motor de vapor

Todos los motores de vapor tenían las siguientes características:

Tamaño pequeño

Los motores de última generación eran de tamaño estándar, según la línea de productos del fabricante. Cuando se requería mayor potencia, se utilizaban varios motores, uno por eje o bogie .

Lubricación del cigüeñal encapsulada

En la forma más moderna de motores de vapor, el cigüeñal y, a menudo, el mecanismo de distribución , estaban encerrados en un cárter que contenía un depósito de aceite. Esto proporcionaba una lubricación abundante y, además, impedía la entrada de suciedad. Ejemplos mucho más antiguos, por ejemplo, de mediados del siglo XIX, empleaban todo tipo de mecanismos con lubricación manual mediante pequeños depósitos de aceite.

Transmisión por engranajes

Esto permite una alta velocidad del cigüeñal, lo que fomenta la eficiencia. ^{[ 1 ]} Aunque no todas las locomotoras de vapor con engranajes utilizaban esto, en particular los diseños estadounidenses como la Shay y la Climax , era una parte esencial del concepto de motor de vapor más moderno.

La transmisión final de las primeras locomotoras con patente Sentinel era por cadena . Diseños posteriores, en particular los de Abner Doble, preferían los engranajes rectos . Las transmisiones por engranajes requerían que el motor de vapor se montara en la parte inferior, junto al eje. Las transmisiones por engranajes aparecen en algunos de los primeros automotores de vapor utilizados en Norteamérica, aunque las transmisiones alternativas más convencionales, con un solo eje motriz o con dos ejes motrices unidos por bielas, eran bastante comunes. La mayoría de estas utilizaban el mecanismo de distribución de válvulas Stephenson convencional.

El ahorro en el consumo de combustible y agua fue otro factor importante a considerar en la mayoría de los automóviles de vapor utilizados en todo el mundo. Un menor costo operativo general era de gran importancia para los compradores. El combustible podía ser carbón y, en algunos casos menos frecuentes, petróleo de diversos tipos.

Engranaje de válvulas avanzado

Los motores de vapor de fabricación tardía solían estar equipados con válvulas de asiento accionadas por árboles de levas . En los motores de vapor fabricados por Sentinel, el motor derivaba de su ya avanzado diseño de vagoneta de vapor.

Ruedas motrices pequeñas

En una locomotora de vapor convencional, la relación de transmisión viene determinada por el tamaño de las ruedas motrices. En los motores de vapor con transmisión por engranajes, el tamaño de las ruedas puede reducirse. Esto permite un chasis más ligero y compacto, sobre todo al disminuir el peso no suspendido de las ruedas grandes. Además, las ruedas pequeñas permiten montar el motor en un bogie dentro de un vagón de pasajeros para formar un automotor , en lugar de que las ruedas grandes sean del tamaño de una locomotora.

Estas características ofrecen ventajas:

Mayor eficiencia

Esto se debe principalmente a la alta velocidad de los motores modernos de última generación y a la transmisión reductora, pero también a otras características de diseño avanzadas.

Servicio reducido

El uso de la lubricación por baño de aceite reduce el tiempo dedicado al engrase diario .

Mantenimiento reducido

El uso de la lubricación por baño de aceite reduce el desgaste, disminuyendo así la necesidad de mantenimiento periódico. Esto se debe principalmente a la ausencia de suciedad, así como a la lubricación abundante y fiable. Si bien otros sistemas de baño de aceite en locomotoras de vapor, como el mecanismo de distribución por cadena Bulleid , adquirieron mala fama en cuanto a fiabilidad, esto se debió principalmente a la dificultad de sellar un recipiente tan grande. En el caso del motor de vapor, solo el cárter, relativamente pequeño, era una caja sellada.

