Locomotora de vapor para niños
Una locomotora de vapor es un tipo de tren que se mueve gracias a la fuerza del vapor de agua. Fue el principal medio de transporte en los ferrocarriles hasta mediados del siglo XX, cuando fueron reemplazadas por trenes que usaban motores diésel o eléctricos.
Contenido
- ¿Cómo surgieron las locomotoras de vapor?
- Partes principales de una locomotora de vapor
- Dispositivos adicionales de las locomotoras
- Fabricación y mantenimiento de locomotoras
- Clasificación de las locomotoras de vapor
- Tipos de locomotoras
- Rendimiento de las locomotoras
- El final de la era del vapor
- Véase también
¿Cómo surgieron las locomotoras de vapor?
Al principio, los ferrocarriles usaban caballos para arrastrar los vagones sobre los rieles. Cuando se inventaron las máquinas de vapor, se pensó en usarlas para los trenes. Los primeros intentos fueron en Gran Bretaña. Por ejemplo, Richard Trevithick construyó una locomotora en 1804.
Esta máquina tenía un solo cilindro y usaba engranajes para mover las ruedas. La locomotora de Trevithick no se usó mucho porque los rieles de hierro fundido no soportaban su peso y se dañaban.
Se siguió usando la fuerza animal hasta que la falta de caballos y sus altos costos, debido a las guerras, hicieron que se volviera a pensar en las locomotoras. En 1811, John Blenkinsop patentó un sistema de cremallera para locomotoras. Finalmente, en 1812, Matthew Murray diseñó y construyó la locomotora Salamanca.
La locomotora Salamanca fue la primera en tener dos cilindros y usaba el sistema de cremallera de John Blenkinsop. Esto ayudó a resolver el problema del peso. Si una locomotora era muy ligera, sus ruedas patinaban y no podía arrastrar la carga. Pero si era muy pesada, dañaba los rieles. La Salamanca solucionó estos problemas.
En 1826, se empezó a construir la primera línea de tren entre dos ciudades: el Ferrocarril de Liverpool y Mánchester. George Stephenson fue el encargado del proyecto. En 1829, aún no se decidía qué tipo de tren usar. Las locomotoras de las minas eran lentas y a veces explotaban. Por eso, al principio se propuso usar 30 máquinas fijas a lo largo del recorrido que arrastrarían los vagones con cuerdas.
El 6 de octubre de 1829, se hizo un concurso en Rainhill para ver si las locomotoras eran buenas para la nueva línea. El ganador recibiría un premio y pasaría a la historia. Muchas máquinas participaron, pero solo tres compitieron de verdad: la "The Rocket" de George y Robert Stephenson (padre e hijo), la "Sans Pareil" de Timothy Hackworth y la "Novelty" de John Ericsson y John Braithwaite. La "Rocket" ganó porque sus rivales se averiaron. Así, la "Rocket" se hizo famosa por ganar las pruebas de Rainhill.
La "Rocket" fue la primera locomotora de vapor moderna que incluyó varias ideas nuevas que luego se usaron en casi todas las locomotoras. Por ejemplo, usaba una caldera con muchos tubos, lo que era mucho más eficiente para calentar el agua. También usaba una tobera para que el vapor de escape creara un vacío que ayudara a alimentar el fuego.
Partes principales de una locomotora de vapor
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Una locomotora de vapor tiene una caldera grande y horizontal. En la parte de atrás está el hogar, donde se quema el combustible. El hogar tiene paredes y un techo, y abajo una parrilla para el combustible y una caja para las cenizas. El aire para la combustión entra por debajo de la parrilla.
Los gases calientes del hogar pasan por muchos tubos dentro de la caldera, rodeados de agua, a la que le transmiten el calor. Estos tubos forman un "haz tubular". Algunos tubos más grandes tienen otros más pequeños dentro por donde pasa vapor para recalentarse y aumentar la potencia del tren.
En la parte delantera de la caldera está la caja de humos, donde llegan los humos antes de salir por la chimenea. El vapor se acumula en la parte más alta de la caldera, a veces en una cúpula llamada domo. El maquinista controla la salida del vapor con una válvula llamada "regulador".
Cuando el regulador se abre, el vapor va a un motor. Allí, una pieza móvil llamada corredera dirige el vapor alternativamente a cada lado de un pistón dentro de un cilindro. Esto hace que el pistón se mueva hacia adelante y hacia atrás. Este movimiento del pistón, a través de una barra y una biela, hace girar la rueda motriz principal.
