Locomotiva
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Uma locomotiva ou motor é um veículo de transporte ferroviário que fornece a força motriz para um trem. Se uma locomotiva é capaz de transportar uma carga útil, geralmente é chamada de unidade múltipla, vagão, vagão ou vagão motorizado; o uso desses veículos automotores é cada vez mais comum para trens de passageiros, mas raro para cargas.
Tradicionalmente, as locomotivas puxavam os trens pela frente. No entanto, a operação push-pull tornou-se comum, onde o trem pode ter uma locomotiva (ou locomotivas) na frente, na traseira ou em cada extremidade. Mais recentemente, as ferrovias começaram a adotar DPU ou energia distribuída. A frente pode ter uma ou duas locomotivas seguidas por uma locomotiva intermediária que é controlada remotamente a partir da unidade principal.
Etimologia
A palavra locomotiva se origina do latim loco 'de um lugar', ablativo de locus 'lugar', e o latim medieval motivus 'causando movimento', e é uma forma abreviada do termo motor de locomotiva , que foi usado pela primeira vez em 1814 para distinguir entre motores a vapor automotores e estacionários.
Classificações
Antes das locomotivas, a força motriz das ferrovias era gerada por vários métodos de baixa tecnologia, como força humana, cavalos de força, gravidade ou motores estacionários que acionavam sistemas de cabos. Poucos desses sistemas ainda existem hoje. As locomotivas podem gerar energia a partir de combustível (madeira, carvão, petróleo ou gás natural) ou podem obter energia de uma fonte externa de eletricidade. É comum classificar as locomotivas por sua fonte de energia. Os comuns incluem:
Vapor
Uma locomotiva a vapor é uma locomotiva cuja fonte de energia primária é um motor a vapor. A forma mais comum de locomotiva a vapor também contém uma caldeira para gerar o vapor usado pelo motor. A água na caldeira é aquecida pela queima de material combustível – geralmente carvão, madeira ou óleo – para produzir vapor. O vapor move pistões alternativos que são conectados às rodas principais da locomotiva, conhecidas como "rodas motrizes". Os suprimentos de combustível e água são transportados com a locomotiva, seja na própria locomotiva, em bunkers e tanques (esse arranjo é conhecido como "locomotiva tanque") ou puxados atrás da locomotiva, em tenders (este arranjo é conhecido como uma "locomotiva de concurso").
A primeira locomotiva a vapor ferroviária funcional em grande escala foi construída por Richard Trevithick em 1802. Ela foi construída para a siderúrgica de Coalbrookdale em Shropshire, na Inglaterra, embora nenhum registro dela funcionando lá tenha sobrevivido. Em 21 de fevereiro de 1804, a primeira viagem ferroviária a vapor registrada ocorreu quando outra locomotiva de Trevithick rebocou um trem da siderúrgica de Penydarren, em Merthyr Tydfil, para Abercynon, no sul do País de Gales. Acompanhado por Andrew Vivian, correu com sucesso misto. O projeto incorporou uma série de inovações importantes, incluindo o uso de vapor de alta pressão que reduziu o peso do motor e aumentou sua eficiência.
Em 1812, a locomotiva de cremalheira de dois cilindros de Matthew Murray Salamanca funcionou pela primeira vez na Middleton Railway de cremalheira e pinhão com trilhos laterais; esta é geralmente considerada a primeira locomotiva comercialmente bem-sucedida. Outra locomotiva antiga bem conhecida foi a Puffing Billy, construída entre 1813 e 1814 pelo engenheiro William Hedley para a Wylam Colliery perto de Newcastle upon Tyne. Esta locomotiva é a mais antiga preservada e está em exibição estática no Museu da Ciência, em Londres. George Stephenson construiu a Locomotion No. 1 para a Stockton & Darlington Railway, no nordeste da Inglaterra, que foi a primeira ferrovia pública a vapor do mundo. Em 1829, seu filho Robert construiu The Rocket em Newcastle upon Tyne. Rocket entrou e venceu os Rainhill Trials. Esse sucesso levou a empresa a emergir como a construtora preeminente de locomotivas a vapor usadas em ferrovias no Reino Unido, Estados Unidos e grande parte da Europa. O Liverpool & A Manchester Railway, construída por Stephenson, foi inaugurada um ano depois, fazendo uso exclusivo da energia a vapor para trens de passageiros e mercadorias.
