Los trenes a vapor, a diferencia de las máquinas modernas, exhiben abiertamente muchas de sus partes. Esta honestidad mecánica ha cautivado a los espectadores durante mucho tiempo y ha invitado al estudio, pero muchos todavía se preguntan cómo funcionan exactamente las locomotoras de vapor. De hecho, se han dedicado libros enteros a este tema.
Hay dos áreas básicas de actividad en una locomotora de vapor: la caldera donde se genera el vapor y el motor (cilindros, varillas y ruedas motrices) donde se utiliza el vapor.
La generación de vapor
La producción de vapor comienza con el fuego, que descansa sobre rejillas en la parte inferior del hogar. Los gases calientes se elevan desde el lecho de fuego hasta la parte superior del hogar, o cámara de combustión. En una locomotora que funciona con carbón, la acumulación de ceniza se controla sacudiendo las rejillas para que las cenizas caigan al cenicero que se encuentra debajo. Al final del recorrido, las cenizas se descargan del tolva del cenicero.
Los gases se desplazan desde el hogar hacia adelante a través de una serie de tuberías llamadas tubos o tubos, en la parte principal de la caldera, que está llena de agua. La mejor manera de visualizar cómo se ve el interior de una caldera cilíndrica es imaginar un haz de pajitas en un vaso (solo que el vaso estaría apoyado de lado, no en posición vertical).
El calor de los gases en los tubos calienta el agua hasta que hierve, produciendo vapor. El vapor se eleva hasta la parte superior de la caldera y se acumula en la cúpula, donde normalmente se encuentra el acelerador que regula el flujo de vapor a los cilindros. (Las locomotoras más modernas tenían sus aceleradores ubicados en la caja de humo).
El tubo seco transporta el vapor desde la cúpula hacia adelante hasta el sobrecalentador, una mejora que se generalizó alrededor de 19El sobrecalentador es simplemente una disposición de tuberías que conducen el vapor de regreso a través de tubos extra grandes, donde se calienta a una temperatura más alta, antes de devolverlo a las tuberías de suministro de vapor que conducen hacia los cilindros. El uso de vapor sobrecalentado, en lugar de saturado, trajo un aumento del 25-30 por ciento en la eficiencia de la locomotora de vapor.
Como recipiente a presión, la caldera debe gestionarse cuidadosamente para evitar que explote. Las válvulas de seguridad están diseñadas para dejar escapar el vapor automáticamente si la presión de la caldera es demasiado alta. La parte superior del hogar, llamada placa de coronación, debe estar cubierta de agua en todo momento. Si el nivel del agua cae por debajo de la placa de coronación, el calor del fuego puede debilitarla, provocando la explosión de la caldera presurizada. Se proporcionan dispositivos como el indicador de nivel de agua o el cristal en la cabina para que la tripulación controle el nivel del agua. Las alarmas de nivel de agua bajo se encuentran en las locomotoras más nuevas.
Utilizando el vapor
Desde las tuberías de suministro de vapor, el vapor entra en las cajas de válvulas (una a cada lado). Las válvulas, al moverse hacia adelante y hacia atrás, permiten que el vapor ingrese a los cilindros en momentos en que puede empujar los pistones de forma útil. Cuando el vapor ha hecho su trabajo, la válvula se ha movido para dejarlo escapar, a una presión considerablemente menor, al tubo de escape en la caja de humo.
El movimiento de las válvulas se deriva de la cruceta, que se mueve de acuerdo con la rotación de las ruedas motrices y también está conectada al mecanismo de distribución. El maquinista trabaja el mecanismo de distribución con la palanca de inversión, llamada así porque se usa para controlar la dirección de marcha de la locomotora, así como la sincronización de los eventos de la válvula.
Una vez que el vapor ha empujado el pistón, una serie de enlaces (biela del pistón a la biela maestra, biela maestra a la biela lateral, biela lateral a las ruedas motrices) convierte el movimiento de vaivén del pistón en el movimiento rotatorio de las ruedas. Los contrapesos colocados frente al punto de unión de las varillas mantienen las ruedas motrices equilibradas.
Las primeras locomotoras tenían un par de ruedas motrices, mientras que el mayor número de ruedas impulsadas por un solo juego de cilindros era de seis pares. Debido a su gran tamaño o la necesidad de flexibilidad, muchas locomotoras tenían dos motores: dos juegos de ruedas motrices, cada uno impulsado por un juego de cilindros.
Para ayudar a guiarlo en las curvas, muchas locomotoras también tenían un pequeño juego de ruedas (ya sea un par o dos) en la parte delantera debajo de la caja de humo llamado camión delantero o camión pony. De manera similar, se colocaba un camión trasero de dos o cuatro ruedas en la parte trasera de la locomotora para soportar el hogar.
Había muchas variaciones en las disposiciones de las ruedas dependiendo del servicio previsto de una locomotora y la época de su construcción.
Expulsando el humo y el vapor
Después de que el vapor se utiliza en los cilindros, entra en la caja de humo a través del tubo de escape. A medida que el vapor de escape sale hacia arriba hacia la chimenea, proporciona un tiro para el fuego al extraer los gases a través de los tubos y hacia la caja de humo. (El aire fresco entra en la locomotora a través de espacios abiertos en la base del hogar). El vapor de escape y los gases mezclados luego salen de la locomotora a través de la chimenea. Es la salida relativamente violenta del vapor de los cilindros la que produce el sonido característico de "chuff-chuff".
