TEMA : ESTUDIO DE LOS FERROCARRILES , LA VA FRREA Y SUS ELEMENTOS , Y LAS LOCOMOTORAS

Maquinaria y Movimiento de Tierras UNIVERSIDAD SEOR DE SIPANPgina13

NDICEESTUDIO LOS DE FERROCARRILES4DEFINICIN4ESTACIN DE FERROCARRILES4HISTORIA4LNEAS DE FERROCARRIL4LA ERA DEL VAPOR5ELECTRIFICACIN Y DIESELIZACIN.6CLASIFICACIN DE LOS FERROCARRILES6SEGN EL ANCHO DE VA6SEGN EL TIPO DE TRACCIN7POR LA TRANSMISIN DEL ESFUERZO8SEGN EL RGIMEN DE EXPLOTACIN9POR EL MBITO GEOGRFICO9SEGN LA IMPORTANCIA DE LAS LNEAS10POR EL SERVICIO QUE REALIZA10VENTAJAS DE LOS FERROCARRILES10DESVENTAJAS DE LOS FERROCARRILES10FERROCARRILES EN EL PER10LOS FERROCARRILES DEL NORTE DEL PER11LOS FERROCARRILES DEL CENTRO DEL PER Y DE LIMA12FERROCARRILES EN USO, EN CONSTRUCCIN Y EN PROYECTO13FERROCARRILES EN OPERACIN, TROCHA ANCHA.13FERROCARRILES EN OPERACIN, TROCHA ANGOSTA.14EN CONSTRUCCIN:14EN PROYECTO:15LA VA Y SUS ELEMENTOS.16LA VA FRREA.16CONSTITUCIN DE LA VA FRREA.16EL CARRIL.16LAS TRAVIESAS.17EL BALASTO.18VAS CON JUNTAS.19SUJECIONES Y FIJACIONES.19APARATOS DE VA.20INESTABILIDAD DE LA VA FRREA.21TRAZADO FERROVIARIO24TRAZADO EN PLANTA24TRAZADO EN ALZADO O PERFIL LONGITUDINAL25TRAZADO DE PERFILES TRANSVERSALES.25CONTROL DE CALIDAD DE LA VA26GENERALIDADES26INTERS, OBJETIVOS Y APLICACIONES26ASPECTOS PARA OBTENER UNA BUENA CALIDAD DE VA27PERALTES FERROVIARIOS32CURVA DE VIA FERROVIARIA33CURVAS CIRCULARES SIMPLES.33CURVAS CON TRANSICIN33MANTENIMIENTO DE UNA VIA FERROVIARIA35a.- Mantenimiento cclico:35b.- Mantenimiento segn estado:35LOCOMOTORA36LOCOMOTORAS DE VAPOR37LOCOMOTORAS DISEL43LOCOMOTORAS DISEL-ELCTRICAS43LOCOMOTORAS DISEL-HIDRULICAS43LOCOMOTORAS ELCTRICAS44

ESTUDIO LOS DE FERROCARRILES

DEFINICIN El ferrocarril (del latn ferrum, hierro, y carril) es un sistema de transporte terrestre de personas y mercancas guiado sobre una va frrea sobre la cual circulan los trenes.Se entiende como aquel sistema de transporte terrestre de diferentes diseos, y estos hacen la va frrea sobre la cual circulan los trenes.

ESTACIN DE FERROCARRILESConjunto de instalaciones de un ferrocarril, donde embarcan y desembarcan los pasajeros y se cargan y descargan mercancas.

HISTORIALNEAS DE FERROCARRILLa primera noticia de un sistema de transporte sobre carriles, fue una lnea de 3 kilmetros que segua el camino Diolkos, que se utilizaba para transportar botes sobre plataformas a lo largo del istmo de Corinto durante el siglo VI a. C. Las plataformas eran empujadas por esclavos y se guiaban por hendiduras excavadas sobre la piedra. La lnea se mantuvo funcionando durante 600 aos.Los ferrocarriles comenzaron a reaparecer en Europa tras la Alta Edad Media. La primera noticia sobre un ferrocarril en el continente europeo en este periodo aparece en una vidriera en la catedral de Friburgo de Brisgovia en torno a 1350.En 1515, la lnea utilizaba carriles de madera y se accionaba mediante una cuerda movida por fuerza humana o animal. La lnea contina funcionando actualmente, aunque completamente sustituida por material moderno, siendo una de las lneas ms antiguas que an estn en servicio.A partir de 1550, las lneas de va estrecha con carriles de madera empezaron a generalizarse en las minas europeas. Durante el siglo XVII los vagones de madera trasladaban el mineral desde el interior de las minas hasta canales donde se trasbordaba la carga al transporte fluvial. El primer ferrocarril propiamente tal (esto es, fabricado con hierro) estaba formado por un cuerpo de madera recubierto por una chapa, y fue fabricado en 1768.Esto permiti la elaboracin de aparatos de va ms complejos. En un principio solo existan lazos de final de lnea para invertir las composiciones, pero pronto aparecieron los cambios de agujas.A partir de 1790 se utilizaron los primeros carriles de acero completo en Reino Unido.En 1803, se inaugur la lnea Surrey Iron Railway al sur de Londres, siendo el primer ferrocarril pblico tirado por caballos. La invencin del hierro forjado en 1820 permiti superar los problemas de los primeros carriles de hierro, que eran frgiles y cortos, aumentando su longitud a 15 metros.En 1857 comenzaron a fabricarse carriles de acero definitivamente.

LA ERA DEL VAPOREl desarrollo del motor de vapor impuls la idea de crear locomotoras de vapor que pudieran arrastrar trenes por lneas. La primera fue patentada por James Watt en 1769 y revisada en 1782, pero los motores eran demasiado pesados y generaban poca presin como para ser empleados en locomotoras.En 1804, utilizando un motor de alta precisin, Richard Trevithick present la primera locomotora capaz de arrastrar un tren en Merthyr Tydfil (Reino Unido). Realizada junto a Andrew Vivian, la prueba tuvo un xito relativo, ya que la locomotora rompi los frgiles rieles de chapa de hierro.

En 1830 se inaugur la primera lnea de ferrocarril interurbano, la lnea entre Liverpool y Mnchester. La va utilizada era del mismo tipo que otras anteriores, como la del ferrocarril entre Stockton y Darlington. Su ancho era de 1.435 mm, actualmente conocido como ancho internacional ya que es utilizado por aproximadamente el 60% de los ferrocarriles actuales. El mismo ao se inaugur el primer tramo de la lnea entre Baltimore y Ohio, la primera en unir lneas individuales en una red.En los aos siguientes, el xito de las locomotoras de vapor hizo que las lneas de ferrocarril y las locomotoras se extendieran por todo el mundo.

ELECTRIFICACIN Y DIESELIZACIN.Las primeras pruebas con trenes elctricos las inici Rober Davidson en 1838, cuando construy un carruaje equipado por bateras capaz de alcanzar 6,4 km/h. El primer ferrocarril con suministro elctrico en la va fue el tranva que circulaba en 1883 al norte de Irlanda, que utilizaba alimentacin por un tercer riel. Los cables de alimentacin a ferrocarriles se introdujeron en 1888 en tranvas que hasta entonces eran arrastrados por caballos. En 1964, se inaugur en Japn la primera lnea de Alta velocidad ferroviaria, llamado Shinkansen, tren bala, para resolver el problema de transporte entre las pobladas ciudades del pas. Con el tiempo, este sistema se extendi por otros pases, como Francia, Espaa y Alemania, lo que hizo recuperar al viajero interurbano.La crisis del petrleo de 1973 cambi la tendencia a la baja de los tranvas. Hizo que los que no se haban desmantelado, continas en hasta nuestros das, al ser de nuevo ms rentables. Tambin la introduccin de los contenedores contribuy a mejorar la rentabilidad del transporte de mercancas.CLASIFICACIN DE LOS FERROCARRILESSEGN EL ANCHO DE VA Va ancha.Los ferrocarriles con ancho de va mayor permiten tener mayores capacidades de carga y mayores velocidades que los de ancho de va estrecha.

Va estrecha.Son construidos con radios de curva pequeos y vas con estructuras ms pequeas, son substancialmente ms econmicos de construir, equipar y operar que los ferrocarriles de va de ancho internacional o estndar, particularmente en terrenos montaosos.

SEGN EL TIPO DE TRACCIN Por mquina de vapor.Es un tipo de locomotora impulsada por la accin del vapor de agua.

Elctrica.Es una locomotora alimentada por una fuente externa de energa elctrica.

Por motores de combustin interna.Es un tipo de locomotora que tiene en su interior un motor de combustin interna (que puede usar disel).

POR LA TRANSMISIN DEL ESFUERZO Convencionales, basados en la adherencia rueda-carril.

De levitacin (atraccin-repulsin magntica)Tiene la ventaja de ser ms rpido, silencioso y suave que los sistemas de transporte colectivo sobre ruedas convencionales

Trenes de cremalleraUn tipo particular de ferrocarriles que basa su funcionamiento en el acople mecnico con la va por medio de un tercer riel dentado o cremallera.

Mixtos.

Funiculares (traccin por cable)A un tipo especial de ferrocarril utilizado para salvar grandes pendientes. No se debe confundir con los ferrocarriles dotados de planos inclinados.

SEGN EL RGIMEN DE EXPLOTACIN Pblicos Privados Mixtos

POR EL MBITO GEOGRFICO Largo recorrido para trfico general Nacional Internacional

Regionales e interurbanos Cercanas o suburbanos Urbanos Tranvas.Es un ferrocarril de superficie de trazado urbano o mayormente urbano.

MetropolitanosEs un ferrocarril predominantemente urbano. Puede ser completamente subterrneo, elevado o en superficie, pero es condicin necesaria que tenga plataforma reservada.

Estratgicos Tursticos Montaa

SEGN LA IMPORTANCIA DE LAS LNEAS Principales SecundariasPOR EL SERVICIO QUE REALIZA General Inters nacional. Inters regional. Inters local.

Particular Minero. Siderrgico.

VENTAJAS DE LOS FERROCARRILES Permite el transporte de personas y mercanca a bajos costo. En forma regular y segura. Menor consumo de combustible. Reduccin de tiempos de viaje. Permite el desarrollo global territorial y generador de empleos.

DESVENTAJAS DE LOS FERROCARRILES Muy contaminante (emisiones y residuos) No cumplen los horarios Necesidad de grandes inversiones en infraestructuras y material.SEALES

Son los dispositivos empleados para transmitir mensajes desde la va, estaciones y trenes. Estos mensajes se transmiten utilizando sonidos, colores y formas, de acuerdo con un cdigo recogido en el Reglamento General de Circulacin. Las ms usuales son:Semafricas: accionadas mecnicamente desde la estacin mediante un cable de acero.