Mantenimiento más sencillo

El mantenimiento, cuando es necesario, implica componentes más pequeños. Estos son más fáciles de manipular y requieren menos equipo de elevación especializado. El motor también se puede desmontar fácilmente en una sola pieza para su mantenimiento, ya sea en el taller o enviándolo al fabricante. Esto también permite que un vehículo vuelva a estar operativo más rápidamente mediante el reemplazo de las unidades de motor.

Bajo costo de fabricación

Los componentes se fabrican en mayor volumen, ya que muchos diseños de locomotoras pueden construirse a partir de diseños de motores estandarizados. La maquinaria necesaria para fabricar motores de vapor también es más pequeña, por lo que requiere menos especialización y resulta más económica.

Golpe de martillo reducido

El accionamiento más suave del motorreductor y sus múltiples cilindros redujeron el efecto dinámico de las carreras individuales de los cilindros. ^{[ 1 ]}

Articulación

Gracias a sus múltiples motores, no es necesario un único bastidor grande para soportar todas las ruedas motrices. Esta característica resultaba atractiva para las locomotoras colombianas , que ofrecían una potente locomotora montada sobre un chasis flexible.

Como las ruedas motrices eran pequeñas y articuladas, no se necesitaban ejes de soporte independientes. Todas las ruedas podían ser motrices, de modo que todo el peso de la locomotora se aprovechaba para la tracción.

Entre 1901 y 1908, Ganz Works de Budapest y de Dion-Bouton de París colaboraron en la construcción de varios automotores para los Ferrocarriles Estatales Húngaros, incluyendo unidades con calderas de Dion-Bouton, motores y equipos de vapor Ganz, y vagones Raba fabricados por la Fábrica Húngara de Vagones y Maquinaria Raba en Győr. En 1908, el Borzsavölgyi Gazdasági Vasút (BGV), un ferrocarril de vía estrecha en la Rutenia subcarpática (actual Ucrania), adquirió cinco automotores de Ganz y cuatro de la Real Fábrica Estatal de Maquinaria Ferroviaria Húngara con calderas de Dion-Bouton. La empresa Ganz comenzó a exportar automotores de vapor al Reino Unido, Italia, Canadá, Japón, Rusia y Bulgaria. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

La primera locomotora multicilíndrica que demostró algunos de los principios del motor de vapor fue la locomotora Paget del Midland Railway de 1907. ^{[ 7 ]} Este fue uno de los muchos intentos de construir una locomotora equilibrada, evitando así los problemas del golpe de martillo . ^{[ 8 ]} También siguió la práctica contemporánea de motores estacionarios avanzados al utilizar cilindros de simple efecto . La locomotora ha sido descrita de diversas maneras como inspirada en, o utilizando directamente, el diseño del motor Willans que representaba la cúspide del diseño de motores de vapor en ese momento. De hecho, las válvulas rotativas utilizadas para la locomotora eran completamente diferentes del característico husillo de válvula central del Willans, aunque ambos utilizaban pistones de tronco de simple efecto . Se utilizaron ocho cilindros, dos impulsando el eje delantero de los tres ejes motrices, cuatro el eje central y dos el eje trasero. Los tres ejes estaban acoplados por bielas externas . El eje central era una forja compleja como un eje de manivela interna de cuatro posiciones, aunque siguiendo la práctica tradicional de Stephenson. Para proporcionar espacio adicional para los cilindros, la locomotora fue diseñada con un bastidor exterior .

Una diferencia significativa entre la locomotora Paget y una locomotora de vapor es que el mecanismo de distribución de la Paget se accionaba de forma centralizada, de modo que la válvula de cada cilindro era accionada por ejes engranados desde un único eje intermedio que, a su vez, era accionado por las bielas de acoplamiento.

Si bien la locomotora logró su objetivo de evitar vibraciones y golpes de martillo, y su novedosa caldera y hogar de ladrillos refractarios resultaron sencillos y fiables, no se consideró un éxito rotundo. El mecanismo de distribución rotativo absorbía más energía que un diseño convencional y sufría problemas de dilatación térmica. Tras un fallo mecánico que provocó el bloqueo del mecanismo de distribución y el cese de una línea principal durante varias horas, la locomotora fue retirada de servicio y posteriormente desguazada.

