Locomotora eléctrica para niños
Una locomotora eléctrica es un tipo de tren que se mueve usando energía eléctrica. A diferencia de otros trenes, no produce su propia electricidad a bordo con un motor de combustible, sino que la recibe de una fuente externa.
Esta energía puede llegar de diferentes maneras:
- A través de cables elevados llamados catenarias, que parecen telarañas sobre la vía.
- Mediante un tercer riel, que es un carril adicional al lado de la vía principal.
- O, en algunos casos, la locomotora puede almacenar la energía en baterías o pilas de combustible que lleva consigo.
Es importante saber que los trenes que usan motores eléctricos pero generan su propia electricidad con un motor diésel o una turbina de gas a bordo, se llaman locomotoras diésel-eléctricas o turbina de gas-eléctricas. En esos casos, el motor eléctrico es parte del sistema que transmite la energía, no la fuente principal.
Contenido
¿Por qué son especiales las locomotoras eléctricas?
Las locomotoras eléctricas tienen varias ventajas que las hacen muy útiles:
Mayor potencia y eficiencia
Los motores eléctricos son muy eficientes y ligeros. Esto permite que las locomotoras eléctricas sean más potentes que otras, incluso si tienen el mismo tamaño o peso. Además, necesitan menos mantenimiento y no tienen que cargar con su propio combustible, aunque sí dependen de la electricidad externa.
Menos contaminación y ruido
Una gran ventaja es que no contaminan el aire directamente, ya que no queman combustible a bordo. La electricidad que usan puede venir de centrales eléctricas que son mucho más limpias, o incluso de fuentes de energía limpia como la energía geotérmica, hidráulica, nuclear, solar o eólica.
También son más silenciosas que las locomotoras diésel, porque no tienen motores ruidosos ni escapes. Al tener menos piezas que se mueven de forma alternativa, también cuidan mejor las vías del tren, lo que reduce el mantenimiento de las mismas.
Ideales para alta velocidad y tráfico intenso
Las centrales eléctricas pueden generar mucha más energía de la que una sola locomotora necesita. Esto significa que las locomotoras eléctricas pueden tener una potencia muy alta, ideal para acelerar rápidamente. Por eso, son perfectas para trenes que hacen muchas paradas, como los trenes suburbanos.
También se usan en todas las líneas de alta velocidad del mundo, como el ICE en Alemania, el Acela en EUA, el Shinkansen en Japón, el TGV en Francia o el AVE en España. Además, son comunes en rutas de carga con mucho volumen o en redes ferroviarias muy avanzadas.
Ahorro de energía con frenado regenerativo
Los motores eléctricos son muy eficientes, casi un 90%. Algunas locomotoras modernas usan un sistema llamado frenado regenerativo. Esto significa que, al frenar, los motores se convierten en generadores y transforman la energía del movimiento en electricidad, que luego se devuelve a la red. ¡Es como recargar la batería del tren mientras frena!
Desventajas de la electrificación
La principal desventaja es el alto costo de construir toda la infraestructura necesaria: los cables de la catenaria o el tercer riel, las subestaciones eléctricas y los sistemas de control. Sin embargo, en muchos países, las redes ferroviarias se consideran parte de la infraestructura nacional y son financiadas por el estado, lo que hace que la inversión a largo plazo sea rentable.
Breve historia de las locomotoras eléctricas
La idea de los trenes eléctricos no es nueva.
- Primeros experimentos: El primer ferrocarril eléctrico conocido fue construido por el escocés Robert Davidson en 1837, usando baterías. Más tarde, en 1841, presentó una locomotora más grande llamada Galvani, pero las baterías no daban suficiente energía para un uso comercial.
- El primer tren eléctrico público: En 1879, Werner von Siemens presentó el primer tren eléctrico en Berlín. Era pequeño, alcanzaba 13 km/h y transportó a 90.000 pasajeros en una vía circular. La electricidad la recibía de un tercer riel.
- Primeros tranvías y metros: En 1881, se abrió la primera línea de tranvía eléctrico en Alemania. En Estados Unidos, los primeros tranvías eléctricos aparecieron en 1888. Los trenes eléctricos fueron muy importantes para los ferrocarriles subterráneos (metros) a finales del siglo XIX, ya que el humo de las locomotoras de vapor era un problema grave en los túneles. El primer metro eléctrico exitoso fue el City and South London Railway en el Reino Unido, inaugurado en 1890.
- Avances en corriente alterna: En 1894, el ingeniero húngaro Kálmán Kandó desarrolló motores de corriente alterna de alto voltaje, lo que fue un gran paso para la electrificación de las líneas principales.
- Electrificación de líneas principales: La primera electrificación de una línea principal en Estados Unidos fue en 1895, en un tramo del Baltimore and Ohio Railroad. En Europa, la electrificación se centró primero en zonas montañosas, donde era difícil conseguir carbón y fácil obtener energía hidroeléctrica. Hoy, el 100% de las líneas suizas están electrificadas.
