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Locomotora de vapor

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Contenido

Componentes

Steam locomotive scheme - detailed.png

Nota: La imagen es una composición imaginaria. No todos los componentes están en una sola locomotora de vapor <ref> Incopora partes de Glossary of steam locomotive components en en.wikipedia y Locomotive à vapeur en fr. wikipedia (Lista de componentes)].</ref> <ref>"Dictionary of railway terms in Spanish-English & English-Spanish"</ref>.

  • 1 Ténder (en. tender, fr. tender). Vagón donde se almacena agua y combustible que se necesita para operar la locomotora.
  • 2 Marquesina o cabina de conducción (en. cab, fr. cabine de conduite).
  • 3 Silbato (en. whistle, fr. sifflet)
  • 4 Palanca inversora para controlar el corte de admisión de vapor y el sentido de marcha (reach rod, arbre de changement de marche)
  • 5 Válvula de seguridad (safety valve, soupape de sécurité). Válvula que permite que el vapor escape en caso de que haya demasiada presión
  • 6 Generador eléctrico (generator, générateur électrique)
  • 7 Arenero o domo arenero (sand dome, dôme de sablière )
  • 8 Palanca de accionamiento del regulador (throttle lever/regulator,tige du régulateur). Controla la apertura de la valvula indicada bajo no 31 y por lo tanto controla la alimentación de vapor a los cilindros.
  • 9 Domo de vapor (steam dome, dôme de vapeur). Cúpula que se encuentra sobre el tambor de una caldera en una locomotora a vapor, donde se concentra el vapor y es dirigido hacia los cilindros o al recalentador.
Rueda motriz de una locomotora de vapor en el Mid-Continent Railway Museum en North Freedom, Wisconsin (USA).
Esquema de la caldera de una locomotora de vapor. Los gases calientes que provienen del hogar (27), pasan por los tubos de humo (28) a través de la caldera que está llena de agua (azul), en parte (rosa) en forma de vapor (verde). Los tubos de humo superiores albergan elementos del recalentador (30). Obsérvese que el vapor (verde oscuro) captado en el domo de vapor va primero al recalentador (30 y 32) y cuando alcanza mayor temperatura (verde claro) va los cilindros.
  • 33 Chimenea (chimney/smokestack, cheminée)
  • 34 Mangueras de freno de aire comprimido (brake hose, boyaux des freins)
  • 35 Faro frontal (headlight, phare avant)
  • 36 Depósito de agua en el ténder (water compartment, compartiment d'eau)
  • 37 Almacén de combustibe en el ténder (coal bunker, compartiment du combustible)
  • 38 Parrilla (grate, foyer)
  • 39 Cenicero (ashpan hopper, cendrier )
  • 40 Cojinete y eje de rueda motriz (journal box, boites d'essieux)
  • 41 Barras de balance de la suspensión (equalising levers/equalising bars, balancier de suspension)
  • 42 Ballesta (leaf springs, ressort à lames )
Sección longitudinal de una caldera tubular (DRB Serie 50). Los gases calientes originados en el hogar (27)(izquierda) pasan por los tubos de humo (28) que atraviesan la caldera, que tiene sección cilíndrica (para poder soportar una mayor presión) y que en funcionamiento está llena de agua. Los gases van hacia la caja de humos (11) (derecha) y luego salen por la chimenea. Obsérvese que algunos tubos tienen diámetro mayor para tener espacio para los elementos recalentadores (30).

Funcionamiento<ref> Incopora partes de Locomotora de vapor en es.wikipedia.</ref>

Caja de humos (11) con llegada de tubos de humo (28) en una caldera de una locomotora 39E reconstruida. Obsérvese que 36 tubos tienen diámetro mayor para tener espacio para los elementos recalentadores (30) minentras que 112 tubos hervidores son más finos y sólo transfieren la energía al agua.

