palanca de inversión (barra Johnson en los EE. UU.), o inversor de tornillo (si está equipado), que controla el corte, por lo tanto, realiza una función similar a la palanca de cambios de un automóvil: corte máximo -off, que proporciona el máximo esfuerzo de tracción a expensas de la eficiencia, se utiliza para arrancar desde un arranque parado, mientras que se utiliza un corte de tan solo el 10 % cuando se viaja a velocidad de crucero, lo que proporciona un esfuerzo de tracción reducido y, por lo tanto, un menor consumo de agua/combustible.
El vapor de escape se dirige hacia arriba fuera de la locomotora a través de la chimenea, a través de una boquilla llamada tubo de escape, creando el familiar "chuffing" sonido de la locomotora de vapor. El soplete se coloca en un punto estratégico dentro de la caja de humos que es al mismo tiempo atravesado por los gases de combustión aspirados a través de la caldera y rejilla 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 (ya 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 de energía y la generación de energía se ajustan automáticamente. Entre otras cosas, debe lograrse un equilibrio entre obtener suficiente tiro para la combustión y dar a los gases de escape y las partículas tiempo suficiente para ser consumidos. En el pasado, una fuerte corriente de aire podía levantar el fuego de la parrilla o provocar la expulsión de partículas no quemadas de combustible, suciedad y contaminación por las que las locomotoras de vapor tenían una reputación poco envidiable. Además, la acción de bombeo del escape tiene el efecto contrario de ejercer una contrapresión en el lado del pistón que recibe vapor, lo que reduce 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 y la contaminación. 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 escape de vapor atrajera más aire a través del radiador.
Equipo de marcha
El mecanismo de rodadura incluye el mecanismo de frenado, los juegos de ruedas, las cajas de grasa, los resortes y el movimiento que incluye las bielas y el mecanismo de válvulas. La transmisión de la potencia de los pistones a los raíles y el comportamiento de la locomotora como vehículo, pudiendo sortear curvas, puntos e irregularidades en la vía, es de suma importancia. Debido a que la potencia recíproca debe aplicarse directamente al riel desde 0 rpm en adelante, esto crea el problema de la adherencia de las ruedas motrices a la superficie lisa del riel. El peso adhesivo es la parte del peso de la locomotora que se apoya en las ruedas motrices. Esto es más efectivo si un par de ruedas motrices pueden aprovechar al máximo su carga por eje, es decir, su parte individual del peso adhesivo. Las vigas igualadoras que conectan los extremos de las ballestas a menudo se han considerado una complicación en Gran Bretaña; sin embargo, las locomotoras equipadas con las vigas generalmente han sido menos propensas a la pérdida de tracción debido al deslizamiento de las ruedas. La suspensión que usaba palancas de compensación 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 operaban en vías irregulares.
Las locomotoras con adherencia total, donde todas las ruedas están acopladas entre sí, generalmente carecen de estabilidad a la velocidad. Para contrarrestar esto, las locomotoras a menudo montan ruedas de transporte sin motor montadas en vagones de dos ruedas o bogies de cuatro ruedas centrados por resortes/balancines invertidos/rodillos de engranajes que ayudan a guiar la locomotora a través de las curvas. Estos suelen tomar peso, de los cilindros en la parte delantera o de la cámara de combustión en la parte trasera, cuando el ancho supera al de los mainframes. Las locomotoras con múltiples ruedas acopladas en un chasis rígido tendrían fuerzas inaceptables en las bridas en curvas cerradas, lo que provocaría un desgaste excesivo de las bridas y los rieles, la separación de las vías y el descarrilamiento de las ruedas. Una solución fue eliminar o adelgazar las pestañas de un eje. Más común era dar juego longitudinal a los ejes y usar control de movimiento lateral con resorte 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 requerido fue dictado por la carga máxima por eje del ferrocarril en cuestión. Un constructor generalmente 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 delanteros, dos ejes motrices y un eje trasero era una máquina de alta velocidad. Se necesitaban dos ejes delanteros para tener un buen seguimiento a altas velocidades. Dos ejes motrices tenían una masa alternativa más baja que tres, cuatro, cinco o seis ejes acoplados. Por lo tanto, pudieron girar a velocidades muy altas debido a la menor masa recíproca. Un eje de arrastre podía soportar una gran cámara de combustión, por lo que la mayoría de las locomotoras con la disposición de ruedas de 4-4-2 (American Type Atlantic) se llamaban vapores libres y podían mantener presión de vapor independientemente del ajuste del acelerador.
Chasis
El chasis, o bastidor de locomotora, es la estructura principal sobre la que se monta la caldera y que incorpora los distintos elementos del tren de rodaje. La caldera está rígidamente montada sobre una "silla de montar" debajo de la caja de humo y frente al barril de la caldera, pero la caja de fuego 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 placa", en los que 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 los cilindros interiores se montan entre los marcos, los marcos de placas son una sola fundición grande que forma un elemento de soporte principal. Las cajas de grasa se deslizan hacia arriba y hacia abajo para dar cierta suspensión, contra redes engrosadas adheridas al marco, llamadas "bloques de bocina".
La práctica estadounidense durante muchos años fue utilizar marcos de barras construidos, con la estructura de cilindro/silla de caja de humo y la viga de arrastre integradas en ellos. En la década de 1920, con la introducción de la "superpotencia", la caja de locomotora de acero fundido se convirtió en la norma, incorporando bastidores, soportes colgantes de resorte, soportes de movimiento, sillín de caja de humo y bloques de cilindros en una sola fundición compleja, robusta pero pesada.. Un estudio de diseño de SNCF que utilizó marcos tubulares soldados dio como resultado un marco rígido con una reducción de peso del 30 %.
Combustible y agua
Por lo general, las locomotoras más grandes están permanentemente acopladas a un ténder que transporta el agua y el combustible. A menudo, las locomotoras que recorren distancias más cortas no tienen ténder y transportan el combustible en un búnker, con el agua transportada en tanques colocados junto a la caldera. Los tanques pueden tener varias configuraciones, incluidos dos tanques al costado (tanques laterales o tanques de maletas), uno en la parte superior (tanque de asiento) o uno entre los marcos (tanque de pozo).
El combustible utilizado dependía de lo económicamente disponible para el ferrocarril. En el Reino Unido y otras partes de Europa, los abundantes suministros de carbón hicieron de esta la elección obvia desde los primeros días de la máquina de vapor. Hasta 1870, la mayoría de las locomotoras en los Estados Unidos quemaban madera, pero a medida que se despejaban los bosques del Este, el uso del carbón se hizo cada vez más generalizado hasta que se convirtió en el combustible dominante en todo el mundo en las locomotoras de vapor. Los ferrocarriles que sirven a las operaciones de cultivo de caña de azúcar queman bagazo, un subproducto de la refinación de azúcar. En los EE. UU., 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 sudoeste, particularmente en el Pacífico Sur. En el estado australiano de Victoria, muchas locomotoras de vapor se convirtieron en combustible 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 se modificaron para usar calderas calentadas eléctricamente, que consumían alrededor de 480 kW de energía recolectada de una línea aérea con un 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 hidroelectricidad.
Varias líneas turísticas y locomotoras patrimoniales en Suiza, Argentina y Australia han usado aceite tipo diesel liviano.
El agua se suministró en las paradas y depósitos de locomotoras desde una torre de agua dedicada conectada a grúas de agua o pórticos. En el Reino Unido, EE. UU. y Francia, se proporcionaron canales de agua (bandejas de vía en EE. UU.) en algunas líneas principales para permitir que las locomotoras repusieran su suministro de agua sin parar, con agua de lluvia o nieve derretida que llenaba el canal. debido a las inclemencias del tiempo. Esto se logró mediante el uso de una "cuchara de agua" instalado debajo del ténder o del tanque de agua trasero en el caso de un motor de tanque grande; el bombero bajó remotamente el cucharón en el canal, la velocidad del motor forzó el agua hacia el tanque y el cucharón se levantó nuevamente una vez que estuvo lleno.