Luminosas: accionadas elctricamente desde la estacin o el CTC. Su aspecto es similar a los semforos de carretera.

Porttiles: son las que puede utilizar o realizar el personal (normalmente el encargado de la regulacin del trfico) en cualquier momento.

De limitacin de velocidad: dan ordenes, permanentes (fondo blanco) o temporales (fondo amarillo).

FERROCARRILES EN EL PERLa historia de los ferrocarriles peruanos est unida a la historia misma del pas, es indesligable. Los trenes marcaron poca y contribuyeron en forma definitiva a su consolidacin en los buenos y malos tiempos. En la guerra con Chile fueron destruidos ms de 500 km de lneas, de un total de 1.500 que haba en 1877. Se alcanz otra vez dicha longitud recin en 1910.Puesto que los ferrocarriles del Per han tenido una poca de esplendor en el pasado, en este artculo se relatan los principales hechos que afectaron el desarrollo y la construccin de las lneas frreas del Per. Basadre llama a la historia de los ferrocarriles, especialmente en el auge de su construccin, o sea, durante la segunda mitad del siglo XIX y la primera del XX la "lamentable historia" de los mismos. Dice adems Basadre al respecto: Los ferrocarriles en su mayor parte no se llegaron a terminar en los plazos estipulados, y suscitaron complejos problemas alrededor de su financiacin, o de su administracin o de su terminacin.

LOS FERROCARRILES DEL NORTE DEL PERFerrocarril Tumbes-Puerto PizarroEste corto ferrocarril, Tumbes-Puerto Pizarro, tambin llamado Tumbes-Palizada, de propiedad del Estado, tena una extensin de apenas 11 kilmetros y 0,75 m de trocha, naci por ley 697 de 1907 que tambin incluy un nuevo puerto. En 1933 se autoriz un ramal hasta Zarumilla pero no se concret. Se empez a construir en 1908 y fue puesto en servicio en 1909. Tuvo siempre el problema, como muchos otros, de trabajar a prdida dado el poco pasaje y carga que transportaba. Dej de operar en 1949.

Ferrocarriles petroleros de Piura.Ferrocarriles petroleros de Piura. Los ferrocarriles Talara - Negritos - Talara de 93 km y 0,75 de trocha y Lobitos El Tablazo - El Alto de 34 km y 0,75 de trocha, sirvieron las necesidades de las compaas petroleras de la zona.

Ferrocarril Paita-Sullana-PiuraFerrocarril Paita-Sullana-Piura. Sus estudios datan de 1869. Se le empez a construir en 1872 por don Federico Blume el mismo que diseara los primeros submarinos peruanos. Se inaugur coincidiendo con la guerra con Chile el 5 de abril de 1879 hasta Sullana. Fue destruido en parte por los chilenos. Dej de circular en 1959 y su lnea fue terminada de levantar en 1962. Tena trocha de 1,435 m y 105 km de extensin. El pueblo deca que en Piura slo haba dos estaciones: el verano y la del tren.

Ferrocarril Piura-Catacaos.Ferrocarril Piura-Catacaos. De propiedad privada con 10 km y trocha de 0,75 m oper entre 1889 y 1937.

Ferrocarril Bayvar-Reventazn.Construido en Piura por el Estado en 1903, con fines de explotacin minera (azufre). Era concesionaria la Compaa Azufrera Sechura. Corra al lado del cerro Illescas. Tena 46 km de recorrido y era de trocha de 1 m. Dej de operar en 1920.

Ferrocarril Pimentel-Hacienda PomalcaEste ferrocarril privado de 43 km y lnea angosta de 0,914 m, corra desde el puerto de Pimentel hasta las haciendas Pomalca y Pucal, conectando varias plantaciones. Empez en 1916. Todava se pueden ver en Pimentel el muelle sin actividad y la va de trocha angosta donde alguna una vez oper. Es un muelle muy largo pero en psimas condiciones.

Ferrocarril Pimentel-Chiclayo-Lambayeque.Lnea empezada en 1873 y que en 1897 llegaba hasta Vista Alegre de 24 km de extensin y 0,914 m de trocha. Dej de circular completamente en 1975.

Ferrocarril Etn-ChiclayoUna lnea de trocha ancha (1,435 m), que iba desde puerto Eten hasta Chiclayo con un ramal a Ferreafe y otro de Chiclayo a Ptapo que pasaba por las haciendas Pomalca y Tumn con un recorrido total de 67 km Comenz a operar en 1871, siendo el ms antiguo del norte. Funcion hasta 1965. Ferrocarril Etn-Hacienda CayaltEtn fue terminal de otro ferrocarril que conectaba el puerto con la Hacienda Cayalt. Tena 66 km de longitud y una trocha de 0,60 m. Funcion de 1904 hasta 1970. La lnea cruzaba la Panamericana Norte en pleno desierto entre el puerto y la hacienda.

LOS FERROCARRILES DEL CENTRO DEL PER Y DE LIMA

Ferrocarriles azucareros del norte de LimaEn la actual provincia de Barranca existieron varios ferrocarriles para las haciendas azucareras como: Supe-San Nicols 5 km y trocha de 1,070 m; Pativilca-Paramonga 7,5 km; Supe-BarrancaPativilca 11 km y BarrancaAlpas de 27 km estos ltimos de 0,60 m, que hacan un total de 52 km y que fueron construidos entre 1899 y 1913. A partir de 1928 quedaron empalmados con el ferrocarril del Noroeste.

Ferrocarril Playa Chica - Las SalinasServa para la extraccin de sal al sur de Huacho, abierto en 1873 con trocha de 1 m y 10 km de extensin. Qued por un tiempo empalmado al ferrocarril del Noroeste. Dej de operar en 1920.

Ferrocarril Chancay-Huaral-Hacienda PalpaEmpalmado al ferrocarril Lima-Ancn-Chancay hasta antes de la guerra de 1879 y abierto en 1875, perteneca a la Empresa Agrcola Palpa, que tambin operaba el muelle de Chancay. Tena un recorrido de 29 km y 1 metro de trocha. Los chilenos lo destruyeron, fue reconstruido y abandonado alrededor de 1920.

Ferrocarril Central del Per (operando)Una de las dos grandes lneas frreas que existen actualmente en el Per. Empieza en el Callao con una trocha estndar de 1,435 m y una extensin de 535 km. Como es ampliamente conocido por ser el segundo ferrocarril ms alto del mundo,1 llega a la Oroya donde se divide hacia el norte y hacia el sur con una serie de ramales. Alcanza Cerro de Pasco y Huancayo. Actualmente es operado por Ferrovas Central Andina. Esta lnea fue originalmente proyectada como el ferrocarril a La Oroya y sus estudios de factibilidad se remontan a 1859.

Ferrocarriles de la Cerro de Pasco Copper CorporationHasta antes de la creacin de Centromin y la nacionalizacin, la parte del ferrocarril Central, entre La Oroya y Cerro de Pasco, perteneca a la minera Cerro de Pasco Corporation, con el nombre de Cerro de Pasco Railway. Lleg a Cerro de Pasco en 1906. Tiene 152 km de recorrido, de un desarrollo total de 314 km que posea la empresa.LA VA Y SUS ELEMENTOS.LA VA FRREA. Se denominava frreaa la parte de la infraestructura ferroviaria, formada por el conjunto de elementos que conforman el sitio por el cual se desplazan lostrenes. Lasvas frreasson el elemento esencial de la infraestructura ferroviaria y constan, bsicamente, decarrilesapoyados sobretraviesasque se disponen dentro de una capa debalasto. Para su construccin es necesario realizar movimiento de suelos y obras de fbrica (puentes, alcantarillas, muros de contencin, drenajes, etctera).Esta infraestructura bsica se completa con sistemas de sealizacin y, en el caso de lneas electrificadas, con el tendido elctrico que provee de energa a laslocomotoras.

CONSTITUCIN DE LA VA FRREA.

EL CARRIL.DefinicinEn lasvas frreas, cada una de las barras de hierro o de acero laminado que, formando dos lneas paralelas, sustentan y guan laslocomotoras,vagonesycochesque ruedan sobre ellas. Tambin son conocidas como riel, rail o trillo.

Tipos Riel ligero:Es aquel cuyo peso no excede de los 40 kg por metro lineal. Se usa en lneas por las que circulan trenes sin excesivo peso o que transportan cargas ligeras, y cuya velocidad no es alta. Por ejemplo, en los ferrocarriles mineros o lostranvas.

Riel pesado:Su peso oscila entre los 40 y los 60 kg por metro lineal. Se utilizan cuando aumentan los requerimientos de velocidad, seguridad y carga mxima a transportar. Principalmente se emplea en ferrocarriles de mercancas o pasajeros y metropolitanos, as como lneas de alta velocidad.

Requisitos que debe cumplir el carril Resistir directamente las tensiones que recibe del material rodante y transmitirlas, a su vez, a los otros elementos que componen la infraestructura de la va. Realizar el guiado de las ruedas en su movimiento. Servir de conductor de la corriente elctrica para la sealizacin y la traccin en las lneas electrificadas.

LAS TRAVIESAS. Definicin:Son elementos transversales al eje de lavaque sirven para mantener unidos y a la vez a una distancia fija (galga) a los doscarrilesque conforman la va, as como mantenerlos unidos albalasto. Se fabrican de diversos materiales, entre ellos madera (durmientes), hierro y hormign.

Funciones de las traviesasLas principales funciones que debe desempear una traviesa son las siguientes:

Soporte de los rales, fijando y asegurando su posicin en lo referente a cota, separacin e inclinacin. Recibir las cargas verticales y horizontales transmitidas por los rales y repartirlas sobre el balasto mediante su superficie de apoyo. Conseguir y mantener la estabilidad de la va en el plano horizontal y en el vertical frente a los esfuerzos estticos procedentes del peso propio y las variaciones de temperatura y a los esfuerzos dinmicos debidos al paso de los trenes. Mantener, siempre que sea posible, por s mismo y sin ayuda de elementos especficos incorporados a la sujecin, el aislamiento elctrico entre los dos hilos de rales cuando la lnea est dotada de circuitos de sealizacin o por corrientes parsitas.

EL BALASTO.DefinicinCapa de grava o de piedra machacada, que se tiende sobre la explanacin de los ferrocarriles para asentar y sujetar sobre ella las traviesas.

