Transporte ferroviario

El transporte ferroviario (también conocido como transporte ferroviario) es un medio de traslado de pasajeros y mercancías en vehículos de ruedas que circulan sobre raíles, que se encuentran sobre vías. A diferencia del transporte por carretera, donde los vehículos circulan sobre una superficie plana preparada, los vehículos sobre raíles (material rodante) son guiados direccionalmente por las vías por las que circulan. Las vías suelen consistir en raíles de acero, instalados sobre durmientes (tirantes) fijados en balasto, sobre los que se desplaza el material rodante, normalmente provisto de ruedas metálicas. También son posibles otras variaciones, como "vía en placa", en la que los rieles se sujetan a una base de hormigón que descansa sobre un subsuelo preparado.

El material rodante en un sistema de transporte ferroviario generalmente encuentra una menor resistencia a la fricción que los vehículos de carretera con llantas de goma, por lo que los vagones de pasajeros y de carga (vagones y vagones) se pueden acoplar en trenes más largos. La operación la realiza una empresa ferroviaria, proporcionando el transporte entre las estaciones de tren o las instalaciones del cliente de mercancías. La energía es proporcionada por locomotoras que extraen energía eléctrica de un sistema de electrificación ferroviaria o producen su propia energía, generalmente mediante motores diesel o, históricamente, máquinas de vapor. La mayoría de las pistas van acompañadas de un sistema de señalización. Los ferrocarriles son un sistema de transporte terrestre seguro en comparación con otras formas de transporte.El transporte ferroviario es capaz de alcanzar altos niveles de utilización de pasajeros y carga y eficiencia energética, pero a menudo es menos flexible y requiere más capital que el transporte por carretera, cuando se consideran niveles de tráfico más bajos.

Los ferrocarriles tirados por hombres y animales más antiguos que se conocen se remontan al siglo VI a. C. en Corinto, Grecia. El transporte ferroviario comenzó a mediados del siglo XVI en Alemania en forma de funiculares y vagones tirados por caballos. El transporte ferroviario moderno comenzó con el desarrollo británico de la locomotora de vapor en Merthyr Tydfil cuando Richard Trevithick hizo funcionar una locomotora de vapor y cargó vagones entre Penydarren Ironworks y Abercynon en 1802. Por lo tanto, el sistema ferroviario de Gran Bretaña es el más antiguo del mundo. Construido por George Stephenson y la compañía de su hijo Robert, Robert Stephenson and Company, el LocomotionNo. 1 es la primera locomotora de vapor para transportar pasajeros en una línea ferroviaria pública, el Ferrocarril de Stockton y Darlington en 1825. George Stephenson también construyó la primera línea ferroviaria interurbana pública en el mundo para usar solo las locomotoras de vapor, la Liverpool y Manchester Railway, que se inauguró en 1830. Con máquinas de vapor, se podían construir vías férreas principales, que fueron un componente clave de la Revolución Industrial. Además, los ferrocarriles redujeron los costos de envío y permitieron menos bienes perdidos, en comparación con el transporte por agua, que enfrentaba el hundimiento ocasional de barcos. El cambio de canales a ferrocarriles permitió "mercados nacionales" en los que los precios variaban muy poco de una ciudad a otra. La expansión de la red ferroviaria y el uso de horarios ferroviarios condujo a la estandarización del tiempo (hora ferroviaria) en Gran Bretaña según la hora media de Greenwich. Antes de esto, los principales pueblos y ciudades variaban su hora local en relación con GMT. La invención y desarrollo del ferrocarril en el Reino Unido fue uno de los inventos tecnológicos más importantes del siglo XIX. El primer ferrocarril subterráneo del mundo, el Ferrocarril Metropolitano (parte del Metro de Londres), se inauguró en 1863.

En la década de 1880, se introdujeron los trenes electrificados, lo que llevó a la electrificación de los tranvías y los sistemas de tránsito rápido. A partir de la década de 1940, los ferrocarriles no electrificados en la mayoría de los países reemplazaron sus locomotoras de vapor por locomotoras diésel-eléctricas, y el proceso estuvo casi completo en la década de 2000. Durante la década de 1960, se introdujeron sistemas ferroviarios electrificados de alta velocidad en Japón y más tarde en algunos otros países. Muchos países están en proceso de reemplazar locomotoras diésel por locomotoras eléctricas, principalmente debido a preocupaciones ambientales, un ejemplo notable es Suiza, que ha electrificado completamente su red. Se han probado otras formas de transporte terrestre guiado fuera de las definiciones ferroviarias tradicionales, como el monorraíl o el maglev, pero su uso ha sido limitado.

Tras un declive después de la Segunda Guerra Mundial debido a la competencia de automóviles y aviones, el transporte ferroviario ha tenido un resurgimiento en las últimas décadas debido a la congestión de las carreteras y al aumento de los precios del combustible, así como a la inversión de los gobiernos en el ferrocarril como medio para reducir las emisiones de CO ₂ en el contexto de preocupaciones sobre el calentamiento global.

Historia

La historia del transporte ferroviario comenzó en tiempos prehistóricos.

Sistemas antiguos

La evidencia indica que había una vía pavimentada Diolkos de 6 a 8,5 km de largo, que transportaba barcos a través del istmo de Corinto en Grecia desde alrededor del año 600 a. Los vehículos de ruedas tirados por hombres y animales circulaban por ranuras en la piedra caliza, que proporcionaba el elemento de vía, evitando que los vagones se salieran de la ruta prevista. El Diolkos estuvo en uso durante más de 650 años, hasta al menos el siglo I d.C. Las vías pavimentadas también se construyeron más tarde en el Egipto romano.

En China, se descubrió un ferrocarril en la provincia suroeste de Henan, cerca de Nanyang. Fue fechado con carbono en unos 2200 años, de la dinastía Qin. Los rieles se fabricaron con madera dura y se trataron contra la corrosión, mientras que las traviesas se fabricaron con madera que no se trató y se pudrió desde entonces. El ferrocarril de Qin fue diseñado para permitir que los caballos galoparan hasta la siguiente estación de tren, donde serían intercambiados por un caballo nuevo. Se teoriza que el ferrocarril se utilizó para el transporte de mercancías a las tropas de primera línea y para reparar la Gran Muralla.

Sistemas modernos de prevapor

Se introducen rieles de madera

En 1515, el cardenal Matthäus Lang escribió una descripción del Reisszug, un funicular en la fortaleza de Hohensalzburg en Austria. La línea originalmente usaba rieles de madera y una cuerda de transporte de cáñamo y era operada por fuerza humana o animal, a través de una rueda de ardilla. La línea todavía existe y está operativa, aunque en forma actualizada y es posiblemente el ferrocarril operativo más antiguo.

Los vagones (o tranvías) que utilizan rieles de madera, tirados por caballos, comenzaron a aparecer en la década de 1550 para facilitar el transporte de toneles de mineral hacia y desde las minas, y pronto se hicieron populares en Europa. Tal operación fue ilustrada en Alemania en 1556 por Georgius Agricola en su obra De re metallica. Esta línea usaba carros "Hund" con ruedas sin bridas que corrían sobre tablones de madera y un pasador vertical en el camión que encajaba en el espacio entre los tablones para mantenerlo en el camino correcto. Los mineros llamaron a los vagones Hunde ("perros") por el ruido que hacían en las vías.

Hay muchas referencias a su uso en Europa central en el siglo XVI. Dicho sistema de transporte fue utilizado posteriormente por mineros alemanes en Caldbeck, Cumbria, Inglaterra, quizás desde la década de 1560. Se construyó una vía de vagones en Prescot, cerca de Liverpool, en algún momento alrededor de 1600, posiblemente ya en 1594. Propiedad de Philip Layton, la línea transportaba carbón desde un pozo cerca de Prescot Hall hasta una terminal a una media milla (800 m) de distancia. También se construyó un funicular en Broseley en Shropshire en algún momento antes de 1604. Este transportaba carbón para James Clifford desde sus minas hasta el río Severn para cargarlo en barcazas y llevarlo a las ciudades ribereñas.Wollaton Wagonway, completado en 1604 por Huntingdon Beaumont, a veces se ha citado erróneamente como el primer ferrocarril británico. Iba desde Strelley hasta Wollaton, cerca de Nottingham.

El ferrocarril de Middleton en Leeds, que se construyó en 1758, se convirtió más tarde en el ferrocarril operativo más antiguo del mundo (aparte de los funiculares), aunque ahora en una forma mejorada. En 1764, se construyó el primer ferrocarril de América en Lewiston, Nueva York.

Se introdujeron los rieles de metal

A fines de la década de 1760, Coalbrookdale Company comenzó a fijar placas de hierro fundido a la superficie superior de los rieles de madera. Esto permitió que se utilizara una variación de calibre. Al principio, solo se podían usar bucles de globos para girar, pero luego se usaron puntos móviles que permitían cambiar.