El agua es esencial para el funcionamiento de una locomotora de vapor. Como argumentó Swengel:
Tiene el calor específico más alto de cualquier sustancia común; es decir, más energía térmica se almacena mediante el calentamiento del agua a una temperatura determinada que se almacenaría calentando una masa igual de acero o cobre a la misma temperatura. Además, la propiedad de vaporización (formando 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.
Swengel continuó señalando que "a baja temperatura y rendimientos de caldera relativamente bajos", el agua de buena calidad y el lavado regular de la caldera eran una práctica aceptable, a pesar de que dicho mantenimiento era alto. Sin embargo, a medida que aumentaba la presión del vapor, surgió un problema de "formación de espuma" o "cebado" desarrollado en la caldera, donde los sólidos disueltos en el agua formaron "burbujas de piel dura" dentro de la caldera, que a su vez fueron llevados a las tuberías de vapor y podrían volar las culatas. Para solucionar el problema, periódicamente se desperdiciaba agua mineral caliente concentrada (soplado) de la caldera. Las presiones de vapor más altas requerían más purga de agua fuera de la caldera. El oxígeno generado por el agua hirviendo ataca la caldera y, con el aumento de la presión del vapor, aumenta la tasa de oxidación (óxido de hierro) generada dentro de la caldera. Una forma de ayudar a superar el problema era el tratamiento del agua. Swengel sugirió que estos problemas contribuyeron al interés en la electrificación de los ferrocarriles.
En la década de 1970, L.D. Porta desarrolló un sofisticado sistema de tratamiento químico de agua de alta resistencia (Tratamiento Porta) que no solo mantiene limpio el interior de la caldera y evita 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 a los cilindros de agua y materia abrasiva suspendida.
Algunas locomotoras de vapor han funcionado con combustibles alternativos, como aceite de cocina usado, como Grand Canyon Railway 4960, Grand Canyon Railway 29, U.S. Sugar 148 y Disneyland Railroad Locomotives.
Tripulación
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 (América del Norte), es responsable de controlar el arranque, la parada y la velocidad de la locomotora, y el bombero es responsable de mantener el fuego, regular la presión del vapor y controlar los niveles de agua de la caldera y del ténder. Debido a la pérdida histórica de infraestructura operativa y personal, las locomotoras de vapor preservadas que operan en la línea principal a menudo tendrán un equipo de apoyo que viaja con el tren.
Enseres y electrodomésticos
Todas las locomotoras están equipadas con una variedad de aparatos. Algunos de estos 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:
Bombas e inyectores de vapor
Se debe suministrar agua (agua de alimentación) a la caldera para reemplazar la que se agota como vapor después de proporcionar una carrera de trabajo a los pistones. Como la caldera está bajo presión durante el funcionamiento, el agua de alimentación debe entrar en la caldera a una presión mayor que la presión del vapor, lo que requiere el uso de algún tipo de bomba. Las bombas manuales eran suficientes para las primeras locomotoras. Los motores posteriores usaban bombas impulsadas por el movimiento de los pistones (bombas de eje), que eran simples 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 la válvula y las varillas del pistón a altas velocidades.. Más tarde, los inyectores de vapor reemplazaron la bomba, mientras que algunos motores hicieron la transición a turbobombas. La práctica estándar evolucionó para usar 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 parado oa bajas velocidades. En el siglo XX, prácticamente todas las locomotoras de nueva construcción usaban solo inyectores de vapor; a menudo, un inyector se suministraba con "vivo" vapor directamente de la caldera y el otro usaba vapor de escape de los cilindros de la locomotora, que era más eficiente (ya que usaba vapor desperdiciado) pero solo podía usarse cuando la locomotora estaba en movimiento y el regulador estaba abierto. Los inyectores se volvieron poco confiables si el agua de alimentación estaba a alta temperatura, por lo que las locomotoras con calentadores de agua de alimentación, las locomotoras con tanques con los tanques en contacto con la caldera y las locomotoras de condensación a veces usaban bombas de vapor alternativas o turbobombas.
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 se enciende la caldera. Antes de la década de 1870, era más común tener una serie de llaves de paso instaladas en la caldera al alcance de la tripulación; cada llave de prueba (al menos dos y generalmente tres estaban instaladas) se montó en un nivel diferente. Al abrir cada llave de prueba y ver si salía vapor o agua a través de ella, se podía estimar el nivel de agua en la caldera con una precisión limitada. A medida que aumentaba la presión de la caldera, el uso de llaves de paso se volvía cada vez más peligroso y las válvulas eran propensas a bloquearse con incrustaciones o sedimentos, dando lecturas falsas. Esto condujo a su sustitución por la mirilla. Al igual que con los inyectores, generalmente se instalaban dos vasos con accesorios separados para proporcionar lecturas independientes.
Aislamiento de calderas
El término para aislamiento de tuberías y calderas es "retrasado" que deriva del término del tonelero para una duela de barril de madera. Dos de las primeras locomotoras de vapor usaban revestimiento de madera para aislar sus calderas: la Salamanca, la primera locomotora de vapor comercialmente exitosa, construida en 1812, y la Locomoción No. 1, la primera locomotora de vapor que transportaba pasajeros en una línea ferroviaria pública. Se desperdician grandes cantidades de calor si una caldera no está aislada. Las primeras locomotoras usaban tiras, duelas de madera en forma, colocadas a lo largo del barril de la caldera y sujetas con aros, bandas de metal, los términos y métodos son de tonelería.
El Salamanca (1812)
Locomoción No. 1, (1825)
Rocket (1829; una réplica)
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Los métodos de aislamiento mejorados incluían la aplicación de una pasta espesa que contenía un mineral poroso, como kieselgur, o la unión de bloques moldeados de compuestos aislantes, como bloques de magnesia. En los últimos días del vapor, los "colchones" de tela de amianto cosida rellena de fibra de amianto se fijaron a la caldera, sobre separadores para que no tocaran del todo la caldera. Sin embargo, el asbesto está actualmente prohibido en la mayoría de los países por razones de salud. El material moderno más común es lana de vidrio o envolturas de papel de aluminio.
El revestimiento está protegido por una cubierta de chapa metálica bien ajustada conocida como revestimiento de caldera o revestimiento.
El retraso efectivo es particularmente importante para las locomotoras sin fuego; sin embargo, en tiempos recientes bajo la influencia de L.D. Porta, "exagerado" se ha practicado el aislamiento para todos los tipos de locomotoras en todas las superficies susceptibles de disipar el calor, como los extremos de los cilindros y los revestimientos entre los cilindros y los bastidores principales. Esto reduce considerablemente el tiempo de calentamiento del motor con un marcado aumento en la eficiencia general.
Válvulas de seguridad
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 con 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 báscula de resorte muy conocida. fabricante. El peligro de estos dispositivos era que el equipo de conducción podía verse tentado a añadir peso al brazo para aumentar la presión. La mayoría de las primeras calderas estaban equipadas con un 'bloqueo' a prueba de manipulaciones. válvula de bola de carga directa protegida por un sombrerete. A fines 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 solo era a prueba de manipulaciones, sino que la manipulación por parte del conductor solo podía tener el efecto de aliviar la presión. La válvula de seguridad de George Richardson fue un invento estadounidense introducido en 1875, y fue diseñada para liberar el vapor solo en el momento en que la presión alcanzaba el máximo permitido. Este tipo de válvula es de uso casi universal en la actualidad. El Great Western Railway de Gran Bretaña fue una notable excepción a esta regla, conservando el tipo de carga directa hasta el final de su existencia por separado, porque se consideró que dicha válvula perdía menos presión entre la apertura y el cierre.
Manómetro
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 de resorte daban una indicación aproximada de la presión real. Los promotores de los juicios de Rainhill instaron a que cada contendiente tuviera un mecanismo adecuado para leer la presión de la caldera, y Stephenson ideó un tubo de mercurio vertical de nueve pies con una mirilla en la parte superior, montado junto a la chimenea, para su Cohete. El manómetro de tubo de Bourdon, en el que la presión endereza un tubo en espiral de latón o bronce de sección ovalada conectado a un puntero, se introdujo en 1849 y rápidamente ganó aceptación, y todavía se usa en la actualidad. Algunas locomotoras tienen un manómetro adicional en la caja de vapor. Esto ayuda al conductor a evitar que las ruedas patinen al arrancar, advirtiendo si la apertura del regulador es demasiado grande.
