Ferrocarril atmosférico

Jacob y Joseph Samuda eran constructores navales e ingenieros, y propietarios de la fundición Southwark Ironworks; ambos eran miembros de la Institución de Ingenieros Civiles . Samuel Clegg era ingeniero de gas y colaboraron en el desarrollo de su sistema atmosférico. Hacia 1835, leyeron los escritos de Medhurst y desarrollaron un sistema de tuberías de vacío de pequeño diámetro. Clegg trabajó en una válvula de aleta longitudinal para sellar la ranura de la tubería.

En 1838, patentaron una "nueva mejora en válvulas" y construyeron un modelo a escala real en Southwark. En 1840, Jacob Samuda y Clegg arrendaron medio kilómetro de vía férrea en el West London Railway, en Wormholt Scrubs (más tarde rebautizado como Wormwood Scrubs ), donde el ferrocarril aún no se había abierto al público. Ese mismo año, Clegg partió hacia Portugal, donde continuó su carrera en la industria del gas.

El sistema de Samuda consistía en un tubo continuo (con juntas) de hierro fundido colocado entre los raíles de la vía férrea; el tubo tenía una ranura en la parte superior. El primer vagón del tren era un vagón de pistón , que transportaba un pistón insertado en el tubo. Este se sostenía mediante un sistema de soportes que atravesaba la ranura, y el pistón propiamente dicho se encontraba sobre un poste delante del punto donde el soporte salía de la ranura. La ranura estaba sellada herméticamente mediante una solapa continua de cuero que se abría justo antes del soporte del pistón y se cerraba inmediatamente después. Una estación de bombeo situada delante del tren extraía aire del tubo, y la presión atmosférica detrás del pistón lo impulsaba hacia adelante.

La demostración de Wormwood Scrubs se llevó a cabo durante dos años. La tubería de tracción tenía un diámetro de 9 pulgadas y se utilizó un motor estacionario  de 16 hp para la propulsión. La pendiente de la línea era constante, de 1 en 115. En su tratado, descrito a continuación, Samuda da a entender que la tubería se usaría en una sola dirección, y el hecho de que solo se construyera una estación de bombeo sugiere que los trenes regresaban por gravedad al extremo inferior del recorrido después del ascenso atmosférico, como se hizo posteriormente en la línea de Dalkey (abajo). Muchos de los recorridos fueron públicos. Samuda cita las cargas, el grado de vacío y la velocidad de algunos de los recorridos; por ejemplo:

• 11 de junio de 1840: 11 toneladas 10 quintales; velocidad máxima 22,5  mph; 15 pulgadas de vacío
• 10 de agosto de 1840: 5 toneladas 0 cwt; velocidad máxima 30  mph; 20 pulgadas de vacío. ^{[ 5 ]}

Existía un enorme interés público por las ideas relacionadas con los ferrocarriles atmosféricos, y al mismo tiempo que Samuda desarrollaba su proyecto, otros propusieron otras ideas.

• Nickels y Keane impulsaron trenes bombeando aire a través de un tubo continuo de lona. Los trenes contaban con un par de rodillos que comprimían la parte exterior del tubo, y la presión del aire los impulsaba hacia adelante. El efecto era el contrario al de apretar un tubo de pasta de dientes. Afirmaron haber realizado una demostración exitosa en un aserradero en Waterloo Road.
• James Pilbrow propuso un pistón suelto con una cremallera dentada. Esta cremallera haría girar las ruedas dentadas, las cuales se encontraban sobre un eje que atravesaba prensaestopas hacia el exterior del tubo. El vagón delantero del tren tendría una cremallera similar y sería impulsado hacia adelante por la rotación de las ruedas dentadas. De esta manera, el vehículo mantendría el ritmo exacto del pistón, sin ninguna conexión directa con él.
• Henry Lacey concibió un tubo de madera, fabricado por toneleros , como un barril largo y continuo con una ranura de apertura y una solapa de madera sujeta por una bisagra de caucho.
• Clarke y Varley propusieron tubos de chapa de hierro con una ranura longitudinal continua. Si los tubos se fabricaban con precisión, el vacío mantendría la ranura cerrada, pero el soporte del pistón en el tren la abriría lo suficiente como para permitir el paso del aire. La elasticidad del tubo la cerraría de nuevo detrás del carro del pistón.
• Joseph Shuttleworth propuso un sistema hidráulico en el que la presión del agua, en lugar del vacío atmosférico parcial, impulsaría el tren. En zonas montañosas con abundante agua, no sería necesaria una estación de bombeo: el agua se utilizaría directamente. En lugar de la compuerta para sellar la ranura del tubo, se colocaría dentro de la tubería una cuerda de sellado continua, hecha de tela impregnada de caucho. Unas guías en el pistón la elevarían a su posición y la presión del agua la mantendría fija detrás del tren. El uso de presión positiva permitía una mayor diferencia de presión que un sistema de vacío. Sin embargo, el agua de la tubería tendría que ser drenada manualmente por el personal a lo largo de la misma después de cada paso del tren.