Se introdujo un sistema en el que las ruedas sin pestaña corrían sobre placas de metal en forma de L, que se conocieron como plateways. John Curr, un gerente de la mina de carbón de Sheffield, inventó este riel con brida en 1787, aunque se discute la fecha exacta. Benjamin Outram tomó el riel de placa para los vagones que sirven a sus canales, fabricándolos en su fundición de Butterley. En 1803, William Jessop inauguró el Ferrocarril de Hierro de Surrey, una plataforma de doble vía, a veces citada erróneamente como el primer ferrocarril público del mundo, en el sur de Londres.

Mientras tanto, William Jessop había utilizado anteriormente una forma de riel de borde completamente de hierro y ruedas con pestañas con éxito para una extensión del canal forestal de Charnwood en Nanpantan, Loughborough, Leicestershire en 1789. En 1790, Jessop y su socio Outram comenzaron a fabricar rieles de borde.. Jessop se convirtió en socio de Butterley Company en 1790. La primera vía periférica pública (por lo tanto, también el primer ferrocarril público) construida fue Lake Lock Rail Road en 1796. Aunque el propósito principal de la línea era transportar carbón, también transportaba pasajeros.

Estos dos sistemas de construcción de ferrocarriles de hierro, el riel de placa en "L" y el riel de borde liso, continuaron existiendo uno al lado del otro hasta bien entrado el siglo XIX. La rueda con pestaña y el riel de borde finalmente demostraron su superioridad y se convirtieron en el estándar para los ferrocarriles.

El hierro fundido utilizado en los rieles resultó insatisfactorio porque era quebradizo y se rompía bajo cargas pesadas. El hierro forjado inventado por John Birkinshaw en 1820 reemplazó al hierro fundido. El hierro forjado (generalmente denominado simplemente "hierro") era un material dúctil que podía sufrir una deformación considerable antes de romperse, lo que lo hacía más adecuado para rieles de hierro. Pero el hierro era costoso de producir hasta que Henry Cort patentó el proceso de charcos en 1784. En 1783, Cort también patentó el proceso de laminado, que era 15 veces más rápido para consolidar y dar forma al hierro que martillarlo.Estos procesos redujeron en gran medida el costo de producción de hierro y rieles. El siguiente desarrollo importante en la producción de hierro fue el chorro caliente desarrollado por James Beaumont Neilson (patentado en 1828), que redujo considerablemente la cantidad de coque (combustible) o carbón necesario para producir arrabio. El hierro forjado era un material blando que contenía escoria o escoria. La blandura y la escoria tendían a hacer que los rieles de hierro se deformaran y se delaminaran y duraron menos de 10 años. A veces duraron tan poco como un año bajo mucho tráfico. Todos estos desarrollos en la producción de hierro finalmente llevaron a la sustitución de los rieles compuestos de madera/hierro por rieles superiores completamente de hierro.

La introducción del proceso Bessemer, que permitió fabricar acero a bajo costo, condujo a la era de gran expansión de los ferrocarriles que comenzó a fines de la década de 1860. Los rieles de acero duraron varias veces más que los de hierro. Los rieles de acero hicieron posibles locomotoras más pesadas, lo que permitió trenes más largos y mejoró la productividad de los ferrocarriles. El proceso Bessemer introdujo nitrógeno en el acero, lo que provocó que el acero se volviera quebradizo con el tiempo. El horno de solera abierta comenzó a reemplazar el proceso Bessemer a fines del siglo XIX, mejorando la calidad del acero y reduciendo aún más los costos. Así, el acero reemplazó por completo el uso de hierro en los rieles, convirtiéndose en estándar para todos los ferrocarriles.

El primer vagón de caballos o tranvía de pasajeros, Swansea and Mumbles Railway, se inauguró entre Swansea y Mumbles en Gales en 1807. Los caballos siguieron siendo el modo preferido para el transporte en tranvía incluso después de la llegada de las máquinas de vapor hasta finales del siglo XIX, porque eran más limpios en comparación. a los tranvías a vapor que provocaban humo en las calles de la ciudad.

Introducción de la energía de vapor

En 1784, James Watt, un inventor e ingeniero mecánico escocés, patentó un diseño para una locomotora de vapor. Watt había mejorado la máquina de vapor de Thomas Newcomen, hasta entonces utilizada para extraer agua de las minas, y desarrolló una máquina alternativa en 1769 capaz de impulsar una rueda. Este era un gran motor estacionario que impulsaba las fábricas de algodón y una variedad de maquinaria; el estado de la tecnología de las calderas requería el uso de vapor a baja presión que actuaba sobre un vacío en el cilindro, lo que requería un condensador separado y una bomba de aire. Sin embargo, a medida que mejoraba la construcción de calderas, Watt investigó el uso de vapor a alta presión que actuaba directamente sobre un pistón, lo que planteó la posibilidad de un motor más pequeño que podría usarse para impulsar un vehículo. Siguiendo su patente, Watt'

La primera locomotora de vapor de ferrocarril en funcionamiento a gran escala fue construida en el Reino Unido en 1804 por Richard Trevithick, un ingeniero británico nacido en Cornualles. Esto utilizó vapor a alta presión para impulsar el motor por un golpe de potencia. El sistema de transmisión empleó un gran volante para nivelar la acción del vástago del pistón. El 21 de febrero de 1804, tuvo lugar el primer viaje en tren a vapor del mundo cuando la locomotora de vapor sin nombre de Trevithick arrastró un tren a lo largo del tranvía de la fundición Penydarren, cerca de Merthyr Tydfil en el sur de Gales. Más tarde, Trevithick hizo una demostración de una locomotora que operaba sobre un trozo de vía férrea circular en Bloomsbury, Londres, el Catch Me Who Can, pero nunca pasó de la etapa experimental con locomotoras de ferrocarril, sobre todo porque sus motores eran demasiado pesados ​​para las vías de placas de hierro fundido que se usaban en ese momento.

La primera locomotora de vapor comercialmente exitosa fue la locomotora de cremallera de Matthew Murray, Salamanca, construida para Middleton Railway en Leeds en 1812. Esta locomotora de dos cilindros era lo suficientemente liviana para no romper la vía de los rieles laterales y resolvió el problema de la adherencia por una rueda dentada usando dientes fundidos en el costado de uno de los rieles. Por lo tanto, también fue el primer tren cremallera.

Esto fue seguido en 1813 por la locomotora Puffing Billy construida por Christopher Blackett y William Hedley para Wylam Colliery Railway, la primera locomotora exitosa que funciona solo por adhesión. Esto se logró mediante la distribución del peso entre varias ruedas. Puffing Billy ahora se exhibe en el Museo de Ciencias de Londres y es la locomotora más antigua que existe.

En 1814, George Stephenson, inspirado por las primeras locomotoras de Trevithick, Murray y Hedley, persuadió al gerente de la mina de carbón Killingworth donde trabajaba para que le permitiera construir una máquina a vapor. Stephenson desempeñó un papel fundamental en el desarrollo y la adopción generalizada de la locomotora de vapor. Sus diseños mejoraron considerablemente el trabajo de los pioneros anteriores. Construyó la locomotora Blücher, también una exitosa locomotora de adherencia de ruedas con pestañas. En 1825 construyó la locomotora Locomotion para Stockton and Darlington Railway en el noreste de Inglaterra, que se convirtió en el primer ferrocarril de vapor público del mundo en 1825, aunque utilizaba tanto caballos como vapor en diferentes recorridos. En 1829, construyó la locomotora Rocket, que participó y ganó los Rainhill Trials. Este éxito llevó a Stephenson a establecer su empresa como el principal constructor de locomotoras de vapor para ferrocarriles en Gran Bretaña e Irlanda, Estados Unidos y gran parte de Europa. El primer ferrocarril público que utilizó solo locomotoras de vapor, todo el tiempo, fue Liverpool and Manchester Railway, construido en 1830.

La energía de vapor siguió siendo el sistema de energía dominante en los ferrocarriles de todo el mundo durante más de un siglo.

Introducción de la energía eléctrica

La primera locomotora eléctrica conocida fue construida en 1837 por el químico Robert Davidson de Aberdeen en Escocia, y funcionaba con celdas galvánicas (baterías). Por lo tanto, también fue la primera locomotora eléctrica de batería. Más tarde, Davidson construyó una locomotora más grande llamada Galvani., exhibido en la Exposición de la Royal Scottish Society of Arts en 1841. El vehículo de siete toneladas tenía dos motores de reluctancia de transmisión directa, con electroimanes fijos que actuaban sobre barras de hierro unidas a un cilindro de madera en cada eje y conmutadores simples. Transportó una carga de seis toneladas a cuatro millas por hora (6 kilómetros por hora) por una distancia de una milla y media (2,4 kilómetros). Se probó en el ferrocarril de Edimburgo y Glasgow en septiembre del año siguiente, pero la energía limitada de las baterías impidió su uso general. Fue destruido por los trabajadores ferroviarios, que lo vieron como una amenaza para la seguridad de su trabajo.