Parachispas y cajas de humo
- Spark arrestr and self-cleaning smokebox
Los quemadores de leña emiten grandes cantidades de chispas voladoras que requieren un dispositivo de detención de chispas eficiente que generalmente se aloja en la chimenea. Se instalaron muchos tipos diferentes, el tipo inicial más común fue la chimenea 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 chimenea. Un diseño más eficiente fue la pila centrífuga Radley and Hunter patentada en 1850 (comúnmente conocida como pila de diamante), que incorporaba deflectores orientados para inducir un efecto de remolino en la cámara que animaba a las brasas a quemarse y caer al fondo como ceniza.. En la caja de humos autolimpiante se logró el efecto contrario: al permitir que los gases de combustión golpearan una serie de placas deflectoras, inclinadas de tal manera que la explosión no se viera afectada, las partículas más grandes se rompieron en pequeños pedazos que serían expulsados con la explosión, en lugar de asentarse en el fondo de la caja de humo para ser removida a mano al final de la carrera. Al igual que con el pararrayos, se incorporó una pantalla para retener las brasas grandes.
Las locomotoras de las clases estándar de los Ferrocarriles Británicos equipadas con cajas de humo autolimpiantes se identificaron mediante una pequeña placa ovalada marcada con "S.C.", colocada en la parte inferior de la puerta de la caja de humo. Estos motores requerían diferentes procedimientos de eliminación y la placa destacaba esta necesidad de personal de depósito.
Fogoneros
Un factor que limita el rendimiento de la locomotora es la velocidad a la que se alimenta el combustible al fuego. A principios del siglo XX, algunas locomotoras se hicieron tan grandes que el bombero no podía palear el carbón lo suficientemente rápido. En los Estados Unidos, varios fogoneros mecánicos a vapor se convirtieron en equipo estándar y se adoptaron y utilizaron en otros lugares, incluidos Australia y Sudáfrica.
Calentamiento de agua de alimentación
Introducir agua fría en una caldera reduce la energía y, a partir de la década de 1920, se incorporaron una variedad de calentadores. El tipo más común de locomotoras era el calentador de agua de alimentación de vapor de escape que canalizaba parte del escape a través de pequeños tanques montados en la parte superior de la caldera o caja de humo o en el tanque tierno; Luego, el agua caliente tenía que ser enviada a la caldera por una pequeña bomba de vapor auxiliar. El raro tipo de economizador se diferenciaba en que 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 vapor de escape también ayuda en el precalentamiento del agua de alimentación de la caldera en un grado pequeño, aunque no hay una ventaja de eficiencia para los inyectores de vapor vivo. Dicho precalentamiento también reduce el choque térmico que puede sufrir una caldera cuando se introduce directamente agua fría. Esto se ve reforzado 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 ajustó este arreglo al extremo superior de sus calderas cónicas sin cúpula. Otras líneas británicas como London, Brighton & South Coast Railway instaló algunas locomotoras con la alimentación superior dentro de una cúpula separada delante de la principal.
Condensadores y reabastecimiento de agua
Las locomotoras de vapor consumen grandes cantidades de agua porque funcionan 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 diseñaron motores de condensación para su uso en zonas desérticas. Estos motores tenían radiadores enormes en sus ténderes y, en lugar de expulsar el vapor del embudo, se capturaba, se devolvía al ténder y se condensaba. El aceite lubricante de los cilindros se eliminó del vapor de escape 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 emplean condensadores (Clase 25, los "infladores que nunca soplan") trabajaron en el desierto de Karoo en Sudáfrica desde la década de 1950 hasta la década de 1980.
Algunas locomotoras británicas y estadounidenses estaban equipadas con palas que recogían agua de "abrevaderos" (bandejas de orugas en los EE. UU.) mientras están en movimiento, evitando así las paradas por agua. En los EE. UU., las comunidades pequeñas a menudo no tenían instalaciones de recarga. Durante los primeros días del ferrocarril, la tripulación simplemente se detenía junto a un arroyo y llenaba el ténder con baldes de cuero. Esto se conocía como "agua turbulenta" y condujo al término "pueblos de jerkwater" (que significa un pueblo pequeño, un término que hoy en día se considera burlón). En Australia y Sudáfrica, las locomotoras de las regiones más secas funcionaban con ténderes de gran tamaño y algunas incluso tenían un vagón de agua adicional, a veces llamado "cantimplora". o en Australia (particularmente en Nueva Gales del Sur) una "ginebra de agua".
Las locomotoras de vapor que trabajaban en los ferrocarriles subterráneos (como el Ferrocarril Metropolitano de Londres) estaban equipadas con un aparato de condensación para evitar que el vapor se escape a los túneles ferroviarios. Estos todavía se usaban entre King's Cross y Moorgate hasta principios de la década de 1960.
Frenado
Las locomotoras cuentan con su propio sistema de frenado, independiente del resto del tren. Los frenos de locomotora emplean zapatas grandes que presionan contra las bandas de rodadura de las ruedas motrices. Con la llegada de los frenos de aire comprimido, un sistema separado permitió al conductor controlar los frenos de todos los automóviles. Se montó un compresor de aire de una sola etapa, impulsado por vapor, en el costado de la caldera. Los trenes de carga largos necesitaban más aire y se introdujo un compresor de dos etapas con cilindros LP y HP, accionado por cilindros de vapor HP y LP de compuestos cruzados. Tenía tres veces y media la capacidad del escenario único. La mayoría fueron hechos por Westinghouse. Se colocaron dos delante de la caja de humo en grandes locomotoras articuladas. Los sistemas Westinghouse se utilizaron en los Estados Unidos, Canadá, Australia y Nueva Zelanda.
Una alternativa al freno de aire es 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 un vacío y liberar los frenos. Se utiliza una bomba de vacío de cruceta o eyector secundario para mantener el vacío en el sistema contra las pequeñas fugas en las conexiones de tubería entre vagones y vagones. Existían sistemas de vacío en las redes ferroviarias británicas, indias, australianas occidentales y sudafricanas.
Las locomotoras de vapor están equipadas con cajas de arena desde las cuales se puede depositar arena sobre el riel para mejorar la tracción y el frenado en climas húmedos o helados. En las locomotoras estadounidenses, las cajas de arena o cúpulas de arena generalmente se montan en la parte superior de la caldera. En Gran Bretaña, el indicador de carga limitado lo impide, por lo que las cajas de arena se montan justo encima o justo debajo de la placa de rodadura.
Lubricación
Los maquinistas lubricaban los pistones y las válvulas de las primeras locomotoras dejando caer 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 de los cilindros 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.
A medida que aumentaban 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, usa 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 aceite es proporcional a la velocidad de la locomotora.
La lubricación de los componentes del bastidor (cojinetes de los ejes, bloques de bocina y pivotes del bogie) depende de la acción capilar: los recortes de hilo peinado se arrastran desde los depósitos de aceite hasta las tuberías que conducen al componente respectivo. La tasa de suministro de aceite está controlada por el tamaño del manojo de hilo y no por la velocidad de la locomotora, por lo que es necesario quitar los recortes (que están montados en el alambre) cuando está parado. Sin embargo, en las paradas regulares (como la plataforma de una estación terminal), el aceite que llega a la vía aún puede ser un problema.
Los cojinetes de cigüeñal y de cruceta llevan pequeños depósitos en forma de copa para el aceite. Estos tienen tuberías de alimentación a la superficie de apoyo que comienzan por encima del nivel de llenado normal, o se mantienen cerrados por un pasador suelto, de modo que solo cuando la locomotora está en movimiento ingresa aceite. En la práctica del Reino Unido, las copas se cierran con corchos simples, pero estos tienen un trozo de caña porosa que los atraviesa para admitir el aire. Es habitual que se incorpore una pequeña cápsula de aceite picante (anís o ajo) en el metal del cojinete para advertir si falla la lubricación y se produce un calentamiento excesivo o desgaste.