La corredera se mueve con un sistema de barras que también permite al maquinista controlar la dirección del tren y la cantidad de vapor que entra al cilindro. Controlar bien el vapor ayuda a ahorrar combustible y agua. Esto se hace con una palanca en la cabina, parecida a la palanca de cambios de un automóvil.
El vapor que ya usó el pistón sale por la chimenea junto con el humo. Esto crea un vacío que ayuda a que el fuego del hogar se avive. Las ráfagas de vapor al salir producen el sonido característico de "chuf, chuf".
La mayoría de las locomotoras tienen dos cilindros, uno a cada lado. Algunas tienen tres o cuatro. Los cilindros trabajan en parejas, y sus movimientos están desfasados para que las ruedas reciban potencia de forma continua. Las ruedas de tracción están conectadas por barras que transmiten la fuerza de la rueda principal a las otras ruedas.
La caldera y los cilindros se apoyan en una estructura llamada bastidor o chasis, que a su vez descansa sobre los ejes. Los ejes motrices tienen cojinetes que se mueven hacia arriba y abajo, conectados al bastidor por resortes que suavizan el movimiento en vías irregulares.
Muchas locomotoras tienen ruedas delanteras o traseras en grupos llamados bogies. Estos son conjuntos de dos ejes y cuatro ruedas con su propio chasis y suspensión. Ayudan a que la locomotora gire mejor en las curvas. Si solo hay un eje, se llama bisel.
La mayoría de las locomotoras llevan un ténder, que es un vagón que transporta el agua y el combustible. Otras locomotoras, llamadas locomotoras tanque, llevan el combustible y el agua en la propia máquina, en grandes tanques a los lados o encima de la caldera.
El combustible más usado era el carbón, pero también se usaba madera o incluso el bagazo de la caña de azúcar. Cuando el petróleo se hizo común, algunas locomotoras usaron fueloil.
Una locomotora de vapor necesita dos personas para funcionar: el maquinista, que controla el tren, y el fogonero, que se encarga del fuego, la presión y el agua.
Otros detalles del corte didáctico de la locomotora Beyer Peacock & Company de 1873. Mánchester, Science and Industry Museum.
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Caja de humos y cilindro.
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Corte del domo donde se acumula el vapor.
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Rueda motora o de tracción.
Dispositivos adicionales de las locomotoras
1. Hogar 2. Cenicero 3. Agua (interior de la caldera) 4. Caja de humos 5. Cabina 6. Ténder 7. Domo del vapor 8. Válvula de seguridad 9. Regulador 10. Cabecera del recalentador en el conducto principal del vapor 11. Pistón 12. Tobera de salida de vapor 13. Mecanismo de accionamiento de la distribución 14. Palanca de accionamiento del regulador 15. Bastidor 16. Bisel posterior 17. Bisel anterior 18. Cojinete y eje de rueda motriz 19. Ballesta 20. Zapata de freno 21. Bomba para el freno de aire 22. Enganche 23. Silbato 24. Arenero
Las locomotoras tienen varios dispositivos para funcionar, controlar el tren o dar señales.
Bombas de vapor e inyectores
El nivel de agua en la caldera baja a medida que se usa el vapor. Se necesita un sistema para meter más agua en la caldera, venciendo la presión interna. Al principio se usaban bombas movidas por los pistones. Más tarde, se usaron inyectores de vapor o turbobombas. Lo normal era tener dos sistemas para asegurar el suministro de agua. Un tubo de vidrio mostraba el nivel de agua.
Recalentador
A partir de 1900, se empezó a usar vapor recalentado para que las locomotoras fueran más eficientes. El vapor del domo pasaba por tubos delgados dentro de tubos más gruesos en la caldera, se recalentaba y luego iba a los cilindros. Esto mejoró mucho la eficiencia.
Regulador
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El regulador es el dispositivo que usa el maquinista para controlar cuánto vapor pasa de la caldera a las válvulas de distribución. Hay dos tipos: de corredera y de válvula.
Ventilador o soplador
Cuando el tren está parado o el regulador está cerrado, no hay vapor de escape para avivar el fuego. Para evitar que el fuego baje de intensidad, se usa un ventilador. Este es un tubo con orificios alrededor de la tobera de escape, conectado a una toma de vapor. Al activarlo, el vapor sale y crea una depresión que aviva el fuego. También se usa al encender la caldera para que la presión suba más rápido.
Purgas
Son válvulas en los extremos inferiores de los cilindros que permiten sacar el agua condensada o arrastrada por el vapor. Se suelen accionar manualmente desde la cabina.