Werner von Siemens demostró un ferrocarril eléctrico en 1879 en Berlín. La primera línea de tranvía eléctrico del mundo, Gross-Lichterfelde Tramway, se inauguró en Lichterfelde, cerca de Berlín, Alemania, en 1881. Fue construida por Siemens. El tranvía funcionaba con 180 voltios CC, que se suministraba mediante raíles. En 1891, la vía se equipó con un cable aéreo y la línea se amplió hasta la estación Berlin-Lichterfelde West. El Ferrocarril Eléctrico de Volk se inauguró en 1883 en Brighton, Inglaterra. El ferrocarril todavía está operativo, lo que lo convierte en el ferrocarril eléctrico operativo más antiguo del mundo. También en 1883, Mödling and Hinterbrühl Tram abrió cerca de Viena en Austria. Fue la primera línea de tranvía del mundo en servicio regular alimentado desde una línea aérea. Cinco años más tarde, en los EE. UU., los carros eléctricos fueron pioneros en 1888 en el Ferrocarril de Pasajeros de la Unión de Richmond,

El primer uso de la electrificación en una línea principal fue en una sección de cuatro millas de la Línea Belt de Baltimore del Ferrocarril de Baltimore y Ohio (B&O) en 1895, conectando la parte principal de la B&O con la nueva línea a Nueva York a través de una serie de túneles alrededor de los bordes del centro de Baltimore. La electricidad se convirtió rápidamente en la fuente de alimentación elegida para los subterráneos, instigada por la invención de Sprague del control de trenes de unidades múltiples en 1897. A principios del siglo XX, la mayoría de los trenes urbanos estaban electrificados.

El metro de Londres, el ferrocarril subterráneo más antiguo del mundo, se inauguró en 1863 y comenzó a operar servicios eléctricos utilizando un cuarto sistema ferroviario en 1890 en el City and South London Railway, ahora parte de la línea norte del metro de Londres. Este fue el primer ferrocarril importante en utilizar tracción eléctrica. El primer ferrocarril eléctrico a gran profundidad del mundo, va desde la ciudad de Londres, bajo el río Támesis, hasta Stockwell, en el sur de Londres.

La primera locomotora eléctrica AC práctica fue diseñada por Charles Brown, que entonces trabajaba para Oerlikon, Zürich. En 1891, Brown había demostrado la transmisión de energía a larga distancia, utilizando CA trifásica, entre una planta hidroeléctrica en Lauffen am Neckar y Frankfurt am Main West, una distancia de 280 km. Utilizando la experiencia que había adquirido mientras trabajaba para Jean Heilmann en diseños de locomotoras eléctricas de vapor, Brown observó que los motores trifásicos tenían una mayor relación potencia-peso que los motores de corriente continua y, debido a la ausencia de un conmutador, eran más simples de fabricar. y mantener. Sin embargo, eran mucho más grandes que los motores de CC de la época y no podían montarse en bogies subterráneos: solo podían transportarse dentro de los cuerpos de las locomotoras.

En 1894, el ingeniero húngaro Kálmán Kandó desarrolló un nuevo tipo de motores eléctricos asíncronos trifásicos y generadores para locomotoras eléctricas. Los primeros diseños de Kandó de 1894 se aplicaron por primera vez en un tranvía trifásico AC corto en Évian-les-Bains (Francia), que se construyó entre 1896 y 1898.

En 1896, Oerlikon instaló el primer ejemplo comercial del sistema en el Tranvía de Lugano. Cada locomotora de 30 toneladas tenía dos motores de 110 kW (150 hp) alimentados por líneas aéreas dobles de 750 V 40 Hz trifásicos. Los motores trifásicos funcionan a velocidad constante y proporcionan un frenado regenerativo, y se adaptan bien a las rutas con pendiente pronunciada, y las primeras locomotoras trifásicas de la línea principal fueron suministradas por Brown (entonces en sociedad con Walter Boveri) en 1899 en el 40 km Línea Burgdorf–Thun, Suiza.

Los ferrocarriles italianos fueron los primeros en el mundo en introducir la tracción eléctrica en toda la longitud de una línea principal en lugar de una sección corta. La línea Valtellina de 106 km se inauguró el 4 de septiembre de 1902, diseñada por Kandó y un equipo de la fábrica de Ganz. El sistema eléctrico era trifásico a 3 kV 15 Hz. En 1918, Kandó inventó y desarrolló el convertidor de fase rotativo, que permitía que las locomotoras eléctricas utilizaran motores trifásicos alimentados a través de un solo cable aéreo, transportando la CA monofásica de frecuencia industrial simple (50 Hz) de las redes nacionales de alta tensión.

Una contribución importante a la adopción más amplia de la tracción AC provino de SNCF de Francia después de la Segunda Guerra Mundial. La empresa realizó pruebas a CA 50 Hz y lo estableció como estándar. Tras las pruebas exitosas de SNCF, 50 Hz, ahora también llamada frecuencia industrial, se adoptó como estándar para las líneas principales en todo el mundo.

Introducción de la energía diésel

Los primeros ejemplos registrados de un motor de combustión interna para uso ferroviario incluyeron un prototipo diseñado por William Dent Priestman, que fue examinado por Sir William Thomson en 1888, quien lo describió como un "[motor de aceite Priestman] montado en un camión que funciona en un temporal". línea de rieles para mostrar la adaptación de un motor de petróleo para propósitos de locomotora". . En 1894, se utilizó en Hull Docks una máquina de dos ejes de 20 hp (15 kW) construida por Priestman Brothers.

En 1906, Rudolf Diesel, Adolf Klose y el fabricante de motores diésel y de vapor Gebrüder Sulzer fundaron Diesel-Sulzer-Klose GmbH para fabricar locomotoras diésel. Sulzer había estado fabricando motores diésel desde 1898. Los Ferrocarriles Estatales de Prusia encargaron una locomotora diésel a la empresa en 1909. La primera locomotora diésel del mundo se puso en funcionamiento en el verano de 1912 en el ferrocarril Winterthur-Romanshorn en Suiza, pero no fue un éxito comercial. El peso de la locomotora era de 95 toneladas y la potencia de 883 kW con una velocidad máxima de 100 km/h.Se produjeron pequeñas cantidades de prototipos de locomotoras diésel en varios países hasta mediados de la década de 1920. La Unión Soviética operó tres unidades experimentales de diferentes diseños desde finales de 1925, aunque solo una de ellas (la E el-2) demostró ser técnicamente viable.

Un avance significativo ocurrió en 1914, cuando Hermann Lemp, un ingeniero eléctrico de General Electric, desarrolló y patentó un sistema confiable de control eléctrico de corriente continua (Lemp también patentó las mejoras posteriores). El diseño de Lemp usó una sola palanca para controlar tanto el motor como el generador de manera coordinada, y fue el prototipo de todos los sistemas de control de locomotoras diesel-eléctricas. En 1914, se produjeron los primeros vagones diesel-eléctricos funcionales del mundo para Königlich-Sächsische Staatseisenbahnen.(Royal Saxon State Railways) de Waggonfabrik Rastatt con equipo eléctrico de Brown, Boveri & Cie y motores diésel de Swiss Sulzer AG. Se clasificaron como DET 1 y DET 2 (de.wiki). El primer uso regular de locomotoras diesel-eléctricas fue en aplicaciones de maniobras. General Electric produjo varias locomotoras de conmutación pequeñas en la década de 1930 (el famoso conmutador de "44 toneladas" se introdujo en 1940) Westinghouse Electric y Baldwin colaboraron para construir locomotoras de conmutación a partir de 1929.

En 1929, Canadian National Railways se convirtió en el primer ferrocarril de América del Norte en utilizar motores diésel en el servicio principal con dos unidades, 9000 y 9001, de Westinghouse.

Tren de alta velocidad

Aunque los servicios de vapor y diésel que alcanzaban velocidades de hasta 200 km/h se iniciaron antes de la década de 1960 en Europa, no tuvieron mucho éxito.

El primer tren de alta velocidad electrificado Tōkaidō Shinkansen se introdujo en 1964 entre Tokio y Osaka en Japón. Desde entonces, se ha construido transporte ferroviario de alta velocidad, que funciona a velocidades de hasta 300 km/h, en Japón, España, Francia, Alemania, Italia, la República Popular de China, Taiwán (República de China), el Reino Unido, Corea del Sur, Escandinavia, Bélgica y Holanda. La construcción de muchas de estas líneas ha tenido como resultado la drástica disminución de los vuelos de corta distancia y el tráfico de automóviles entre ciudades conectadas, como el corredor Londres-París-Bruselas, Madrid-Barcelona, ​​Milán-Roma-Nápoles, así como muchos otros. líneas principales.

Los trenes de alta velocidad normalmente operan en vías de ancho estándar de rieles soldados continuamente en derechos de paso separados por grados que incorporan un gran radio de giro en su diseño. Si bien el tren de alta velocidad suele estar diseñado para viajes de pasajeros, algunos sistemas de alta velocidad también ofrecen servicio de carga.

Preservación

Desde 1980, el transporte ferroviario ha cambiado drásticamente, pero varios ferrocarriles patrimoniales siguen funcionando como parte de la historia viva para preservar y mantener las antiguas líneas ferroviarias para los servicios de trenes turísticos.