Sopladora
(feminine)Cuando la locomotora funciona con potencia, el vapor de escape dirigido hacia la chimenea por el tubo de escape crea una corriente de aire en el fuego. Sin tiro, el fuego se extinguirá rápidamente y la presión del vapor disminuirá. Cuando la locomotora está parada, o navegando por inercia con el regulador cerrado, no hay vapor de escape para crear un tiro, por lo que el tiro se mantiene por medio de un ventilador. Este es un anillo colocado alrededor de la base de la chimenea o alrededor del orificio del tubo de soplado, que contiene varias boquillas de vapor pequeñas dirigidas hacia arriba de la chimenea. Estas boquillas se alimentan con vapor directamente desde la caldera, controlado por la válvula de soplado. Cuando el regulador está abierto, la válvula del soplador está cerrada; cuando el conductor tenga la intención de cerrar el regulador, primero abrirá la válvula del soplador. Es importante que el soplador se abra antes de cerrar el regulador, ya que sin tiro en el fuego, puede haber tiro de retorno, donde el aire atmosférico baja por la chimenea, causando que el flujo de gases calientes a través de los tubos de la caldera se invierta, con el el propio fuego es expulsado a través del orificio de fuego hacia la plataforma, con graves consecuencias para la tripulación. El riesgo de contratiro es mayor cuando la locomotora entra en un túnel debido al golpe de presión. El soplador también se usa para crear tiro cuando se eleva el vapor al comienzo del trabajo de la locomotora, en cualquier momento cuando el maquinista necesita aumentar el tiro en el fuego y para eliminar el humo del maquinista. línea de visión.
Los retrocesos 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 que sufrieron lesiones. En 1954, el número de incidentes y de lesiones fue el mismo y también hubo una víctima mortal." Siguen siendo un problema, como lo demuestra el incidente de 2012 con BR Standard Class 7 70013 Oliver Cromwell.
Búfers
En la práctica británica y europea (excepto en los países de la antigua Unión Soviética), las locomotoras suelen tener amortiguadores en cada extremo para absorber las cargas de compresión ("buffets"). La carga tensional de tirar del tren (fuerza de tiro) es soportada por el sistema de acoplamiento. Juntos, estos controlan la holgura entre la locomotora y el tren, absorben impactos menores y brindan 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, en particular el acoplador Janney, estándar largo en el material rodante de los ferrocarriles estadounidenses, y su mecanismo de tiro asociado, que permite cierto movimiento de holgura limitado. Pequeños hoyuelos llamados "bolsillos polares" en las esquinas delantera y trasera de la locomotora permitía empujar los vagones a una vía adyacente utilizando un poste arriostrado entre la locomotora y los vagones. En Gran Bretaña y Europa, el estilo norteamericano "buckeye" y otros acopladores que manejan fuerzas entre elementos de material rodante se han vuelto cada vez más populares.
Pilotos
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 consideraba innecesario. Con forma de arado, a veces llamados "atrapadores de vacas", eran bastante grandes y estaban diseñados para eliminar obstáculos de la pista, como ganado, bisontes, otros animales o ramas de árboles. Aunque no puede "atrapar" ganado extraviado, estos elementos distintivos permanecieron en las locomotoras hasta el final del vapor. Los motores de cambio generalmente reemplazaban al piloto con pequeños pasos, conocidos como estribos. Muchos sistemas utilizaron el piloto y otras características de diseño para producir una apariencia distintiva.
Faros
Cuando comenzaron las operaciones nocturnas, las compañías ferroviarias de algunos países equiparon sus locomotoras con luces para que el conductor pudiera ver lo que había delante del tren o para que otros pudieran ver la locomotora. Los faros eran originalmente lámparas de aceite o de acetileno, pero cuando las lámparas de arco eléctrico estuvieron disponibles a fines de la década de 1880, reemplazaron rápidamente a los tipos más antiguos.
Gran Bretaña no adoptó luces delanteras brillantes, ya que afectarían la visión nocturna y, por lo tanto, podrían enmascarar las lámparas de aceite de baja intensidad que se usan en las señales de los semáforos y en cada extremo de los trenes, lo que aumenta el peligro de perder las señales, especialmente en vías muy transitadas. Las distancias de parada de las locomotoras también eran normalmente mucho mayores que el alcance de los faros, y los ferrocarriles estaban bien señalizados y completamente vallados para evitar que el ganado y las personas se desviaran hacia ellos, lo que anulaba 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. Cuatro "lámparas de hierro" (soportes en los que colocar las lámparas): uno debajo de la chimenea y tres espaciados uniformemente en la parte superior de la viga de protección. La excepción a esto fue el Ferrocarril del Sur y sus integrantes, 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) indicaron al personal del ferrocarril el origen y el destino del tren. En todos los vehículos, también se proporcionaron hierros de lámpara equivalentes en la parte trasera de la locomotora o ténder para cuando la locomotora estaba funcionando primero con ténder o búnker.
En algunos países, la operación de vapor tradicional continúa en la red nacional. Algunas autoridades ferroviarias han ordenado que los faros potentes estén encendidos en todo momento, incluso durante el día. Esto fue para informar aún más al público o a los trabajadores de la pista de cualquier tren activo.
Campanas y silbatos
Las locomotoras usaban 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 cercadas por ley, las campanas solo eran un requisito en los ferrocarriles que circulaban por una carretera (es decir, no cercados), por ejemplo, un tranvía a lo largo del costado de la carretera o en un astillero. En consecuencia, solo una minoría de locomotoras en el Reino Unido llevaba campanas. Los silbatos se utilizan para señalar al personal y dar advertencias. Dependiendo del terreno en el que se usara 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 a través de cuerdas y palancas. Los campaneros automáticos se generalizaron en los EE. UU. después de 1910.
Control automático
Desde principios del siglo XX, las empresas operadoras en países como Alemania y Gran Bretaña comenzaron a equipar las locomotoras con señalización en la cabina del Sistema de advertencia automático (AWS), que aplicaba automáticamente los frenos cuando se pasaba una señal en "precaución" 34;. En Gran Bretaña, estos se hicieron obligatorios en 1956. En los Estados Unidos, el Ferrocarril de Pensilvania también equipó sus locomotoras con dichos dispositivos.
Motores de refuerzo
El motor de refuerzo era un motor de vapor auxiliar que proporcionaba un esfuerzo de tracción adicional para el arranque. Era un dispositivo de baja velocidad, generalmente montado en el camión de arrastre. Se desembragó a través de un engranaje loco a baja velocidad, p. 30 km/h. Los refuerzos se usaron ampliamente en los EE. UU. y se probaron experimentalmente en Gran Bretaña y Francia. En el sistema ferroviario de trocha angosta de Nueva Zelanda, seis locomotoras Kb 4-8-4 fueron equipadas con impulsores, los únicos 3 ft 6 in ( 1.067 mm) de ancho de vía del mundo en disponer de dicho equipamiento.
Los motores de refuerzo también se instalaron en camiones ténder en los EE. UU. y se conocen como locomotoras auxiliares. Dos e incluso tres ejes de camiones estaban conectados entre sí mediante varillas laterales que los limitaban al servicio de baja velocidad.
Puerta cortafuegos
La puerta para incendios se usa para cubrir el orificio para incendios cuando no se agrega carbón. Sirve para dos propósitos, primero, evita que el aire pase por encima del fuego, más bien lo obliga a pasar a través de él. El segundo propósito es salvaguardar 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 cortafuego vienen en varios diseños, el más básico de los cuales es una sola pieza que tiene bisagras en un lado y puede abrirse sobre la plataforma. 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 evita que la puerta contraincendios se cierre por completo, mientras que otras tienen una pequeña ventilación en la puerta que se puede abrir para permitir que fluya el aire secundario. Aunque se consideró diseñar una puerta contra incendios que se abriera hacia el interior de la cámara de combustión evitando así los inconvenientes causados en la plataforma, dicha puerta estaría expuesta al calor total del fuego y probablemente se deformaría, por lo que sería inútil.
Un tipo de puerta cortafuego más popular consiste en una puerta corrediza de dos piezas operada por una sola palanca. Hay rieles por encima y por debajo de la puerta contraincendios a lo largo de la cual corre la puerta. Estas pistas 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 motorizado que utiliza un cilindro de aire o vapor para abrir la puerta. Entre estas se encuentran las puertas de mariposa que pivotan en la esquina superior, la acción pivotante ofrece poca resistencia al cilindro que abre la puerta.