El balasto sujeta la va en su emplazamiento y le proporciona el drenaje adecuado, a la vez que reparte la presin bajo la traviesa para impedir que el subsuelo blando se dae con el peso de los trenes (deformando con ello el trazado de la va). Ofrece una superficie slida pero con una cierta elasticidad que permite absorber las vibraciones.El tamao del balasto se encuentra entre 2,5 y 6 cm, el adecuado para que, bajo la presin de los trenes, estas piedras se ajusten unas con otras formando un armazn capaz de distribuir el peso hacia afuera y hacia abajo. Y para permitir un drenaje rpido de las aguas pluviales y la evaporacin de la humedad del subsuelo.El grosor de la capa de balasto depende del tipo de trenes que tengan que circular por la va. Para trenes de alta velocidad se coloca una capa de 30 cm de grosor, pero en otros trenes de menor velocidad el grosor es de unos 22 cm. Si la va est asentada sobre una tierra blanda, se extiende el balasto sobre una capa de arena.

Requisitos de los ridos para el Balasto Resistencia al impacto. (Ensayo Los ngeles). Resistencia al desgaste por abrasin. (Ensayo Micro Deval). Elementos del agregado resistente y anguloso. Exclusin de finos. Homogeneidad y estabilidad dimensional: exclusin de elementos aciculares y lajosos. Rocas silceas, duras y densas. (Rocas carbonatadas poco adecuadas.)

Funciones del Balasto Amortiguar el esfuerzo que ejercen los vehculos sobre la va. Repartir uniformemente estos esfuerzos sobre la plataforma. Construir un lecho elstico suavizador de la rodadura. Resistir al desgaste y la degradacin causadas por las cargas intermitentes. Impedir el desplazamiento de la va, estabilizndola en direccin vertical, longitudinal y transversal. Recuperar la geometra de la va mediante alineacin y nivelacin. Mejorar el saneamiento facilitando la evaporacin del agua. Posibilitar el drenaje facilitando la evacuacin de las aguas de lluvia. Proteger los suelos de la plataforma contra la accin de las heladas. Evitar las fugas de corrientes (de traccin y/o sealizacin).

VAS CON JUNTAS.Envas frreas, se denominajunturaojuntaal sector de unin de los rales orieles. Constituye el punto dbil de la va, especialmente desde el punto de vista dinmico con el uso deeclisasaseguradas por pernos. El paso de la rueda por la juntura determina un choque, cuyos efectos negativos son aumentar la resistencia a la traccin, colaborar al desplazamiento longitudinal de los rales, producir el machacado del balasto e imponer al ral flexiones y deformaciones que pueden llegar a ser permanentes. Estas juntas pueden ser: mecnicas, soldadas, encoladas o pegadas y encoladas con pernos.

SUJECIONES Y FIJACIONES.Definicin:Las sujeciones y fijaciones son los elementos que hacen posible la continuidad estructural de la va, uniendo el ral con las traviesas.

FuncionesLas principales funciones son: Fijar los rales a las traviesas. Asegurar la invariabilidad del ancho de la va. Facilitar la transferencia a la infraestructura de las acciones estticas y dinmicas ejercidas por el material rodante sobre la estructura de la va.

Caractersticas bsicasLas caractersticas bsicas de las sujeciones de rales son:

Tener resistencia mecnica y elasticidad adecuadas, constante a lo largo de la vida de la sujecin, y con una gran duracin. Contribuir al buen aislamiento elctrico entre ambos rales. Bajo nmero de elementos y de peso, lo que facilitar su fabricacin, montaje y conservacin; y bajo costo de produccin y mantenimiento.

Segn sus elementos y la forma de stos Las sujeciones pueden ser: Sujeciones directas (una pieza lo une todo), Sujeciones indirectas (ral, traviesa y silla de asiento unidas por piezas diferentes) y Sujeciones mixtas.

Segn su elasticidadLa clasificacin segn su elasticidad es: Sujeciones rgidas, siendo elementos rgidos los transmisores de esfuerzos, que se deforman plsticamente, dando elevados costes de mantenimiento, necesitando sujeciones al desplazamiento longitudinal. Sujeciones elsticas, donde hay elementos elsticos que transmiten los esfuerzos, y que pueden deformarse y recuperarse, consiguiendo mantener la calidad y menores costes de mantenimiento.

APARATOS DE VA.Los aparatos de va permiten la ramificacin y el cruce de los itinerarios del ferrocarril. Se distinguen varios tipos de aparatos de va.

Losdesvos, que permiten a un itinerario ramificarse en dos o ms vas siendo los ejes de las vas tangentes entre s. Lastravesas, que permiten la interseccin de dos itinerarios y por lo tanto los ejes de las vas se cortan. Los cruzamientos, lugares donde dos vas se cruzan, pero sin posibilidad de cambiar de una a otra.

CRUZAMIENTOS

INESTABILIDAD DE LA VA FRREA.

Los medios de transporte, en general, y entre ellos el ferrocarril, han tenido y tienen gran influencia en el desarrollo, progreso y bienestar de los pueblos.

La construccin de vas frreas que son lneas ferroviarias compuestas por rieles paralelos y traviesas de madera para los ferrocarriles. Con respecto a su creacin que datan del siglo XVlll y han ido evolucionando paulatinamente.

Al inicio dichas construcciones fueron muy limitadas y se concretaron en la mayora de los casos a modificaciones o rectificaciones planialtimtricas de algunas secciones, es decir, que la mayor parte de la red fue ejecutada antes del desarrollo de la ingeniera de suelos y de la moderna tecnologa de esta materia. Como consecuencia, muchos kilmetros presentaban una inestabilidad en la va.

Si bien la calidad de las primitivas construcciones es uno de los motivos que contribuyen a esa inestabilidad de la va frrea, deben considerarse adems otros factores, como son la diversidad de suelos utilizados en la infraestructura, que pueden variar desde las arcillas pasadas hasta las gravas, con muy diferentes capacidades portantes y susceptibilidades en presencia del agua, y los aumentos de los pesos por eje del material rodante y de la velocidad y densidad del trnsito, factores todos que han influido en la formacin de zonas dbiles de las vas, las que, por otra parte, se han desarrollado en forma progresiva.

En forma general se pueden establecer tres tipos de fallas a causa de la inestabilidad: las debidas a la formacin de bolsas de agua en el cuerpo de los terraplenes, los deslizamientos laterales de los mismos y, por ltimo, los asentamientos del terrapln, ya sea de su cuerpo o provocados por asientos de su base.El origen de las "bolsas de agua", o "bolsas de balasto", nombre por el que tambin se las conoce, es el siguiente: el agua de lluvia penetra a travs del balasto poroso hasta encontrar la superficie de la subrasante; Cuando sta es de naturaleza arcillosa y por lo tanto relativamente impermeable, retiene el agua en su superficie; la arcilla en contacto con el agua se ablanda y bajo la accin de los trenes en movimiento se transforma en un barro semilquido, el que es bombeado hacia arriba introducindose entre las piezas del balasto, separndolas, y emergiendo en parte a la superficie de la infraestructura de la va; la capa de arcilla disminuye su valor soporte, lo que da lugar al hundimiento progresivo del balasto y en consecuencia del riel.

Mientras haya humedad las "bolsas de balasto" siguen creciendo a medida que las cuadrillas de reparacin proceden a recolocar las vas a su nivel, rellenando las zonas bajas con nuevas partidas de balasto. As se menciona el caso de que en lugares donde estas condiciones han persistido largo tiempo se han registrado espesores de balasto de ms de 4,50 m; tambin se han sealado "bolsas" de 1,20 m de espesor en vas con slo 2 aos de servicio 1 .

Las primeras seales de falla consisten en el hundimiento del suelo del terrapln debajo de los rieles, la presencia del conocido fenmeno del "bombeo" a alguna distancia de los extremos de los durmientes y la formacin de combas o protuberancias en la parte superior, en oposicin con las zonas correspondientes a las "bolsas de agua" en los costados del terrapln. Esta falla, que es la ms generalizada, se produce no slo sobre terraplenes, sino que tambin aparece en las zonas en desmonte.

Los deslizamientos laterales de terraplenes ocurren en aquellos constituidos por materiales inestables; producindose la falla por corte de los taludes. Los deslizamientos son ms frecuentes durante perodos dilatados de tiempo lluvioso, por accin de inundaciones, o cuando el terrapln es sobrecargado. El tercer tipo de falla consiste en el asentamiento del terrapln, ya sea la de su parte constitutiva, o por hundimiento de la subrasante que lo sustenta. Los asentamientos del primer tipo se deben a la falta de compactacin durante la construccin y, algunas veces, por el empleo en la misma de viaductos provisionales de madera que, a menudo, se han dejado incorporados en el terrapln, y que han impedido su consolidacin. Por ltimo, el asentamiento del conjunto del terrapln puede deberse a la mala calidad de los suelos de las subrasantes, agravado en muchas ocasiones por un escurrimiento lento del agua del subsuelo, que por el peso del terrapln provoca su consolidacin.

TRAZADO FERROVIARIO Se compone de: trazado en planta, trazado en alzado o perfil longitudinal y los perfiles transversales. TRAZADO EN PLANTAPara proyectar el trazado en planta se utilizan tramos rectos y curvos (arcos de circunferencia). A un tramo recto siempre le sigue uno curvo; y a uno curvo le puede seguir uno recto u otro curvo de diferente radio o direccin. En el punto de unin del tramo recto con el curvo aparecera instantneamente la fuerza centrfuga en su mximo valor, originando gran peligro de descarrile para el material y perdida de confort total para el viajero. Para subsanar este problema se intercalan arcos de unas curvas llamadas de transicin que hacen que la fuerza centrfuga aparezca paulatinamente desde el valor cero al final de la recta, hasta el valor mximo al principio del arco de circunferencia. Existen diferentes tipos de curvas de transicin, pero tanto en carreteras como en ferrocarril se utiliza la denominada Clotoide o Espiral de Cornu, que no es ni ms ni menos que la espiral de todos conocida, y que tiene como principal caracterstica la continua variacin del radio, entre otras. El mismo procedimiento se utiliza a la salida de las curvas o en la unin de dos curvas de diferente radio de curvatura.

Dentro del trazado en planta no nos podemos olvidar en las curvas, de los peraltes, utilizados para contrarrestar la fuerza centrfuga.