La locomotora de vapor emplea generalmente una caldera horizontal cilíndrica estando el hogar (27) en la parte posterior, parcialmente dentro de la cabina (2) que protege al maquinista y fogonero. El hogar (27) es el lugar donde se quema el combustible. Está formado por cuatro paredes laterales y un techo al que se denomina cielo. En las locomotoras alimentadas con carbón (o leña) en la base del hogar se encuentra la parrilla (38), sobre el que se deposita el combustible, y bajo la parrilla, una caja para recoger las cenizas o cenicero (39) y la boca por la que entra el aire para la combustión. Los humos del hogar (27) salen por una serie de tubos de humo o hervidores (son términos sinónimos) (28) situados longitudinalmente dentro de la caldera y rodeados de agua, a la que transmiten el calor. El conjunto de tubos se denomina haz tubular (28), y algunos de mayor diámetro contienen en su interior otros más finos a menudo en forma de serpenrtín (elementos del recalentador (30)) por los que discurre vapor para ser recalentado y aumentar así la potencia de la locomotora. En la parte frontal de la caldera se encuentra la caja de humos (11), a donde va a parar el humo tras haber pasado por los tubos del haz tubular (28), antes de salir por la chimenea (33), que sobresale en la parte superior. El vapor se recoge en la parte más alta de la caldera, bien sea a través de un tubo perforado, situado por encima del nivel del agua, o bien en un domo (9), cúpula en la parte superior). El vapor sale de la caldera a través de una válvula reguladora, conocida también como "regulador" (31).

Cabeza del recalentador de una locomotora de vapor visto desdo la caja de humos (11). Obsérvese que los elementos del recalentador (30) están sólo dentro los tubos de humo (28) de diámtro más grande. Los dos tubos anchos recojen el vapor recalentado en la parte superior de la caja de humos (11) y los dirigen a los cilindros (24).

Cuando el regulador está abierto, el vapor se dirige por el tubo de admisión hacia los cilindros (24). En primer lugar entra en la denominada caja de distribución del vapor (26), donde una pieza móvil, en el esquema de tipo corredera , al deslizarse alternativamente a uno y otro lado, hace que el vapor se dirija, a su vez, alternativamente a uno y otro lado del pistón 24 dentro del cilindro, en el que el vapor entra a través de las lumbreras de admisión y tras expandirse, la propia corredera lo dirige hacia la lumbrera de escape. Esto ocasiona un movimiento alternativo de vaivén del pistón, a uno y otro lado, que acciona así la rueda motriz principal (43) a través de una barra (23), también llamada vástago de pistón (23), que se articula con el pie de biela. Esta biela principal (22) va conectada en el otro extremo a una clavija excéntrica en la rueda motriz principal (43), a la que hace girar mediante un movimiento de manivela. La válvula de distribución del vapor (25), en el esquema de tipo corredera (25), se acciona a través de un conjunto de barras articuladas: el "mecanismo de accionamiento de la distribución del vapor" (Ver artículo Distribución (locomotora de vapor)), que es ajustable para controlar el corte de la admisión (para regular la potencia en cada momento) y el sentido de la marcha. El punto de corte de la admisión del vapor determina en qué parte del recorrido del pistón se admite vapor dentro del cilindro (24). Así, por ejemplo, un punto de corte al 50% indica que se admite vapor sólo durante la mitad del recorrido del pistón. Durante el resto del recorrido, el pistón es impulsado por la fuerza expansiva del vapor que quedó dentro del cilindro. Un uso inteligente del corte de la admisión ahorra vapor y, por lo tanto, también combustible y agua. El corte de la admisión se controla desde la cabina por medio de la palanca inversora (4), que también sirve para cambiar el sentido de la marcha.

El vapor que escapa del cilindro (24) después de haber impulsado el pistón (24), va a la caja de humos (11), donde se libera a través de una boquilla o tobera (45) enfocada a la chimenea (33), por donde sale junto con el humo, creando un vacío al salir, que favorece el tiro del hogar. Las ráfagas sucesivas del vapor de escape son las que producen el característico sonido "chuf, chuf" de las locomotoras de vapor. Una locomotora de vapor posee normalmente dos cilindros, uno a cada lado. Las hay también que disponen de tres y de cuatro. Los cilindros actúan por parejas, existiendo un desfase de 90 grados entre el accionamiento de la rueda motriz de un lado y su homóloga del lado opuesto, proporcionando cuatro golpes de potencia en cada revolución de las ruedas. Las ruedas de la tracción están conectadas en cada lado por barras de conexión o de acoplamiento (20) que transmiten la fuerza desde la rueda motriz principal (43) a las otras ruedas motrices, a las que también se denomina ruedas acopladas (20). En las de tres cilindros, uno de ellos va en posición central, bajo la caldera, y su biela acciona uno de los ejes motrices, que ha de tener forma de cigüeñal.