A locomotiva a vapor permaneceu de longe o tipo mais comum de locomotiva até depois da Segunda Guerra Mundial. As locomotivas a vapor são menos eficientes do que as modernas locomotivas a diesel e elétricas, e uma força de trabalho significativamente maior é necessária para operá-las e fazer sua manutenção. Os números da British Rail mostraram que o custo de tripulação e abastecimento de uma locomotiva a vapor era cerca de duas vezes e meia maior do que o custo de manutenção de uma locomotiva a diesel equivalente, e a quilometragem diária que eles podiam rodar era menor. Entre cerca de 1950 e 1970, a maioria das locomotivas a vapor foram retiradas do serviço comercial e substituídas por locomotivas elétricas e diesel-elétricas. Enquanto a América do Norte passou do vapor durante a década de 1950 e a Europa continental na década de 1970, em outras partes do mundo, a transição aconteceu mais tarde. O vapor era uma tecnologia familiar que usava combustíveis amplamente disponíveis e em economias de baixos salários não sofria uma disparidade de custo tão grande. Ele continuou a ser usado em muitos países até o final do século XX. No final do século 20, quase o único motor a vapor remanescente em uso regular em todo o mundo estava em ferrovias tradicionais.
Combustão interna
As locomotivas de combustão interna usam um motor de combustão interna, conectado às rodas motrizes por uma transmissão. Normalmente, eles mantêm o motor funcionando a uma velocidade quase constante, quer a locomotiva esteja parada ou em movimento. As locomotivas de combustão interna são categorizadas por seu tipo de combustível e subcategorizadas por seu tipo de transmissão.
Benzeno
As locomotivas a benzeno possuem motores de combustão interna que usam benzeno como combustível. Entre o final dos anos 1890 e 1900, vários fabricantes comerciais de locomotivas a benzeno estavam operando. Isso começou com Deutz, que produziu um sistema operacional baseado em um protótipo de projeto para uma mina de manganês em Giessen. Em seguida, no início de 1900, eles foram vendidos para várias operações de mineração e túneis. Após os anos 1900, nenhum uso generalizado foi necessário ou exigido, sua inadequação aumentou com a existência de locomotivas a gasolina e diesel.
Querosene
As locomotivas a querosene usam querosene como combustível. Elas foram as primeiras locomotivas de combustão interna do mundo, precedendo a diesel e outras locomotivas a óleo por alguns anos. O primeiro veículo ferroviário a querosene conhecido foi um draisine construído por Gottlieb Daimler em 1887, mas não era tecnicamente uma locomotiva, pois carregava uma carga útil.
Uma locomotiva a querosene foi construída em 1894 pelos irmãos Priestman de Kingston upon Hull para uso nas docas de Hull. Esta locomotiva foi construída com um motor marítimo de dupla ação de 12 hp, operando a 300 rpm, montado em um chassi de vagão de 4 rodas. Ele só conseguia transportar um vagão carregado por vez, devido à sua baixa potência, e não teve grande sucesso. A primeira locomotiva a querosene de sucesso foi "Lachesis" construído por Richard Hornsby & Sons e entregue à ferrovia Woolwich Arsenal em 1896. A empresa construiu quatro locomotivas a querosene entre 1896 e 1903, para uso no Arsenal.
Gasolina
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As locomotivas a gasolina usam gasolina (gasolina) como combustível. A primeira locomotiva a gasolina de sucesso comercial foi uma locomotiva mecânica a gasolina construída pela Maudslay Motor Company em 1902, para o Deptford Cattle Market em Londres. Era uma locomotiva de 80 cv com motor vertical a gasolina de 3 cilindros, com caixa mecânica de duas velocidades.
Mecânica a gasolina
O tipo mais comum de locomotiva a gasolina são as locomotivas mecânicas a gasolina, que usam transmissão mecânica na forma de caixas de câmbio (às vezes em conjunto com acionamentos por corrente) para fornecer a potência do motor ao rodas motrizes, da mesma forma que um carro. A segunda locomotiva gasolina-mecânica foi construída por F.C. Blake de Kew em janeiro de 1903 para o Richmond Main Sewerage Board.