- Desarrollo en Italia: Los ferrocarriles italianos fueron pioneros en usar tracción eléctrica para una línea principal completa en 1902. Experimentaron con diferentes tipos de corriente antes de elegir la corriente continua de 3kV para la mayoría de su sistema.
- Declive y resurgimiento en EE. UU.: En Estados Unidos, las locomotoras diésel se hicieron más populares, y la electrificación disminuyó en la mayoría de las líneas principales fuera del noreste. Sin embargo, en la década de 1980, el desarrollo de trenes de muy alta velocidad, como el Shinkansen japonés y el TGV francés, revivió el interés por la electrificación.
Tipos de locomotoras eléctricas
Las locomotoras eléctricas se pueden clasificar de varias maneras:
¿Corriente alterna o continua?
La principal diferencia es si usan corriente continua (CC) o corriente alterna (CA).
- Corriente Continua (CC): Los primeros sistemas usaban CC. Las locomotoras de CC suelen usar voltajes más bajos (600 a 3000 V). El equipo es grande y la electricidad debe suministrarse con frecuencia debido a las pérdidas en la transmisión.
- Corriente Alterna (CA): Con el desarrollo de la electrónica, se empezaron a usar motores de CA. La CA permite usar voltajes muy altos (decenas de miles de voltios), lo que reduce las pérdidas de energía y permite usar cables más delgados. La locomotora tiene transformadores que bajan el voltaje para los motores. Los motores de CA modernos son más fáciles de mantener y permiten el frenado regenerativo.
Hoy en día, los sistemas más nuevos usan CA, pero muchos sistemas de CC todavía están en funcionamiento en varios países.
¿Cómo reciben la energía?
Los trenes eléctricos necesitan dos conexiones para el circuito eléctrico (o tres para sistemas trifásicos). La vía del tren se usa para un polo, y el otro polo se suministra de forma separada.
- Tercer riel: Un carril adicional al lado de la vía principal, por donde un "patín" o "zapata" de la locomotora recoge la electricidad. Es común en metros y trenes subterráneos.
- Catenaria (línea aérea): Cables elevados sobre la vía. La locomotora recoge la electricidad con un dispositivo llamado pantógrafo. El pantógrafo es el mejor método para trenes de alta velocidad.
¿Cómo mueven las ruedas?
A lo largo de la historia, se han usado diferentes sistemas para conectar los motores a las ruedas:
- Eje intermedio: En las primeras locomotoras, el motor estaba en el cuerpo del tren y movía un eje intermedio con engranajes. Era complejo y requería mucho mantenimiento.
- Transmisión Buchli y eje hueco: Sistemas más avanzados que separaban el peso del motor de las ruedas, usados en el siglo XX.
- Motores montados en los ejes: Las locomotoras eléctricas modernas, al igual que las diésel-eléctricas, suelen tener un motor por cada eje de las ruedas. El motor se apoya en el eje y transmite la potencia a las ruedas mediante engranajes. La relación de los engranajes se ajusta según el tipo de servicio: alta para trenes de carga (más fuerza) y baja para trenes de pasajeros (más velocidad).
Tecnología de tracción
La electrónica de potencia es clave en las locomotoras eléctricas modernas. Permite controlar los motores de forma suave y eficiente. Se usan componentes como transistores IGBT y tiristores GTO en los sistemas de control.
Algunos ejemplos de trenes y su tecnología:
- Trenes de cercanías como la Serie 446: Usan tecnología "chopper" para controlar motores de corriente continua.
- Trenes como el Civia o el AVE Serie 102/112: Usan inversores con tecnología IGBT y motores trifásicos asíncronos.
- El AVE Serie 103: Usa convertidores basados en tiristores GTO y motores trifásicos asíncronos.
Galería de imágenes
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La locomotora eléctrica 253.102 de COMSA con el papelero Barcelona-Morrot -> El Espartal, dejando atrás la estación de San Sadurní de Noya.
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Una Milwaukee Road clase ES-2, una locomotora de maniobras con una gran cabina tipo camello para servicios en un ferrocarril eléctrico de gran tráfico.
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Una Re 420 suiza arrastra un tren de carga cuesta abajo en el lado sur de la línea San Gotardo, la que fue electrificada en 1922. Son visibles los postes y los cables de la catenaria.
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La locomotora sueca Rc fue la primera en usar tiristores con motores CC.
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Un moderno pantógrafo. El dispositivo mostrado es, técnicamente, un medio-pantógrafo.
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Una de las Milwaukee Road EP-2 eléctricas "bi-polares".
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Una locomotora eléctrica PRR GG1.
Véase también
En inglés: Electric locomotive Facts for Kids
- Sistema de electrificación ferroviaria
- Vehículo híbrido eléctrico