La caldera descansa sobre un armazón denominado bastidor o chasis (17), en el que se montan también los cilindros (24), y que a su vez descansa sobre los ejes. Los ejes motrices (40) se montan sobre cojinetes (40) que pueden desplazarse arriba y abajo en el bastidor (17). Están conectados a él por medio de ballestas 842) o, menos frecuentemente, por suspensiones de muelles, que permiten a los ejes cierto grado de movimiento independiente para suavizar el efecto de los altibajos de la vía. Muchas locomotoras tienen ruedas auxiliares en bogies de cabeza (46) y/o de cola (15) con su propio chasis y suspensión para facilitar su inserción en las curvas.

Cuando las ruedas auxiliares están en solo eje, se denomina bisel, porque su invención se atribuye al norteamericano Levi Bissell en 1857. En las locomotoras de talla mediana se utilizaba generalmente un bisel delantero (46) y en las más grandes un bogie de dos ejes (46). En la parte trasera (15) era más frecuente montar un bisel que un bogie porque dejaba más espacio para el cenicero (39).

La mayoría de las locomotoras van acopladas a un ténder (1), que transporta el agua y el combustible; pero otras llevan el combustible y el agua directamente en la propia máquina, llamadas locomotoras tanque, por los prominentes tanques para el agua en la parte superior o más comúnmente en los costados de la caldera. El agua de los tanques es llevada a la caldera mediante un flujo en tubería que permite recircular el agua del tanque a la caldera .

Desde sus comienzos, el combustible predominante fue el carbón, aunque también se usó la madera en zonas rurales y en empresas madereras. El bagazo que queda después de extraer el jugo de la caña de azúcar se empleó en las empresas dedicadas al cultivo y obtención del azúcar de caña. Cuando el petróleo comenzó a utilizarse de forma habitual, se empleó el fuel oil en las locomotoras de algunas zonas.

Una locomotora de vapor se maneja con un equipo de al menos dos personas. Una, el maquinista, que es responsable de controlar la locomotora y el tren en su conjunto; la otra, el fogonero, responsable del fuego, la presión y el agua.

Recalentador

Para paliar el efecto de condensación del vapor generado por la caldera cuando este se enfria al dirigirse a los cilindros o en ellos mismo, se puede "recalentar* ese vapor, con lo que además se incrementa su volumen y capacidad expansiva. El recalentador más común en los ferrocarriles ibéricos es el recalentador Schmidt, que consiste en un grupo de serpentines alojados en el interior de los tubos de humo y, que por tanto están en contacto directo con los gases calientes de la combustión. Al pasar el vapor por su interior, éste experimenta un notable aumento de temperatura. Así por ejemplo, en una locomotora de timbre de 16 kg/cm², el vapor, que ha salido de la caldera a 203°C, puede "recalentarse ahsta hasta 350 °C .

Expansión simple y Doble expansión o Compound

Otra forma de aumentar la potencia de las locomotoras sin aumentar su consumo son los métidos Compound o de Doble expansión: En las locomotoras de expansión simple los vapores a baja presión se pierden. Los sistemas "compound" o de doble expansión los expansionan de nuevo en cilindros de baja presión según varios métodos. En Francia, Anatole Mallet fue de los primeros ingenieros en diseñar locmotoras Compound. En Alemania se desarrolló un método en las locomotoras KPEV con dos cilindros, uno de baja y otro de alta presión. En Francia André Chapelon creó uno de tres cilindros y De Glehn creó un sistema muy efectivo aunque de difícil manejo de cuatro cilindros (dos exteriores de alta presión y dos interiores con mayor diámetro de alta presión.