Gasolina elétrica
Locomotivas elétricas a gasolina são locomotivas a gasolina que usam transmissão elétrica para entregar a potência do motor às rodas motrizes. Isso evita a necessidade de caixas de câmbio, convertendo a força mecânica rotativa do motor em energia elétrica por um dínamo e, em seguida, acionando as rodas por motores de tração elétrica de várias velocidades. Isso permite uma aceleração mais suave, pois evita a necessidade de trocas de marcha, porém é mais caro, mais pesado e às vezes mais volumoso que a transmissão mecânica.
Uma notável locomotiva elétrica a gasolina foi construída em 1913 para a Minneapolis, St. Paul, Rochester e Dubuque Electric Traction Company. Ele pesava 60 toneladas, gerava 350 hp e passava por um par de bogies em um arranjo Bo-Bo.
Diesel
As locomotivas a diesel são movidas por motores a diesel. Nos primórdios do desenvolvimento da propulsão a diesel, vários sistemas de transmissão foram empregados com graus variados de sucesso, sendo a transmissão elétrica a mais popular.
Diesel-mecânica
Uma locomotiva diesel-mecânica usa transmissão mecânica para transferir potência para as rodas. Este tipo de transmissão é geralmente limitado a locomotivas de manobra (comutação) de baixa potência e baixa velocidade, unidades múltiplas leves e vagões automotores. As primeiras locomotivas a diesel eram diesel-mecânicas. Em 1906, Rudolf Diesel, Adolf Klose e o fabricante de motores a vapor e diesel Gebrüder Sulzer fundaram a Diesel-Sulzer-Klose GmbH para fabricar locomotivas movidas a diesel. A Prussian State Railways encomendou uma locomotiva a diesel da empresa em 1909. A primeira locomotiva movida a diesel do mundo (uma locomotiva diesel-mecânica) foi operada no verão de 1912 na ferrovia Winterthur-Romanshorn na Suíça, mas foi não um sucesso comercial. Pequenos números de protótipos de locomotivas a diesel foram produzidos em vários países em meados da década de 1920.
Diesel-elétrico
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As locomotivas diesel-elétricas são locomotivas a diesel que usam transmissão elétrica. O motor a diesel aciona um gerador CC elétrico (geralmente, menos de 3.000 cavalos de potência (2.200 kW) líquidos para tração) ou um alternador-retificador elétrico CA (geralmente 3.000 cavalos de potência (2.200 kW) líquidos ou mais para tração), a saída de que fornece energia aos motores de tração que acionam a locomotiva. Não há conexão mecânica entre o motor diesel e as rodas. A grande maioria das locomotivas a diesel hoje são diesel-elétricas.
Em 1914, Hermann Lemp, um engenheiro elétrico da General Electric, desenvolveu e patenteou um sistema confiável de controle elétrico de corrente contínua (melhorias subsequentes também foram patenteadas por Lemp). O projeto de Lemp usava uma única alavanca para controlar o motor e o gerador de maneira coordenada e era o protótipo para todos os controles de locomotivas diesel-elétricas. Em 1917-18, a GE produziu três locomotivas diesel-elétricas experimentais usando o projeto de controle de Lemp. Em 1924, uma locomotiva diesel-elétrica (número original Eel2 Юэ 001/Yu-e 001) iniciou suas operações. Ele foi projetado por uma equipe liderada por Yury Lomonosov e construído entre 1923 e 1924 pela Maschinenfabrik Esslingen na Alemanha. Tinha 5 eixos motrizes (1'E1'). Depois de vários passeios de teste, rebocou trens por quase três décadas, de 1925 a 1954.
Diesel-hidráulico
As locomotivas diesel-hidráulicas são locomotivas a diesel que utilizam transmissão hidráulica. Nesse arranjo, eles usam um ou mais conversores de torque, em combinação com engrenagens, com uma transmissão final mecânica para transmitir a potência do motor a diesel para as rodas.
O principal usuário mundial de locomotivas de transmissão hidráulica de linha principal foi a Deutsche Bundesbahn, com projetos que incluem a classe DB V 200 e a família DB V 160. A British Rail introduziu uma série de projetos hidráulicos a diesel durante seu Plano de Modernização de 1955: inicialmente versões licenciadas de projetos alemães. Na Espanha, a Renfe usou projetos alemães bimotores de alta relação potência-peso para transportar trens de alta velocidade das décadas de 1960 a 1990 (consulte Renfe Classes 340, 350, 352, 353, 354).