Variaciones
Se produjeron numerosas variaciones en la locomotora básica cuando los ferrocarriles intentaron mejorar la eficiencia y el rendimiento.
Cilindros
Las primeras locomotoras de vapor tenían dos cilindros, uno a cada lado, y esta práctica persistió como la disposición más simple. Los cilindros pueden montarse entre los bastidores principales (conocidos como cilindros 'interiores') o montarse fuera de los bastidores y las ruedas motrices (cilindros 'externos'). Los cilindros interiores accionan las manivelas integradas en el eje motriz; los cilindros exteriores impulsan las manivelas en las extensiones de los ejes motrices.
Los diseños posteriores emplearon tres o cuatro cilindros, montados tanto dentro como fuera de los marcos, para un ciclo de potencia más uniforme y una mayor potencia de salida. 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 vía restringido, por ejemplo, las clases SR K1 y U1.
La mayoría de las locomotoras británicas para expresos de pasajeros construidas entre 1930 y 1950 eran 4-6-0 o 4-6-2 tipos con tres o cuatro cilindros (por ejemplo, GWR 6000 Class, LMS Coronation Class, SR Merchant Navy Class, LNER Gresley Class 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.
Engranaje de válvulas
Las primeras locomotoras usaban un engranaje de válvula simple que proporcionaba máxima potencia tanto en avance como en retroceso. Pronto, el engranaje de válvulas de Stephenson permitió al conductor controlar el corte; esto fue reemplazado en gran medida por el engranaje de válvulas Walschaerts y patrones similares. Los primeros diseños de locomotoras que usaban válvulas deslizantes y admisión exterior eran relativamente fáciles de construir, pero ineficientes y propensos al desgaste. Eventualmente, las válvulas deslizantes fueron reemplazadas por válvulas de pistón de admisión interna, aunque hubo intentos de aplicar válvulas de asiento (comúnmente utilizadas en motores estacionarios) en el siglo XX. El engranaje de la válvula Stephenson generalmente se colocaba dentro del marco y era de difícil acceso para el mantenimiento; los patrones posteriores aplicados fuera del marco eran más fácilmente visibles y mantenidos.
Composición
Las locomotoras compuestas se utilizaron desde 1876, expandiendo el vapor dos veces o más a través de cilindros separados, lo que reduce las pérdidas térmicas causadas por el enfriamiento de los cilindros. Las locomotoras compuestas fueron especialmente útiles en trenes donde se necesitaban largos períodos de esfuerzos continuos. La combinación contribuyó al espectacular 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 se unía directamente a la marco de la caldera; frente a este se basculó un motor de baja presión en su propio bastidor, que toma el escape del motor trasero.
Locomotoras articuladas
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Las locomotoras muy potentes tienden a ser más largas que las de menor potencia, pero los diseños largos de estructura rígida son impracticables para las curvas cerradas que se encuentran con frecuencia 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 de Garratt estaban sobre bastidores giratorios, mientras que una de Mallet estaba sobre un bastidor giratorio y la otra se fijó debajo de la unidad de caldera. También se diseñaron algunas locomotoras triplex, con una tercera unidad de motor debajo del ténder. Otras variaciones menos comunes incluyeron la locomotora Fairlie, que tenía dos calderas espalda con espalda en un marco común, con dos unidades de motor separadas.
Tipos dúplex
También se probaron locomotoras dúplex, que contenían dos motores en un bastidor rígido, pero no tuvieron mucho éxito. Por ejemplo, la 4-4-4-4 clase T1 del Ferrocarril de Pensilvania, diseñada para funcionar muy rápido, sufrió problemas de deslizamiento recurrentes y, en última instancia, irreparables a lo largo de su carrera.
Locomotoras de engranajes
Para las locomotoras en las que se requería un alto par de arranque y baja velocidad, el enfoque de transmisión directa convencional era inadecuado. "Engranado" Las locomotoras de vapor, como la Shay, la Climax y la Heisler, se desarrollaron para satisfacer esta necesidad en los ferrocarriles industriales, madereros, mineros y de 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 motores. Esta disposición permitió que el motor funcionara a una velocidad mucho más alta que las ruedas motrices en comparación con el diseño convencional, donde la relación es 1:1.
Cabina delantera
En los Estados Unidos, en el Ferrocarril del Pacífico Sur, se produjo una serie de locomotoras de 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 solo fue posible mediante el uso de aceite de combustión. Southern Pacific seleccionó este diseño para proporcionar aire libre de humo para que el maquinista pudiera respirar mientras la locomotora pasaba a través de túneles de montaña y cobertizos de nieve. Otra variación fue la locomotora Camelback, con la cabina situada en la mitad de la caldera. En Inglaterra, Oliver Bulleid desarrolló la locomotora de la clase SR Leader durante el proceso de nacionalización a fines de la década de 1940. La locomotora se probó intensamente, pero varias fallas de diseño (como la combustión de carbón y las válvulas de manguito) significaron que esta locomotora y las otras locomotoras parcialmente construidas fueron desechadas. 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 desechada debido a la dieselización de los ferrocarriles irlandeses.
La única locomotora delantera con cabina conservada es la Southern Pacific 4294 en Sacramento, California.
En Francia, las tres locomotoras Heilmann se construyeron con un diseño de cabina delantera.
Turbinas de vapor
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 transmisión directa en varios países resultaron en su mayoría infructuosos. Londres, Midland & Scottish Railway construyó el Turbomotive, un intento en gran medida exitoso de demostrar la eficiencia de las turbinas de vapor. Si no hubiera sido por el estallido de la Segunda Guerra Mundial, es posible que se hayan construido más. La Turbomotive estuvo en funcionamiento desde 1935 hasta 1949, cuando se reconstruyó en una locomotora convencional porque muchas piezas requerían reemplazo, una propuesta antieconómica para una "única" locomotora. En los Estados Unidos, Union Pacific, Chesapeake & Ohio y Norfolk &erio; Los ferrocarriles occidentales (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, los defectos de diseño o la ineficiencia a velocidades más bajas. El último que quedó en servicio fue el N&W's, retirado en enero de 1958. El único diseño realmente 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, solo se construyeron tres. Dos de ellos se conservan en buen estado de funcionamiento en museos de Suecia.
Locomotora sin fuego
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. Las locomotoras sin fuego se utilizado donde había un alto riesgo de incendio (p. ej., refinerías de petróleo), donde la limpieza era importante (p. ej., plantas de producción de alimentos) o donde el vapor está fácilmente disponible (p. ej., 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 con una locomotora encendida. Hasta que toda el agua se haya evaporado, la presión del vapor no cae, excepto cuando baja la temperatura.
Otra clase de locomotora sin fuego es una locomotora de aire comprimido.
Potencia mixta
Locomotora híbrida de vapor diésel
En Rusia, Gran Bretaña e Italia se han producido locomotoras de potencia mixta que utilizan propulsión tanto a vapor como diésel.
Locomotora de vapor eléctrica
Bajo condiciones inusuales (falta de carbón, abundante hidroelectricidad) algunas locomotoras en Suiza fueron modificadas para usar electricidad para calentar la caldera, convirtiéndolas en locomotoras eléctricas de vapor.
Locomotora a vapor-eléctrica
Una locomotora eléctrica a vapor usa transmisión eléctrica, como las locomotoras diesel-eléctricas, excepto que se usa un motor a vapor en lugar de un motor diesel para accionar un generador. Tres de estas locomotoras fueron construidas por el ingeniero francés Jean Jacques Heilmann en la década de 1890.
Categorización
Las locomotoras de vapor se clasifican según la disposición de sus ruedas. Los dos sistemas dominantes para esto son la notación de 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 la cantidad de ruedas delanteras sin motor, seguidas por la cantidad de ruedas motrices (a veces en varios grupos), seguidas por la cantidad de ruedas traseras sin motor. Por ejemplo, un motor de patio con solo 4 ruedas motrices se clasificaría como una disposición de ruedas 0-4-0. Una locomotora con un camión delantero de 4 ruedas, seguido de 6 ruedas motrices y un camión remolcado 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 "Santa Fe" type (2-10-2) se llama así porque los primeros ejemplos se construyeron para Atchison, Topeka y Santa Fe Railway. Estos nombres se dieron de manera informal y variaron según la región e incluso la política.