En 1841, Joseph Samuda publicó Un tratado sobre la adaptación de la presión atmosférica a los propósitos de la locomoción en ferrocarriles . ^{[ 5 ]}

Ocupaba 50 páginas, y Samuda describía su sistema; primero el tubo de tracción:

La fuerza motriz se transmite al tren mediante una tubería principal continua, tendida entre los rieles, que se vacía mediante bombas de aire accionadas por máquinas de vapor estacionarias, fijadas al borde de la vía. La distancia entre ellas varía de una a tres millas, según la naturaleza y el tráfico de la vía. Un pistón, introducido en esta tubería, se acopla al vagón delantero de cada tren a través de una abertura lateral y se desplaza hacia adelante gracias a la presión generada frente a él. La tubería continua está fijada entre los rieles y atornillada a las traviesas que la sostienen. El interior del tubo no está perforado, sino revestido con sebo de 1/10 de pulgada de espesor para uniformizar la superficie y evitar la fricción innecesaria que produce el paso del pistón.

El funcionamiento de la válvula de cierre iba a ser fundamental:

A lo largo de la superficie superior del tubo hay una ranura o hendidura continua de aproximadamente dos pulgadas de ancho. Esta hendidura está cubierta por una válvula que se extiende a lo largo de todo el riel, formada por una tira de cuero remachada entre placas de hierro. Las placas superiores son más anchas que la hendidura y sirven para evitar que el aire exterior fuerce el cuero hacia el interior del tubo cuando se forma el vacío en su interior; y las placas inferiores encajan en la hendidura cuando la válvula está cerrada, formando el círculo del tubo e impidiendo que el aire pase por el pistón. Un borde de esta válvula está firmemente sujeto por barras de hierro, fijadas con pernos a una nervadura longitudinal fundida en el tubo, y permite que el cuero entre las placas y la barra actúe como una bisagra, similar a una válvula de bomba común. El otro borde de la válvula cae en una hendidura que contiene una composición de cera de abejas y sebo. Esta composición es sólida a la temperatura ambiente y se vuelve fluida cuando se calienta unos pocos grados por encima de ella. Sobre esta válvula hay una cubierta protectora, que sirve para preservarla de la nieve o la lluvia, formada por placas delgadas de hierro de aproximadamente cinco pies de largo articuladas con cuero, y el extremo de cada placa se superpone al siguiente en la dirección del movimiento del pistón, ^{[ nota 1 ]} asegurando así el levantamiento de cada una en sucesión.

El carro del pistón abriría y luego cerraría la válvula:

En la parte inferior del primer vagón de cada tren se fija el pistón y sus accesorios. Una varilla que sale horizontalmente del pistón se une a un brazo de conexión, situado a unos seis pies detrás del pistón. Este brazo de conexión atraviesa la ranura continua del tubo y, al estar fijado al vagón, transmite el movimiento al tren a medida que el tubo se vacía. A la varilla del pistón también se le unen cuatro ruedas de acero (dos delante y dos detrás del brazo de conexión), que sirven para levantar la válvula y crear un espacio para el paso del brazo de conexión, así como para la entrada de aire a la parte posterior del pistón. Otra rueda de acero, regulada por un resorte, está fijada al vagón y sirve para asegurar el cierre perfecto de la válvula, al pasar sobre las placas superiores inmediatamente después del paso del brazo. Un tubo o calentador de cobre, de unos diez pies de largo, mantenido constantemente caliente por una pequeña estufa, también fijada a la parte inferior del vagón, pasa sobre la superficie de la composición (que se ha roto al levantar la válvula) y la funde. Al enfriarse, la composición se solidifica y sella herméticamente la válvula. De este modo, cada tren que pasa abandona la tubería en condiciones óptimas para recibir al siguiente tren.

Se describió el proceso de entrada y salida de la tubería:

La tubería continua se divide en secciones adecuadas (según la distancia respectiva de las máquinas de vapor fijas) mediante válvulas de separación, que se abren por el tren a medida que avanza: estas válvulas están construidas de tal manera que no es necesario detenerse ni disminuir la velocidad al pasar de una sección a otra. La válvula de separación de salida, o la que se encuentra al final de la sección más cercana a su máquina de vapor, se abre por la compresión del aire delante del pistón, que necesariamente tiene lugar después de que este haya pasado la derivación que comunica con la bomba de aire; la válvula de separación de entrada (la que está cerca del comienzo de la siguiente sección de tubería) es una válvula de equilibrio o balance, y se abre inmediatamente después de que el pistón haya entrado en la tubería. La tubería principal se une con juntas de encaje profundas, en cada una de las cuales se deja un espacio anular aproximadamente en el centro del empaquetamiento, y se llena con un semifluido: de este modo se evita cualquier posible fuga de aire en la tubería. ^{[ 6 ]}

En aquella época, los ferrocarriles se desarrollaban rápidamente y se buscaban con ahínco soluciones a las limitaciones técnicas del momento, aunque no siempre se evaluaban de forma racional. El tratado de Samuda exponía las ventajas de su sistema:

• transmisión de energía a los trenes desde centrales eléctricas estáticas (atmosféricas); la maquinaria estática podría ser más eficiente en el consumo de combustible;
• El tren quedaría exento de la necesidad de transportar la fuente de energía y el combustible consigo;
• La potencia disponible para el tren sería mayor, lo que permitiría superar pendientes más pronunciadas; en la construcción de nuevas líneas, esto reduciría enormemente los costos de construcción al permitir la disminución de los movimientos de tierra y los túneles;
• La eliminación de una locomotora pesada del tren permitiría utilizar materiales de vía más ligeros y económicos;
• Los pasajeros y los residentes que viven cerca de las vías se librarían de la molestia de la emisión de humo de los trenes que pasan; esto sería especialmente útil en los túneles;
• Las colisiones entre trenes serían imposibles, ya que solo se podía gestionar un tren a la vez en cualquier tramo entre dos estaciones de bombeo; las colisiones eran una de las principales preocupaciones del público en general en aquellos días anteriores a los sistemas de señalización modernos, cuando se permitía que un tren siguiera a otro después de un intervalo de tiempo definido, sin ningún medio para detectar si ese tren se había detenido en algún punto de la vía;
• Según Samuda, el pistón que se desplaza por el tubo sujetaría el carro del pistón y evitaría los descarrilamientos, lo que permitiría tomar las curvas con seguridad a alta velocidad.
• Las personas en el ferrocarril no estarían expuestas al riesgo de explosiones de calderas de máquinas de vapor (una posibilidad muy real en aquel entonces ^{[ 2 ]} ).