Cargador automático de carbón
En las locomotoras grandes, el fogonero no podía echar carbón lo suficientemente rápido. En Estados Unidos se inventaron cargadores mecánicos que usaban vapor. Un tornillo sin fin llevaba el carbón desde el ténder hasta el hogar, lo que ahorraba mucho trabajo al fogonero y aumentaba la potencia del tren.
Calentadores de agua
Meter agua fría en la caldera reducía la potencia. Hacia el final de la era del vapor, se usaron calentadores que aprovechaban el calor del vapor de escape para calentar el agua antes de que entrara a la caldera. Esto también evitaba que la caldera sufriera un cambio brusco de temperatura.
Condensadores
Las locomotoras de vapor usaban mucha agua, y reponerla era un problema en zonas secas. Algunas máquinas usaban condensadores: el vapor de escape iba a grandes radiadores en los ténderes, se convertía en agua líquida y se volvía a usar. Esto era útil en desiertos.
Freno
Las locomotoras tenían su propio sistema de frenado, con zapatas que presionaban las ruedas. Con el tiempo, se añadió el freno de aire, que permitía al maquinista controlar el frenado de todos los vagones. Este sistema necesitaba bombas de aire movidas por vapor. Otra opción era el freno de vacío, pero fue menos común.
Engrase
Al principio, el maquinista engrasaba los pistones y válvulas a mano. Con el aumento de velocidad, se crearon sistemas para inyectar aceite mineral en el vapor que iba a los cilindros. Un tipo de engrasador usaba vapor para desplazar el aceite y mezclarlo con el vapor. Más tarde, se usaron bombas mecánicas que inyectaban aceite proporcionalmente a la velocidad del tren.
Otras partes, como los cojinetes de los ejes, se lubricaban con aceite que llegaba por capilaridad desde depósitos.
Topes y apartavacas
Las locomotoras tienen enganches para unir los vagones. También tienen topes en los extremos para absorber pequeños golpes.
En América, se añadió una estructura metálica inclinada en la parte delantera, llamada "apartavacas". Su propósito era desviar cualquier obstáculo, como animales, que pudiera haber en la vía.
Luz frontal
Cuando los trenes empezaron a operar de noche, se les pusieron luces para que el maquinista pudiera ver y para que la locomotora fuera vista. Al principio eran lámparas de aceite o acetileno, pero luego se usaron luces eléctricas con pequeños generadores eléctricos de vapor.
Areneros
A veces, las ruedas motrices patinaban, por ejemplo, con hielo o al arrancar. Para evitarlo, se echaba arena sobre el carril justo delante de las ruedas. La arena se guardaba en un depósito, a menudo sobre la caldera para que se mantuviera seca con el calor, y se liberaba con una válvula o con aire comprimido/vapor.
Campanas y silbatos
Desde el principio, las locomotoras tuvieron campanas y silbatos. Las campanas eran más comunes en Estados Unidos y Canadá para avisar del movimiento del tren. Los silbatos se usaban para dar señales a los trabajadores y advertir a las personas cerca de la vía.
Fabricación y mantenimiento de locomotoras
Las empresas de ferrocarriles solían encargar locomotoras a compañías especializadas, adaptadas a sus necesidades. Pero también tenían sus propios talleres para reparaciones grandes, y algunos incluso fabricaban sus propias locomotoras. Era común que una empresa vendiera locomotoras usadas a otra.
Las locomotoras necesitaban mantenimiento e inspecciones regulares. Durante el mantenimiento, a menudo se modificaban, añadiéndoles o quitándoles dispositivos, o incluso cambiando partes importantes como calderas o cilindros.
Clasificación de las locomotoras de vapor
Las locomotoras de vapor se clasifican por cómo están colocadas sus ruedas. Se cuenta el número de ejes delanteros, luego el de ejes motrices (los que mueven el tren) y finalmente el de ejes traseros.
Por ejemplo, una locomotora con dos ejes delanteros, tres ejes motrices y un eje trasero se clasifica como 2-3-1. A menudo, estas clasificaciones recibían nombres que recordaban su primer uso. Por ejemplo, una locomotora "Santa Fe" era una 1-5-1 porque la primera con esa disposición se construyó para el ferrocarril "Atchison, Topeka y Santa Fe".
En la mayoría de los países de habla inglesa, se usaba la notación Whyte, que cuenta el número de ruedas en lugar de los ejes. Así, una locomotora 2-10-2 en notación Whyte es una 1-5-1 si se clasifica por el número de ejes.
Tipos de locomotoras
- Locomotora compound: Usa el vapor en dos cilindros, primero a alta presión y luego a baja presión.
- Locomotora ténder: Lleva el carbón y el agua en la misma máquina. Se usa para trayectos cortos o maniobras en estaciones.