Sistemas de acionamento hidrostático também foram aplicados ao uso ferroviário, por exemplo, locomotivas de manobra de 350 a 750 hp (260 a 560 kW) pelo CMI Group (Bélgica). Acionamentos hidrostáticos também são usados em máquinas de manutenção ferroviária, como compactadores e trituradores de trilhos.
Turbina a gás
Uma locomotiva de turbina a gás é uma locomotiva com motor de combustão interna que consiste em uma turbina a gás. Os motores ICE requerem uma transmissão para alimentar as rodas. O motor deve continuar funcionando quando a locomotiva estiver parada.
As locomotivas mecânicas com turbina a gás usam uma transmissão mecânica para entregar a potência das turbinas a gás às rodas. Uma locomotiva com turbina a gás foi patenteada em 1861 por Marc Antoine François Mennons (patente britânica nº 1633). Não há evidências de que a locomotiva tenha sido realmente construída, mas o projeto inclui as características essenciais das locomotivas de turbina a gás, incluindo compressor, câmara de combustão, turbina e pré-aquecedor de ar. Em 1952, a Renault entregou um protótipo de locomotiva mecânica de turbina a gás de 1150 hp com quatro eixos, equipada com a "turbina livre" sistema de produção de gás e ar comprimido, em vez de um compressor coaxial multiestágio integrado à turbina. Este modelo foi sucedido por um par de locomotivas de seis eixos e 2.400 hp com duas turbinas e alimentações Pescara em 1959. Várias locomotivas semelhantes foram construídas na URSS pela Kharkov Locomotive Works.
As locomotivas elétricas com turbina a gás usam uma turbina a gás para acionar um gerador elétrico ou alternador que produz corrente elétrica que alimenta o motor de tração que aciona as rodas. Em 1939, a Swiss Federal Railways encomendou o Am 4/6, um GTEL com 1.620 kW (2.170 hp) de potência máxima do motor da Brown Boveri. Foi concluído em 1941 e depois submetido a testes antes de entrar em serviço regular. A Am 4/6 foi a primeira turbina a gás – locomotiva elétrica. A British Rail 18000 foi construída por Brown Boveri e entregue em 1949. A British Rail 18100 foi construída pela Metropolitan-Vickers e entregue em 1951. Uma terceira locomotiva, a British Rail GT3, foi construída em 1961. A Union Pacific operava uma grande frota de turbinas. locomotivas de carga movidas a partir da década de 1950. Estes foram amplamente utilizados em rotas de longa distância e eram econômicos, apesar de sua economia de combustível pobre devido ao uso de "sobras" combustíveis da indústria do petróleo. No auge, a ferrovia estimou que eles moviam cerca de 10% dos trens de carga da Union Pacific, um uso muito mais amplo do que qualquer outro exemplo dessa classe.
Uma turbina a gás oferece algumas vantagens sobre um motor a pistão. Existem poucas peças móveis, diminuindo a necessidade de lubrificação e potencialmente reduzindo os custos de manutenção, e a relação peso/potência é muito maior. Uma turbina de uma determinada potência também é fisicamente menor do que um motor de pistão igualmente potente, permitindo que uma locomotiva seja muito potente sem ser excessivamente grande. No entanto, a potência e a eficiência de uma turbina caem drasticamente com a velocidade de rotação, ao contrário de um motor a pistão, que tem uma curva de potência comparativamente plana. Isso torna os sistemas GTEL úteis principalmente para corridas de alta velocidade de longa distância. Problemas adicionais com locomotivas elétricas com turbina a gás incluíam que elas eram muito barulhentas.
Elétrico
Uma locomotiva elétrica é uma locomotiva movida apenas por eletricidade. A eletricidade é fornecida aos trens em movimento com um condutor (quase) contínuo que corre ao longo da via, que geralmente assume uma das três formas: uma linha aérea, suspensa de postes ou torres ao longo da via ou de estruturas ou tetos de túneis; um terceiro trilho montado no nível da via; ou uma bateria integrada. Tanto a fiação aérea quanto os sistemas de terceiro trilho geralmente usam os trilhos como condutor de retorno, mas alguns sistemas usam um quarto trilho separado para essa finalidade. O tipo de energia elétrica usada é corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA).