Samuda también refutó las críticas generalizadas a su sistema:

• que si una estación de bombeo fallaba, toda la línea se cerraría porque ningún tren podría pasar por ese punto; Samuda explicó que un sistema de tuberías permitiría que la siguiente estación de bombeo abasteciera esa sección; si esto fuera a presión reducida, el tren aún podría pasar, aunque con una pequeña pérdida de tiempo;
• que la fuga de aire en la compuerta o en las juntas de las tuberías debilitaría gravemente el efecto de vacío; Samuda señaló la experiencia y los resultados de las pruebas en su línea de demostración, donde evidentemente esto no era un problema;
• El costo de capital de las casas de máquinas era una carga enorme; Samuda observó que el costo de capital de las locomotoras de vapor se eliminaba y se podía esperar que los costos de operación para combustible y mantenimiento fueran menores. ^{[ 5 ]}

En abril de 1844, Jacob y Joseph Samuda patentaron su sistema. Poco después, Joseph Samuda falleció y su hermano Jacob continuó el trabajo. La patente constaba de tres partes: la primera describía el sistema de tuberías y pistones atmosféricos; la segunda, cómo se podía crear el vacío en zonas con abundante agua mediante depósitos a diferentes niveles; y la tercera, que trataba sobre los pasos a nivel de un ferrocarril atmosférico. ^{[ 2 ]}

El ferrocarril de Londres y Croydon (L&CR) obtuvo su ley de autorización del Parlamento, la Ley del Ferrocarril de Londres y Croydon de 1835 ( 5 & 6 Will. 4 . c. x), para construir su línea desde un cruce con el ferrocarril de Londres y Greenwich (L&GR) hasta Croydon. En ese momento, la línea del L&GR estaba en construcción, y el Parlamento se opuso a la construcción de dos terminales ferroviarias en el mismo barrio de Londres, por lo que el L&CR tendría que compartir la estación de London Bridge del L&GR . La línea se construyó para la operación de locomotoras ordinarias. Una tercera compañía, el ferrocarril de Londres y Brighton (L&BR), fue promovida y también tuvo que compartir la ruta hacia Londres pasando por encima del L&CR.

Cuando las líneas se inauguraron en 1839, se observó que la congestión se debía a los frecuentes servicios con paradas en la línea local de Croydon; esto era particularmente problemático en la pendiente de 1 en 100 desde New Cross hasta Dartmouth Arms. ^{[ 4 ]} El ingeniero de L&CR, William Cubitt, propuso una solución: se tendería una tercera vía en el lado este de la línea principal de doble vía existente, y todos los trenes locales en ambas direcciones la utilizarían. Los trenes más rápidos de Brighton se librarían del retraso que sufrían tras una parada. Cubitt había quedado impresionado durante su visita a la línea de Dalkey, y la nueva tercera vía de L&CR utilizaría energía atmosférica. La línea local también se extendería hasta Epsom, también como una línea atmosférica de vía única. Estos acuerdos fueron adoptados y la Ley de Ferrocarriles de Londres y Croydon de 1843 ( 6 & 7 Vict. c. lxii) se obtuvo el 4 de julio de 1843, que otorgaba las facultades necesarias y también autorizaba una línea hasta una terminal en Bricklayers Arms. También se hicieron arreglos con la L&GR para que añadieran una vía extra en el tramo común de su ruta. El 1 de mayo de 1844, se inauguró la terminal de Bricklayers Arms, y desde allí se operaba un servicio frecuente, adicional a los trenes de London Bridge. ^{[ 2 ] [ 4 ] [ 13 ]}

La línea L&CR se bifurcaba hacia el suroeste en Norwood Junction (entonces llamada Jolly Sailor , por una posada) y necesitaba cruzar la línea L&BR. La tubería atmosférica hacía imposible esto en terreno llano, y se construyó un paso elevado para permitir el cruce: este fue el primer ejemplo en el mundo ferroviario. ^{[ 14 ]} Este tenía la forma de un viaducto de madera con pendientes de aproximación de 1 en 50. Se iba a construir un paso elevado similar en Corbetts Lane Junction, donde la línea adicional de L&CR iba a estar en el lado noreste de la línea existente, pero este nunca se construyó.

Se instaló una tubería de tracción de 15 pulgadas de diámetro entre Forest Hill (entonces llamada Dartmouth Arms , también en honor a una posada local) y Croydon (más tarde rebautizada como West Croydon ). Aunque Samuda supervisó la instalación del aparato atmosférico, se omitió una compuerta contra la intemperie, una placa de hierro articulada que cubría la válvula de ranura de cuero en la instalación de Dalkey. La L&CR contaba con un ingeniero atmosférico, James Pearson. Maudslay, Son and Field suministró las tres  máquinas de vapor y bombas de 100 hp en Dartmouth Arms, Jolly Sailor y Croydon, y se habían erigido elaboradas casas de máquinas para ellas. Fueron diseñadas en estilo gótico por WH Brakespear y tenían altas chimeneas que también expulsaban el aire evacuado a gran altura. ^{[ nota 4 ]}

Se instaló un sistema de telégrafo eléctrico de dos agujas en la línea, lo que permitía al personal de la estación indicar a la sala de máquinas remota que un tren estaba listo para partir.