TRAZADO EN ALZADO O PERFIL LONGITUDINALEs una lnea que une los diferentes planos denominados rasantes que componen el trazado de la va, recogiendo las alturas sobre el nivel del mar, con expresin de la declividad en milmetros por metro. Las rasantes pueden ser: Rampa es el plano inclinado en sentido ascendente segn el sentido de circulacin. Pendiente es el plano inclinado en sentido descendente segn el sentido de circulacin. Horizontal cuando no tiene declividad alguna. El punto donde cambia la declividad se denomina cambio de rasante. Estos puntos estn convenientemente sealizados en la lnea frrea y adems se indican en los libros horarios de los trenes. Las distintas rasantes se unen mediante curvas que se denominan acuerdos. Dependiendo de las rasantes que unan se llaman acuerdo convexo (rampa-horizontal, rampa-pendiente) o cncavo (pendiente-horizontal, pendiente-rampa).

TRAZADO DE PERFILES TRANSVERSALES. Se define como perfil transversal a la interseccin de la plataforma con un plano vertical que es normal, en el punto de inters, a la superficie vertical que contiene el eje del proyecto. Podemos distinguir diferentes tipos de explanaciones: En trinchera, en las que es necesario efectuar un vaciado de tierras. En terrapln, en las que sucede todo lo contrario; necesitan aporte de material. Mixtas, conjugacin de las dos anteriores; se utilizan en vas que discurren por la ladera de una montaa. En lnea, que no requieren ms que la correcta nivelacin del terreno.

CONTROL DE CALIDAD DE LA VAGENERALIDADESLa funcin esencial de la va es permitir a los trenes rodar a la velocidad prevista con las condiciones de seguridad y comodidad necesarias; existen pues tres factores que delimitan la calidad de la va: velocidad, seguridad y confort.

INTERS, OBJETIVOS Y APLICACIONESEn la medida que crezcan las exigencias en cuanto a densidades de circulacin, aumento de cargas por eje, etc.; aumentan las solicitaciones ejercidas sobre la va. Paralelamente a estas especificaciones crecen otras como la mejora del confort y la necesidad de aumentar la seguridad.Para conseguir esto es necesario dedicar importantes esfuerzos y recursos a la conservacin de la va.

ASPECTOS PARA OBTENER UNA BUENA CALIDAD DE VACONTROL Y EJECUCIN DE OBRAS NUEVASResulta imprescindible para cualquier explotacin ferroviaria establecer controles de calidad de los productos que se reciben y los trabajos que se ejecutan.

CONTROLES PREVIOS AL EXTENDIDO DEL LECHO DE BALASTOa.- Comprobacin de hitos de centrado forzosoEs la primera actividad de control y la empresa constructora realiza las tareas de ejecucin y posicionado de los mismos

b.- Comprobacin de la geometra del subbalasto:Para poder encajar el trazado real que tendr la va es necesario saber dnde se encuentra la plataforma.

c.- Comprobacin de piquetes y puntos de marcaje:Para poder posicionar la va en su sitio, es indispensable disponer de las referencias externas.

d.- Comprobacin del estado de la plataforma:Antes de proceder al extendido del lecho de balasto, el equipo de asistencia tcnica realiza una inspeccin visual del estado del subbalasto (carpeta asfltica) por si fuera necesario alguna intervencin en el mismo

CONTROLES PREVIOS AL RIEGO DE BALASTO.a.- Comprobacin del lecho de balasto:Se realiza un replanteo del perfil terico, una nivelacin del punto replanteado as como una medida del espesor de banqueta.

b.- Comprobacin del tendido de Va: Hay que prestar especial inters en controlar el estado de las fijaciones, a las calas entre carriles, al apretado de las sujeciones, a la escuadra de las juntas, al estado de las traviesas y los carriles, en resumen a todo. Aparte de la observacin visual de todos los elementos se debe realizar unas comprobaciones geomtricas, que son las siguientes:Posicin en planta, ancho, distancia y escuadra de traviesas, escuadra de juntas entre carriles.

CONTROLES SOBRE LA NIVELACIN DE LA VADesde el momento que se comienza con los riegos de balasto, todas las operaciones que se realizan en la va, se encaminan a dejarla en su posicin definitiva, tanto en planta como en alzada.

a.- En todos los estados de la va se realizan los mismos controlesNivelacin longitudinal Nivelacin TransversalAncho de VaAlineacin en planta:Distancias lateralesFlechas

b.- Controles en las distintas nivelacionesEn cada una de ellas se realizan las siguientes comprobaciones:Primer levante:Sondeo hectometrito: 120 metros cada Kilmetro, medidos cada 5 metros.Sondeo en puntos de marcaje: toda la va cada 60 metros.Primera nivelacin:Sondeo hectometrito: 120 metros cada Kilmetro, medidos cada 5 metros.Sondeo en puntos de marcaje: toda la va cada 60 metros.Primer Estabilizado:Sondeo hectometrito: 120 metros cada Kilmetro, medidos cada 5 metros.Segunda Nivelacin: Sondeo hectometrito: 120 metros cada Kilmetro, medidos cada 5 metros.Sondeo en puntos de marcaje: toda la va cada 60 metros.Segundo estabilizado:Sondeo hectometrito: 120 metros cada Kilmetro, medidos cada 5 metros.Sondeo en puntos de marcaje: toda la va cada 60 metros.

SOLDADURAS ALUMINOTRMICAS Y LIBERACIN DE TENSIONESEstas actividades especficas que forman parte del montaje de la superestructura, requieren una especial atencin por parte de las unidades de asistencia tcnica. Con lo cual es imprescindible que el personal haya realizado cursos de soldaduras aluminotrmicas, manejos de aparatos de control por ultrasonido y en la utilizacin de reglas de medicin de induccin elctrica.

a.- Aplicacin de lquidos penetrantesEl primer control que se realiza es la inspeccin visual con la ayuda de lquidos penetrantes

b.- Control GeomtricoEl segundo control es el geomtrico, midiendo la superficie de rodadura y la cara activa de la misma. Se realiza con la regla metlica de 1 metro con una regla de induccin elctrica, con registro de datos, que luego son informatizados.

c.- Auscultacin con equipo de ultrasonidoLa inspeccin se realiza con un equipo porttil, que graba los registros para luego analizarlos.

d.- Verificacin del par de aprieteAdems de supervisar y controlar todo el proceso de liberacin de tensiones, es necesario comprobar el par de apriete de la fijaciones, ya que este ser el apriete final.

e.- Control de Aparatos de Va 1.- El primer control a realizar es la recepcin de los materiales que conforman los aparatos de va.2.- Se realiza el seguimiento exhaustivo de las tareas de premontaje, poniendo especial inters en las cargas y descargas de las piezas.3.- Supervisar la correcta colocacin de cada una de las piezas, en especial las placas de asiento y las sujeciones.4.- Se controlan aquellas medidas que son invariables as como las distancias y escuadras de las traviesas.5.- Una vez instalados en va, se procede a realizar las comprobaciones geomtricas dependiendo del estado de la va, se comprueba en primer levante, primer estabilizado, primera nivelacin, segunda nivelacin y segundo estabilizado.6.- Se miden todas las cotas internas del aparato, descuadre de agujas, alturas de contracarril, encerramiento, etc.

IMPORTANCIA DE LA ESTABILIZACIN DINMICA DE LA VAObjetivo de la estabilizacin.El objetivo de la estabilizacin dinmica de la va est en la obtencin de un mejor anclaje de la carrilera (carriles, sujeciones y traviesas) en la va.

Consideraciones Bsicas.La estabilizacin dinmica consiste en hacer vibrar la va (en oscilaciones horizontales) por medio del estabilizador y al mismo tiempo se le aplica una carga vertical. Por la nueva disposicin de las piedras as conseguida, la va desciende un poco y (por friccin) se ajusta el lecho de balasto.

PERALTES FERROVIARIOS

En los ferrocarriles, el peralte ayuda a guiar al tren en la curva, evitando que las pestaas de las ruedas toquen los rales, reduciendo la friccin y el desgaste. Las principales funciones de los peraltes son: Mejorar la distribucin de carga entre los rales Reducir el desgaste ral-rueda Neutralizar el efecto de las fuerzas laterales Mejorar el confort del pasajero (al disminuir las fuerzas laterales)

El peralte necesario en una curva depende de la velocidad esperada de los trenes y elradiode curvatura. Sin embargo, puede ser necesario elegir un valor de compromiso ya que hay vas por las que circulan trenes lentos de carga y de alta velocidad. Generalmente los trenes lentos desgastan el carril interno, mientras que los de alta velocidad desgastan el carril externo.

CURVA DE VIA FERROVIARIACURVAS CIRCULARES SIMPLES.Para disearla planta de una va frrea se hace necesario conocer los requisitos que exigen lasnormasdediseopara cada uno de los elementos de la curva.

Tabla 3.1. Radios mnimos de curvas horizontales

En vas con traviesas de hormign no se admiten curvas con radios menores de 350 m, si las fijaciones que se utilizan no permiten dar sobre ancho.Las curvas pueden ser circulares simples y circulares con transicin y stas pueden ser sencillas cuando estn compuestas por un solo radio y un solo ngulo de inflexin y compuestas o adyacentes cuando tienen ms de un radio y un ngulo de inflexin. Las compuestas o adyacentes a su vez pueden ser en una direccin o en dos, a esta ltima se le denomina reversa.

CURVAS CON TRANSICINLas curvas de transicin sirven para unir los tramos rectos con las curvas circulares. Susobjetivosfundamentales son:Asegurar la variacin de la fuerza centrfuga desde la recta hasta un valor igual en la curva circular.Permitir el desarrollo de la superelevacin y el sobre ancho.En estas curvas el radio vara de infinito en el punto de tangencia al valor del radio de la curva circular. Se logra con esto que en cada punto de la transicin haya un valor de superelevacin correspondiente al valor del radio en dicho punto.

La longitud de la curva de transicin depende de los siguientes factores:Radio de la curva circular (R)Categora de la va.Velocidad de circulacin.Las funciones y puntos notables de las curvas de transicin se determina por toda una serie de condiciones relacionadas con:Intensidad del incremento de la superelevacin.Limitacin de las fuerzas surgidas al entrar el vehculo en la curva en la unin de transicin.Prctica del mantenimiento de la curva en explotacin.La longitud de la curva de transicin se determina basndose en tres criterios relacionados con la intensidad del incremento de la superelevacin.Evitar el descarrilamiento en las bandas interiores.Reducir la velocidad con que sube la rueda por la superelevacin del carril exterior.Reducir la intensidad decambiode la aceleracin centrfuga no compensada.Necesidad que el valor del peralto "h" sea menor que la altura mnima de la pestaa de la rueda.