Precalentador

Algunas máquinas de vapor tienen un dispositivo para calentar el agua proveniente del depósito en el ténder antes de que sea inyectada en la caldera. No debe ser confundido con el recalentador. El objetivo es que la locomotora no pierda potencia al alimentarla con agua. Juanjo Olaizola Elordi (2012) lo explica así: "En principio, al introducir el agua del ténder, que se encuentra a temperatura ambiente, en la caldera, ésta se enfría y la presión tiende a disminuir. Este hecho, en principio es inevitable y resultaba sumamente problemático, por ejemplo, cuando era imprescindible inyectar en plena rampa, precisamente donde se requiere que la potencia de la locomotora no desfallezca. Para ello se diseñaron diversos sistemas para poder elevar la temperatura del agua antes de introducirla en la caldera, aparatos que, por tanto, la calientan previamente." <ref name= "JO1205"/>. Uno de los precalentadores utilizados en España fue el tipo ACFI que fue utilizado por la serie 1801 a 1810 de MZA y por serie 241-2201 a 2257 de RENFE (las "bonitas").

El precalentador Franco-Crosti a diferencia de los anteriores, en los que se aprovecha el vapor del escape, empleaba los gases de la combustión para incrementar la temperatura del agua <ref name= "JO1205"/>. RENFE hizo una prueba de este precalentador en la locomotora Renfe Serie 140-2068 a 2471 sin gran resultado.

Clasificación

Las locomotoras de vapor se clasifican se clasifican según el rodaje, es decir la disposición de sus ejes y ruedas. Existen varios métodos de clasificación.

  • En España se utilizó para las locomotoras e vapor la clasificación francesa. Cada grupo de ejes se representa por un número. Se tiene en cuenta (por este orden) el número de ejes delanteros o conductores, el de ejes motrices y el de ejes traseros o de arrastre. Así, por ejemplo, una locomotora con un eje delantero, cinco ejes para ruedas motrices y un eje posterior, es una locomotora 1-5-1 o 151. Si se trata de locomotoras dúplex, hay dos cifras para los ejes motores. Si tienen el ténder incorporado, se le añade una T.
  • En EEUU, Gran Bretaña y la mayoría de los países de la Commonwealth se utilizó de forma preponderante la notación White (creada por el ingeniero holandés emigrado a los EEUU Frederick Methvan Whyte, en la que se tiene en cuenta el número de ruedas en lugar del número de ejes. Así, por ejemplo, una locomotora 2-10-2 en la notación White, es una locomotora 1-5-1 en la notación francesa (y española) según el número de ejes.
  • En los países de habla alemana, Turquía y otros se utilizó otro sistema, donde los ejes motores se designan con letras y los que no lo son con números. Así, la locomotora 1-5-1 en notación francesa, es de tipo 1E1 en la alemana. Esta clasificación, fue la adoptada por la UIC para todo tipo de vehículos ferroviarios (ver artículo principal Clasificación UIC.
  • Además, diferentes disposiciones recibieron, sobre todo en EEUU, nombres que generalmente reflejaban el primer uso importante que habían tenido. Así, por ejemplo, las primeras 1-4-1 (2-8-1 en la notación White) fueron pedidas por Japón y tienen el nombre de "Mikado". Las primeras locomotoras 2-3-2 (o 4-6-4 en la notación White) fueron construidas por el Norte francés (n° 3.1101 y 3.1102) y reciben el nombre de "Baltic" porque fueran destinadas a la tracción del "Nord-Express". Locomotoras con el mismo rodaje recibieron en los EEUU el nombre de Hudson porque las primeras 2-3-2 (o 4-6-4 en la notación White) americanas fueron las J1 del New-York Central en 1927. La locomotora 1-5-1 en la notación francesa, o 2-10-2 en la White, o 1E1 en la alemana, era una locomotora tipo "Santa Fe" en EEUU, porque la primera que se construyó con esa disposición de ejes, lo fue para el ferrocarril "Atchison, Topeka y Santa Fe", uno de los más largos de Estados Unidos, a menudo abreviado como "Santa Fe".