Este tramo, desde Dartmouth Arms hasta Croydon, comenzó a funcionar con el sistema atmosférico en enero de 1846.

La ranura del tubo de tracción y el soporte del pistón estaban orientados hacia un lado; es decir, la solapa de cierre de la ranura estaba articulada continuamente hacia un lado, y el soporte del pistón giraba para minimizar la apertura necesaria de la solapa. Esto significaba que el vagón del pistón no podía simplemente girarse sobre una plataforma giratoria al final de un viaje. En cambio, era de doble extremo, pero el pistón se transfería manualmente al nuevo extremo delantero. El vagón del pistón en sí tenía que moverse manualmente (o con fuerza animal) hasta el extremo delantero del tren. En Dartmouth Arms, el andén de la estación era una isla entre las dos líneas operadas por vapor. Cubitt diseñó un sistema especial de agujas que permitía al vagón del pistón atmosférico entrar en la vía ordinaria. ^{[ nota 5 ]}

El inspector de la Junta de Comercio , el general Pasley, visitó la línea el 1 de noviembre de 1845 para aprobar su apertura completa. El periódico The Times informó del evento. Un tren especial partió de London Bridge remolcado por una locomotora de vapor; en Forest Hill, la locomotora fue desenganchada y:

el vagón pistón fue sustituido y el tren pasó a ser accionado por la presión atmosférica. El tren constaba de diez vagones (incluido aquel al que está unido el pistón) y su peso era de más de cincuenta toneladas. A las dos y siete minutos y medio el tren partió del punto de reposo en Dartmouth Arms, y a los ocho minutos y tres cuartos, el pistón entró en la válvula, ^{[ nota 6 ]} cuando inmediatamente se nos ocurrió que una ventaja notable del sistema era el movimiento suave, casi imperceptible, al arrancar. Al salir de la estación en las líneas de locomotoras hemos experimentado con frecuencia un "sacudida" que a veces equivale a un "choque" absoluto y suficiente para alarmar al pasajero nervioso y tímido. Sin embargo, aquí no se experimentó nada de eso. Dentro de un minuto y cuarto de que el pistón entrara en el tubo, la velocidad alcanzada contra un fuerte viento de frente era de doce millas por hora; en el minuto siguiente, es decir, a las dos y once minutos, veinticinco millas por hora; a las dos y trece minutos, treinta y cuatro millas por hora; A las dos y catorce minutos, a cuarenta millas por hora; y a las dos y quince minutos, a cincuenta y dos millas por hora, velocidad que se mantuvo hasta las dos y dieciséis minutos, cuando la velocidad comenzó a disminuir, y a las dos y diecisiete minutos y medio, el tren llegó a la terminal de Croydon, completando así el trayecto desde Dartmouth Arms, cinco millas, en ocho minutos y tres cuartos. El barómetro en el vagón de pistones indicaba un vacío de 25 pulgadas y el de la sala de máquinas un vacío de 28 pulgadas. ^{[ nota 7 ] [ 15 ]}

La exitosa prueba oficial con público fue ampliamente difundida, e inmediatamente se empezaron a promover nuevos proyectos para ferrocarriles de larga distancia basados ​​en el sistema atmosférico; las acciones del ferrocarril de South Devon se revalorizaron de la noche a la mañana.

El informe de Pasley del 8 de noviembre fue favorable y la línea quedó lista para su apertura. Los directores dudaron, deseando adquirir algo más de experiencia previamente. El 19 de diciembre de 1845, el cigüeñal del motor estacionario de Forest Hill se fracturó y el motor quedó inutilizable. Sin embargo, la pieza se reemplazó rápidamente y el 16 de enero de 1846 se inauguró la línea.

A las 11:00 de esa mañana, se rompió el cigüeñal de una de las locomotoras de Croydon. Se habían dispuesto dos locomotoras, por lo que el tráfico pudo seguir utilizando la otra ^{[ nota 8 ]} hasta que a las 19:20  horas esa locomotora sufrió la misma avería. Se realizaron reparaciones nuevamente hasta el 10 de febrero de 1846, cuando fallaron ambas locomotoras de Croydon.

Esto supuso un duro golpe para los partidarios del sistema atmosférico; las deficiencias en la fabricación de los motores estacionarios adquiridos a un fabricante de motores de renombre no decían nada sobre la practicidad del sistema atmosférico en sí, pero como Samuda le dijo a la junta de L&CR:

"The public cannot discriminate (because it cannot know) the cause of the interruptions, and every irregularity is attributed to the atmospheric system."^[16]

Two months later, the beam of one of the Forest Hill engines fractured. At this time the directors were making plans for the Epsom extension; they quickly revised their intended purchase of engines from Maudslay, and invited tenders; Boulton and Watt of Birmingham were awarded the contract, their price having been considerably less than those of their competitors.

The London and Brighton Railway amalgamated with the L&CR on 6 July 1846, forming the London, Brighton and South Coast Railway (LB&SCR). For the time being the directors of the larger company continued with the L&CR's intentions to use the atmospheric system.