Trenes

Un tren es una serie conectada de vehículos ferroviarios que se mueven a lo largo de la vía. La propulsión del tren la proporciona una locomotora separada o motores individuales en unidades múltiples autopropulsadas. La mayoría de los trenes transportan una carga de ingresos, aunque existen vagones que no son de pago para el uso propio del ferrocarril, como para fines de mantenimiento de vías. El maquinista (ingeniero en América del Norte) controla la locomotora u otros vehículos motorizados, aunque los motores de personas y algunos tránsitos rápidos están bajo control automático.

Acarreo

Tradicionalmente, los trenes se tiran con una locomotora. Esto implica que uno o más vehículos motorizados estén ubicados en la parte delantera del tren, proporcionando suficiente fuerza de tracción para transportar el peso del tren completo. Esta disposición sigue siendo dominante para los trenes de mercancías y se utiliza a menudo para los trenes de pasajeros. Un tren push-pull tiene el vagón de pasajeros final equipado con una cabina de conductor para que el maquinista pueda controlar la locomotora de forma remota. Esto permite eliminar uno de los inconvenientes del tren arrastrado por locomotoras, ya que no es necesario mover la locomotora al frente del tren cada vez que el tren cambia de dirección. Un vagón de ferrocarril es un vehículo utilizado para el transporte de pasajeros o carga.

Una unidad múltiple dispone de ruedas motrices a lo largo de todo el tren. Estos se utilizan para los sistemas de tranvía y tránsito rápido, así como para muchos trenes de pasajeros de corta y larga distancia. Un automotor es un solo automóvil autopropulsado y puede ser propulsado eléctricamente o impulsado por un motor diesel. Las unidades múltiples tienen una cabina para el conductor en cada extremo de la unidad y se desarrollaron siguiendo la capacidad de construir motores eléctricos y otros motores lo suficientemente pequeños como para caber debajo del autocar. Solo hay unas pocas unidades múltiples de carga, la mayoría de las cuales son trenes postales de alta velocidad.

Poder de motivación

Las locomotoras a vapor son locomotoras con un motor a vapor que proporciona adherencia. El carbón, el petróleo o la madera se queman en una caja de fuego, hirviendo agua en la caldera para crear vapor presurizado. El vapor viaja a través de la caja de humo antes de salir por la chimenea o chimenea. En el proceso, acciona un pistón que transmite potencia directamente a través de una biela (EE. UU.: biela principal) y una muñequilla (EE. UU.: muñequera) en la rueda motriz (motor principal de EE. UU.) o a una manivela en un eje motriz. Las locomotoras de vapor se han eliminado gradualmente en la mayor parte del mundo por razones económicas y de seguridad, aunque muchas se conservan en funcionamiento gracias a los ferrocarriles tradicionales.

Las locomotoras eléctricas extraen energía de una fuente estacionaria a través de un cable aéreo o un tercer riel. Algunos también o en su lugar utilizan una batería. En las locomotoras que funcionan con corriente alterna de alto voltaje, un transformador en la locomotora convierte la energía de alto voltaje y baja corriente en baja tensión y alta corriente utilizada en los motores de tracción que accionan las ruedas. Las locomotoras modernas pueden utilizar motores de inducción de CA trifásicos o motores de corriente continua. Bajo ciertas condiciones, las locomotoras eléctricas son la tracción más poderosa. También son los más baratos de operar y proporcionan menos ruido y no contaminan el aire local.Sin embargo, requieren grandes inversiones de capital tanto para las líneas aéreas como para la infraestructura de apoyo, así como la estación generadora que se necesita para producir electricidad. En consecuencia, la tracción eléctrica se utiliza en sistemas urbanos, líneas de alto tráfico y para trenes de alta velocidad.

Las locomotoras diésel utilizan un motor diésel como motor principal. La transmisión de energía puede ser diesel-eléctrica, diesel-mecánica o diesel-hidráulica, pero predomina el diesel-eléctrico. Las locomotoras electrodiésel están construidas para funcionar como diésel-eléctricas en tramos no electrificados y como locomotoras eléctricas en tramos electrificados.

Los métodos alternativos de fuerza motriz incluyen la levitación magnética, la tracción por caballos, el cable, la gravedad, la neumática y la turbina de gas.

Trenes de pasajeros

Un tren de pasajeros viaja entre estaciones donde los pasajeros pueden embarcar y desembarcar. La supervisión del tren es el deber de un guardia/gerente de tren/conductor. Los trenes de pasajeros son parte del transporte público y, a menudo, constituyen la base del servicio, con autobuses que llegan a las estaciones. Los trenes de pasajeros brindan viajes interurbanos de larga distancia, viajes diarios de cercanías o servicios de tránsito urbano local, que operan con una diversidad de vehículos, velocidades de operación, requisitos de derecho de paso y frecuencia de servicio. Las frecuencias de servicio a menudo se expresan como un número de trenes por hora (tph).Los trenes de pasajeros generalmente pueden dividirse en dos tipos de operación, ferrocarril interurbano y tránsito intraurbano. Mientras que el ferrocarril interurbano implica velocidades más altas, rutas más largas y una frecuencia más baja (generalmente programada), el tránsito intraurbano implica velocidades más bajas, rutas más cortas y una frecuencia más alta (especialmente durante las horas pico).

Los trenes interurbanos son trenes de largo recorrido que operan con pocas paradas entre ciudades. Los trenes suelen tener servicios como un vagón comedor. Algunas líneas también ofrecen servicios nocturnos con coches cama. A algunos trenes de larga distancia se les ha dado un nombre específico. Los trenes regionales son trenes de media distancia que conectan las ciudades con las zonas periféricas, aledañas o prestan un servicio regional, haciendo más paradas y con velocidades más bajas. Los trenes de cercanías dan servicio a los suburbios de las áreas urbanas y brindan un servicio de traslado diario. Los enlaces ferroviarios del aeropuerto brindan acceso rápido desde el centro de la ciudad a los aeropuertos.

Los trenes de alta velocidad son trenes interurbanos especiales que operan a velocidades mucho más altas que los ferrocarriles convencionales, y el límite se considera de 200 a 350 kilómetros por hora (120 a 220 mph). Los trenes de alta velocidad se utilizan principalmente para servicios de larga distancia y la mayoría de los sistemas se encuentran en Europa Occidental y Asia Oriental. Los trenes de levitación magnética, como el tren de levitación magnética de Shanghái, utilizan imanes subterráneos que se atraen hacia arriba, hacia la parte inferior de una vía, y esta línea ha alcanzado velocidades máximas algo más altas en el funcionamiento diario que los ferrocarriles convencionales de alta velocidad, aunque solo durante distancias cortas. Debido a sus velocidades elevadas, las alineaciones de rutas para trenes de alta velocidad tienden a tener curvas más anchas que los ferrocarriles convencionales, pero pueden tener pendientes más pronunciadas que los trenes con gran energía cinética pueden subir más fácilmente.

Su alta energía cinética se traduce en mayores relaciones de potencia por tonelada (por ejemplo, 20 caballos de fuerza por tonelada corta o 16 kilovatios por tonelada); esto permite que los trenes aceleren y mantengan velocidades más altas y superen pendientes pronunciadas a medida que aumenta el impulso y se recuperan en las bajadas (reduciendo los requisitos de corte, relleno y túneles). Dado que las fuerzas laterales actúan sobre las curvas, las curvaturas se diseñan con el radio más alto posible. Todas estas características son dramáticamente diferentes de las operaciones de carga, lo que justifica líneas ferroviarias exclusivas de alta velocidad si es económicamente factible.

Los servicios ferroviarios de alta velocidad son servicios ferroviarios interurbanos que tienen velocidades máximas más altas que los trenes interurbanos convencionales, pero las velocidades no son tan altas como las de los servicios ferroviarios de alta velocidad. Estos servicios se brindan después de mejoras en la infraestructura ferroviaria convencional para apoyar a los trenes que pueden operar de manera segura a velocidades más altas.

El tránsito rápido es un sistema intraurbano construido en las grandes ciudades y tiene la mayor capacidad de cualquier sistema de transporte de pasajeros. Por lo general, está separado por grados y comúnmente se construye subterráneo o elevado. A pie de calle, se pueden utilizar tranvías más pequeños. Los trenes ligeros son tranvías mejorados que tienen acceso sin escalones, su propio derecho de paso y, a veces, secciones subterráneas. Los sistemas de monorraíl son sistemas elevados de capacidad media. Un transportador de personas es un tren desnivelado sin conductor que sirve solo a unas pocas estaciones, como un servicio de transporte. Debido a la falta de uniformidad de los sistemas de tránsito rápido, la alineación de las rutas varía, con diversos derechos de paso (terrenos privados, costados de caminos, medianas de calles) y características geométricas (curvas pronunciadas o anchas, pendientes empinadas o suaves). Por ejemplo, la 'L' de Chicago los trenes están diseñados con vagones extremadamente cortos para sortear las curvas pronunciadas del Loop. El PATH de Nueva Jersey tiene autos de tamaño similar para adaptarse a las curvas en los túneles trans-Hudson. El BART de San Francisco opera automóviles grandes en sus rutas.