De la misma forma las locomotoras "Confederación" adquiridas por RENFE en 1955-1956, recibieron este nombre porque las primeras locomotoras con disposición 2-4-2 habían entrado en servicio para Canadian Northern en 1927, y en honor a los 60 años de la Confederación Canadiense se las denominó "Confederation" <ref> Origen del nombre Confederation/Confederación </ref>.

Tipo Aparición Clasificación francesa Notación White Clasificación UIC Nombre
Oo ? 011 022 0A1 .
O+Ooo 1908 010+012 0224 OA+A2 .
Ooo 1871 012 024 OA2 .
OO 1804 020 040 OBO Four Wheel Switcher (ejemplo: Renfe Serie 020-231 a 240)
OO+OO ? 020+020 0-4-0-0-4-0 0B0+0BO .
OOo 1878 021 T 042 T OB1 T .
OOoo 1866 022 T 044 T OB2 T Forney
OOO 1837 030 060 OCO Mammouth (con cilindros interiores), Bourbonnais (con cilindros exteriores, ej., MZA Serie 201 a 245)
OOOo ? 031 0-6-2 OC1 .
OOOo+oOOO 1905 031+130 0-6-2-2-6-0 0C1+1C0 Du Bousquet
OOOoo ? 032 0-6-4 OC2 .
OOOO 1834 040 0-8-0 ODO Eigth coupler o Eigth wheel switcher
OOOOo ? 041 0-8-2 0D1 .
OOOOO ? 050 0-10-0 OEO Ten coupler o Ten wheels switcher
OOOOOo ? 051 0-10-2 OE1 Union switcher
OOOOOO 1863 060 0-12-0 OFO .
oO 1831 110 220 OA1 Planet
oOo 1830 111 222 1A1 Jenny Lind o Patentee
oOo 1840 111 T 222 T 1A1 T .
oOoo 1865 112 T 224 T 1A2 T .
oOooo 1861 113 226 1A3 .
oO+Oo 1832 110+011 2-2-0-0-2-2 1A+A1 .
ooO 1832 210 420 2AO Jervis
ooOo 1840 211 4-2-2 2A1 Bicycle
ooOoo 1859 212 424 2A2 .
oOO 1844 120 240 1BO Porter
oOOo 1873 121 242 1B1 Columbia
oOOoo ? 122 2-4-4 1A2 .
oOOO 1850 130 260 1CO Mogul 130 Baldwin del FC de Andorra a Escatrón
oOOOo 1896 131 262 1C1 Prairie
oOOOoo 1908 132 264 1C2 Adriatic
oOOOO 1866 140 280 1D0 Consolidation/Consolidación (ejemplo: Series 140 de RENFE
oOOOOo 1890 141 282 1D1 Mikado
oOOOOoo 1922 142 284 1D2 Berkshire
oOOOOooo 1880 143 T 286 T 1D3 T .
oOOOOO 1867 150 2-10-0 1E0 Decapod
oOOOOOo 1903 151 2-10-2 1E1 Santa Fe
oOOOOOoo 1919 152 2-10-4 1E2 Texas
oOOOOOO 1940 160 2-12-0 1FO Centipede
oOO+OOo 1909 120+021 2-4-4-2 1B+B1 .
oOOO+OOO 1909 130+030 2-6-6-O 1C+CO .
oOOO+OOOo 1906 130+031 2-6-6-2 1C+C1 .
oOOO+OOOoo 1934 130+032 2-6-6-4 1C+C2 .
oOOO+OOOooo 1941 130+033 2-6-6-6 1C+C3 Allengheny
oOOO+OOOO 1909 130+040 2-6-8-0 1C+DO .
oOOOO+OOOO 1910 140+040 2-8-8-0 1D+D0 .
oOOOO+OOOOo 1909 140+041 2-8-8-2 1D+D1 .
oOOOO+OOOOoo 1928 140+042 2-8-8-4 1D+D2 Yellowstone
oOOOOo+oOOOOo ? 141+141 2-8-2-2-8-2 1D1+1D1 .
ooOO 1837 220 440 2B American
ooOOo 1887 221 442 2B1 Atlantic
ooOOoo 1915 222 444 2B2 Jubilee
ooOO+OOoo 1934 220+022 4-4-4-4 2B+B2 .
ooOO+OOOo 1909 220+031 4-4-6-2 2B+C1 .
ooOO+OOOoo 1942 220+032 4-4-6-4 2B+C2 .
oooOO+OOooo 1939 320+023 6-4-4-6 3B+B3 .
ooOOO 1847 230 460 2C0 Ten Wheel
ooOOO+OOOoo 1936 230+032 4-6-0-0-6-4 2C+C2 Challenger
ooOOOo 1889 231 462 2C1 Pacific
ooOOOo+oOOOoo ? 231+132 4-6-2-2-6-4 2C1+1C2 .
ooOOOoo 1911 232 464 2C2 Hudson o Baltic
ooOOOO 1855 240 480 2DO Twelve Wheels o Mastodonte
ooOOOO+OOOOo 1928 240+041 4-8-8-2 2D0+0D1 .
ooOOOO+OOOOoo 1941 240+042 4-8-8-4 2D0+0D2 Big Boy
ooOOOO+ooOOOO 1950 240+240 4-8-0-4-8-0 2DO+2DO .
ooOOOO+ooOOOOoo 1947 240+242 4-8-0-4-8-4 2DO+2D2 .
ooOOOOo 1911 241 482 2D1 Mountain o Montaña
ooOOOOoo 1927 242 4-8-4 2D2 Northern, Confederation, Confederación, Niagara o Pocono
oooOOOOooo 1944 343 6-8-6 3D3 .
ooOOOOO 1883 250 4-10-0 2E0 Mastodon
ooOOOOOo 1925 251 4-10-2 2E1 Overland o Super Mountain
ooOOOOOOo 1926 261 4-12-2 2F1 Union Pacific
ooOOOOOOOoo 1934 272 4-14-4 2G2 Soviet