La clasificación UIC se usa 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.) Entonces, un Whyte 4-6-2 sería equivalente a una designación 2-C-1 UIC.
En muchos ferrocarriles, las locomotoras estaban organizadas en clases. Estas locomotoras ampliamente representadas que podrían sustituirse entre sí en servicio, pero más comúnmente una clase representaba un diseño único. Por 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 representan características notables (ya veces poco halagüeñas) de las locomotoras.
Rendimiento
Medición
En la era de las locomotoras de vapor, generalmente se aplicaban dos medidas de rendimiento de las locomotoras. Al principio, las locomotoras se clasificaban por esfuerzo de tracción, definido como la fuerza promedio desarrollada durante una revolución de las ruedas motrices en la cabeza del riel. 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 caja de vapor sobre el cilindro) y dividiendo por la relación entre el diámetro del impulsor y la carrera del pistón. Sin embargo, la fórmula precisa es
- t=cPd2sD,{displaystyle t={frac {cPd^{2} {d}}}}
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. En los EE. UU., c suele establecerse en 0,85, pero es más bajo en los motores que tienen un corte máximo limitado al 50–75 %.
El esfuerzo de tracción es solo el "promedio" fuerza, ya que no todo el esfuerzo es constante durante la revolución de los conductores. En algunos puntos del ciclo, solo un pistón está ejerciendo un momento de giro y en otros puntos, ambos pistones están trabajando. No todas las calderas entregan toda la potencia al arrancar, y el esfuerzo de tracción también disminuye a medida que aumenta la velocidad de rotación.
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 reglamentaria en un territorio determinado. Sin embargo, a medida que crecía la presión para hacer circular trenes de mercancías más rápidos y de pasajeros más pesados, se consideró que el esfuerzo de tracción era una medida inadecuada del rendimiento porque no tenía en cuenta la velocidad. Por lo tanto, en el siglo XX, las locomotoras comenzaron a clasificarse por potencia de salida. Se aplicaron una variedad de cálculos y fórmulas, pero en general los ferrocarriles usaban vagones dinamométricos para medir la fuerza de tracción a la velocidad en las pruebas reales en carretera.
Las compañías ferroviarias británicas se han mostrado reacias a revelar las cifras de caballos de fuerza en la barra de tiro y, en su lugar, generalmente se han basado en el esfuerzo de tracción continuo.
Relación con la disposición de las ruedas
La clasificación está indirectamente relacionada con el rendimiento de la locomotora. Dadas las proporciones adecuadas del resto de la locomotora, la potencia de salida está determinada por el tamaño del fuego, y para una locomotora alimentada con carbón bituminoso, esto está determinado por el área de la parrilla. Las locomotoras modernas no compuestas generalmente pueden producir alrededor de 40 caballos de fuerza en la barra de tiro por pie cuadrado de rejilla. La fuerza de tracción, como se señaló anteriormente, está determinada en gran medida por la presión de la caldera, las proporciones del cilindro y el tamaño de las ruedas motrices. Sin embargo, también está limitado por el peso sobre las ruedas motrices (denominado "peso adhesivo"), que debe ser al menos cuatro veces el esfuerzo de tracción.
El peso de la locomotora es aproximadamente proporcional a la potencia de salida; el número de ejes necesarios se determina dividiendo este peso por el límite de carga por eje para la vía en la que se utilizará la locomotora. El número de ruedas motrices se deriva del peso adhesivo de la misma manera, dejando que los ejes restantes sean contabilizados por los bogies delantero y trasero. Las locomotoras de pasajeros tenían convencionalmente bogies delanteros de dos ejes para una mejor guía a la velocidad; por otro lado, el gran aumento en el tamaño de la parrilla y la cámara de combustión en el siglo XX significó que se recurrió a un bogie de arrastre para brindar apoyo. En Europa, se hizo uso de varias variantes del bogie Bissel en el 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 las locomotoras de tráfico mixto y expreso de 8 acoplamientos, y mejoró considerablemente su capacidad para negociar curvas al tiempo que restringía la distancia entre ejes general de la locomotora y maximizaba el peso de la adherencia.
Por regla general, los motores de maniobras (EE. UU.: cambio de motores) 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; hacer el motor más pequeño (y por lo tanto el menor consumo de combustible) para el esfuerzo de tracción era primordial. Las ruedas motrices eran pequeñas y generalmente sostenían la cámara de combustión y la sección principal de la caldera. Los motores bancarios (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 bancarios tendían a tener más ruedas motrices. En los EE. UU., este proceso finalmente dio como resultado el motor tipo Mallet con sus muchas ruedas motrices, y estos tendían a adquirir bogies delanteros y luego traseros a medida que la guía del motor se convertía en un problema mayor.
A medida que los tipos de locomotoras comenzaron a divergir a fines del siglo XIX, los diseños de los motores de carga al principio enfatizaron el esfuerzo de tracción, mientras que los de los motores de pasajeros enfatizaron la velocidad. Con el tiempo, el tamaño de las locomotoras de carga aumentó y el número total de ejes aumentó en consecuencia; el bogie principal solía ser de un solo eje, pero se agregó un camión de arrastre a las locomotoras más grandes para soportar una cámara de combustión más grande que ya no cabía entre las ruedas motrices o encima de ellas. Las locomotoras de pasajeros tenían bogies delanteros con dos ejes, menos ejes motrices y ruedas motrices muy grandes para limitar la velocidad a la que debían moverse las partes recíprocas.
En la década de 1920, el enfoque en los Estados Unidos se centró en los caballos de fuerza, personificados por la "superpotencia" concepto promovido por Lima Locomotive Works, aunque el esfuerzo de tracción seguía siendo la consideración principal después de la Primera Guerra Mundial hasta el final del vapor. Los trenes de mercancías se diseñaron para correr más rápido, mientras que las locomotoras de pasajeros necesitaban tirar de cargas más pesadas a gran velocidad. Esto se logró aumentando el tamaño de la parrilla y la cámara de combustión sin cambios en el resto de la locomotora, lo que requirió la adición de un segundo eje al camión de arrastre. Los 2-8-2s de carga se convirtieron en 2-8-4s mientras que 2-10 -2s se convirtió en 2-10-4s. Del mismo modo, los pasajeros 4-6-2s se convirtieron en 4-6-4s. En los Estados Unidos, esto condujo a una convergencia en el 4-8-4 de doble propósito y el 4-6-6-4 configuración articulada, que se utilizaba tanto para el servicio de carga como de pasajeros. Las locomotoras de mazo pasaron por una transformación similar, evolucionando de motores de banco a enormes locomotoras de línea principal con cámaras de combustión mucho más grandes; sus ruedas motrices también aumentaron de tamaño para permitir un funcionamiento más rápido.
Fabricación
Clases más fabricadas
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La clase única de locomotora de vapor más fabricada del mundo es la 0-10-0 locomotora de vapor rusa de clase E con alrededor de 11 000 producidas tanto en Rusia como en otros países como Checoslovaquia, Alemania, Suecia, Hungría y Polonia. La locomotora rusa clase O contaba con 9129 locomotoras, construidas entre 1890 y 1928. Se produjeron alrededor de 7000 unidades de la DRB alemana Clase 52 2-10-0 Kriegslok.
En Gran Bretaña, se construyeron 863 de la clase GWR 5700 y 943 de la clase DX de London and North Western Railway, incluidas 86 locomotoras construidas para Lancashire and Yorkshire Railway.
Reino Unido
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Antes de la Ley de agrupación de 1923, la producción en el Reino Unido era mixta. Las compañías ferroviarias más grandes construían locomotoras en sus propios talleres, y las más pequeñas y las empresas industriales las encargaban a constructores externos. Existía un gran mercado de constructores externos debido a la política de construcción de viviendas ejercida por las principales empresas ferroviarias. Un ejemplo de una obra de preagrupación fue la de Melton Constable, que mantuvo y construyó algunas de las locomotoras para Midland and Great Northern Joint Railway. Otros trabajos incluyeron uno en Boston (un edificio temprano 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 de constructores externos cuando sus propias obras estaban completamente ocupadas (o como resultado de la estandarización ordenada por el gobierno durante tiempos de guerra).