Los trenes de mercancías

Un tren de carga transporta carga utilizando vagones de carga especializados para el tipo de mercancías. Los trenes de mercancías son muy eficientes, con economía de escala y alta eficiencia energética. Sin embargo, su uso puede verse reducido por la falta de flexibilidad, si hay necesidad de transbordo en ambos extremos del viaje debido a la falta de rutas a los puntos de recogida y entrega. Las autoridades a menudo alientan el uso del transporte ferroviario de carga debido a su fama.

Los trenes de contenedores se han convertido en el tipo beta en los EE. UU. para el transporte a granel. Los contenedores se pueden transbordar fácilmente a otros modos, como barcos y camiones, utilizando grúas. Esto sucedió al furgón (vagón de carga), donde la carga tenía que cargarse y descargarse en el tren manualmente. La contenedorización intermodal de carga ha revolucionado la industria logística de la cadena de suministro, reduciendo significativamente los costos de envío. En Europa, el vagón de pared deslizante ha reemplazado en gran medida a los vagones cubiertos ordinarios. Otros tipos de vagones incluyen vagones frigoríficos, vagones de ganado y portaequipajes para vehículos de carretera. Cuando el ferrocarril se combina con el transporte por carretera, un roadrailer permitirá que los remolques se suban al tren, lo que facilita la transición entre la carretera y el ferrocarril.

La manipulación a granel representa una ventaja clave para el transporte ferroviario. Los costos de transbordo bajos o incluso nulos combinados con la eficiencia energética y los bajos costos de inventario permiten que los trenes manejen graneles mucho más baratos que por carretera. La carga a granel típica incluye carbón, minerales, granos y líquidos. Los graneles se transportan en carros descapotables, carros tolva y carros cisterna.

Infraestructura

Derecho de paso

Las vías del tren se colocan en terrenos que la empresa ferroviaria posee o alquila. Debido a la conveniencia de mantener pendientes modestas, los rieles a menudo se colocarán en rutas tortuosas en terreno montañoso o montañoso. Los requisitos de longitud y pendiente de la ruta se pueden reducir mediante el uso de cortes, puentes y túneles alternos, todo lo cual puede aumentar en gran medida los gastos de capital necesarios para desarrollar un derecho de paso, al tiempo que reduce significativamente los costos operativos y permite velocidades más altas en un radio más largo. curvas. En áreas densamente urbanizadas, los ferrocarriles a veces se colocan en túneles para minimizar los efectos en las propiedades existentes.

Pista

La vía consta de dos rieles de acero paralelos, anclados perpendicularmente a miembros llamados traviesas (tirantes) de madera, hormigón, acero o plástico para mantener una distancia constante entre sí, o ancho de vía. Los anchos de vía generalmente se clasifican como ancho de vía estándar (utilizado en aproximadamente el 70% de las líneas ferroviarias existentes en el mundo), ancho de vía y ancho de vía estrecho. Además del ancho de vía, las vías se colocarán de acuerdo con un gálibo de carga que define la altura y el ancho máximos de los vehículos ferroviarios y sus cargas para garantizar el paso seguro a través de puentes, túneles y otras estructuras.

La vía guía las ruedas cónicas con pestañas, lo que mantiene a los vagones en la vía sin dirección activa y, por lo tanto, permite que los trenes sean mucho más largos que los vehículos de carretera. Los raíles y traviesas suelen colocarse sobre una base de tierra comprimida sobre la que se coloca un lecho de balasto para distribuir la carga de las traviesas y evitar que la vía se pandee a medida que el suelo se asienta con el tiempo bajo el peso de los vehículos. pasando arriba.

El balasto también sirve como medio de drenaje. Algunas vías más modernas en zonas especiales se adosan directamente sin balasto. La pista puede ser prefabricada o ensamblada en el lugar. Al soldar los rieles para formar tramos de rieles soldados continuos, se puede contrarrestar el desgaste adicional del material rodante causado por el pequeño espacio en la superficie de las juntas entre los rieles; esto también hace que el viaje sea más silencioso.

En las curvas, la barandilla exterior puede estar a un nivel más alto que la barandilla interior. Esto se llama peralte o peralte. Esto reduce las fuerzas que tienden a desplazar la vía y hace que el viaje sea más cómodo para el ganado de pie y para los pasajeros de pie o sentados. Una determinada cantidad de peralte es más eficaz en un rango limitado de velocidades.

Los puntos e interruptores, también conocidos como desvíos, son los medios para dirigir un tren hacia una sección divergente de la vía. Colocado de manera similar a la vía normal, un punto generalmente consta de una rana (cruce común), rieles de control y dos rieles de cambio. Los rieles de cambio se pueden mover hacia la izquierda o hacia la derecha, bajo el control del sistema de señalización, para determinar qué camino seguirá el tren.

Los clavos en las traviesas de madera pueden aflojarse con el tiempo, pero las traviesas rotas y podridas se pueden reemplazar individualmente con traviesas de madera nuevas o sustitutos de concreto. Los amarres de concreto también pueden desarrollar grietas o grietas, y también pueden reemplazarse individualmente. Si los rieles se asientan debido al hundimiento del suelo, se pueden levantar con maquinaria especializada y colocar lastre adicional debajo de las traviesas para nivelar los rieles.

Periódicamente, el lastre debe ser removido y reemplazado con lastre limpio para asegurar un drenaje adecuado. Las alcantarillas y otros pasajes para el agua deben mantenerse despejados para que el agua no se acumule en el lecho de la vía y provoque deslizamientos de tierra. Cuando se colocan lechos de vías a lo largo de los ríos, generalmente se coloca protección adicional para evitar la erosión de las orillas de los arroyos durante las épocas de marea alta. Los puentes requieren inspección y mantenimiento, ya que están sujetos a grandes sobretensiones en un corto período de tiempo cuando cruza un tren pesado.

Sistemas de inspección de trenes

La inspección de los equipos ferroviarios es fundamental para la circulación segura de los trenes. Muchos tipos de detectores de defectos están en uso en los ferrocarriles del mundo. Estos dispositivos utilizan tecnologías que varían desde una paleta simple y un interruptor hasta escaneo infrarrojo y láser, e incluso análisis de audio ultrasónico. Su uso ha evitado muchos accidentes ferroviarios durante los 70 años que llevan utilizándose.

Señalización

La señalización ferroviaria es un sistema utilizado para controlar el tráfico ferroviario de forma segura para evitar colisiones entre trenes. Al estar guiados por rieles fijos que generan baja fricción, los trenes son excepcionalmente susceptibles a colisiones, ya que con frecuencia operan a velocidades que no les permiten detenerse rápidamente o dentro de la distancia visual del conductor; los vehículos de carretera, que encuentran un mayor nivel de fricción entre sus neumáticos de goma y la superficie de la carretera, tienen distancias de frenado mucho más cortas. La mayoría de las formas de control de trenes implican que la autoridad de movimiento se transfiere de los responsables de cada sección de una red ferroviaria a la tripulación del tren. No todos los métodos requieren el uso de señales y algunos sistemas son específicos de los ferrocarriles de vía única.

El proceso de señalización se lleva a cabo tradicionalmente en una caja de señales, un pequeño edificio que alberga el marco de palanca necesario para que el señalero opere los interruptores y señalice el equipo. Estos se colocan en varios intervalos a lo largo de la ruta de un ferrocarril, controlando secciones específicas de la vía. Los desarrollos tecnológicos más recientes han hecho superflua tal doctrina operativa, con la centralización de las operaciones de señalización en las salas de control regionales. Esto se ha visto facilitado por el mayor uso de computadoras, lo que permite monitorear grandes secciones de la vía desde una sola ubicación. El método común de señalización de bloques divide la vía en zonas protegidas por combinaciones de señales de bloques, reglas de operación y dispositivos de control automático para que solo un tren pueda estar en un bloque en cualquier momento.

Electrificación

El sistema de electrificación proporciona energía eléctrica a los trenes, para que puedan operar sin un motor principal a bordo. Esto permite costos operativos más bajos, pero requiere grandes inversiones de capital a lo largo de las líneas. Los sistemas de líneas principales y tranvías normalmente tienen cables aéreos, que cuelgan de postes a lo largo de la línea. El tránsito rápido separado por grados a veces usa un tercer carril terrestre.

La energía puede ser alimentada como corriente continua (DC) o alterna (AC). Los voltajes de CC más comunes son 600 y 750 V para tranvías y sistemas de tránsito rápido, y 1500 y 3000 V para líneas principales. Los dos sistemas de CA dominantes son 15 kV y 25 kV.

Estaciones

Una estación de tren sirve como un área donde los pasajeros pueden subir y bajar de los trenes. Una estación de mercancías es un patio que se utiliza exclusivamente para cargar y descargar mercancías. Las estaciones de pasajeros grandes tienen al menos un edificio que brinda comodidades a los pasajeros, como comprar boletos y comida. Las estaciones más pequeñas normalmente solo constan de una plataforma. Las primeras estaciones a veces se construyeron con instalaciones para pasajeros y mercancías.