- Locomotora de vía estrecha: Diseñada para vías más angostas de lo normal (menos de 1.435 mm).
- Locomotora de mercancías: Es larga y pesada, con varios ejes motrices y ruedas de unos 1,3 metros. Se usa para arrastrar cargas pesadas a baja velocidad.
- Locomotora de viajeros: Tiene ruedas grandes, de casi dos metros de diámetro, y se usa para trenes de pasajeros a mayor velocidad.
- Locomotora mixta: Sirve para arrastrar trenes que llevan tanto pasajeros como mercancías.
Rendimiento de las locomotoras
Para medir el rendimiento de las locomotoras, se usaban dos tipos de medidas. Al principio, se clasificaban por su esfuerzo de tracción: la fuerza máxima que podía ejercer la locomotora para arrastrar el tren. Esto se calculaba con el tamaño del pistón, la presión de la caldera y el tamaño de las ruedas. El esfuerzo de tracción indicaba qué tan pesado podía ser el tren que una locomotora podía arrastrar.
A principios del siglo XX, se empezó a medir la potencia que desarrollaban, ya que el esfuerzo de tracción no consideraba la velocidad. Las empresas de ferrocarriles usaban vagones especiales para medir la potencia real de la locomotora en movimiento.
La potencia de una locomotora depende del tamaño del fuego y del área de la parrilla del hogar. La fuerza de tracción depende de la presión de la caldera, el tamaño del cilindro y las ruedas motrices. También está limitada por el peso sobre las ruedas motrices, que debe ser al menos cuatro veces el esfuerzo de tracción.
A finales del siglo XIX, las locomotoras de mercancías se enfocaban en el esfuerzo de tracción, mientras que las de pasajeros valoraban más la velocidad. Las locomotoras de mercancías aumentaron el número de ejes motrices. Las de pasajeros tenían ejes delanteros para tomar mejor las curvas a velocidad y ruedas motrices muy grandes.
En los años 1920, en Estados Unidos, se buscó aumentar la potencia. Los trenes de mercancías debían ir más rápido y los de pasajeros debían llevar más peso sin perder velocidad. Esto llevó a que las locomotoras de mercancías y pasajeros se hicieran más grandes y tuvieran más ejes.
El final de la era del vapor
La llegada de las locomotoras diésel-eléctricas a principios del siglo XX marcó el fin de las locomotoras de vapor. Aunque se usaron en América del Norte y Europa hasta mediados de siglo, en otros países se siguieron usando hasta finales del siglo XX.
Las locomotoras de vapor, aunque sencillas y adaptables a varios combustibles, son menos eficientes que las diésel o eléctricas y requieren mucho mantenimiento. Necesitan agua en muchos puntos del recorrido, lo que es un problema en zonas secas. El movimiento de sus bielas hace que las ruedas golpeen los rieles, lo que requiere más mantenimiento de las vías.
Además, las locomotoras de vapor necesitan varias horas para calentar la caldera antes de poder funcionar, y al final del día hay que limpiar las cenizas. Las locomotoras diésel o eléctricas son mucho más rápidas y fáciles de encender y apagar. Por último, el humo que emiten las locomotoras de vapor puede ser un inconveniente.
Se calcula que el costo de mano de obra y combustible de una locomotora de vapor es dos veces y media mayor que el de una diésel, y su recorrido diario es mucho menor. Hacia los años sesenta o setenta, la mayoría de los países occidentales ya habían reemplazado las locomotoras de vapor en el servicio de pasajeros, y más tarde en el de mercancías. En India, el cambio ocurrió en los años ochenta. En algunas zonas montañosas, se siguen usando locomotoras de vapor porque la menor presión atmosférica les afecta menos que a los motores diésel.
En algunos países, el vapor se usó mucho hasta finales del siglo XX. Las locomotoras diésel eran caras y en algunas zonas la mano de obra era barata. Además, el alto precio del petróleo hizo que otros combustibles fueran más atractivos. Un embargo de petróleo, junto con la abundancia de carbón local, hizo que Sudáfrica siguiera usando locomotoras de vapor hasta los años noventa. China siguió construyendo locomotoras de vapor para sus ferrocarriles hasta finales de siglo, e incluso fabricó algunas para actividades turísticas en Estados Unidos. En 2006, una empresa suiza, DLM AG, seguía fabricando locomotoras de vapor nuevas.
A principios del siglo XXI, las locomotoras de vapor solo se usan en algunas regiones aisladas, como en Corea del Norte, y principalmente para actividades turísticas.
Véase también
En inglés: Steam locomotive Facts for Kids