The summer of 1846 was exceptionally hot and dry, and serious difficulties with the traction pipe flap valve started to show themselves. It was essential to make a good seal when the leather flap was closed, and the weather conditions made the leather stiff. As for the tallow-and-beeswax compound that was supposed to seal the joint after every train, Samuda had originally said "this composition is solid at the temperature of the atmosphere, and becomes fluid when heated a few degrees above it"^[5] and the hot weather had that effect. Samuda's original description of his system had included a metal weather valve that closed over the flap, but this had been omitted on the L&CR, exposing the valve to the weather, and also encouraging the ingestion of debris, including, an observer reported, a handkerchief dropped by a lady on to the track. Any debris lodging in the seating of the flap could only have reduced its effectiveness.

Moreover, the tallow – that is, rendered animal fat – was attractive to the rat population. An 1859 source reports rats entering the iron tube overnight to eat the tallow, and "hundreds" being killed each morning when the pump was activated for the first train.^[17] Delays became frequent, due to inability to create enough vacuum to move the trains, and stoppages on the steep approach inclines at the flyover were commonplace, and widely reported in the press.

The Directors now began to feel uneasy about the atmospheric system, and in particular the Epsom extension, which was to have three engines. In December 1846, they asked Boulton and Watt about cancelling the project, and were told that suspending the supply contract for a year would cost £2,300. The Directors agreed to this.

El invierno de 1846/7 trajo consigo nuevas dificultades meteorológicas: el frío inusual endureció la solapa de cuero y la nieve se introdujo en el tubo ^{[ nota 9 ],} lo que provocó más cancelaciones del servicio atmosférico. Un trabajador de vías falleció en febrero de 1847 mientras se realizaba la sustitución por vapor. Esto fue trágicamente lamentable, pero tuvo el efecto de generar informes generalizados de que el servicio atmosférico, una vez más, no estaba operativo. ^{[ 18 ]}

Durante este largo período, los directores debieron de estar cada vez menos comprometidos con continuar con el sistema atmosférico, incluso mientras se gastaba dinero en extenderlo hacia London Bridge. (Se inauguró desde Dartmouth Arms hasta New Cross en enero de 1847, utilizando la gravedad en dirección norte y la estación de bombeo de Dartmouth Arms en dirección sur). En una situación en la que la confianza pública era importante, los directores no podían expresar sus dudas públicamente, al menos hasta que se tomara una decisión final. El 4 de mayo de 1847, ^{[ 19 ]} los directores anunciaron que "las tuberías atmosféricas de Croydon se habían desmantelado y el plan se había abandonado".

Al parecer, el motivo no se hizo público de inmediato, pero el detonante parece haber sido la insistencia del inspector de la Junta de Comercio en la construcción de un segundo cruce en la bifurcación de las líneas de Brighton y Epsom. No está claro a qué se refiere esto, y podría tratarse simplemente de una justificación del momento en que se tomó una decisión difícil. Cualquiera que sea la razón, no se realizarían más trabajos de ambientación atmosférica en la LB&SCR. ^{[ 2 ]}

El Great Western Railway (GWR) y el Bristol and Exeter Railway, trabajando en colaboración, llegaron a Exeter el 1 de mayo de 1844, con una línea férrea de vía ancha que conectaba la ciudad con Londres. Los interesados ​​en Devonshire consideraron importante extender la conexión hasta Plymouth, pero el terreno presentaba considerables dificultades: había zonas elevadas sin una ruta de fácil acceso.

Tras una considerable controversia, la South Devon Railway Company (SDR) obtuvo la South Devon Railway Act 1844 ( 7 & 8 Vict. c. lxvii), que autorizaba la línea, el 4 de julio de 1844.

El ingeniero de la compañía era el innovador Isambard Kingdom Brunel . Había visitado la línea de Dalkey y le habían impresionado las capacidades del sistema atmosférico de esa línea. Samuda siempre había destacado las ventajas de su sistema, que (según él) incluían una capacidad de ascenso mucho mayor y un menor peso sobre la vía. Esto permitiría planificar una línea en terreno montañoso con pendientes más pronunciadas de lo habitual, lo que supondría un ahorro considerable en los costes de construcción.

Si Brunel hubiera decidido definitivamente utilizar el sistema atmosférico en la fase de planificación, habría podido trazar una ruta que habría sido imposible con la tecnología ferroviaria de la época. La ruta del ferrocarril de South Devon, todavía en uso hoy en día, tiene pendientes pronunciadas y generalmente se considera "difícil". Los expertos suelen atribuir esto a que fue diseñado para tracción atmosférica; por ejemplo:

Sekon, al describir la topografía de la línea, dice que más allá de Newton Abbot,

La configuración del terreno es muy inadecuada para la construcción de un ferrocarril con buenas pendientes. Este inconveniente no preocupó en su momento al Sr. Brunel, ingeniero de la South Devon Railway Company, ya que propuso operar la línea según el principio atmosférico, y una de las ventajas que se atribuían al sistema era que las pendientes pronunciadas eran tan fáciles de trabajar como las llanas. ^{[ 20 ]}

• La línea "quedó como legado de una línea construida para trabajar en condiciones atmosféricas, con las consiguientes fuertes pendientes y curvas pronunciadas". ^{[ 21 ]}
• Brunel "dudaba seriamente de la capacidad de cualquier motor para afrontar el tipo de pendientes que serían necesarias en el sur de Devon". ^{[ 22 ]}

De hecho, la decisión de considerar la adopción del sistema atmosférico se tomó después de que se aprobara la ley en el Parlamento, y la ruta debió haberse finalizado antes de su presentación al Parlamento.