Los andenes se utilizan para facilitar el acceso a los trenes y están conectados entre sí a través de pasos subterráneos, pasarelas y pasos a nivel. Algunas estaciones grandes se construyen como callejones sin salida, con trenes que solo operan desde una dirección. Las estaciones más pequeñas normalmente sirven a las áreas residenciales locales y pueden tener conexión con los servicios de autobuses alimentadores. Las estaciones grandes, en particular las estaciones centrales, sirven como el principal centro de transporte público de la ciudad y tienen transferencias disponibles entre los servicios ferroviarios y los servicios de tránsito rápido, tranvía o autobús.

Operaciones

Propiedad

Desde la década de 1980, ha habido una tendencia creciente a dividir las empresas ferroviarias, separando las empresas propietarias del material rodante de las propietarias de la infraestructura. Esto es particularmente cierto en Europa, donde este arreglo es requerido por la Unión Europea. Esto ha permitido el libre acceso de cualquier operador de trenes a cualquier parte de la red ferroviaria europea. En el Reino Unido, la vía férrea es de propiedad estatal, con un organismo público controlado (Network Rail) que la ejecuta, mantiene y desarrolla, mientras que las empresas operadoras de trenes han operado los trenes desde la privatización en la década de 1990.

En los EE. UU., prácticamente todas las redes e infraestructuras ferroviarias fuera del Corredor Noreste son propiedad privada de líneas de carga. Las líneas de pasajeros, principalmente Amtrak, operan como arrendatarios en las líneas de carga. En consecuencia, las operaciones deben estar estrechamente sincronizadas y coordinadas entre los ferrocarriles de carga y de pasajeros, y los trenes de pasajeros suelen ser despachados por el ferrocarril de carga anfitrión. Debido a este sistema compartido, ambos están regulados por la Administración Federal de Ferrocarriles (FRA) y pueden seguir las prácticas recomendadas por AREMA para el trabajo en vías y los estándares AAR para vehículos.

Financiación

La principal fuente de ingresos de las empresas ferroviarias proviene de los ingresos por boletos (para el transporte de pasajeros) y las tarifas de envío de carga. Los descuentos y pases mensuales a veces están disponibles para viajeros frecuentes (por ejemplo, boletos de temporada y pases de tren). Los ingresos por flete pueden venderse por espacio de contenedor o por un tren completo. A veces, el cargador es dueño de los autos y solo alquila el transporte. Para el transporte de pasajeros, los ingresos publicitarios pueden ser significativos.

Los gobiernos pueden optar por otorgar subsidios a la operación ferroviaria, ya que el transporte ferroviario tiene menos externalidades que otros modos de transporte dominantes. Si la empresa ferroviaria es de propiedad estatal, el estado puede simplemente proporcionar subsidios directos a cambio de una mayor producción. Si las operaciones han sido privatizadas, hay varias opciones disponibles. Algunos países tienen un sistema en el que la infraestructura es propiedad de una agencia o empresa gubernamental, con acceso abierto a las vías para cualquier empresa que cumpla con los requisitos de seguridad. En tales casos, el estado puede optar por proporcionar las pistas sin cargo o por una tarifa que no cubre todos los costos. Esto se considera análogo a que el gobierno proporcione acceso gratuito a las carreteras. Para operaciones de pasajeros, se puede pagar un subsidio directo a un operador de propiedad pública, o se puede realizar una licitación de obligación de servicio público, y un contrato por tiempo limitado adjudicado al postor más bajo. Las subvenciones ferroviarias totales de la UE ascendieron a 73 000 millones de euros en 2005.

Via Rail Canada y el servicio ferroviario de pasajeros de EE. UU. Amtrak son compañías ferroviarias privadas autorizadas por sus respectivos gobiernos nacionales. A medida que los servicios de pasajeros privados disminuyeron debido a la competencia de los automóviles y las aerolíneas, se convirtieron en accionistas de Amtrak, ya sea con una tarifa de entrada en efectivo o renunciando a sus locomotoras y material rodante. El gobierno subsidia a Amtrak proporcionando capital inicial y compensando las pérdidas al final del año fiscal.

La seguridad

Los trenes pueden viajar a velocidades muy altas, pero son pesados, no pueden desviarse de la vía y requieren grandes distancias para detenerse. Los posibles accidentes incluyen: descarrilamiento (saltar la vía); una colisión con otro tren; o colisión con automóviles, otros vehículos o peatones en los pasos a nivel, que representa la mayoría de todos los accidentes ferroviarios y víctimas. Para minimizar el riesgo de accidentes, las medidas de seguridad más importantes son reglas de operación estrictas, por ejemplo, señalización ferroviaria y puertas o separación de niveles en los cruces. Los silbatos, campanas o bocinas de los trenes advierten de la presencia de un tren, mientras que las señales en las vías mantienen las distancias entre los trenes.

En muchas redes interurbanas de alta velocidad, como el Shinkansen de Japón, los trenes circulan por líneas ferroviarias dedicadas sin ningún paso a nivel. Este es un elemento importante en la seguridad del sistema, ya que elimina efectivamente la posibilidad de colisión con automóviles, otros vehículos o peatones, y reduce en gran medida la probabilidad de colisión con otros trenes. Otro beneficio es que los servicios en la red interurbana se mantienen puntuales.

Mantenimiento

Como en cualquier activo de infraestructura, los ferrocarriles deben mantenerse al día con la inspección y el mantenimiento periódicos para minimizar el efecto de las fallas de infraestructura que pueden interrumpir las operaciones de ingresos por transporte y los servicios de pasajeros. Debido a que los pasajeros se consideran la carga más crucial y, por lo general, operan a velocidades más altas, pendientes más pronunciadas y mayor capacidad/frecuencia, sus filas son especialmente importantes. Las prácticas de inspección incluyen carros de geometría de pista o inspección a pie. El mantenimiento de curvas, especialmente para los servicios de tránsito, incluye la calibración, el ajuste de sujetadores y el reemplazo de rieles.

La ondulación de los rieles es un problema común con los sistemas de tránsito debido a la gran cantidad de pasajes de ruedas de ejes livianos que resultan en el pulido de la interfaz rueda/riel. Dado que el mantenimiento puede superponerse con las operaciones, se deben seguir de cerca las ventanas de mantenimiento (horas nocturnas, horas de menor actividad, alteración de los horarios o rutas de los trenes). Además, se debe tener en cuenta en todo momento la seguridad de los pasajeros durante el trabajo de mantenimiento (cercas entre vías, almacenamiento adecuado de materiales, avisos de trabajo en vías, peligros de los equipos cerca de los estados). En ocasiones, pueden surgir problemas de acceso para mantenimiento debido a túneles, estructuras elevadas y paisajes urbanos congestionados. Aquí, se utilizan equipos especializados o versiones más pequeñas de equipos de mantenimiento convencionales.

A diferencia de las carreteras o las redes viales, donde la capacidad se desglosa en viajes no vinculados en segmentos de rutas individuales, la capacidad ferroviaria se considera fundamentalmente un sistema de red. Como resultado, muchos componentes son causas y efectos de las interrupciones del sistema. El mantenimiento debe reconocer la amplia gama de rendimiento de una ruta (tipo de servicio de tren, origen/destino, impactos estacionales), la capacidad de la línea (longitud, terreno, número de vías, tipos de control del tren), el rendimiento de los trenes (velocidades máximas, aceleración/desaceleración tarifas) y características del servicio con vías compartidas de pasajeros y carga (apartaderos, capacidades de terminales, rutas de cambio y tipo de diseño).

Aspectos sociales, económicos y energéticos

Energía

El transporte ferroviario es un medio de transporte terrestre mecanizado eficiente desde el punto de vista energético pero intensivo en capital. Las vías proporcionan superficies lisas y duras sobre las que pueden rodar las ruedas del tren generándose un nivel de fricción relativamente bajo. Mover un vehículo sobre y/o a través de un medio (tierra, mar o aire) requiere que venza la resistencia a su movimiento causada por la fricción. La resistencia total de un vehículo terrestre (en libras o Newtons) es una función cuadrática de la velocidad del vehículo:{displaystyle qquad qquad R=a+bv+cv^{2}}

donde:R denota resistencia totala denota resistencia constante inicialb denota constante relacionada con la velocidadc denota una constante que es función de la forma, el área frontal y los lados del vehículov denota velocidadv denota velocidad, al cuadrado

Esencialmente, la resistencia difiere entre el punto de contacto del vehículo y la superficie de la calzada. Las ruedas de metal sobre rieles de metal tienen una ventaja significativa de vencer la resistencia en comparación con las ruedas con neumáticos de goma en cualquier superficie de carretera (ferrocarril: 0,001 g a 10 millas por hora (16 km/h) y 0,024 g a 60 millas por hora (97 km/h). h); camión: 0,009 g a 10 millas por hora (16 km/h) y 0,090 a 60 millas por hora (97 km/h)). En términos de capacidad de carga combinando velocidad y tamaño que se mueve en un día:

• humano: puede transportar 100 libras (45 kg) durante 20 millas (32 km) por día, o 1 tmi / día (1,5 tkm / día)
• caballo y carretilla: puede transportar 4 tmi/día (5,8 tkm/día)
• carro de caballos en buen pavimento - puede transportar 10 tmi/día (14 tkm/día)
• Camión totalmente utilitario: puede transportar 20 000 tmi/día (29 000 tkm/día)
• tren de larga distancia: puede transportar 500 000 tmi/día (730 000 tkm/día) La mayoría de los trenes sacan de la carretera entre 250 y 400 camiones, lo que hace que la carretera sea más segura.

