rendimiento de locomotoras con tracción de vapor
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Rendimiento de locomotoras con tracción de vapor.
Se utilizaban generalmente dos tipos de medidas para definir el rendimiento
de las locomotoras. Al principio se las clasificaba por su esfuerzo de tracción: la
máxima fuerza ejercida por la locomotora para arrastrar el tren. Esto podíacalcularse, aproximadamente, multiplicando el área total del pistón por la presión
de la caldera y dividiendo por el cociente entre el diámetro de la rueda motriz y el
recorrido del pistón. El esfuerzo de tracción es el principal factor para catalogar a
una locomotora en términos de cuán pesado es el trenque puede arrastrar por una
zona concreta. Al entrar en el siglo XX comenzó a considerarse que el esfuerzo de
tracción no era la medida más adecuada del rendimiento porque no tenía en
cuenta la velocidad, y las locomotoras empezaron a medirse por la potencia que
desarrollaban. Se emplearon varias fórmulas para calcularla pero, en general, las
compañías de ferrocarril utilizaron los llamados vagones dinamométricos para
medir la potencia real, con la locomotora en marcha.
Dadas unas proporciones adecuadas del resto de la locomotora, la potencia
resultante viene determinada por el tamaño del fuego y, por lo tanto, por el área de
la parrilla del hogar. La fuerza de tracción, como se ha indicado anteriormente,
viene determinada por la presión de la caldera, las proporciones del cilindro y el
tamaño de las ruedas motrices. Sin embargo, también está limitada por el peso
sobre las ruedas motrices (denominado peso adherente), que ha de ser al menos
cuatro veces el esfuerzo de tracción.
A finales del siglo XIX, en las locomotoras de trenes de mercancías se
consideraba el esfuerzo de tracción; mientras que en las de pasajeros se valoraba
más la velocidad. Las locomotoras de mercancías aumentaron el número de ejes
motrices, mantuvieron un boje delantero de un solo eje y, cuando ya en el sigloXX, el gran aumento de tamaño del hogar hizo que éste ya no pudiera
acomodarse sobre las ruedas motrices, colocaron un bisel trasero para
proporcionar apoyo.
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Las locomotoras de trenes de pasajeros tenían, generalmente, un boje
delantero de dos ejes para mejorar el trazado de las curvas a cierta velocidad,
menos ejes que las de mercancías y ruedas motrices muy grandes para que las
piezas con movimiento de vaivén no tuvieran que realizarlo a una velocidad
excesiva.
En los años 1920, la atención en los Estados Unidos se centró en la
potencia. Los trenes de mercancías debían desplazarse a mayor velocidad y los
de pasajeros debían arrastrar un mayor peso manteniendo la velocidad. El tamaño
de las parrillas y hogares aumentó sin producirse cambios en el resto de la
locomotora, forzando al bisel trasero a incorporar un segundo eje, de modo que
las de mercancías 2-8-2 (notación White) se convirtieron en 2-8-4 y las 2-10-2 en
2-10-4. De la misma manera, las de pasajeros 4-6-2 se convirtieron en 4-6-4 y se
desarrolló una configuración de locomotora de doble propósito, la 4-8-4, que podía
utilizarse tanto para el servicio de mercancías como para el de pasajeros.
Rendimiento de locomotoras con tracción diesel.
Las locomotoras diésel son aquellas que utilizan como fuente de energía la
producida por un motor de combustión interna de ciclo diésel, estos motores
pueden ser de dos o cuatro tiempos, siendo muy utilizados los de dos tiempos. La
trasmisión de la potencia se realiza con transmisión mecánica convencional en
pequeñas locomotoras de maniobra, dresinas, ferrobuses, automotores y
máquinas auxiliares. En locomotoras de mayor potencia, la transmisión mecánica
no es adecuada y se substituye por la trasmisión hidráulica o eléctrica.
Existen locomotoras diésel arrastrando trenes de viajeros capaces desuperar los 250 km/h. Una locomotora diésel clásica se considera el medio de
tracción para ferrocarriles más indicado cuando las condiciones son adversas:
temperaturas bajo cero, fuertes pendientes y trenes de gran tonelaje.
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Rendimiento de locomotoras con tracción eléctrica.