Ocho semanas después de la aprobación de la ley, los accionistas supieron que "Desde la aprobación de la ley, se ha recibido una propuesta  ... de los señores Samuda Brothers  ... para aplicar su sistema de tracción a la línea South Devon". Se había pedido a Brunel y a una delegación de los directores que visitaran la línea Dalkey. El informe continuó diciendo que, como resultado,

En vista de que en muchos puntos de la línea tanto las pendientes como las curvas harán que la aplicación de este principio sea particularmente ventajosa, sus directores han resuelto que el sistema atmosférico, incluido un telégrafo eléctrico, se adopte en toda la línea del ferrocarril de South Devon. ^{[ 23 ]}

La construcción comenzó de inmediato en el tramo de Exeter a Newton Abbot (inicialmente llamado Newton ); esta primera parte es en general llana: el tramo posterior a Newton era montañoso. Los contratos para el suministro de las máquinas de bombeo de 45 caballos de fuerza (34 kW) y la maquinaria se concluyeron el 18 de enero de 1845, con entrega prevista para el 1 de julio del mismo año. La fabricación de las tuberías de tracción presentó dificultades: debían fundirse con la ranura ya formada, ^{[ nota 10 ]} y la deformación fue un problema grave al principio. 

La entrega de la maquinaria y la instalación de las tuberías se retrasaron considerablemente, pero el 11 de agosto de 1846, mientras aún se realizaban los trabajos, se adjudicó un contrato para la construcción de las máquinas necesarias para el tramo montañoso más allá de Newton. Estas debían ser más potentes, con 64 caballos de fuerza (48 kW) y, en un caso, 82 caballos de fuerza (61 kW) , y la tubería de tracción debía tener un diámetro mayor.  

El servicio ferroviario entre Exeter y Teignmouth comenzó el 30 de mayo de 1846, pero era operado por locomotoras de vapor alquiladas a la GWR. Finalmente, el 13 de septiembre de 1847 ^{[ nota 11 ],} los primeros trenes de pasajeros comenzaron a operar con el sistema atmosférico. ^{[ 24 ] [ 25 ]} Es posible que los trenes de mercancías atmosféricos hubieran operado unos días antes.

Además del servicio de trenes de vapor anunciado, circulaban diariamente cuatro trenes atmosféricos, pero con el tiempo los sustituyeron. Al principio, el sistema atmosférico se utilizaba únicamente hasta Teignmouth, desde donde una locomotora de vapor remolcaba el tren, incluyendo el vagón de pistones, hasta Newton. Allí se retiraba el vagón de pistones y el tren continuaba su trayecto. A partir del 9 de noviembre, se realizaron algunos trayectos atmosféricos hasta Newton, y desde el 2 de marzo de 1848, todos los trenes de ese tramo eran atmosféricos.

Durante el invierno de 1847-48 se mantuvo un servicio regular a Teignmouth. La velocidad máxima registrada fue un promedio de 64 mph (103 km/h) en 4 millas (6,4 km) transportando 28 toneladas largas (28 t) , y 35 mph (56 km/h) cuando transportaba 100 toneladas largas (100 t) .       

En este periodo se superaron dos limitaciones importantes del sistema atmosférico. La primera fue la instalación de una tubería de tracción auxiliar en las estaciones; esta se colocaba fuera de la vía, sin obstruir así los desvíos. El carro de pistones se conectaba a ella mediante una cuerda —la tubería debía tener su propio pistón— y el tren podía ser remolcado hasta la estación y continuar hasta el inicio de la tubería principal. El segundo avance fue un sistema de paso a nivel para la tubería: una placa de cubierta articulada se extendía a lo largo de la tubería para su uso en carretera, pero cuando la tubería de tracción se agotaba, una derivación accionaba un pequeño pistón que elevaba la cubierta, permitiendo el paso seguro del carro de pistones y sirviendo como advertencia para los usuarios de la carretera. Los planos técnicos de la época muestran la tubería de tracción considerablemente más baja de lo normal, con su parte superior aproximadamente al nivel de las cabezas de los raíles y su centro al nivel del centro de los travesaños. No se indica cómo se mantenía el ancho de vía.

Aunque los trenes funcionaban aparentemente de forma satisfactoria, se habían producido errores de cálculo técnicos. Parece ^{[ 26 ]} que Brunel especificó originalmente tuberías de 12 pulgadas (300 mm) para el tramo llano hasta Newton y de 15 pulgadas (380 mm) para la parte montañosa de la ruta, y al especificar la potencia del motor estacionario y las bombas de vacío, las subestimó considerablemente. Las tuberías de 12 pulgadas (300 mm) parecen haber sido desechadas y se instalaron tuberías de 15 pulgadas (380 mm) en su lugar, y se comenzaron a instalar tuberías de 22 pulgadas (560 mm) en los tramos montañosos. Se realizaron cambios en los reguladores de control del motor para aumentar su potencia y que funcionaran un 50 % más rápido de lo previsto. Se informó que el consumo de carbón fue mucho mayor de lo previsto, a 3 chelines y 1 penique y medio por milla de tren en lugar de 1 chelín y 0 peniques (y en lugar de 2 chelines y 6 peniques, que era el precio de alquiler de las locomotoras de vapor arrendadas por la GWR). Esto pudo deberse en parte a que el telégrafo eléctrico aún no se había instalado, lo que obligaba a bombear según el horario, incluso si un tren llegaba tarde. Cuando el telégrafo estuvo listo, el 2 de agosto, el consumo de carbón en las semanas siguientes se redujo en un 25 %. ^{[ 27 ]}     

Durante el invierno de 1847-1848, la válvula de cuero que sellaba la ranura de la tubería de tracción comenzó a fallar. Durante los fríos días de invierno, el cuero se congelaba por completo tras empaparse con la lluvia. Esto provocaba que no asentara correctamente después del paso de un tren, permitiendo la entrada de aire a la tubería y reduciendo la eficacia del bombeo. En la primavera y el verano siguientes, el clima fue cálido y seco, y la válvula de cuero se secó, con un resultado similar. Brunel mandó tratar el cuero con aceite de ballena para intentar mantener su flexibilidad. Se decía que se producía una reacción química entre el óxido de hierro de la tubería y el tanino del cuero. También hubo dificultades con el sello de copa de cuero de los pistones.