Existem vários métodos de coleta: um trolley pole, que é um poste longo e flexível que engata a linha com uma roda ou sapata; um coletor de arco, que é uma armação que prende uma longa haste coletora contra o fio; um pantógrafo, que é uma estrutura articulada que mantém as sapatas coletoras contra o fio em uma geometria fixa; ou uma sapata de contato, que é uma sapata em contato com o terceiro trilho. Dos três, o método do pantógrafo é o mais adequado para operação em alta velocidade.
As locomotivas elétricas usam quase universalmente motores de tração suspensos no eixo, com um motor para cada eixo motorizado. Nesse arranjo, um lado da carcaça do motor é suportado por mancais lisos montados em um munhão retificado e polido que é parte integrante do eixo. O outro lado da carcaça tem uma protuberância em forma de lingueta que se encaixa em uma ranhura correspondente no suporte do caminhão (bogie), com o objetivo de atuar como um dispositivo de reação de torque, bem como um suporte. A transferência de potência do motor para o eixo é efetuada por engrenagens retas, nas quais um pinhão no eixo do motor engata uma engrenagem principal no eixo. Ambas as engrenagens são colocadas em uma caixa estanque contendo óleo lubrificante. O tipo de serviço em que a locomotiva é utilizada determina a relação de transmissão empregada. Razões numericamente altas são comumente encontradas em unidades de carga, enquanto razões numericamente baixas são típicas de motores de passageiros.
A eletricidade é tipicamente gerada em estações geradoras grandes e relativamente eficientes, transmitida para a rede ferroviária e distribuída para os trens. Algumas ferrovias elétricas têm suas próprias estações de geração e linhas de transmissão dedicadas, mas a maioria compra energia de uma concessionária de energia elétrica. A ferrovia geralmente fornece suas próprias linhas de distribuição, interruptores e transformadores.
As locomotivas elétricas geralmente custam 20% menos que as locomotivas a diesel, seus custos de manutenção são de 25 a 35% mais baixos e custam até 50% menos para funcionar.
Corrente contínua
Os primeiros sistemas eram sistemas DC. O primeiro trem elétrico de passageiros foi apresentado por Werner von Siemens em Berlim em 1879. A locomotiva era movida por um motor de enrolamento em série de 2,2 kW, e o trem, composto pela locomotiva e três vagões, atingia uma velocidade de 13 km/h. Durante quatro meses, o trem transportou 90.000 passageiros em uma via circular de 300 metros de comprimento (984 pés). A eletricidade (150 V CC) era fornecida por um terceiro trilho isolado entre os trilhos. Um rolo de contato foi usado para coletar a eletricidade. A primeira linha de bonde elétrico do mundo foi inaugurada em Lichterfelde, perto de Berlim, Alemanha, em 1881. Foi construída por Werner von Siemens (consulte Gross-Lichterfelde Tramway e Berlin Straßenbahn). A Volk's Electric Railway foi inaugurada em 1883 em Brighton e é a mais antiga ferrovia elétrica sobrevivente. Também em 1883, Mödling e Hinterbrühl Tram abriram perto de Viena, na Áustria. Foi o primeiro no mundo em serviço regular alimentado por linha aérea. Cinco anos depois, nos Estados Unidos, os bondes elétricos foram lançados em 1888 na Richmond Union Passenger Railway, usando equipamentos projetados por Frank J. Sprague.
A primeira linha subterrânea eletricamente operada foi a City & South London Railway, motivada por uma cláusula em seu ato de habilitação que proíbe o uso de energia a vapor. Foi inaugurado em 1890, usando locomotivas elétricas construídas pela Mather & Platt. A eletricidade rapidamente se tornou a fonte de alimentação preferida dos metrôs, estimulada pela invenção de Sprague do controle de trens de múltiplas unidades em 1897.
O primeiro uso de eletrificação em uma linha principal foi em um trecho de quatro milhas da Baltimore Belt Line da Baltimore & Ohio (B&O) em 1895, conectando a parte principal do B&O à nova linha para Nova York por meio de uma série de túneis ao redor do centro de Baltimore. Foram inicialmente utilizadas três unidades Bo+Bo, no extremo sul do troço eletrificado; eles se acoplaram na locomotiva e no trem e os puxaram pelos túneis.