Dnde: k - altura de la pestaa en mm.L - distancia entre ejes extremos de los bogies en mm.Las funciones y puntos notables de las curvas de transicin son:TS - tangente espiral o comienzo de la curva de transicin.SC - espiral - circular, punto donde termina la espiral y comienza la circular.CS - circular espiral final de la circular - comienzo de la segunda rama de la espiral.ST - espiral - tangente, final de la segunda espiral, comienzo de la recta.

Para calcular la curva de transicin se utilizan varios mtodos, veremos slo el mtodo de los desplazamientos.Este mtodo consiste en mantener el mismo radio de la curva circular en explotacin, desplazando su posicin aumentando el radio en una distancia (denominada retranqueo o desplazamiento) hacia el interior de la curva. El PC y el PT se colocan en un punto desplazado en igual distancia hacia adentro de la curva.Al desplazarse el centro de la curva existente a un punto de la curva nueva, la transicin tiene por pendiente el ngulo.

Este es valor en el final de la curva de transicin.Se determinar el punto final de la curva de transicin SC y CS y a su vez se determinar en el eje de las X un punto T que se encuentra a una distancia del punto de la inflexin de la curva original.

Las curvas circulares con transicin tambin pueden ser compuestas y sus caractersticas son iguales que las circulares simples, con la diferencia de que tienen tramos de transicin entre las curvas adyacentes.En la actualidad cuando se construyen curvas adyacentes, entre ellas se coloca un tramo recto, donde se construye la transicin; cuya longitud es:

Tabla 3.2. Longitud mnima de tramos rectos en curvas adyacentes

MANTENIMIENTO DE UNA VIA FERROVIARIATipos de mantenimiento preventivo de la va:

a.- Mantenimiento cclico:Consiste en reestablecer las cotas de proyecto sobre tramos continuos segn ciclos rgidos que prevn la ejecucin sistemtica de un conjunto de operaciones (este mtodo est en desuso).

b.- Mantenimiento segn estado: consiste en planificar los trabajos de mantenimiento con el objeto de ejecutar tan slo las operaciones que resultan necesarias en cada momento.

Etapas que caracterizan el mantenimiento de la va:

1ra Recoleccin de informacin, de forma manual, mecnica, utilizando estadsticas, etc. 2da Tratamiento de dicha informacin, haciendo aparecer parmetros tales como notas de confort, valores fuera de tolerancia, etc. 3ra Toma de decisin de actuar sobre un tramo.

Se pueden distinguir dos grupos de operaciones diferentes desde este punto de vista:

4ta Ejecucin del trabajo, que incluye la eleccin de los medios de mantenimiento a emplear que sern naturalmente funcin de las distintas situaciones. 5ta Control de la ejecucin, con el doble fin de evitar la aparicin de los defectos que podran eventualmente ser provocados por las propias obras de mantenimiento y garantizar unos niveles aceptables en la geometra final de la va.

LOCOMOTORASe denominalocomotoraal material rodanteconmotorque se utiliza para dar traccin a los trenes. La palabra "locomotora" proviene del latn "loco", ablativo de "locus", que significa lugar y del latn medieval "motivus", que significa provocar movimiento.

Desde sus inicios a principios del siglo XIXhasta mediados delsiglo XX, las locomotoras fueron de vapor. La primera locomotora a vapor fue construida porRichard Trevithicken 1804, 21 aos antes de la mquina deGeorge Stephenson. Esta mquina que no dio resultado porque circulaba por carriles de hierro fundido inapropiados para su peso. Hasta 1825, la utilizacin de locomotoras a vapor fue exclusiva de lneas frreas en minas de carbn.

Algunas locomotoras de vapor estaban diseadas para rodar sin necesidad de rales, por caminos y carreteras, se denominabanLocomviles, estaban dotadas de ruedas detractory eran empleadas para encarrilar los vagones que se salan de las vas en accidentes, arrastre de maquinaria pesada, o en los trabajos de instalacin de los rales. etc.

En 1825,George Stephensonconstruira su primera locomotora, la Locomotion n. 1. Ese ao se inaugur el ferrocarril Stockton-Darlington, el cual fue el primero en prestar servicio pblico de transporte de cargas con locomotoras a vapor. Los trenes de pasajeros sin embargo consistan en diligenciastiradas por caballos. La primera lnea con servicio regular de pasajeros con traccin a vapor fue la Canterbury-Wishtable en el sur de Gran Bretaa. La primera lnea considerada "moderna" fue la Manchester-Liverpool inaugurada en 1830. Las tres lneas utilizaban locomotoras construidas porGeorg Stephenson

LOCOMOTORAS DE VAPORUna locomotora de vapor es una mquina que, mediante la combustin de un elemento (carbn,fueloil madera, biomasa, etc.) en una caldera, calienta agua, el vapor resultante de la ebullicin de sta genera presin y mueve pistones que impulsan las ruedas mediante un juego debielas(por esta razn se llaman motores de combustin externa). Las locomotoras deban ser reabastecidas de agua cada determinado tiempo, ya que sin ella no funcionara el sistema.Aunque no se utilizan en servicio regular (s, en servicios especiales o tursticos) en la mayora de los pases del mundo desde mediados de la dcada de los 70, el incremento de los precios del petrleo ha hecho que se modernicen locomotoras de vapor existentes2y se construyan nuevas con la ms moderna tecnologa.

ORIGEN

Los primeros ferrocarriles empleaban caballeras para arrastrar carros sobrerieles. Cuando se desarrollaron las mquinas de vapor, se trat de aplicarlas al ferrocarril. Los primeros intentos tuvieron lugar enGran Bretaa; as, por ejemplo,Richard Trevithik construy una locomotora en1804, 25 aos antes de la mquina deGeorge Stephenson. Esta mquina tena un solo cilindro, dispona de un volante de inercia y la transmisin de fuerza a las ruedas se realizaba por engranajes. La locomotora de Trevithick no fue incorporada al ferrocarril debido a que los rales de hierro fundido no soportaron el peso de la mquina y se daaron en los tres viajes de prueba realizados entre las minas de hierro de Penydarren y el Canal Methry-Cardiff.Se continu utilizando la fuerza animal para el arrastre de los vagones, hasta que la escasez de caballos y sus altos costos a consecuencia de las guerras napolenicas obligan a volver la mirada otra vez hacia las locomotoras. En 1811John Blenkinsop patenta el sistema decremallerapara locomotora. Finalmente en 1812Matthew Murraydisea y construye la locomotoraSalamancaen los talleres Feton, Murray and Wood. La locomotora dispone por primera vez de dos cilindros y monta el sistema de cremallera patentado por John Blenkinsop, solucionando el problema de peso de la mquina. Si la locomotora era demasiado ligera no tena suficiente adherencia, sus ruedas motrices patinaban y no consegua arrastrar la carga. Por el contrario, si la mquina pesaba demasiado, mejoraba la adherencia pero daaba los rales. LaSalamancasolucionaba estos inconvenientes.El 6 de octubre de 1829 enRainhillse realiza un concurso para determinar si las locomotoras son adecuadas para la traccin en la nueva lnea. El ganador se llevara 500 libras esterlinas y un lugar en la historia. Muchos proyectos como el "Cycloped" no son admitidos en el concurso, un artilugio de traccin animal de Thomas Shan Brandreth o la locomotora "Perseverance" de Timothy Burstall, que no alcanz la velocidad mnima exigida para la prueba. Finalmente compitieron tres locomotoras, la "The Rocket" de George y Robert Stephenson (padre e hijo), la "Sans Pareil" deTimothy Hackworthy la "Novelty" del suecoJohn Ericssony el britnicoJohn Braithwaite. La ganadora fue la "Rocket" porque sus rivales no consiguieron terminar la prueba por avera en las mquinas, como la "Sans Pareil" que tena un cilindro defectuoso construido en los talleres de Stepheson. A pesar de esta anomala, la "Sans Pareil" fue ms rpida que sus competidoras.

FORMA BSICALa locomotora de vaporemplea unacalderahorizontal cilndrica con el hogar en la parte posterior, parcialmente dentro de la cabina que protege a los operarios de las inclemencias meteorolgicas. El hogar es el lugar donde se quema el combustible.El conjunto de tubos se denomina haz tubular, y algunos de mayor dimetro contienen en su interior otros ms finos por los que discurre vapor para ser recalentado y aumentar as lapotenciade la locomotora.

DISPOSITIVOS ADICIONALES

Bombas de vapor e inyectoresEn las calderas de las mquinas de vapor, el nivel de agua disminuye al ir consumindose el vapor para accionar el pistn. Se necesita algn dispositivo para forzar al agua a entrar en la caldera venciendo la presin que reina en su interior. Las primeras locomotoras utilizaron bombas accionadas por los movimientos de los pistones; ms adelante se emplearoninyectores de vapory algunas mquinas usan turbo bombas. Lo ms habitual era disponer dos sistemas independientes para suministrar agua a la caldera. Un tubo vertical de vidrio, el indicador de nivel, mostraba el nivel de agua de la caldera.

RecalentadorA partir de 1900 comenz a utilizarse vapor recalentado en las locomotoras. La forma habitual de conseguirlo era conducir el vapor desde el domo a una cabecera del recalentador, dentro de la caja de humo. El vapor se dirige desde all por un grupo de tubos delgados, que discurren por el interior de tubos de humo gruesos, dentro de la caldera, para volver luego a una segunda cabecera del recalentador, desde donde se enva a los cilindros. El recalentamiento produjo un aumento enorme de la eficiencia y constituy la norma en las locomotoras de vapor del siglo XX.

ReguladorEl dispositivo con el que el maquinista regula la cantidad de vapor que pasa de la caldera a las vlvulas de distribucin se denomina regulador. Los hay de dos tipos:1 Reguladores de corredera2 Reguladores de vlvula

Ventilador o sopladorEn la caja de humos, el vapor expulsado por los cilindros que sale por la tobera de escape hacia la chimenea produce una depresin que es transmitida a travs de los tubos calentadores de la caldera hasta el hogar, avivando el fuego. Cuando la locomotora marcha con el regulador cerrado o est parada, no hay vapor de escape, siendo nula la generacin de depresin, el fuego del hogar baja su intensidad, disminuye la cantidad de vapor producido y por ende cae la presin en la caldera.

PurgasSon unas vlvulas dispuestas en ambos extremos de los cilindros y en la parte inferior. Permiten evacuar el agua condensada durante las paradas o arrastrada por el vapor. Generalmente son accionadas manualmente por una palanca situada en la cabina, aunque en algunas locomotoras se utilizaron purgadores automticos.