Las locomotoras eléctricas son aquellas que utilizan como fuente de
energía la energía eléctrica proveniente de una fuente externa, para aplicarla
directamente a motores de tracción eléctricos
Las locomotoras eléctricas se benefician de la alta eficiencia de los motores
eléctricos, cercana al 90%. Puede obtenerse una eficiencia adicional con
los frenos regenerativos, el cual permite convertir la energía cinética en
electricidad durante el frenado, y enviar electricidad a la línea. Las locomotoras
más nuevas usan sistemas inversores de control de los motores CA que proveen
frenado re-generativo. El 2 de septiembre de 2006 una locomotora de producción
estándar Siemens del Eurosprinter tipo ES64-U4 (ÖBB Clase 1216) alcanzó lavelocidad de 357 km/h, estableciendo una marca para un tren arrastrado por una
locomotora, en la nueva línea entre Ingolstadt y Nuremberg.
El TGV (Train à Grande Vitesse) es uno de los trenes convencionales más
veloces del mundo, operando en algunos tramos a velocidades de hasta 320 km/h.
Ostenta el récord de mayor velocidad media en un servicio de pasajeros y el de
mayor velocidad en condiciones especiales de prueba, habiendo alcanzado la
velocidad de 574,8 km/h en el año 2007.
Material rodante.
Dentro del transporte por ferrocarril se llama material rodante a todos los
tipos de vehículos dotados de ruedas capaces de circular sobre una vía férrea,
considerándolos como vehículo aislado el material rodante está constituido por
todos los equipos que circulan (ruedan) a lo largo de las vías del ferrocarril.
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Se dividen en dos grupos: El material de tracción, que son las locomotoras
y el material o equipos de arrastre, que son todos los que la locomotora arrastra o
empuja acoplados a ella, sobre las líneas. Al conjunto de equipos rodantes unidos
entre sí que son arrastrados o empujados por la locomotora, o están en la vía en
espera de serlo, se le denomina formación. Al conjunto de la locomotora con la
formación lo llamamos tren.
Los trenes atendiendo al tipo de servicio que prestan se les denomina: de
carga, de pasajeros, de servicios, de obras o mixtos.
A su vez se puede realizar una división por estos tipos de vehículos
entre: locomotoras, coches de viajeros, vagones, automotores y unidades de tren.
1. Tren
Serie de vagones enganchados a una locomotora. También puede llevar
mercancías los vagones o pasajeros, lo cual significa que hay dos tipos de trenes
(vagones).
2. Tipos y variantes
• Ferrocarril propiamente dicho: las líneas o redes férreas, de aspecto más
usual, en sus variantes:
• Regionales y locales
• Alta velocidad
• Levitación magnética
• Metro: tren metropolitano, es un ferrocarril subterráneo predominantemente
urbano.
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• Tren ligero: es un tipo de tren utilizado específicamente para el transporte
de viajeros en áreas urbanas.
• Tranvía: es un ferrocarril de superficie de trazado urbano o mayormente
urbano.
• Funicular : es un tren traccionado por cable, normalmente de punto a punto,
en lugares de grandes pendientes.
• Trenes de cremallera: es el tren con asistencia a la adherencia de tracción
por cremallera, en lugares de fuertes pendientes. En España, es el que
hace el recorrido desde Monistrol a Montserrat.
• Atmosférico: El que emplea como motor el aire comprimido en el interior de
un tubo que, empujando un émbolo, hace que éste arrastre el tren.
• Neumático: Variación del ferrocarril atmosférico en que todo el vehículo va
empujado por la acción del aire comprimido marchando a modo de un
émbolo por dentro de un tubo.
Clasificación del material rodante.
Hay distintos criterios para clasificar el material rodante. Uno muy usual es
por el tipo de rodaje: los vehículos en los que los ejes están sujetos directamente
al bastidor se denominan material rígido, y los vehículos que tienen una estructura
intermedia, llamada bogie, se denominan material articulado. Esta característica
es muy importante para determinar el peso admisible por eje y el radio de las
curvas que puede describir, aunque el criterio fundamental para clasificar el
material rodante suele ser su capacidad tractora y su uso comercial, por el que es
posible distinguir:
Material motor
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El material motor está formado por los vehículos con capacidad tractora,
pero que no pueden llevar carga comercial. Se suele clasificar por el tipo de
tracción, en cuanto a la fuente de energía de esa tracción.
Locomotoras de vapor
Las locomotoras de vapor disponen de una caldera donde se calienta agua
quemando leña, carbón o fueloil como modo de obtener la energía que impulsará
a la locomotora.
Estas locomotoras existen en tres diferentes tipos:
• Locomotora + ténder: la locomotora que arrastra un vagón cargado de agua
y carbón para su abastecimiento, denominado ténder. Se usan
normalmente para trayectos largos.
• Locomotora ténder: una locomotora que no arrastra un ténder, sino que
lleva una pequeña reserva de combustible y agua detrás de la cabina.