DC foi usado em sistemas anteriores. Esses sistemas foram gradualmente substituídos por AC. Hoje, quase todas as ferrovias de linha principal usam sistemas AC. Os sistemas DC estão confinados principalmente ao trânsito urbano, como sistemas de metrô, trilhos leves e bondes, onde a necessidade de energia é menor.
Corrente alternada
A primeira locomotiva elétrica CA prática foi projetada por Charles Brown, então trabalhando para a Oerlikon, Zurique. Em 1891, Brown demonstrou transmissão de energia de longa distância, usando corrente alternada trifásica, entre uma usina hidrelétrica em Lauffen am Neckar e Frankfurt am Main West, uma distância de 280 km. Usando a experiência adquirida enquanto trabalhava para Jean Heilmann em projetos de locomotivas elétricas a vapor, Brown observou que os motores trifásicos tinham uma relação potência-peso maior do que os motores CC e, devido à ausência de um comutador, eram mais simples de fabricar. e manter. No entanto, eles eram muito maiores do que os motores DC da época e não podiam ser montados em truques sob o piso: eles só podiam ser transportados dentro de corpos de locomotivas.
Em 1894, o engenheiro húngaro Kálmán Kandó desenvolveu um novo tipo de motores elétricos assíncronos trifásicos e geradores para locomotivas elétricas. Os projetos do início de 1894 de Kandó foram aplicados pela primeira vez em um curto bonde AC trifásico em Evian-les-Bains (França), que foi construído entre 1896 e 1898. Em 1918, Kandó inventou e desenvolveu o conversor de fase rotativo, permitindo locomotivas elétricas para usar motores trifásicos enquanto alimentadas por um único fio aéreo, transportando a frequência industrial simples (50 Hz) CA monofásica das redes nacionais de alta tensão.
Em 1896, Oerlikon instalou o primeiro exemplo comercial do sistema no Lugano Tramway. Cada locomotiva de 30 toneladas tinha dois motores de 110 kW (150 hp) acionados por trifásicos de 750 V 40 Hz alimentados por linhas aéreas duplas. Os motores trifásicos funcionam em velocidade constante e fornecem frenagem regenerativa, e são adequados para rotas íngremes, e as primeiras locomotivas trifásicas da linha principal foram fornecidas por Brown (então em parceria com Walter Boveri) em 1899 no 40 km Burgdorf—linha Thun, Suíça. A primeira implementação de alimentação AC monofásica de freqüência industrial para locomotivas veio de Oerlikon em 1901, usando os projetos de Hans Behn-Eschenburg e Emil Huber-Stockar; a instalação na linha Seebach-Wettingen das Ferrovias Federais Suíças foi concluída em 1904. As locomotivas de 15 kV, 50 Hz, 345 kW (460 hp) e 48 toneladas usavam transformadores e conversores rotativos para alimentar motores de tração CC.
As ferrovias italianas foram as primeiras no mundo a introduzir a tração elétrica em toda a extensão de uma linha principal, e não apenas em um trecho curto. A linha Valtellina de 106 km foi inaugurada em 4 de setembro de 1902, projetada por Kandó e uma equipe da fábrica de Ganz. O sistema elétrico era trifásico em 3 kV 15 Hz. A tensão era significativamente maior do que a usada anteriormente e exigia novos projetos de motores elétricos e dispositivos de comutação. O sistema trifásico de dois fios foi usado em várias ferrovias no norte da Itália e ficou conhecido como "o sistema italiano". Kandó foi convidado em 1905 para assumir a gestão da Società Italiana Westinghouse e liderou o desenvolvimento de várias locomotivas elétricas italianas.
Bateria elétrica
Uma locomotiva elétrica a bateria (ou locomotiva a bateria) é uma locomotiva elétrica alimentada por baterias de bordo; uma espécie de veículo elétrico a bateria.
Essas locomotivas são usadas onde uma locomotiva convencional a diesel ou elétrica não seria adequada. Um exemplo são os trens de manutenção em linhas eletrificadas quando o fornecimento de eletricidade é desligado. Outro uso é em instalações industriais onde uma locomotiva movida a combustão (ou seja, movida a vapor ou diesel) pode causar um problema de segurança devido aos riscos de incêndio, explosão ou fumaça em um espaço confinado. As locomotivas a bateria são preferidas para minas onde o gás pode ser inflamado por unidades movidas a carrinhos que formam arcos nas sapatas de coleta, ou onde resistência elétrica pode se desenvolver nos circuitos de abastecimento ou retorno, especialmente nas juntas dos trilhos, e permitir vazamento perigoso de corrente no solo.