Calentadores de aguaIntroducir agua fra en una caldera reduca la potencia y hacia el final de la era del vapor se emplearon calentadores que extraan calor residual del vapor de escape y aumentaban la temperatura del agua con que se alimentaba a la caldera.El empleo de inyectores de vapor vivo y de vapor de escape tambin colaboraba en el precalentamiento del agua y reduca el choque trmico que poda experimentar la caldera si se introdujera directamente el agua fra.

CondensadoresLas locomotoras de vapor consuman enormes cantidades de agua y reponerlas era un problema de logstica constante. En algunas reas desrticas se emplearon mquinas condensadoras. Tenan enormes radiadores en los tnderes a los que se enviaba el vapor de escape. All se converta en agua lquida con la que se rellenaba el tnder. Estas mquinas se emplearon particularmente en el desierto deKaroo Cuando se usaban condensadores era necesario tener cuidado de que el aceite que lubricaba el cilindro se separara del agua que iba a volver a la caldera, para evitar el fenmeno conocido como "cebado".

FrenoLas locomotoras tenan su propio sistema de frenado, independiente del resto del tren. Utilizaban grandes zapatas que presionaban contra la superficie de las ruedas motrices.

EngraseLos pistones y las vlvulas de las primeras locomotoras los engrasaba el maquinista, con la locomotora parada, simplemente vertiendo algo de grasa por la tobera de escape del vapor en la caja de humo. Cuando aument la velocidad y las distancias entre paradas, se disearon mecanismos para inyectar aceite mineral en la corriente de vapor que se diriga a los cilindros.

Topes y apartavacasLas locomotoras cuentan con enganches delante y detrs para acoplar los vagones a remolcar. Generalmente se colocaron topes en los extremos de las locomotoras para absorber los impactos menores y proporcionar un soporte para los esfuerzos de empuje.En Amrica se dispuso en el extremo frontal una estructura metlica inclinada, destinada a desviar los posibles obstculos que pudieran encontrarse delante del tren. Originalmente fue bastante grande y tena el propsito de arrojar fuera de la va a cualquier res de ganado, por lo que fue apodada "apartavacas". Todo el diseo y estudio del caso fue realizado porCharles Babbage.

Luz frontalCuando las locomotoras comenzaron a operar de noche, las compaas de ferrocarril equiparon a las locomotoras con luces para que el maquinista pudiera ver lo que hubiera delante del tren o para que la locomotora fuera vista. Originalmente las luces frontales fueroncandilesde aceite o lmparas deacetileno, pero cuando se pudo disponer de iluminacin elctrica, sta desplaz a los antiguos candiles, disponindose pequeosgeneradores elctricosaccionados por el vapor.

ArenerosEn algunas ocasiones era necesario mejorar la adherencia de las ruedas motrices y evitar que patinaran sobre los carriles, como por ejemplo cuando exista hielo sobre ellos o al iniciar la locomotora su marcha. Para ello se recurra a verterarenasobre el carril. La arena era conducida desde un depsito por medio de un conducto que la depositaba justo delante de la rueda en el sentido de la marcha. Se emplearon varios sistemas para accionar el vertido de la arena; el ms sencillo, una vlvula situada bajo el depsito arenero que se accionaba desde la cabina. Pero como la vlvula poda atascarse con facilidad, se recurri tambin a eyectores de aire comprimido procedente de la bomba del freno o a eyectores de vapor, que succionaban la arena hacia el conducto de vertido. Como era conveniente que la arena se encontrara seca para evitar atascos, en muchas locomotoras se dispuso el depsito arenero sobre la caldera, en los llamados domos areneros, para que el calor la conservara seca, al mismo tiempo que se mantena alejada de la maquinaria.

Campanas y silbatosDesde sus primeros tiempos se equip a las locomotoras con campanas ysilbatos. Las campanas fueron ms propias deEstados UnidosyCanad, para advertir del movimiento del tren. Los silbatos se utilizaban para dar seales a los empleados y advertir del peligro a las personas cercanas a la va.

El final de la era del vapor

La aparicin de las locomotoras disel-elctricas en la primera parte del siglo XX aceler el final de las locomotoras de vapor. No obstante, se emplearon en Amrica del Norte y Europahasta mediados del siglo y continuaron siendo utilizadas en otros pases hasta el final del siglo XX. Aunque pueden ser mquinas bastante sencillas y adaptables a una gran variedad de combustibles, son menos eficientes que los motores disel o elctricos y requieren un mantenimiento constante que implica un trabajo considerable. Se debe suministrar agua en muchos puntos a lo largo del recorrido, lo que representa un problema en reas desrticas o donde el agua de la zona no resulta adecuada. El mecanismo de vaivn de la biela hace que los esfuerzos sobre las ruedas motrices se apliquen a tirones y que stas golpeen los rieles y los desalineen, haciendo necesario ms trabajo de mantenimiento de las vas. Las locomotoras de vapor requieren varias horas de calentamiento de la caldera con el fuego encendido antes de que puedan ser operativas, y al final de la jornada seguir un procedimiento para retirar las cenizas y limpiar la escoria adherida a la parrilla. A diferencia de las locomotoras disel o elctricas, cuya puesta en funcionamiento y parada al final del trabajo resulta mucho ms rpida y sencilla. Por ltimo, el humo que emiten las locomotoras de vapor puede resultar objetable.Se ha calculado que el coste en mano de obra y carburante de una locomotora de vapor supera en unas dos veces y media al de una disel y el kilometraje diario es mucho menor. Hacia el final de las dcadas de los sesenta o setenta, la mayora de los pases occidentales ya haban reemplazado totalmente a las locomotoras de vapor en el servicio de pasajeros, pero en el de mercancas se tard algo ms. EnIndiase produjo el cambio de trenes de vapor a los impulsados por motores disel y elctricos en la dcada de los ochenta. En algunas regiones montaosas de gran altitud se continan usando locomotoras de vapor porque se ven menos afectadas por la reducidapresin atmosfricaque los motores disel.

Esquema

1.Hogar2.Cenicero3.Agua (interior de la caldera)4.Caja de humos5.Cabina6. Tnder7.Domo del vapor8.Vlvula de seguridad9.Regulador10.Cabecera del recalentador en el conducto principal del vapor11.Pistn12.Tobera de salida de vapor13.Mecanismo de accionamiento de la distribucin14.Palanca de accionamiento del regulador15.Bastidor16.Bisel posterior17.Bisel anterior18.Cojinete y eje de rueda motriz19.Ballesta20.Zapata de freno21.Bomba para el freno de aire22. Enganche23.Silbato24.Domo arenero

LOCOMOTORAS DISELLas locomotoras disel son aquellas que utilizan como fuente de energa la producida por unmotor de combustin internade ciclo disel, estos motores pueden ser de dos o cuatro tiempos, siendo muy utilizados los de dos tiempos. La trasmisin de la potencia se realiza contransmisin mecnica convencional en pequeas locomotoras de maniobra,dresinas,ferrobuses,automotoresy mquinas auxiliares. En locomotoras de mayor potencia, la transmisin mecnica no es adecuada y se sustituye por la trasmisin hidrulica o elctrica.Existen locomotoras disel de transmisin elctrica o hidrulica arrastrando trenes de viajeros capaces de superar los 250km/h. Una locomotora disel-elctrica se considera el medio de traccin para ferrocarriles ms indicado cuando las condiciones son adversas: temperaturas bajo cero, fuertes pendientesytrenesde gran tonelaje.

LOCOMOTORAS DISEL-ELCTRICASLaLocomotora disel-elctrica(tambin llamada hbrida elctrica) consiste bsicamente en dos componentes: unmotor diselque mueve ungenerador elctrico, y variosmotores elctricos(conocidos comomotores de traccin) que comunican a las ruedas (pares) la fuerza tractora y que mueven la locomotora. Generalmente, hay un motor de traccin por cada eje, siendo generalmente 4 o 6 en una locomotora tpica. Los motores de traccin se alimentan con corriente elctrica procedente del generador principal y luego, por medio de piones, mueven los ejes en donde estn acopladas las ruedas.

Por otro lado, el tren puede llevar bateras (que se pueden recargar en paradas predeterminadas) osupercondensadores(que se pueden recargar en cuestin de pocos minutos en cada parada).

LOCOMOTORAS DISEL-HIDRULICASLas locomotoras disel-hidrulicas utilizan un sistema deturbinas hidrulicasacopladas entre s. El mecanismo permite hacer llegar la potencia de forma gradual desde el motor girando permanentemente hacia las ruedas que parten de parado. El principal inconveniente de este sistema es la incapacidad de mover cargas muy grandes, por lo que se usa principalmente enautomotores.LOCOMOTORAS ELCTRICASLas locomotoras elctricas son aquellas que utilizan como fuente de energa laenerga elctrica proveniente de una fuente externa, para aplicarla directamente a motores de traccin elctricos.Las locomotoras elctricas requieren la instalacin de cables elctricos de alimentacin a lo largo de todo el recorrido, que se sitan a una altura por encima de los trenes a fin de evitar accidentes. Esta instalacin se conoce comocatenaria, debido a la forma que adopta el cable del que cuelga el cable electrificado, que debe permanecer paralelo a las vas. Las locomotoras toman la electricidad por un trole, que la mayora de las veces tiene forma depantgrafoy como tal se conoce. En otros casos, pueden tomar la corriente de la propia va (se requiere que haya al menos un carril electrificado), sin necesidad de catenaria ni de pantgrafo.El coste de la instalacin de alimentacin hace que la traccin elctrica solamente sea rentable en lneas de mucho trfico, o bien en vas con gran parte del recorrido entnelbajo montaas o por debajo del mar, con dificultades para la toma de aire para la combustin de los otros tipos de motor.Una vez desarrollada una lnea ferroviaria para la circulacin de vehculos elctricos, hace que la eleccin de este tipo de traccin sea el ms econmico, el menos contaminante y el ms rpido. En losaos 1980se integraron como propulsores de vehculos elctricos ferroviarios losmotores asncronos, y aparecieron los sistemas electrnicos de regulacin de potencia que dieron el espaldarazo definitivo a la eleccin de este tipo de traccin por las compaas ferroviarias.Las dificultades de aplicar la traccin elctrica en zonas con climatologa extrema hacen que las compaas y gobiernos se inclinen por la traccin disel. La nieve intensa y su filtracin por ventiladores a las cmaras de alta tensin originan derivaciones de circuitos elctricos que desaparecen al secarse adecuadamente el circuito, pero que dejan inservibles estas locomotoras mientras dure el temporal. Las bajas temperaturas hacen que el hilo de contacto de la catenaria quede inservible durante minutos o meses, ya que este tipo de locomotoras requiere actualmente una conexin constante sin prdidas de tensin.