En términos de la relación entre potencia y peso, una barcaza de movimiento lento requiere 0,2 caballos de fuerza por tonelada corta (0,16 kW/t), un ferrocarril y un oleoducto requieren 2,5 caballos de fuerza por tonelada corta (2,1 kW/t) y un camión requiere 10 caballos de fuerza por tonelada corta. tonelada corta (8,2 kW/t). Sin embargo, a velocidades más altas, un ferrocarril supera a la barcaza y resulta más económico.

Como ejemplo, un vagón moderno típico puede transportar hasta 113 toneladas (125 toneladas cortas) de carga en dos bogies de cuatro ruedas. La vía distribuye el peso del tren de manera uniforme, lo que permite cargas significativamente mayores por eje y rueda que en el transporte por carretera, lo que se traduce en un menor desgaste de la vía permanente. Esto puede ahorrar energía en comparación con otras formas de transporte, como el transporte por carretera, que depende de la fricción entre los neumáticos de goma y la carretera. Los trenes tienen un área frontal pequeña en relación con la carga que transportan, lo que reduce la resistencia del aire y, por lo tanto, el uso de energía.

Además, la presencia de vías que guían las ruedas permite que trenes muy largos sean tirados por una o varias locomotoras y conducidos por un solo operador, incluso en curvas, lo que permite economías de escala tanto en mano de obra como en uso de energía; en cambio, en el transporte por carretera, más de dos articulaciones provocan colas de pez y hacen que el vehículo sea inseguro.

Eficiencia energética

Considerando únicamente la energía gastada para mover los medios de transporte, y usando el ejemplo del área urbana de Lisboa, los trenes eléctricos parecen ser en promedio 20 veces más eficientes que los automóviles para el transporte de pasajeros, si consideramos la energía gastada por pasajero-distancia con proporciones de ocupación similares. Considerando un automóvil con un consumo de alrededor de 6 l/100 km (47 mpg _-imp; 39 mpg _-US) de combustible, el coche medio en Europa tiene una ocupación de alrededor de 1,2 pasajeros por automóvil (ratio de ocupación de alrededor del 24%) y que un litro de combustible asciende a unos 8,8 kWh (32 MJ), lo que equivale a una media de 441 Wh (1.590 kJ) por pasajero-km. Esto se compara con un tren moderno con una ocupación promedio del 20 % y un consumo de alrededor de 8,5 kW⋅h/km (31 MJ/km; 13,7 kW⋅h/mi), lo que equivale a 21,5 Wh (77 kJ) por pasajero-km., 20 veces menos que el automóvil.

Uso

Debido a estos beneficios, el transporte ferroviario es una forma importante de transporte de pasajeros y mercancías en muchos países. Es omnipresente en Europa, con una red integrada que cubre prácticamente todo el continente. En India, China, Corea del Sur y Japón, muchos millones utilizan los trenes como medio de transporte regular. En América del Norte, el transporte ferroviario de mercancías está muy extendido y se usa mucho, pero el transporte ferroviario interurbano de pasajeros es relativamente escaso fuera del Corredor Noreste, debido a la mayor preferencia por otros modos, en particular automóviles y aviones. Sin embargo, la implementación de formas nuevas y mejoradas, como hacer que sea fácilmente accesible dentro de los vecindarios, puede ayudar a reducir el uso de vehículos privados y aviones por parte de los viajeros.

Sudáfrica, el norte de África y Argentina tienen extensas redes ferroviarias, pero algunos ferrocarriles en otras partes de África y América del Sur son líneas aisladas. Australia tiene una red generalmente escasa acorde con su densidad de población, pero tiene algunas áreas con redes significativas, especialmente en el sureste. Además de la línea transcontinental este-oeste existente anteriormente en Australia, se ha construido una línea de norte a sur. La vía férrea más alta del mundo es la línea a Lhasa, en el Tíbet, que en parte atraviesa territorio de permafrost. Europa Occidental tiene la densidad ferroviaria más alta del mundo y muchos trenes individuales operan allí a través de varios países a pesar de las diferencias técnicas y organizativas en cada red nacional.

Impacto social y económico

Modernización

Los ferrocarriles son fundamentales para la formación de la modernidad y las ideas de progreso.El proceso de modernización del siglo XIX implicó una transición de un mundo orientado espacialmente a un mundo orientado en el tiempo. La hora exacta era fundamental, y todo el mundo tenía que saber qué hora era, lo que dio como resultado torres de reloj para estaciones de ferrocarril, relojes en lugares públicos, relojes de bolsillo para trabajadores ferroviarios y para viajeros. Los trenes salían a tiempo (nunca salían temprano). Por el contrario, en la era premoderna, los barcos de pasajeros partían cuando el capitán tenía suficientes pasajeros. En la era premoderna, la hora local se fijaba al mediodía, cuando el sol estaba en su punto más alto. Cada lugar de este a oeste tenía una hora diferente y eso cambió con la introducción de las zonas horarias estándar. Los horarios impresos eran convenientes para los viajeros, pero los horarios más elaborados, llamados órdenes de trenes, eran aún más esenciales para las tripulaciones de los trenes, los trabajadores de mantenimiento, el personal de la estación y los equipos de reparación y mantenimiento, que sabían cuándo esperar que llegara un tren. La mayoría de las vías eran de vía única, con apartaderos y señales para permitir que los trenes de menor prioridad se desviaran. Los horarios les decían a todos qué hacer, dónde estar y exactamente cuándo. Si el mal tiempo interrumpía el sistema, los telegrafistas transmitían correcciones y actualizaciones inmediatas en todo el sistema. Así como los ferrocarriles como organizaciones comerciales crearon los estándares y modelos para las grandes empresas modernas, también el horario ferroviario se adaptó a innumerables usos, como horarios de autobuses, transbordadores y aviones, para programas de radio y televisión, para horarios escolares, para fábricas. relojes de tiempo El mundo moderno estaba regido por el reloj y el horario. La mayoría de las vías eran de vía única, con apartaderos y señales para permitir que los trenes de menor prioridad se desviaran. Los horarios les decían a todos qué hacer, dónde estar y exactamente cuándo. Si el mal tiempo interrumpía el sistema, los telegrafistas transmitían correcciones y actualizaciones inmediatas en todo el sistema. Así como los ferrocarriles como organizaciones comerciales crearon los estándares y modelos para las grandes empresas modernas, también el horario ferroviario se adaptó a innumerables usos, como horarios de autobuses, transbordadores y aviones, para programas de radio y televisión, para horarios escolares, para fábricas. relojes de tiempo El mundo moderno estaba regido por el reloj y el horario. La mayoría de las vías eran de vía única, con apartaderos y señales para permitir que los trenes de menor prioridad se desviaran. Los horarios les decían a todos qué hacer, dónde estar y exactamente cuándo. Si el mal tiempo interrumpía el sistema, los telegrafistas transmitían correcciones y actualizaciones inmediatas en todo el sistema. Así como los ferrocarriles como organizaciones comerciales crearon los estándares y modelos para las grandes empresas modernas, también el horario ferroviario se adaptó a innumerables usos, como horarios de autobuses, transbordadores y aviones, para programas de radio y televisión, para horarios escolares, para fábricas. relojes de tiempo El mundo moderno estaba regido por el reloj y el horario. los telegrafistas transmitieron correcciones y actualizaciones inmediatas a través del sistema. Así como los ferrocarriles como organizaciones comerciales crearon los estándares y modelos para las grandes empresas modernas, también el horario ferroviario se adaptó a innumerables usos, como horarios de autobuses, transbordadores y aviones, para programas de radio y televisión, para horarios escolares, para fábricas. relojes de tiempo El mundo moderno estaba regido por el reloj y el horario. los telegrafistas transmitieron correcciones y actualizaciones inmediatas a través del sistema. Así como los ferrocarriles como organizaciones comerciales crearon los estándares y modelos para las grandes empresas modernas, también el horario ferroviario se adaptó a innumerables usos, como horarios de autobuses, transbordadores y aviones, para programas de radio y televisión, para horarios escolares, para fábricas. relojes de tiempo El mundo moderno estaba regido por el reloj y el horario.

Edificio de la nacion

Los académicos han relacionado los ferrocarriles con los esfuerzos exitosos de construcción de naciones por parte de los estados.

Modelo de gestión empresarial

Según el historiador Henry Adams, el sistema de ferrocarriles necesitaba:las energías de una generación, porque requirió toda la nueva maquinaria para ser creada: capital, bancos, minas, hornos, talleres, centrales eléctricas, conocimiento técnico, población mecánica, junto con una constante remodelación de hábitos sociales y políticos, ideas, e instituciones para adaptarse a la nueva escala y adaptarse a las nuevas condiciones. La generación entre 1865 y 1895 ya estaba hipotecada a los ferrocarriles, y nadie lo sabía mejor que la propia generación.