Tipos

Locomotoras estándar

Locomotoras articuladas

Locomotoras Mallet

Se trata de locomotoras con dos grupos diferenciados de ejes tractores:

  • uno solidario al bastidor en la parte posterior de la locomotora a la manera habitual
  • otro montado en un bogie o carretón tractor por delante del anterior, con centro de rotación situado alrededor a la altura de los cilindros posteriores.

La locomotora puede ser del tipo locomotora con ténder o tener ténder acoplado (por ejemplo: la portuguesa CP 205.)

Locomotoras Dúplex

Las locomotoras Dúplex (también llamadas Zwillinge o gemelas en Alemania) están constituidas por dos locomotoras gemelas especialmente equipadas para estar cabina contra cabina.

Locomotoras Fairlie

Las locomotoras Fairlie son realmente articuladas con dos carretones motrices provistos cada uno de enganche y topes. El bastidor principal soporta dos calderas de hogar común que más tarde se separó con el fin de facilitar la alimentación. Los modelos más conocidos son los Fairlies del Festiniog Railway y los Péchot-Bourdon del ejército francés. En ancho UIC, los ferrocarriles mexicanos fueron uno del más grande usuarios.

Locomotoras Meyer y Kitson-Meyer

Locomotoras Meyer: El bastidor principal y los bastidores motrices son prácticamente idénticos a los de los Fairlies. El emplazamiento de la caldera y de la cabina es diferente y varía según los fabricantes.

Locomotoras Garratt

Las locomotoras Garratt disponen de dos carretones motrices muy apartados, con la caldera colocada en voladizo, es decir no soportada directamente por ejes.

Locomotoras articuladas con transmisión por engranajes

Locomotoras articuladas donde la transmisión no se hace por la distribución clásica con el binomio biela-manivela, sino por engranajes. Son máquinas muy adaptadas a terrenos accidentados y a vías de mala calidad por ejemplo para explotaciones forestales.

Locomotoras tipo Shay
Locomotoras tipo Climax y tipo Heisler

Enlaces externos

preservadas en España].

Fuentes y referencias

<references/>

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