HISTORIAEl primer ferrocarril elctrico conocido fue construido por unescocs,Robert Davidsonde Aberdeen, en 1837 y era impulsado porceldas galvnicas('bateras'). Davidson construy, ms tarde, una gran locomotora llamada Galvanila cual fue exhibida en la Exhibicin de laRoyal Scottish Society of Artsde 1841. Fue probada en elEdinburgh and Glasgow Railwayen septiembre del siguiente ao, pero la limitada corriente elctrica suministrada por las bateras impedan su uso general

Buena parte de los primeros desarrollos de las locomotoras elctricas fue motivado por el incremento de tneles, particularmente en las reas urbanas. El humo de laslocomotoras de vaporera nocivo, y las municipalidades aumentaron su inclinacin a prohibir su uso dentro de sus lmites. De esta forma, el primer trabajo exitoso fue en elferrocarril subterrneoCity and South London Railwayen el Reino Unido, fue motivado una clusula de su acta de habilitacin que prohiba la utilizacin de la energa de vapor.4Esta lnea fue abierta en 1890, usando locomotoras elctricas construidas por Mather and Platt. La electricidad se volvi rpidamente la opcin elegida para los subterrneos, apoyada por la invencin deSpraguedelcontrol de tren de unidades mltiplesen 1897.

En 1894, el ingenierohngaroKlmn Kanddesarroll motores de corriente alterna trifsico de alto voltaje y generadores para locomotoras elctricas; es conocido como "el padre del tren elctrico".[citarequerida]Su trabajo para electrificar los ferrocarriles fue hecho en los talleres elctricosGanzenBudapest. En 1915, formul el principio de que las lneas ferroviarias principales slo podan ser exitosas si podan usar, por medio de simples subestaciones transformadoras, directamente la frecuencia estndar de la red pblica.5Despus de realizar eso, tambin cre los principios para construir una red ferroviaria al inventar un convertidor de fase rotatorio aplicable en locomotoras.

En Europa, los proyectos de electrificacin inicialmente se enfocaron en la regiones montaosas por varias razones: los suministros de carbn eran difciles, laenerga hidroelctricaestaba fcilmente disponible, y las locomotoras elctricas daban ms traccin en las lneas empinadas. Hoy el 100% de las lneas suizas est electrificada.

En la dcada de 1980, el desarrollo de servicios de muy alta velocidad revivi la electrificacin. ElShinkansenjapons y elTGVfrancs fueron los primeros sistemas a los que se les dedic lneas de alta velocidad construidas desde cero. Programas similares fueron realizados enItalia,AlemaniayEspaa; en Estados Unidos la nica lnea principal nueva fue una extensin de la electrificacin del Corredor del noreste desdeNew Haven, ConnecticutaBoston, Massachusetts, aunque sistemas de riel liviano, usando coches automotores elctricos, se siguen construyendo.

El 2 de septiembre de 2006 una locomotora de produccin estndar Siemens del Eurosprinter tipo ES64-U4(BBClase 1216) alcanz la velocidad de 357km/h, estableciendo una marca para un tren arrastrado por una locomotora, en la nueva lnea entre Ingolstadt y Nuremberg.

CONFIGURACIONES ESPECIALESDurante muchos aos, las locomotoras estaban situadas en la cabeza del convoy y deban cambiar de posicin cuando se inverta el sentido de la marcha. En tiempos ms recientes, muchos trenes disponen en un extremo de una locomotora y en el otro de uncoche de pasajeros con una cabina, lo que permite al tren circular en cualquiera de los dos sentidos sin necesidad de modificar la posicin de la locomotora. En el primer caso el tren es arrastrado por la locomotora, y en el otro es empujado, que en jerga tcnica, se conoce como push-pull. Tambin existe la variante conocida comoautomotor, donde no existe una locomotora como tal, sino que todo el tren es a la vez coche de pasajeros y locomotora, o se intercalan remolques sin traccin propia entre coches automotores.

Cuando se trata de desplazar un nmero elevado de vagones o de coches de pasajeros, es frecuente ver el uso de dos o ms locomotoras tirando de los vagones o de coches de pasajeros, tanto en trenes de mercancas como en algunos de pasajeros. Cuando se realiza con las locomotoras de vapor es necesario tener una dotacin completa en cada una. Sin embargo, en las locomotoras disel o elctricas, mediante el sistema demando mltiple, existen interconexiones que permiten manejar el tren completo desde una sola de ellas y con una sola dotacin. Adems, en las locomotoras antiguas, las interconexiones son elctricas: en las ms modernas, son electrnicas. En cualquiera de los tres casos siempre hay una interconexinneumticapara el sistema de frenado.

Existe una configuracin particular de locomotoras denominada "mexicana", por haberse desarrollado enMxico, que consiste en conectar enmando mltipledos locomotoras disel-elctricas pero con la salvedad de que solo una de ellas posea o utilice el motor generador disel. Es decir, los motores de traccin de ambas locomotoras son alimentados con el motor generador de una sola de ellas. De esta forma se logra aumentar con bajo coste la fuerza de traccin, sacndole el mximo provecho a los motores generadores, normalmente sobredimensionados, ya sea por el diseo mecnico de la locomotora o por la topografa particular del terreno donde se usar.

CARACTERSTICASUna ventaja de la electrificacin es la ausencia de polucin por parte de la locomotora en s misma. Otras ventajas son mejores prestaciones, menores costos de mantenimiento, y menor costo de la energa elctrica para las locomotoras.

La centrales elctricas, incluso cuando queman combustibles fsiles, son por mucho ms limpias que los motores mviles como losmotores primariosde las locomotoras. Adems, la energa de las locomotoras elctricas puede venir de fuentes limpias orenovables, incluyendoenerga geotrmica,hidrulica,nuclear,solar, yelica. Las locomotoras elctricas tambin ganan al compararlas con las locomotoras disel debido a que no tiene motor ni ruido de escape, y menor ruido de transmisin mecnica. La falta de componentes con movimiento alternativo hace que las locomotoras sean ms "amigables" con la va, lo que reduce su mantenimiento.

La capacidad de las centrales elctricas es por lejos mayor que la que usa una locomotora en forma individual, por lo que pueden tener una potencia de salida mayor que las locomotoras disel y pueden producir gran potencia por corto tiempo para acelerar. Las locomotoras elctricas son ideales para servicios desuburbanos con paradas frecuentes. Son usadas en todas las lneas de alta velocidad, como elICE enAlemania,AcelaenEUA,ShinkansenenJapny elTGVen Francia. Las locomotoras elctricas tambin son usadas en rutas de carga que tienen un trfico de gran volumen, o en reas con una red ferroviaria avanzada.

Las locomotoras elctricas se benefician de la alta eficiencia de los motores elctricos, cercana al 90%. Puede obtenerse una eficiencia adicional con losfrenos regenerativos, el cual permite convertir laenerga cinticaen electricidad durante el frenado, y enviar electricidad a la lnea. Las locomotoras ms nuevas usan sistemas inversores de control de los motoresCAque proveen frenado re-generativo.

La principal desventaja de la electrificacin es el costo de la infraestructura (tendido de lacatenariao deltercer riel, subestaciones, sistemas de control). En Europa y en otros lugares, la red ferroviaria es considerada parte de la infraestructura nacional de transporte, al igual que las carreteras, autopistas y vas fluviales, y por lo tanto financiada por el estado. Los operadores del material rodante pagan una tasa acorde al uso de la red ferroviaria. Esto hace posible las grandes inversiones requeridas en tecnologa, y a largo plazo, hace ventajosa la electrificacin.TIPOS DE LOCOMOTORAS ELCTRICAS

Una locomotora elctrica puede ser alimentada desde un: Sistema de almacenamiento de energa recargable, como las locomotoras deminas alimentadas por bateras ocondensadores de alta capacidad. Suministro fijo, como eltercer rielo una lnea.

Esto es un marcado contraste con una locomotora, la cual combina un motorcon un sistema de transmisin elctrica o de almacenamiento (bateras, ultra condensadores).Las caractersticas principales del diseo de las locomotoras elctricas son:

El tipo de corriente elctrica usada, que puede sercorriente alternaocorriente continua. El mtodo para almacenar (bateras, ultra condensadores) o recolectar (transmisin) energa elctrica. El mtodo utilizado para para conectar mecnicamente los motores de traccin con las ruedas motrices.

CORRIENTE ALTERNA O CONTINUA

La diferencia fundamental se encuentra en la eleccin decorriente continua(CC) oalterna(CA). Los primeros sistemas usaban corriente continua debido a que, inicialmente, la corriente alterna no era bien comprendida y no estaban disponibles materiales aislantes para las lneas de alto voltaje. Las locomotoras de corriente continua utilizan normalmente bajos voltajes (600 a 3.000 volts); el equipamiento es relativamente grande ya que la corriente manejada es alta para poder transmitir suficiente energa. La electricidad debe suministrarse a intervalos regulares debido a las prdidas en los sistemas de transmisin grandes. Cuando se desarrollaron los motores de corriente alterna se volvieron el tipo predominante, particularmente, en las rutas ms largas. Se utiliza alto voltaje (decenas de miles de voltios) debido a que permite el uso de bajas corrientes puesto que la prdida de electricidad es proporcional al cuadrado de la corriente (p.e. el doble de corriente implica una prdida cuatro veces superior). De esta manera, una gran cantidad de energa puede transmitirse a grandes distancias usando cables ms livianos y baratos. La locomotora est equipada con transformadores que convierten esta energa en corriente de bajo voltaje para los motores.10Un sistema similar de alto voltaje/baja corriente no puede usarse en locomotoras de corriente continua debido a que no hay una forma eficiente de transformar la corriente continua. La traccin CA rara vez usa lnea de dos fases en lugar de la monofsica. La transmisintrifsicade los actualesmotores de induccin, no tienen conmutadores sensitivos y permiten realizar ms fcilmente elfrenado regenerativo. La velocidad es controlada cambiando el nmero de pares de polos en el circuito estator y conmutando con resistencias adicionales en el circuito del rotor. Las lneas de dos fases son pesadas y complicadas cerca de los cambios de va, donde una fase debe cruzarse con otra. El sistema se utiliz en la parte norte de Italia hasta 1976 y an se utiliza en algunos ferrocarriles de cremallera en Suiza. Una ventaja es que la lnea de dos fases hace viable un sistema simple de freno de seguridad. Sin embargo, el control de velocidad en la lnea de dos fases es problemtico.