Las primeras locomotoras diseñadas en torno al concepto de motor de vapor completo fueron de Sentinel . En 1922 se presentaron dos proyectos de motores de vapor basados ​​en Sentinel. El primero, en mayo de 1922, fue el concepto propio de Sentinel para un automotor de vapor ligero basado en la caldera y el motor de su vagón de vapor . ^{[ 9 ]} No se construyeron automotores según este modelo, aunque posteriormente se construyeron un par de "camiones ferroviarios" similares para su exportación a la India. ^{[ 10 ]}

En el mismo año, Kyrle Willans ^{[ ii ] [ 11 ]} sugirió que una locomotora convencional desgastada, una Manning-Wardle llamada Ancoats , podría reconstruirse con la caldera y el motor de un vagón de vapor Sentinel en los bastidores de la locomotora, conectados por una transmisión de cadena de rodillos . ^{[ 12 ]} Esta fue la primera locomotora de vapor, y el primer ejemplo del motor de vapor para uso ferroviario, que construyó Sentinel. Aunque Sentinel se haría conocido por las locomotoras de transmisión por engranajes, se siguieron produciendo otros ejemplos de esta conversión de una locomotora de biela más antigua; ^{[ 13 ]} dos ejemplos sobreviven, aunque abandonados, en el Museo del Hierro de Coalbrookdale .

La primera locomotora de nueva construcción de Sentinel, la nº  5156, se construyó en julio de 1923. ^{[ 14 ]} Al igual que el diseño del automotor, esta utilizaba el motor de nuevo desarrollo del vagón Super-Sentinel , colocado horizontalmente entre los bastidores. ^{[ 15 ]} Este era de 750  mm ( 2  pies 5 + 1/2 pulgadas )   de ancho de vía, estableciendo un precedente para Sentinel de construir locomotoras en una gama de anchos de vía simplemente cambiando los ejes y cojinetes bajo un chasis estándar. La caldera utilizada también era el nuevo modelo Super-Sentinel a 230 psi, con el hogar 'espiral' . 

Las locomotoras Sentinel de producción lograron una disposición más accesible al montar sus motores verticalmente. El diseño más pequeño de 'Motor Equilibrado' ^{[ iii ]} tenía la caldera y el motor en extremos opuestos de los bastidores, con una carrocería baja sobre el tanque de agua, una cabina elevada y una pequeña carcasa cilíndrica sobre el motor. ^{[ iv ] [ 16 ]} El tipo más conocido fue el posterior 'Motor Central' ^{[ 17 ]} que colocaba el motor en el centro dentro de una gran cabina en forma de caja. ^{[ 18 ] [ 19 ]} Estos motores CE fueron posteriormente aumentados en potencia al agrandar ligeramente la caldera y aumentar la presión de la caldera a 275  psi. Esto aumentó su potencia de los 80  bhp originales de las locomotoras BE a 100  bhp. ^{[ 18 ]} Todas estas locomotoras eran de disposición de ruedas 0-4-0T , con ambos ejes impulsados ​​por cadenas desde el mismo motor. Para proporcionar mayor potencia, Sentinel patentó el concepto de utilizar múltiples motores de vapor idénticos, cada uno impulsando un eje. ^{[ 20 ]} Estas eran las locomotoras de «doble motor» de 200  CV. La caldera se amplió de nuevo y se equipó, de forma inusual, con dos chimeneas, una para el tubo de escape de cada motor. ^{[ 21 ]}

La relación de transmisión final dependía del mercado y del trabajo previsto para la locomotora. Variaban entre 6:1 y 1:1. ^{[ 22 ]} El vagón de vapor original, con un motor del mismo tamaño, podía transportar una carga de unas 15 toneladas. La locomotora ferroviaria podía alcanzar un esfuerzo de tracción de 123 000  lbf y arrastrar una carga para maniobras lentas de 650 toneladas. Las cargas típicas de maniobra eran de unas 350 toneladas a 5  mph en una playa de vías nivelada , el peso de un tren de mercancías típico. ^{[ 22 ]}