Suelen usarse para maniobras o para trayectos cortos.
• Locomotora tanque con vapor a presión
Locomotoras térmicas
Estas locomotoras comprenden cuatro tipos distintos:
• Locomotora diésel-eléctrica: Un motor diésel acoplado a
un alternador genera electricidad, que es utilizada para alimentar unos
motores eléctricos que mueven las ruedas.
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• Locomotora diésel-hidráulica: Incorpora una transmisión hidráulica entre el
par del motor y el par de las ruedas.
• Locomotora diésel-mecánica: Incorpora una transmisión mecánica clásica
con embrague y caja de cambios. Sólo se utiliza en locomotoras de pocapotencia.
• Locomotora a turbina de gas-eléctrico
• Locomotora a turbina de vapor-eléctrico
Locomotoras eléctricas
Alimentadas con energía eléctrica desde el exterior, a través de un tendido
específico para ese fin, denominado catenaria, o a través de un tercer
riel electrificado situado justo al lado de la vía.
Existe una gama variada de locomotoras eléctricas:
• Locomotora eléctrica de corriente continua.
• Locomotora eléctrica de corriente trifásica.
• Locomotora eléctrica de corriente monofásica.
• Locomotora eléctrica bifrecuencia.
Coches motores o automotores
Este material rodante autopropulsado tiene capacidad tractora y puedellevar carga comercial. Suele estar destinado a transporte de viajeros, compuestos
por uno o más vehículos que forman una unidad.
Existen coches motores tanto de tracción eléctrica como de tracción diésel-
eléctrica:
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Coches eléctricos:
• Coche eléctrico de corriente continua.
• Coche eléctrico de corriente trifásica.
• Coche eléctrico de corriente monofásica.
• Coche motor bicorriente.
Coche motor diésel:
• Coche motor mecánico
• Coche motor hidráulico
• Coche motor diésel-eléctrico.
Material remolcado
El material remolcado es aquel material que no tiene capacidad tractora
pero sí puede llevar carga comercial. Se suele dividir por el tipo de transporte para
el que está destinado.
Coches de pasajeros:
Son los vehículos remolcados destinados al transporte de viajeros en trenes
de viajeros. El nombre específico de este tipo de material es coche, aunque en el
habla cotidiana resulte extraño.
Furgones:
Se llaman furgones a los vehículos que circulan en trenes de viajeros
trasportando mercancía personal o que desempeñan su servicio en ellos, pero al
que no tienen acceso los viajeros.
Góndola:
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Es un carro o vagón que toma el nombre por su diseño abierto en la parte
superior.
Vagones:
Los vehículos remolcados que transportan mercancía en trenes de
mercancías se llaman vagones; se suelen clasificar por el tipo de mercancía que
pueden transportar.
Autotrenes:
Los vagones destinados a transportar automóviles son los denominados
Coches de Transportador de Automóviles, conocidos en Chile como Autotrén.
Trenes de servicio
Son trenes de servicio interior de la empresa ferroviaria destinados
normalmente a trabajos de mantenimiento o renovación de la infraestructura
ferroviaria.
Trenes de trabajo
Son composiciones de tren completas diseñadas específicamente para
trabajos de vía. Se designan específicamente según el trabajo a realizar y la
técnica empleada.
• Tuneladora
Vagonetas de trabajo
Vehículo o conjunto de vehículos con tracción propia construidos específicamente,
o vehículos adaptados, para trabajos de mantenimiento de la infraestructura.
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Zorrilla o dresina
Igual que el anterior, pero con tracción manual mediante un balancín.
Opcionalmente se puede agregar un motor auxiliar.
Tren taller
Tren con tracción propia o no, destinado a la asistencia de material rodante
averiado en vía.
Nuevos sistemas de tracción.
El transporte de levitación magnética, o maglev, es un sistema de
transporte que incluye la suspensión, guía y propulsión de vehículos,
principalmente trenes, utilizando un gran número de imanes para la sustentación yla propulsión a base de la levitación magnética.
Este método tiene la ventaja de ser más rápido, silencioso y suave que los
sistemas de transporte colectivo sobre ruedas convencionales. La tecnología de
levitación magnética tiene el potencial de superar 6.400 km/h (4.000 mph) si se
realiza en un túnel al vacío.1 Cuando no se utiliza un túnel al vacío, la energía
necesaria para la levitación no suele representar una gran parte de la necesaria,
ya que la mayoría de la energía necesaria se emplea para superar
la resistencia del aire, al igual que con cualquier otro tren de alta velocidad.