A primeira locomotiva elétrica conhecida foi construída em 1837 pelo químico Robert Davidson de Aberdeen, e era alimentada por células galvânicas (baterias). Mais tarde, Davidson construiu uma locomotiva maior chamada Galvani, exibida na Royal Scottish Society of Arts Exhibition em 1841. O veículo de sete toneladas tinha dois motores de relutância de acionamento direto, com eletroímãs fixos atuando em barras de ferro presas a um cilindro de madeira em cada eixo e comutadores simples. Ele transportou uma carga de seis toneladas a quatro milhas por hora (6 quilômetros por hora) por uma distância de uma milha e meia (2,4 quilômetros). Foi testado na Ferrovia de Edimburgo e Glasgow em setembro do ano seguinte, mas a energia limitada das baterias impediu seu uso geral.
Outro exemplo foi na Mina de Cobre Kennecott, Latouche, Alasca, onde em 1917 as vias subterrâneas de transporte foram alargadas para permitir o trabalho de duas locomotivas a bateria de 4+1⁄2 toneladas. Em 1928, a Kennecott Copper encomendou quatro locomotivas elétricas da série 700 com baterias a bordo. Essas locomotivas pesavam 85 toneladas e operavam com fio de bonde aéreo de 750 volts com alcance adicional considerável enquanto funcionavam com baterias. As locomotivas forneceram várias décadas de serviço usando a tecnologia de bateria de níquel-ferro (Edison). As baterias foram substituídas por baterias de chumbo-ácido e as locomotivas foram aposentadas logo depois. Todas as quatro locomotivas foram doadas a museus, mas uma foi sucateada. Os outros podem ser vistos na Boone and Scenic Valley Railroad, Iowa, e no Western Railway Museum em Rio Vista, Califórnia. A Toronto Transit Commission anteriormente operava uma locomotiva elétrica a bateria construída pela Nippon Sharyo em 1968 e aposentou-se em 2009.
O Metrô de Londres opera regularmente locomotivas elétricas a bateria para trabalhos de manutenção geral.
Outros tipos
Sem fogo
Atômico-elétrico
No início da década de 1950, o Dr. Lyle Borst, da Universidade de Utah, recebeu financiamento de várias linhas ferroviárias e fabricantes dos EUA para estudar a viabilidade de uma locomotiva elétrica, na qual um reator atômico a bordo produzia o vapor para gerar o eletricidade. Naquela época, a energia atômica não era totalmente compreendida; Borst acreditava que o maior obstáculo era o preço do urânio. Com a locomotiva atômica Borst, a seção central teria uma câmara de reator de 200 toneladas e paredes de aço de 5 pés de espessura para evitar liberações de radioatividade em caso de acidentes. Ele estimou um custo para fabricar locomotivas atômicas com 7.000 h.p. motores em aproximadamente $ 1.200.000 cada. Consequentemente, os trens com geradores nucleares a bordo eram geralmente considerados inviáveis devido aos custos proibitivos.
Célula de combustível elétrica
Em 2002, a primeira locomotiva de mineração movida a hidrogênio (célula de combustível) de 3,6 toneladas e 17 kW foi demonstrada em Val-d'Or, Quebec. Em 2007, o minihidráulico educacional em Kaohsiung, Taiwan, entrou em operação. Finalmente, a Railpower GG20B é outro exemplo de locomotiva elétrica a célula de combustível.
Locomotivas híbridas
Existem muitos tipos diferentes de locomotivas híbridas ou de modo duplo que usam dois ou mais tipos de força motriz. Os híbridos mais comuns são locomotivas eletro-diesel movidas a partir de uma fonte de eletricidade ou então por um motor a diesel a bordo. Estes são usados para fornecer viagens contínuas ao longo de rotas que são apenas parcialmente eletrificadas. Os exemplos incluem o EMD FL9 e o Bombardier ALP-45DP
Usar
Existem três usos principais de locomotivas em operações de transporte ferroviário: para transportar trens de passageiros, trens de carga e para comutação (Inglês do Reino Unido: shunting).