Para 1925, la disposición vertical del motor se había aprovechado para mejorar la entrada de vapor y el acceso para el mantenimiento. El motor Super-Sentinel utilizaba dos árboles de levas: admisión y escape, ubicados cerca del cigüeñal en el cárter y que accionaban las válvulas de asiento mediante largas varillas de empuje. En el motor original del vagón, las cuatro válvulas estaban montadas en el extremo opuesto del cilindro al cigüeñal, lo que requería puertos largos y estrechos hasta el otro extremo del cilindro. En las locomotoras, el motor vertical de fácil acceso permitió trasladar un par de estas válvulas al extremo inferior del cilindro, lo que permitió un puerto corto y eficiente con menos "espacio muerto". ^{[ 23 ]} El cárter del motor, junto con la guía del tronco de la cruceta, estaba cerrado y provisto de lubricación por salpicadura de aceite. Se dejó un pequeño plenum expuesto entre la caja de empaquetadura del vástago del pistón del cilindro y otro sello de prensaestopas en el cárter. Esto permitía que cualquier vapor que se filtrara a través de los sellos se ventilara a la atmósfera, en lugar de condensarse dentro del cárter. ^{[ 21 ]}

El principio del motor de vapor debe mucho al trabajo y la defensa de Abner Doble , quien se inspiró en su trabajo anterior sobre automóviles de vapor . Posteriormente trabajó para Henschel de Alemania, que construyó camiones, autobuses, vagones de ferrocarril e incluso locomotoras utilizando su principio del motor de vapor. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

Doble también diseñó para Sentinel , en particular para el desarrollo de diseños avanzados de calderas. ^{[ 27 ]}

221TQ

Reconstruida a partir de una locomotora tanque 4-6-0T de la clase 230 como una 4-4-2T , con un motor de vapor V12 longitudinal que impulsaba los dos ejes motrices a través de un eje de transmisión. ^{[ 1 ]} Esto no seguía la práctica habitual de los motores de vapor, ya que toda la transmisión de muchos cilindros seguía unida en un solo eje, aunque seguía utilizando el concepto de cilindros pequeños y engranajes reductores. La locomotora parece haber sido insatisfactoria, posiblemente porque el peso del motor ahora estaba sobre las ruedas motrices delanteras, reduciendo el peso adhesivo sobre las ruedas motrices a solo la mitad del total de la locomotora. ^{[ 1 ]}

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Una locomotora expreso de pasajeros aerodinámica 4-6-4, que utilizaba una caldera de alta presión . Cada uno de los tres ejes motrices tenía un par de motores de vapor de flujo unidireccional de doble efecto y tres cilindros , lo que daba un total de 18 cilindros. ^{[ 28 ]}

Locomotora de alta presión

Una locomotora de alta presión 2-6-2 de 1927, diseñada por Buchli . Esta utilizaba un motor de tres cilindros para accionar las ruedas a través de una caja reductora 1:2,5 y luego bielas convencionales . Este motor tenía válvulas de asiento y admisión de flujo unidireccional . ^{[ 29 ]}

Tren ferroviario Lübeck-Büchener

La Lübeck-Büchener Eisenbahn encargó automotores a Henschel según los diseños de Abner Doble. ^{[ 25 ]} También se construyeron automotores similares para la Deutsche Reichsbahn . ^{[ 25 ] [ 26 ]} En 1936-1937, a estos les siguió una locomotora 2-6-4T que utilizaba tres motores de vapor gemelos en V. ^{[ 30 ]}

V19.1001

La locomotora alemana aerodinámica de pasajeros V19.1001 de finales de la década de 1930. ^{[ 1 ]} Esta locomotora 2-8-2 o 1'Do1' ( UIC ) tenía cuatro motores de vapor gemelos en V , uno en cada eje.