Los comentaristas señalan que el sistema de South Devon omitió la compuerta de hierro que se utilizaba en la línea de Dalkey para cubrir la válvula de compuerta. En esa línea, las placas de hierro se giraban justo delante del soporte del pistón. No se sabe por qué se omitió esto en South Devon, pero a esa velocidad, dicha disposición debió haber requerido una fuerza mecánica considerable y generado ruido ambiental.

En mayo y junio, se presentaron problemas aún más graves cuando secciones de la solapa se desprendieron de su fijación, y fue necesario reemplazarlas rápidamente. Samuda tenía un contrato con la empresa para el mantenimiento del sistema y recomendó la instalación de una cubierta protectora contra la intemperie, pero esta no se llevó a cabo. Esto no habría solucionado el problema inmediato, y se requirió el reemplazo completo de la solapa de cuero; se estimó que el costo sería de 32 000 libras esterlinas —una suma muy elevada en aquel entonces— y Samuda se negó a intervenir.

Ante el estancamiento contractual provocado por los esfuerzos por mantener en funcionamiento un sistema defectuoso, era inevitable que el final estuviera cerca. En una junta de accionistas celebrada el 29 de agosto de 1848, los directores se vieron obligados a informar de todas las dificultades y de que Brunel había aconsejado el abandono del sistema atmosférico; se estaban realizando gestiones con la Great Western Railway para el suministro de locomotoras de vapor, y el sistema atmosférico se abandonaría a partir del 9 de septiembre de 1848.

El informe de Brunel a los directores, que ahora se muestra en la reunión, fue exhaustivo, y también era consciente de su propia posición delicada y de las obligaciones contractuales de Samuda. Describió los motores estacionarios, obtenidos de tres proveedores: "Estos motores, en general, no han resultado exitosos; ninguno de ellos ha funcionado todavía de forma muy económica, y algunos son muy extravagantes en el uso de combustible". En cuanto a las dificultades con la válvula de cuero en condiciones climáticas extremas, calor, heladas y fuertes lluvias,

Los mismos remedios sirven para los tres casos: mantener el cuero de la válvula aceitado y barnizado, impidiendo que el agua la empape en épocas de lluvia o la congele en épocas de frío, dejándola demasiado rígida para cerrarse. Esta misma precaución evita que el cuero se reseque y se arrugue por el calor, ya que este, y no el derretimiento de la composición, es el principal inconveniente. También se ha comprobado que rociar un poco de agua sobre la válvula desde un depósito en el carro del pistón resulta útil en épocas de mucha sequedad, lo que demuestra que la sequedad, y no el calor, era la causa de la fuga.

Pero había un problema mucho más grave:

"Una parte considerable de la válvula longitudinal falló debido al desgarro del cuero en las juntas entre las placas. El cuero se agrietó parcialmente en estos puntos, lo que provocó una fuga considerable, especialmente en tiempo seco. Después de un tiempo, se rompió por completo."

El mantenimiento de la tubería de tracción y la válvula era responsabilidad contractual de Samuda, pero Brunel indicó que culpaba a la empresa por un almacenamiento negligente y por el hecho de que la válvula había estado instalada durante algún tiempo antes de ser utilizada por los trenes; Brunel se negó a entrar en la cuestión de la responsabilidad, aludiendo a posibles medidas paliativas, pero concluyó:

El costo de la construcción ha superado con creces nuestras expectativas, y la dificultad de operar un sistema tan totalmente diferente al que todos —viajeros y trabajadores— están acostumbrados, ha resultado demasiado grande; y por lo tanto, aunque sin duda, después de alguna prueba adicional, se puedan realizar grandes reducciones en el costo de operar la parte ya construida, no puedo prever la posibilidad de ningún incentivo para continuar el sistema más allá de Newton. ^{[ 28 ]}

Se generó una enorme hostilidad entre algunos accionistas, y Samuda, y Brunel en particular, fueron duramente criticados, pero el sistema atmosférico de la línea ya estaba terminado.

Thomas Gill había sido presidente de la junta directiva de South Devon y deseaba continuar con el sistema atmosférico. Para impulsar esta iniciativa, renunció a su cargo y, en noviembre de 1848, publicó un folleto instando a mantener el sistema. Consiguió suficiente apoyo para que se celebrara una junta general extraordinaria de la compañía el 6 de enero de 1849. Se llevó a cabo un extenso debate técnico, en el que Gill declaró que Clark y Varley estaban dispuestos a firmar un contrato para completar el sistema atmosférico y mantenerlo en un tramo de la línea. Según Gill, había otros veinticinco inventores deseosos de probar sus creaciones en la línea. La reunión duró ocho horas, pero finalmente se procedió a la votación: la mayoría de los accionistas presentes se mostró a favor de continuar con el sistema, con 645 votos a favor y 567 en contra. Sin embargo, un gran número de accionistas que no deseaban asistir a la reunión tenían poderes, y con sus votos se confirmó el abandono del sistema por 5.324 votos contra 1.230.