Como el escape depende del vapor gastado que sale de los cilindros, se debe hacer provisión para expulsar los gases calientes, o humo, cuando el maquinista tiene el acelerador cerrado. Un grupo de pequeños chorros de vapor llamados sopladores se encuentran en la caja de humo para este propósito.
La caja de humo también sirve para recoger las partículas de carbón parcialmente quemadas del fuego que han pasado a través de los tubos. Cuando estos se acumulan a una profundidad suficiente como para obstruir el flujo de gases, algunos son recogidos por el remolino de escape y expulsados por la chimenea en forma de ceniza.
Combustible, agua e incidentes
El combustible (carbón para la mayoría de las locomotoras de vapor, petróleo para algunas, madera en los primeros tiempos) y el agua se transportan en la tender, un vagón separado que se acopla semipermanentemente a la locomotora.
El carbón se introducía originalmente en el hogar con una pala por el fogonero, pero las locomotoras de cualquier tamaño o modernidad están equipadas con alimentadores mecánicos. Algunas locomotoras diseñadas para uso de corta distancia se construyeron sin tenders; llevan una cantidad limitada de sus propios suministros y se conocen como locomotoras de tanque.
El agua se añade a la caldera mediante dos inyectores (uno para el maquinista, otro para el fogonero), o un inyector y un calentador de agua de alimentación. Un inyector utiliza vapor para forzar el agua hacia la caldera, calentando el agua a medida que lo hace. El agua del inyector sigue estando fría en comparación con la de la caldera, por lo que la válvula de retención donde entra en la caldera se coloca hacia adelante, para no enfriar el agua cerca del hogar. Los calentadores de agua de alimentación más eficientes, instalados en la mayoría de los grandes vapores después de mediados de la década de 1930, utilizan vapor de escape para precalentar el agua.
Otros accesorios que se encuentran en las locomotoras de vapor son características de seguridad que se han mantenido, aunque en forma modificada, como equipo estándar en las locomotoras diésel actuales.
El faro, y otros aparatos eléctricos como las luces de señalización y las luces de cabina, están alimentados por un pequeño turbo-generador de vapor. Los faros anteriores funcionaban con petróleo.
El piloto, que se redujo gradualmente de tamaño desde los "cazapasajeros" de mediados del siglo XIX, aparta los obstáculos. Para acomodar a los guardafrenos, las locomotoras que realizaban muchas maniobras de cambio a menudo tenían plataformas en lugar de pilotos, pero estas han sido prohibidas en las locomotoras diésel por razones de seguridad.
La arena para la tracción se almacena en uno o más domos de arena o cajas de arena, como a veces se les llama.
El silbato, montado en la cúpula de muchas locomotoras, podía colocarse en varios lugares diferentes. Los timbres mecánicos reemplazaron la simple acción de un miembro de la tripulación que tiraba de una cuerda unida a la campana.
Cuántos caballos de fuerza tiene un tren de vapor
La potencia de un tren de vapor varía considerablemente según el tamaño y el diseño de la locomotora. Una locomotora de vapor típica podría tener una potencia de entre 500 y 1000 caballos de fuerza. Sin embargo, algunas locomotoras de vapor muy grandes, como las utilizadas para transportar mercancías pesadas, podrían tener una potencia de hasta 2000 caballos de fuerza.
La potencia de una locomotora de vapor se determina por la presión del vapor en la caldera y la cantidad de vapor que se puede utilizar en los cilindros. Cuanto mayor sea la presión del vapor y la cantidad de vapor que se pueda utilizar, mayor será la potencia de la locomotora.
Para dar una idea más precisa de la potencia de un tren de vapor, podemos analizar algunos ejemplos concretos:
- Locomotora Arganda: Esta locomotora de vapor de vía métrica tiene una potencia de 60 caballos de vapor. Su velocidad máxima se estima en 20 km/h, ya que esta máquina no estaba diseñada para transportar pasajeros.
- Locomotora Aliva: Esta locomotora de vapor, fabricada por Orenstein & Koppel en 1926, tiene una potencia de 90 caballos de vapor. La potencia se calcula en función de la velocidad, por lo que a 5 km/h tiene 90 cv y a 30 km/h tiene 300 cv como potencia límite.
- Locomotora HVL Nº 3: Esta locomotora de vapor, construida por Tubize a finales del siglo XIX, tiene una potencia que aún no se ha determinado con precisión. Actualmente se encuentra en estado de restauración.
- Locomotora San Miguel: Esta locomotora de vapor de vía estrecha, fabricada por Saint Leonard en 1891, tiene una potencia que aún no se ha determinado con precisión. Actualmente se encuentra en espera de restauración.
Como puedes ver, la potencia de los trenes de vapor puede variar significativamente. La potencia depende de varios factores, como el tamaño de la caldera, la presión del vapor y la configuración de los cilindros. A pesar de su relativa sencillez, los trenes de vapor eran máquinas extremadamente potentes que jugaron un papel crucial en la revolución industrial y la transformación del transporte.
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