Locomotora de vapor de 1938

Se trataba de una locomotora 2-4-2 con bastidor exterior, equipada con dos motores de vapor Sentinel, cada uno de 200  CV. Algo inusual para Sentinel, utilizaba una caldera de locomotora convencional . ^{[ 31 ]}

En 1951, los Ferrocarriles Nacionales Egipcios adquirieron algunos de los últimos automotores de vapor Sentinel, construidos por Metropolitan-Cammell con bogies motorizados Sentinel. Se trataba de diez trenes de tres vagones articulados sobre cuatro bogies Jakobs . Uno de ellos se conserva actualmente en Inglaterra, en la Sociedad Ferroviaria de Quainton, en el Centro Ferroviario de Buckinghamshire . ^{[ 32 ]}

Sentinel construyó varias locomotoras de vía estrecha para Argentina, Colombia y también para Bélgica.

El primero de estos se construyó en 1931 para el Ferrocarril Central de Buenos Aires . El ferrocarril ya utilizaba automotores Sentinel similares al modelo LNER, pero requería una unidad múltiple más grande. Se construyeron dos como trenes de cuatro unidades: una locomotora basada en el chasis del automotor anterior y tres vagones remolque. La locomotora BB utilizaba dos bogies de cuatro ruedas, cada uno impulsado por un motor de seis cilindros basado en el del automotor, para un total de 250  CV. ^{[ 33 ]} La caldera era de presión relativamente alta, aunque típica de Sentinel, utilizando una caldera de tubos de agua Woolnough de 300  psi.

Una de las locomotoras Sentinel más conocidas fue la «Colombiana», basada en los diseños de Abner Doble. Se construyeron cuatro unidades, la primera de las cuales se vendió a Bélgica en 1934, seguida de tres para la Société National des Chemins de Fer en Colombe . ^{[ 34 ] [ 27 ]} Al menos una de las locomotoras colombianas se probó en Bélgica, donde se tomaron la mayoría de las fotografías que se conservan. Algunos informes indican que la locomotora belga también se envió posteriormente a Colombia.

Estas locomotoras han sido descritas como las locomotoras de vapor más sofisticadas jamás construidas, sin duda las más avanzadas producidas por Sentinel. Utilizaban una caldera Woolnough de alta presión a 550  psi. La configuración del chasis era Co-Co , con cada eje accionado independientemente por un motor de vapor Doble de dos cilindros de doble expansión. ^{[ 34 ]} Este motor también se utilizó en otros diseños de automotores Sentinel para el Ferrocarril del Sur . Una característica inusual para la fiabilidad era que, si algún motor fallaba, podía desconectarse rápidamente y la locomotora continuaba su camino.

Los automotores de vapor de Norteamérica alcanzaron su apogeo de popularidad antes de la década de 1880, y la mayoría fueron fabricados según diseños personalizados por pequeños constructores especializados antes de 1875. Casi todos los ejemplares eran únicos y construidos a medida; algunos fueron automotores experimentales construidos y comercializados por pequeñas empresas o particulares a modo de prueba, y a menudo no tuvieron un éxito total debido a su singularidad o a sus costes relativos. El auge de la tracción eléctrica fue una de las causas de la desaparición definitiva de los automotores de vapor estadounidenses. El desarrollo de los automotores ferroviarios mecánicos de gasolina de transmisión directa alrededor de 1905-1915 creó nuevos mercados, y finalmente los automotores de tracción gas-eléctrica y luego diésel-hidráulica, como el popular Budd RDC [automotor diésel ferroviario] de la década de 1950, eliminaron la necesidad de trenes automotores autónomos. La compañía Baltimore and Ohio consideró (pero nunca construyó) una flota de potentes  locomotoras expresas 4-2-2-2-2-4 de 5000 hp a finales de la década de 1930, impulsadas por cuatro motores V4, uno por eje. ^{[ 35 ]}