Desde 1948, los Ferrocarriles Británicos (BR) permitieron que las antiguas empresas Big Four (ahora designadas como "Regiones") siguieran 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.
Algunos fabricantes independientes produjeron locomotoras de vapor durante algunos años más, y la última locomotora de vapor industrial construida en Gran Bretaña fue construida por Hunslet en 1971. Desde entonces, algunos fabricantes especializados han seguido produciendo locomotoras pequeñas para ferrocarriles de vía estrecha y en miniatura., pero como el principal mercado para estos 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 su uso eventual en vuelos chárter y giras.
Suecia
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), inspirado 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 las suecas clase B, clase S (2-6-4) y clase E2 (Las locomotoras 2-8-0) ahora se pueden ver en Gran Bretaña, los Países Bajos, Alemania y Canadá.
Estados Unidos
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 en los Estados Unidos, que inicialmente tenían muchos mercados pequeños ubicados a grandes distancias, en contraste con la mayor densidad de mercados de Europa. Se requerían locomotoras que fueran baratas y resistentes y que pudieran recorrer grandes distancias sobre vías construidas y mantenidas a bajo costo. Una vez que se estableció la fabricación de motores a gran escala, hubo muy pocas ventajas en comprar un motor en el extranjero que tendría 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 europeo y estadounidense cuando podían justificarse en un mercado generalmente muy conservador y de cambios lentos. Con la notable excepción de las locomotoras estándar de la USRA construidas durante la Primera Guerra Mundial, en los Estados Unidos, la fabricación de locomotoras de vapor siempre fue semipersonalizada. Los ferrocarriles ordenaron locomotoras adaptadas a sus requisitos específicos, aunque siempre estuvieron presentes algunas características básicas de diseño. Los ferrocarriles desarrollaron algunas características específicas; por ejemplo, Pennsylvania Railroad y Great Northern Railway tenían preferencia por la cámara de combustión Belpaire. En los Estados Unidos, los fabricantes a gran escala construían locomotoras para casi todas las compañías ferroviarias, aunque casi todos los ferrocarriles importantes tenían talleres capaces de reparaciones pesadas y algunos ferrocarriles (por ejemplo, Norfolk and Western Railway y Pennsylvania Railroad, que tenía dos talleres de montaje).) construyeron locomotoras enteramente en sus propios talleres. Las empresas que fabrican locomotoras en los EE. UU. incluyen 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 los Estados Unidos, y Baldwin representó la mayor parte, casi 70 000.
Las locomotoras de vapor requerían un servicio y revisión regulares y, en comparación con un motor diesel-eléctrico, frecuentes (a menudo en intervalos regulados por el gobierno en Europa y EE. UU.). Las alteraciones y actualizaciones se produjeron regularmente durante las revisiones. Se agregaron nuevos electrodomésticos, se eliminaron características insatisfactorias, se mejoraron o reemplazaron cilindros. Casi cualquier parte de la locomotora, incluidas las calderas, fue reemplazada o mejorada. Cuando el servicio o las actualizaciones se volvieron demasiado caros, la locomotora se cambió o se retiró. En el Ferrocarril de Baltimore y Ohio se desmantelaron dos 2-10-2 locomotoras; las calderas se colocaron en dos nuevas locomotoras Clase T 4-8-2 y la maquinaria de rueda residual se convirtió en un par de Clase U 0-10 -0 conmutadores 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 los elevados problemas de mantenimiento.
Australia
En Sídney, Clyde Engineering y Eveleigh Railway Workshops construyeron locomotoras de vapor para los Ferrocarriles del Gobierno de Nueva Gales del Sur. Estos incluyen la clase C38 4-6-2; las primeras cinco se construyeron en Clyde con aerodinámica, 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, South Australian Railways también fabricó locomotoras de vapor localmente en Islington Railway Workshops en Adelaide. 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 2-6-2T construida para vía estrecha, hasta la clase H 4-8 -4: la locomotora convencional más grande jamás operada en Australia, con un peso de 260 toneladas. Sin embargo, el título de la locomotora más grande jamás utilizada en Australia se lo lleva la locomotora de clase AD60 de Nueva Gales del Sur de 263 toneladas 4-8-4+4-8-4 Garratt, construida por Beyer, Peacock &erio; Compañía 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 Ferrocarriles del Gobierno de Australia Occidental. Talleres ferroviarios de Midland. Las 10 locomotoras de la clase WAGR S (introducidas en 1943) fueron la única clase de locomotora de vapor concebida, diseñada y construida íntegramente en Australia Occidental, mientras que los talleres de Midland participaron notablemente en el programa de construcción en toda Australia de Australian Standard Garratts: estas locomotoras de guerra Las locomotoras se construyeron en Midland en Australia Occidental, Clyde Engineering en Nueva Gales del Sur, Newport en Victoria e Islington en Australia del Sur y vieron diversos grados de servicio en todos los estados australianos.
El fin del vapor en uso general
La introducción de las locomotoras eléctricas a principios del siglo XX y, más tarde, de las locomotoras diesel-eléctricas significó el comienzo de una disminución en el uso de las locomotoras de vapor, aunque pasó algún tiempo antes de que fueran eliminadas del uso general. 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. La transición completa para alejarse de 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. Steam era una tecnología familiar, se adaptaba bien a las instalaciones locales y también consumía una amplia variedad de combustibles; esto llevó a su uso continuado en muchos países hasta finales del siglo XX.
Los motores de vapor tienen una eficiencia térmica considerablemente menor que los motores diesel modernos, por lo que requieren mantenimiento y mano de obra constantes para mantenerlos operativos. Se requiere agua en muchos puntos a lo largo de una red ferroviaria, lo que la convierte en un problema importante en las áreas desérticas, como las que se encuentran en algunas regiones de los Estados Unidos, Australia y Sudáfrica. En lugares donde hay agua disponible, puede ser dura, lo que puede causar "incrustaciones" a formar, compuesto principalmente de 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 las tuberías y los intercambiadores de calor. Esta precipitación es causada principalmente por la descomposición térmica de los iones de bicarbonato, pero también ocurre en los casos en que el ion de carbonato se encuentra en una concentración de saturación. La acumulación de incrustaciones resultante restringe el flujo de agua en las tuberías. En las calderas, los depósitos impiden el flujo de calor hacia el agua, lo que reduce la eficiencia de calefacción y permite que los componentes metálicos de la caldera se sobrecalienten.
El mecanismo alternativo en las ruedas motrices de una locomotora de vapor de dos cilindros y expansión simple tendía a golpear los rieles (ver golpe de martillo), lo que requería más mantenimiento. Levantar vapor del carbón tomó una cuestión de horas y creó serios problemas de contaminación. Las locomotoras que quemaban carbón requerían limpieza contra incendios y eliminación de cenizas entre turnos de servicio. Las locomotoras diésel o eléctricas, en comparación, se beneficiaron de las nuevas instalaciones de servicio construidas a medida. El humo de las locomotoras de vapor también se consideró objetable; las primeras locomotoras eléctricas y diesel se desarrollaron en respuesta a los requisitos de reducción de humo, aunque esto no tuvo en cuenta el alto nivel de contaminación menos visible en el humo de escape diesel, especialmente cuando está en ralentí. En algunos países, sin embargo, la energía para las locomotoras eléctricas se deriva del vapor generado en las centrales eléctricas, que a menudo funcionan con carbón.