As locomotivas de carga são normalmente projetadas para fornecer alto esforço de tração inicial e alta potência sustentada. Isso permite que eles iniciem e movam trens longos e pesados, mas geralmente vêm com o custo de velocidades máximas relativamente baixas. As locomotivas de passageiros geralmente desenvolvem menor esforço de tração inicial, mas são capazes de operar nas altas velocidades necessárias para manter os horários dos passageiros. As locomotivas de tráfego misto (inglês dos EUA: locomotivas de uso geral ou comutação de estradas) destinadas a trens de passageiros e de carga não desenvolvem tanto esforço de tração inicial quanto uma locomotiva de carga, mas são capazes de transportar trens mais pesados do que uma locomotiva de passageiros.
A maioria das locomotivas a vapor possui motores alternativos, com pistões acoplados às rodas motrizes por meio de bielas, sem caixa de câmbio intermediária. Isso significa que a combinação de esforço de tração inicial e velocidade máxima é muito influenciada pelo diâmetro das rodas motrizes. As locomotivas a vapor destinadas ao serviço de carga geralmente têm rodas motrizes de diâmetro menor do que as locomotivas de passageiros.
Nas locomotivas diesel-elétricas e elétricas, o sistema de controle entre os motores de tração e os eixos adapta a potência aos trilhos para o transporte de cargas ou passageiros. As locomotivas de passageiros podem incluir outros recursos, como energia de ponta (também conhecida como energia de hotel ou suprimento de trem elétrico) ou um gerador de vapor.
Algumas locomotivas são projetadas especificamente para operar em vias férreas íngremes e apresentam extensos mecanismos adicionais de frenagem e, às vezes, cremalheira e pinhão. As locomotivas a vapor construídas para ferrovias íngremes de pinhão e cremalheira freqüentemente têm a caldeira inclinada em relação à estrutura da locomotiva, de modo que a caldeira permaneça aproximadamente nivelada em inclinações íngremes.
As locomotivas também são usadas em alguns trens de alta velocidade: Todos os TGV, muitos AVE, alguns Korea Train Express e os trens ICE 1 e ICE 2 usam locomotivas, que também podem ser conhecidas como carros de força. Por outro lado, muitos trens de alta velocidade, como a rede Shinkansen, nunca usam locomotivas. Em vez de locomotivas, eles usam unidades múltiplas elétricas (EMUs) - carros de passageiros que também possuem motores de tração. O uso de carros de força permite uma alta qualidade de passeio e menos equipamentos elétricos; mas as EMUs têm menos peso por eixo, o que reduz os custos de manutenção, e as EMUs também têm maior aceleração e maior capacidade de assentos. O KTX-Sancheon e o ICE 3/4/T usam uma mistura de unidades múltiplas elétricas e carros elétricos.
Função operacional
As locomotivas ocasionalmente desempenham uma função específica, como:
- Motor de trem é o nome técnico para uma locomotiva anexada à frente de um trem ferroviário para transportar esse trem. Em alternativa, onde existem instalações para a operação push-pull, o motor de trem pode ser anexado à parte traseira do trem;
- Motor piloto – uma locomotiva anexada em frente ao motor de trem, para permitir a dupla cabeça;
- Motor bancário – uma locomotiva que ajuda temporariamente um trem da parte traseira, devido a um começo difícil ou um gradiente inclinado afiado;
- Motor leve – uma locomotiva operando sem um trem atrás dele, por razões operacionais ou de deslocamento. Ocasionalmente, um motor leve é referido como um trem dentro e de si mesmo.
- Piloto de estação – uma locomotiva usada para caçar trens de passageiros em uma estação ferroviária.
Disposição da roda
O arranjo das rodas de uma locomotiva descreve quantas rodas ela possui; métodos comuns incluem o arranjo de roda AAR, classificação UIC e sistemas de notação Whyte.
Locomotivas de controle remoto
Na segunda metade do século XX, as locomotivas de controle remoto começaram a entrar em serviço em operações de comutação, sendo controladas remotamente por um operador fora da cabine da locomotiva. O principal benefício é que um operador pode controlar o carregamento de grãos, carvão, cascalho, etc. nos vagões. Além disso, o mesmo operador pode mover o trem conforme necessário. Assim, a locomotiva é carregada ou descarregada em cerca de um terço do tempo.