La mayor velocidad registrada de un tren maglev fue de 581 km/h,2 logrado
en Japón en 2003, 6 km/h más rápido que el récord de velocidad
del TGV convencional.
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Propuestas para un futuro próximo.
A mediados del siglo XX se difundió la errónea idea según la cual los trenes
(y con ellos el ferrocarril) eran un sistema de transporte "obsoleto" que pronto
sería remplazado por el automóvil y por el avión. La refutación de tales ideas
quedó de manifiesto en la primera crisis de la energía de los años 70: un tren
tradicional puede transportar con mayor velocidad y seguridad así como con
menos gastos energéticos a más gente que varios automóviles o que
varios autobuses (el menor gasto energético se explica fácilmente: un tren con
solo un sistema de tracción motriz puede transportar la carga de varios camiones
o buses que utilizan —cada uno— tracciones por separado).
En cuanto a la competencia con el tráfico aéreo, la misma casi no existe si
de cortas y medianas distancias (hasta aproximadamente 1000 km) se trata al
haberse incrementado la velocidad de los trenes y al haberse congestionado
peligrosamente el espacio aéreo (principalmente en la Europa Occidental, Estados
Unidos, Japón y sus adyacencias).
En Suiza se ha propuesto un sistema llamado Swissmetro, una especie de
trenes de cercanías "alejadas". Se trataría de trenes de Alta Velocidad que
circularían por dos túneles paralelos (ida y retorno) con la particularidad de que el
aire dentro de ellos circularía a una velocidad semejante a la de los trenes
(también con ida y retorno), lo que eliminaría el rozamiento, con gran ahorro de
energía. En un principio se pensó en poner trenes de levitación magnética, pero
luego se cambió a trenes de alta velocidad normales para que pudieran circular trenes internacionales por las mismas vías.
Los trenes generan1
50 veces menos CO2 que los aviones
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40 veces menos CO2 que los automóviles
Las propuestas "futuristas" (que es posible realizar en un futuro próximo)
incluyen trenes cuyas locomotoras son movidas por potentes motores de célula de
hidrógeno en lugar de los conocidos motores diésel. Sheldon Weinbaum y Bruce
Logan2 son algunos de los principales investigadores y diseñadores de grandes
motores que utilizarían el hidrógeno como combustible de los motores de las
nuevas locomotoras; Logan lleva la propuesta ecológica a la obtención del
hidrógeno a partir de la electrólisisinducida mediante bacterias en residuos
biodegradables.
Frank Randak, observando las grandes congestiones de tránsito automotor
que se producen en las rutas (principalmente en las autopistas), propone un
sistema llamado AVT( Advanced Vehicle Transport / Transporte Vehicular
Avanzado)3 que consistiría en grandes y veloces trenes que llevarían a gran
cantidad de automóviles con sus pasajeros (de un modo semejante al sistema ya
probado con eficaces resultados en el túnel bajo el Canal de La Mancha). Este
sistema AVT substituiría en gran medida a las autopistas, especialmente en los
tramos interurbanos en los cuales existen grandes atascos o mucho riesgo de
accidentes de tránsito.
Robert Pullam propone un ultramoderno e ingenioso sistema al cual
denomina Tubular Rail o TRI.4 En éste se prescindiría de los sistemas de rieles,
los cuales son onerosos de construir y mantener; en su lugar los rieles serían
suplantados por estructuras espaciadas y elevadas a través de las cuales
circularían velozmente trenes. Tales trenes estarían en parte de su recorrido
prácticamente "volando" unas decenas de metros. Se considera que el Tubular
Rail o "riel" tubular podría tener varios niveles, de modo que por éste podrían
circular a la vez aunque en paralelo varios veloces trenes.
El ITC5 es otra propuesta de tren elevado. Sus principales características
son el uso de una tecnología MAGLEV y, especialmente, la existencia de paneles
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fotovoltaicos en todo el tramo de su recorrido. Las grandes extensiones de
paneles fotovoltaicos permitirían producir energía eléctrica adicional en lugar de
solo consumirla.
Los proyectos de aerotrén que parecieron ser archivados en los 1980 sehan reactivado particularmente con las propuestas de Yasuaki Kohama.
Mucho más inverosímil y con la tecnología actual totalmente imposible es
todo proyecto de tren gravitacional (Gravity train que no debe confundirse con
el Gravity railroad),7 sistema que se basa en la hipotética construcción de
prolongadísimos túneles subterráneos con tramos a gran profundidad. Tales
hipotéticos túneles estarían "al vacío" para evitar la fricción que frenaría la
aceleración inicial provocada utilizando la fuerza de gravedad natural del planeta.