Renacimiento
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Los aumentos drásticos en el costo del combustible diesel impulsaron varias iniciativas para reactivar la energía de vapor. Sin embargo, ninguno de estos ha progresado hasta el punto de producción y, a principios del siglo XXI, las locomotoras de vapor operan solo 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 de trocha Trixie de 2 pies (610 mm) que funcionaba con el ferrocarril del molino Meirion. Desde la década de 1990 en adelante, la cantidad de nuevas construcciones que se completaron aumentó drásticamente con nuevas locomotoras completadas por los ferrocarriles de vía estrecha Ffestiniog y Corris en Gales. Hunslet Engine Company revivió en 2005 y comenzó a construir locomotoras de vapor de forma comercial. Un LNER de calibre estándar Peppercorn Pacific "Tornado" se completó en Hopetown Works, Darlington, y realizó su primera ejecución el 1 de agosto de 2008. Entró en servicio de la línea principal más tarde en 2008. A partir de 2009, más de media docena de proyectos para construir réplicas funcionales de motores de vapor extintos están en marcha, en muchos casos utilizando piezas existentes de otros tipos para construirlos. Los ejemplos incluyen BR 72010 Hengist, BR Class 3MT No. 82045, BR Class 2MT No. 84030, Brighton Atlantic Beachy Head, el proyecto LMS 5551 The Unknown Warrior, GWR "47xx 4709, 2999 Lady de Legend, 1014 County of Glamorgan y 6880 proyectos Betton Grange. Estos proyectos de nueva construcción basados en el Reino Unido se complementan con el proyecto de nueva construcción Pennsylvania Railroad 5550 en los Estados Unidos. Uno de los objetivos del grupo es superar el récord de velocidad de la locomotora de vapor que ostenta la 4468 Mallard cuando se complete la 5550 y que la 5550 llene un gran vacío en la conservación de las locomotoras de vapor.
En 1980, el financiero estadounidense Ross Rowland estableció American Coal Enterprises para desarrollar una locomotora de vapor a carbón modernizada. Su concepto ACE 3000 atrajo una atención considerable, pero nunca se construyó.
En 1998, en su libro The Red Devil and Other Tales from the Age of Steam, David Wardale presentó el concepto de una "Super Class 5 4 de alta velocidad y alta eficiencia. -6-0" locomotora para el futuro transporte a vapor de trenes turísticos en las líneas principales 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 un respaldo ferroviario importante.
Los lugares donde se están realizando nuevas construcciones incluyen:
- GWR 1014 County of Glamorgan " GWR 2999 Lady of Legend, ambos construidos en Didcot Railway Centre
- GWR 6880 Betton Grange, GWR 4709 & LMS 5551 El Guerrero Desconocido, todo siendo construido en el ferrocarril Llangollen
- LNER 2007 Prince of Wales, Darlington Locomotive Works
- LNER 2001 Cock O' The North, Doncaster
- Pennsylvania Railroad 5550, Potstown, Pennsylvania
- BR 72010 Hengist, Gran Ferrocarril Central
- BR 77021, TBA
- BR 82045, Severn Valley Railway
- BR 84030 " LBSCR 32424 Beachy Head, ambos siendo construidos en Bluebell Railway
- MS limitadaLR/GCR 567, Ruddington Great Central Railway, Northern Section
- VR V499, Victoria, Australia
En 2012, se inició en EE. UU. el proyecto Coalition for Sustainable Rail 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 la universidad sobre el Medio Ambiente (IonE) y Sustainable Rail International (SRI), una organización creada para explorar el uso de la tracción a vapor en un moderno instalación ferroviaria. El grupo ha recibido la última locomotora de vapor de clase ATSF 3460 (n.º 3463) superviviente (pero que no funciona) a través de una donación de su propietario anterior en Kansas, el Museo Great Overland Station. Esperan usarlo 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). Denominado 'Proyecto 130', su objetivo es romper el récord mundial de velocidad de trenes de vapor establecido por LNER Class A4 4468 Mallard en el Reino Unido a 126 mph (203 km/h). Sin embargo, aún no se ha visto ninguna demostración de las afirmaciones del proyecto.
En Alemania, un pequeño número de locomotoras de vapor sin fuego siguen funcionando en servicio industrial, p. en las centrales eléctricas, donde se dispone fácilmente de un suministro de vapor in situ.
La pequeña ciudad de Wolsztyn, Polonia, a unos 60 kilómetros (37 mi) de la histórica ciudad de Poznan, es el último lugar del mundo donde se puede viajar en un tren de pasajeros con horario regular tirado por vapor. El cobertizo de locomotoras en Wolsztyn es el último de su tipo en el mundo. Hay varias locomotoras en funcionamiento que transportan el servicio diario de cercanías entre Wolsztyn, Poznan, Leszo y otras ciudades vecinas. Uno puede participar en cursos de reposapiés a través de The Wolsztyn Experience. No queda ningún lugar en el mundo que todavía opere un servicio diario de pasajeros/viajeros a vapor no turístico que no sea aquí en Wolsztyn. Hay varias locomotoras de propósito general OL49 clase 2-6-2 construidas en Polonia y una PT47 clase 2-8-2 en servicio regular. Cada mayo, Wolsztyn es el sitio de un festival de locomotoras de vapor que trae locomotoras 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 diesel en la PKP (Red Estatal de Polonia) que se ha convertido a energía diesel.
La empresa suiza Dampflokomotiv- und Maschinenfabrik DLM AG entregó ocho locomotoras de vapor a los ferrocarriles de cremallera en Suiza y Austria entre 1992 y 1996. Cuatro de ellas son ahora la tracción principal en 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 Class 52.80 2-10-0 a nuevos estándares con modificaciones como cojinetes de rodillos, combustión de aceite liviano y aislamiento de caldera.
Cambio climático
El uso futuro de las 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 continuar operando locomotoras de vapor a carbón.
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 fuel oil puede ser más fácil de obtener que el carbón del tipo y tamaño adecuados para las locomotoras. Por ejemplo, el Ferrocarril del Gran Cañón hace funcionar sus locomotoras de vapor con aceite vegetal usado.
Una organización llamada Coalition for Sustainable Rail (CSR) está desarrollando un sustituto del carbón ecológico hecho de biomasa torrefactada. A principios de 2019, realizaron una serie de pruebas con Everett Railroad para evaluar el desempeño del biocombustible, con resultados positivos. Se descubrió que el biocombustible se quema un poco más rápido y más caliente que el carbón. 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 impulsadas por biomasa torrefactada podrían ser una alternativa ambiental y económicamente superior a las locomotoras diésel. Además, se puede usar 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 reponiéndola desde instalaciones que contienen una tina mucho más grande.
Locomotoras de vapor en la cultura popular
Las locomotoras de vapor han estado presentes en la cultura popular desde el siglo XIX. Las canciones folclóricas de ese período incluyen "I'he estado trabajando en el ferrocarril" y la "Balada de John Henry" son un pilar de la música y la cultura estadounidense.
Se han fabricado muchos juguetes de locomotoras de vapor y el modelado ferroviario es un pasatiempo popular.
Las locomotoras de vapor a menudo se representan en obras de ficción, en particular The Railway Series del reverendo W. V. Awdry, The Little Engine That Could de Watty Piper, The Polar Express de Chris Van Allsburg y el Expreso de Hogwarts de J.K. La serie Harry Potter de Rowling. También han aparecido en muchos programas de televisión para niños, como Thomas & Friends, basada en personajes de los libros de Awdry, y Ivor the Engine creada por Oliver Postgate.
El Expreso de Hogwarts también aparece en la serie de películas de Harry Potter, representado por GWR 4900 Class 5972 Olton Hall con una librea especial de Hogwarts. El Polar Express aparece en la película animada del mismo nombre.
Un elaborado funicular temático Hogwarts Express se presenta en el Universal Orlando Resort en Florida, conectando 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, operada 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 computadora del año".
Hay dos ejemplos notables de locomotoras de vapor utilizadas como cargas en escudos de armas heráldicos. Uno es el de Darlington, que muestra Locomoción No. 1. El otro es el escudo de armas original de Swindon, actualmente en desuso, que muestra una locomotora de vapor básica.
Las locomotoras de vapor son un tema popular entre los coleccionistas de monedas. La moneda mexicana de 5 pesos de plata 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 una locomotora de vapor de modelo antiguo (la Ajax) en la primera línea ferroviaria de Austria, la Kaiser Ferdinands-Nordbahn. El Ajax todavía se puede ver hoy en el Technisches Museum Wien. 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 compañía frente a frente mientras se impulsa la espiga dorada.
La novela "Noche en el Ferrocarril Galáctico" de Kenji Miyazawa se centra en la idea de un tren de vapor que viaja entre las estrellas. La novela de Miyazawa más tarde inspiró la exitosa 'Galaxy Express 999' de Leiji Matsumoto. serie.
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.
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