Ese fue el final del sistema atmosférico en el ferrocarril de South Devon.

Entre los grupos de aficionados se suele afirmar que uno de los factores que contribuyeron al fallo de la solapa de cuero fueron las ratas, atraídas por el sebo, que la roían. Si bien se dice que las ratas fueron atraídas hacia la tubería de tracción en los primeros tiempos, no se hizo referencia a esto en la reunión de crisis descrita anteriormente. El historiador Colin Divall cree que no existe «ninguna prueba documental» de que las ratas causaran tales problemas en el ferrocarril. ^{[ 29 ]}

El carro del pistón en la línea de demostración era una vía abierta de cuatro ruedas. En el dibujo no se muestran controles de ningún tipo. La viga que sostenía el pistón se llamaba "soporte" y estaba fijada directamente a los ejes, pivotando sobre su punto central; tenía un contrapeso en la parte posterior del soporte de fijación (llamado "reja").

El tren habitual constaba de dos vagones: el vagón de pistón, que incluía un compartimento para el guarda y asientos de tercera clase, y un vagón de segunda clase, con ventanas de observación en la parte trasera. No había vagón de primera clase. El guarda disponía de un freno de tornillo, pero ningún otro control. El descenso se realizaba por gravedad, y el guarda tenía una palanca que le permitía girar el conjunto del pistón hacia un lado, de modo que el descenso se producía con el pistón fuera del tubo.

El tramo puesto en servicio, de Le Pecq a Saint Germain, tenía casi exactamente la misma longitud que la línea de Dalkey y funcionaba de forma similar, salvo que el descenso por gravedad se realizaba con el pistón dentro del tubo, de modo que la presión del aire ayudaba a reducir la velocidad. La terminal superior disponía de vías de apartadero, con maniobras controladas por cables. ^{[ 30 ]}

Los vagones de pistón eran furgonetas de seis ruedas, con una plataforma para el conductor en cada extremo, ya que eran de doble extremo. La posición del conductor estaba dentro del vagón, no al aire libre. El eje central no tenía suspensión, y el conjunto del pistón estaba conectado directamente a él. El conductor tenía un manómetro de vacío (un manómetro de mercurio ), conectado por un tubo metálico a la cabeza del pistón. Algunos vehículos estaban equipados con velocímetros, una invención de Moses Ricardo. Además de un freno, el conductor tenía una válvula de derivación que admitía aire al tubo de tracción parcialmente vacío delante del pistón, reduciendo la fuerza de tracción ejercida. Esto parece haber sido utilizado en el descenso de 1 en 50 desde el paso elevado. La disposición de la palanca y la válvula se muestra en un diagrama en el Tratado de Samuda .

Parte de la patente de Samuda incluía el pistón de diámetro variable, que permitía que el mismo carro de pistón recorriera tramos de vía con tubos de tracción de diferentes diámetros. Clayton lo describe así: el conductor podía controlar el cambio mientras el tren estaba en movimiento; una palanca accionaba un dispositivo similar a un paraguas en la parte posterior de la cabeza del pistón; este tenía nervaduras de acero articuladas. Para alojar el soporte del pistón, la ranura del tubo de tracción, y por lo tanto la parte superior del tubo, debía estar al mismo nivel independientemente del diámetro del tubo, de modo que todo el espacio adicional que debía sellarse quedaba hacia abajo y hacia los lados; la disposición del "paraguas" era asimétrica. De hecho, este sistema nunca se utilizó en el ferrocarril de South Devon, ya que los tubos de 22 pulgadas allí nunca se abrieron; y el cambio en Forest Hill solo duró cuatro meses antes del fin del sistema atmosférico en esa zona. ^{[ 31 ]} También se preveía utilizar un pistón de diámetro variable en el ferrocarril de Saint-Germain, donde se iba a utilizar una tubería de 15 pulgadas desde Nanterre hasta Le Pecq, y luego una tubería de 25 pulgadas en la pendiente del tres y medio por ciento hasta Saint-Germain. Solo se completó el tramo de 25 pulgadas, por lo que se utilizó un pistón simple. ^{[ 30 ]}

• Exeter; extremo sur de la estación de St Davids, lado ascendente de la línea.
• Countess Wear; al sur del puente Turnpike, en 197m 22c, lado descendente ^{[ nota 12 ]}
• Turf; al sur del paso a nivel de Turf, lado descendente
• Starcross; al sur de la estación, lado superior
• Dawlish; al este de la estación, lado norte
• Teignmouth; junto a la estación, lado norte
• Casa de verano; a 212 m 38c, lado descendente
• Newton; al este de la estación, lado descendente
• Dainton; al oeste del túnel, lado descendente
• Totnes; junto a la estación, lado norte
• Rattery; 50.43156,-3.78313; edificio nunca terminado
• Torquay; 1  milla al norte de la estación de Torre (la terminal original, llamada Torquay), lado norte.

En la sala de máquinas de Dainton, se iba a instalar un receptor de vacío en la tubería de entrada a las bombas. Aparentemente, este era un interceptor de residuos que pudieran ser ingeridos por la tubería de tracción; tenía una puerta que se podía abrir para que el personal pudiera limpiar los residuos de vez en cuando. ^{[ 32 ]}