El impacto se puede examinar a través de cinco aspectos: envío, finanzas, administración, carreras y reacción popular.

Transporte de mercancías y pasajeros

Primero, proporcionaron una red altamente eficiente para el envío de carga y pasajeros a través de un gran mercado nacional. El resultado fue un impacto transformador en la mayoría de los sectores de la economía, incluidos la fabricación, el comercio minorista y mayorista, la agricultura y las finanzas. Estados Unidos ahora tenía un mercado nacional integrado prácticamente del tamaño de Europa, sin barreras ni aranceles internos, todo respaldado por un idioma común, un sistema financiero y un sistema legal común.

Base del sistema financiero privado

El financiamiento de los ferrocarriles proporcionó la base para una expansión espectacular del sistema financiero privado (no gubernamental). La construcción de ferrocarriles era mucho más cara que las fábricas. En 1860, el total combinado de acciones y bonos ferroviarios fue de $ 1.8 mil millones; 1897 alcanzó $ 10,6 mil millones (en comparación con una deuda nacional total de $ 1,2 mil millones). La financiación provino de financieros de todo el noreste y de Europa, especialmente Gran Bretaña. Alrededor del 10 por ciento de la financiación provino del gobierno, especialmente en forma de concesiones de tierras que podrían realizarse cuando se abriera una cierta cantidad de vía.El sistema financiero estadounidense emergente se basó en bonos ferroviarios. Nueva York en 1860 era el mercado financiero dominante. Los británicos invirtieron mucho en ferrocarriles en todo el mundo, pero en ningún lugar más que en los Estados Unidos; El total llegó a alrededor de $ 3 mil millones en 1914. En 1914-1917, liquidaron sus activos estadounidenses para pagar los suministros de guerra.

Inventar la gestión moderna

La gerencia del ferrocarril diseñó sistemas complejos que podían manejar relaciones simultáneas mucho más complicadas de lo que podría soñar el propietario de la fábrica local que podía patrullar cada parte de su propia fábrica en cuestión de horas. Los ingenieros civiles se convirtieron en la alta dirección de los ferrocarriles. Los principales innovadores estadounidenses fueron el Ferrocarril Occidental de Massachusetts y el Ferrocarril de Baltimore y Ohio en la década de 1840, el Erie en la década de 1850 y el Pensilvania en la década de 1860.

Trayectoria de carrera

Los ferrocarriles inventaron la carrera profesional en el sector privado tanto para los trabajadores de cuello azul como para los de cuello blanco. El ferrocarril se convirtió en una carrera de por vida para los hombres jóvenes; las mujeres casi nunca fueron contratadas. Una trayectoria profesional típica vería a un joven contratado a los 18 años como obrero de taller, ascendido a mecánico calificado a los 24 años, guardafrenos a los 25, conductor de carga a los 27 y conductor de pasajeros a los 57 años. Las trayectorias profesionales de cuello blanco también fueron delineado Los jóvenes educados comenzaron en el trabajo administrativo o estadístico y ascendieron a agentes de estación o burócratas en la sede central o de división. En cada nivel tenían más y más conocimiento, experiencia y capital humano. Fueron muy difíciles de reemplazar y prácticamente se les garantizaron trabajos permanentes y se les proporcionó seguro y atención médica. Las tarifas de contratación, despido y salarios no las fijaban los capataces, sino por administradores centrales, con el fin de minimizar el favoritismo y los conflictos de personalidad. Todo se hizo según el libro, por lo que un conjunto de reglas cada vez más complejo dictaba a todos exactamente lo que se debía hacer en cada circunstancia, y cuál sería exactamente su rango y salario. En la década de 1880, los ferroviarios de carrera se jubilaban y se inventaron sistemas de pensiones para ellos.

Transporte

Los ferrocarriles contribuyen a la vitalidad social y la competitividad económica al transportar multitudes de clientes y trabajadores a los centros de las ciudades y suburbios. Hong Kong ha reconocido al ferrocarril como "la columna vertebral del sistema de transporte público" y, como tal, desarrolló su sistema de autobuses en franquicia y su infraestructura vial en alineación integral con sus servicios ferroviarios. Las grandes ciudades de China, como Beijing, Shanghái y Guangzhou, reconocen las líneas de tránsito ferroviario como el marco y las líneas de autobús como el cuerpo principal de sus sistemas de transporte metropolitano. El Shinkansen japonés se construyó para satisfacer la creciente demanda de tráfico en el "corazón de la industria y la economía de Japón", situado en la línea Tokio-Kobe.

Roles en tiempo de guerra y objetivos aéreos

En la década de 1863-70, el uso intensivo de los ferrocarriles en la Guerra Civil estadounidense y en las guerras de Alemania contra Austria y Francia proporcionó una velocidad de movimiento sin precedentes en la época de los caballos. Durante gran parte del siglo XX, el ferrocarril fue un elemento clave de los planes de guerra para la movilización militar rápida, lo que permitió el transporte rápido y eficiente de un gran número de reservistas a sus puntos de reunión y soldados de infantería al frente. El frente occidental en Francia durante la Primera Guerra Mundial requería muchos trenes cargados de municiones al día. Los patios ferroviarios y los puentes en Alemania y la Francia ocupada fueron objetivos importantes del poder aéreo aliado en la Segunda Guerra Mundial.

Impactos positivos

Los ferrocarriles canalizan el crecimiento hacia las aglomeraciones urbanas densas y a lo largo de sus arterias, a diferencia de la expansión de las carreteras, indicativo de la política de transporte de los EE. agotamiento de las reservas naturales. Estos arreglos revalorizan los espacios de la ciudad, los impuestos locales, el valor de la vivienda y la promoción del desarrollo de uso mixto.

Impactos negativos

Bryant Chad descubrió que en la década de 1840 en Austria, la llegada de los ferrocarriles y las locomotoras de vapor enfureció a los lugareños debido al ruido, el olor y la contaminación causados ​​por los trenes y los daños a las casas y la tierra circundante causados ​​por el hollín y las brasas ardientes del motor; y dado que la mayoría de los viajes eran muy locales, la gente común rara vez usaba la nueva línea.

Contaminación

Un estudio de 2018 encontró que la apertura del Metro de Beijing provocó una reducción en "la mayoría de las concentraciones de contaminantes del aire (PM2.5, PM10, SO2, NO2 y CO) pero tuvo poco efecto en la contaminación por ozono".

El ferrocarril moderno como indicador de desarrollo económico

Los economistas del desarrollo europeos han argumentado que la existencia de una infraestructura ferroviaria moderna es un indicador importante del avance económico de un país: esta perspectiva se ilustra notablemente a través del Índice de Infraestructura de Transporte Ferroviario Básico (conocido como Índice BRTI).

Subvenciones

Asia

Porcelana

En 2014, el gasto ferroviario total de China fue de $ 130 mil millones y es probable que se mantenga a un ritmo similar durante el resto del próximo período de cinco años del país (2016-2020).

India

Los Ferrocarriles de la India están subvencionados con alrededor de 260.000 millones de rupias (3.400 millones de dólares estadounidenses), de los cuales alrededor del 60% se destina a trenes de cercanías y viajes de corta distancia.

Europa

Según el Índice de Rendimiento Ferroviario Europeo de 2017 en cuanto a intensidad de uso, calidad de servicio y rendimiento de seguridad, los sistemas ferroviarios nacionales europeos de primer nivel están formados por Suiza, Dinamarca, Finlandia, Alemania, Austria, Suecia y Francia. Los niveles de desempeño revelan una correlación positiva entre el costo público y el desempeño de un sistema ferroviario dado, y también revelan diferencias en el valor que los países reciben a cambio de su costo público. Dinamarca, Finlandia, Francia, Alemania, los Países Bajos, Suecia y Suiza obtienen un valor relativamente alto por su dinero, mientras que Luxemburgo, Bélgica, Letonia, Eslovaquia, Portugal, Rumania y Bulgaria tienen un desempeño inferior en relación con la relación promedio de rendimiento a costo entre los europeos. los paises.

País	Subvención en miles de millones de euros	Año
Alemania	17.0	2014
Francia	13.2	2013
Italia	8.1	2009
Suiza	5.8	2012
España	5.1	2015
Reino Unido	4.5	2015
Bélgica	3.4	2008
Países Bajos	2.5	2014
Austria	2.3	2009
Dinamarca	1.7	2008
Suecia	1.6	2009
Polonia	1.4	2008
Irlanda	0.91	2008

Rusia

En 2016, Russian Railways recibió 94.900 millones de rublos (alrededor de 1.400 millones de dólares estadounidenses) del gobierno.

Norteamérica

Estados Unidos

En 2015, la financiación del gobierno federal de EE. UU. para Amtrak fue de alrededor de 1400 millones de dólares estadounidenses. Para 2018, la financiación asignada había aumentado a aproximadamente US$ 1900 millones.