Los conmutadores usados anteriormente tenan problemas en el arranque a bajas velocidades. Las locomotorasrectificadoras, las cuales usan transmisin de CA y motores de CC, son comunes. Las locomotoras elctricas avanzadas de hoy tienen invariablemente motores de CA trifsica de induccin sin escobillas. Ests mquinas poli-fsicas estn alimentadas con inversores basados enGTO,IGCToIGBT. El costo de los dispositivos electrnicos en una moderna locomotora puede ser de hasta el 50% del costo total del vehculo.

La traccin elctrica permite usarfrenos regenerativos, en el cual los motores son usados como frenos y se convierten en generadores que transforman el movimiento del tren en energa elctrica que es inyectada a la lnea elctrica. Este sistema es particularmente ventajoso en zonas de montaa, donde las locomotoras que descienden pueden producir una buena parte de la energa que requieren los trenes que ascienden.Muchos sistemas tienen voltajes caractersticos, y en el caso de la corriente CA, una frecuencia del sistema. A lo largo de los aos, muchas locomotoras fueron equipadas para poder manejar mltiples voltajes y frecuencias, y los sistemas se han ido actualizando o superponiendo. La locomotora estadounidenseFL9est equipada para manejar dos sistemas elctricos diferentes y puede operar como una locomotora disel-elctrica convencional.

Transmisin de energaLos circuitos elctricos requieren dos conexiones, o tres para los sistemas trifsicos. Desde los tempranos inicios, la propia va era usada para un polo del circuito, y al contrario de los modelos ferroviarios, el otro polo se suministra de forma separada.

La electrificacin original delBaltimore and Ohio Railroadusaba una zapata deslizante en un canal superior, un sistema que pronto se consider inadecuado. Fue reemplazado por el sistema deltercer riel, en el cual un captador, la llamada "zapata" o "patn", se traslada por arriba o por abajo de un pequeo riel paralelo a la va principal, algo por encima del nivel del suelo. Hay mltiples captadores a ambos lados de la locomotora a fin de poder salvar las interrupciones del tercer riel, requeridas por el tendido ferroviario. El sistema es el preferido en lossubterrneos debido a que permite poca holgura.

Sin embargo, los ferrocarriles prefieren lneas superiores, a veces llamadacatenaria debido a la forma que adopta el cable a lo largo de su trazado. Existen tres mtodos posibles de conexin:

Trole: una prtiga larga y flexible, la cual engancha la lnea mediante una polea o una zapata. Colector de arco: un marco que sostiene una larga varilla contra el cable. Pantgrafo: un marco abisagrado que sostiene las zapatas colectoras contra el cable en una geometra fija.De los tres, el pantgrafo es el mtodo que mejor se adapta para las operaciones de alta velocidad. Algunas locomotoras estn equipadas para usar tanto la catenaria como el tercer riel (p.e., laBritish Rail Clase 92).Moviendo las ruedasDurante el desarrollo de la propulsin ferroviaria elctrica, se idearon varios sistemas para acoplar losmotores de traccincon las ruedas. Las primeras locomotoras usaban uneje intermedio. En esta disposicin, el motor de traccin est montado en el cuerpo de la locomotora, y mueve el eje intermedio a travs de un juego de engranajes. Este sistema se usaba porque los primeros motores de traccin eran muy grandes y pesados para montarlos directamente en los ejes. Debido a la cantidad de componentes mecnicos, era necesario un mantenimiento frecuente. El eje intermedio fue abandonado, excepto en las mquinas ms pequeas, cuando se desarrollaron motores ms pequeos y livianos.

Se crearon otros sistemas a medida que la locomotora elctrica maduraba. La transmisinfue un sistema de carga de resortes, en el cual el peso de los motores estaba completamente desconectado de las ruedas motrices. Usado por primera vez en locomotoras elctricas a partir de la dcada de 1920, la transmisin Buchli fue usada principalmente en laSNCFfrancesa y en losFerrocarriles Federales Suizos. Eleje huecofue tambin desarrollado en esta poca. Montaba los motores de traccin encima o a un costado del eje motor y se acoplaba al eje mediante un conjunto de engranajes y un eje hueco semiflexible. La locomotoraPennsylvania Railroad GG1usaba el eje hueco. Nuevamente, el eje hueco fue abandonado a medida que los motores disminuan su peso y tamao.

Otro ejemplo de transmisin fue el sistema "bi-polar", en el cual el inducido del motor era el eje en s mismo, mientras que la carcasa y los campos del motor estaban montados en el boje en una posicin fija. El motor tiene campos de dos polos, lo cual permite un limitado movimiento vertical al inducido. Este sistema tena un valor restringido debido a que la potencia de cada motor era limitada. ElEP-2bi-polar usada por elMilwaukee Roadcompensaba este problema usando una gran cantidad de ejes motrices.

Las modernas locomotoras elctricas, al igual que lasdisel-elctricas, usan motores casi universales montados en los ejes, con un motor por cada eje motor. En esta disposicin, un lado de la carcasa del motor se soporta por rodamientos planos que se desplazan sobre un mun pulido, integrado al eje. El otro extremo de la carcasa del motor tiene un saliente en forma plana que se inserta en un zcalo en el boje, siendo su funcin la de soportar el par motor, adems de servir como apoyo del motor. La potencia del motor al eje se transmite por medio deengranajes rectos, que constan de unpinen el eje del motor y unacoronaen el eje motor. Ambos engranajes estn cubiertos por un gabinete que contiene aceite lubricante. El tipo de servicio al cual se destina la locomotora determina la relacin de los engranajes. Relaciones altas se usan en unidades de carga, mientras que las relaciones bajas son tpicas para las locomotoras destinadas a trenes de pasajeros.

Disposicin de las ruedasLanotacin Whyteutilizada para clasificar las locomotoras de vaporno es adecuado para describir la variedad de disposiciones de las locomotoras elctricas, sin embargo el Pennsylvania Railroadaplicaba lasclasespara sus locomotoras elctricas, como si fueran de vapor o concatenaciones de los mismos. Por ejemplo, la clasePRR GG1indica que su disposicin es equivalente a dos locomotoras clase G4-6-0acopladas cola con cola.En todo caso, el sistema declasificacin UICes comnmente usado para las locomotoras elctricas, y puede describir las complejas disposiciones de ejes motrices y portantes, y puede diferenciar sistemas motrices acoplados y no acoplados.

FUERZA CINETICAUnfreno regenerativooKERS(en ingls kinetic energy recovery system, sistema de recuperacin de energa cintica) es un dispositivo que permite reducir lavelocidadde unvehculotransformando parte de suenerga cinticaenenerga elctrica. Esta energa elctrica es almacenada para un uso futuro.El freno regenerativo entreneselctricos alimenta la fuente de energa del mismo. En vehculosyvehculos hbridos, la energa se almacena en un banco debateraso un banco decondensadorespara un uso posterior.El freno regenerativo es un tipo defreno dinmico. Otro tipo de freno dinmico es el freno, mediante el cual la energa elctrica generada en la frenada es disipada en forma decalor.El frenado tradicional, basado en lafriccin, se sigue usando junto con el regenerativo por las siguientes razones: El frenado regenerativo no reduce de manera efectiva la velocidad a niveles bajos La cantidad de energa a disipar est limitada a la capacidad de absorcin de sta por parte del sistema de energa, o el estado de carga de las bateras o los condensadores. Un efecto no regenerativo puede ocurrir si otro vehculo conectado a la red suministradora de energa no la consume o si las bateras o condensadores estn cargados completamente. Por esta razn es necesario contar con un freno reosttico que absorba el exceso de energa.

El motor como frenoLos frenos regenerativos se basan en el principio de que unmotor elctricopuede utilizarse comogenerador elctrico. El motor elctrico de traccin se reconecta como generador durante el frenado y las terminales de alimentacin se convierten en suministradoras de energa la cual se conduce hacia una carga elctrica; es esta carga la que provee el efecto de frenado.Un ejemplo temprano de este sistema fue el freno regenerativo desarrollado en1967para el vehculoAmitrondeAmerican Motors Corporation(AMC) yGulton Industries. Este vehculo era accionado completamente por bateras en fase prototipo que se recargaban por frenado regenerativo, lo que incrementaba elrendimientodel automvil.

Funcionamiento en un tren elctricoDurante el frenado, se modifican las conexiones del motor de traccin mediante un dispositivo electrnico, para que funcione como un generador elctrico. Por ejemplo, los motores de corriente continuabrushless(del ingls, sin escobillas), cuentan, normalmente, con sensores deefecto Hallpara determinar la posicin del rotor del motor, lo que permite tener informacin del vehculo y calcular cmo se ha de frenar la corriente generada en el motor hacia los sistemas de almacenamiento, que pueden serbaterasosupercondensadores.

Los campos del motor se conectan al motor principal de traccin y las armaduras del motor se conectan a la carga. El motor de traccin excita los campos, las ruedas del vehculo, ya sea unautomvil, untrolebs, o una locomotora, al girar, mueven las armaduras, y los motores actan como generadores. Cuando los motores funcionan como generadores, la corriente generada en ellos se puede hacer pasar a travs de resistencias elctricas, lo que dara lugar a un frenado reosttico. Si se enva a la lnea de suministro, en el caso de un trole, o una locomotora, o a las bateras o un supercondensador, en el caso de un vehculo autnomo e independiente de una lnea de corriente, se estara hablando de frenado regenerativo.

Si el movimiento del vehculo es decelerado, el flujo de corriente a travs de la armadura del motor durante ese frenado debe de ser contrario al que se utiliza para accionar al motor.

El esfuerzo de frenado es proporcional al producto de la fuerza magntica de las lneas de campo multiplicado por la velocidad angular de la armadura.

Comparacin entre freno reosttico y regenerativoLos frenos reostticos, a diferencia de los regenerativos, disipan la energa elctrica en forma de calor al hacer circular la corriente generada durante el frenado, a travs de enormes bancos deresistoresvariables oreostatos. Los frenos reostticos se utilizan encarretillas elevadorasytrolebuses, adems de las locomotoras elctricas y disel.

El calor generado por los resistores puede servir para calentar el interior del vehculo. Si el calor se disipa al exterior, se hace a travs de capuchas enormes diseadas para albergar los bancos de resistores.

La principal desventaja de los frenos regenerativos comparados con los reostticos es la necesidad de igualar la corriente generada con la suministrada. Con las fuentes de corriente continua, esto requiere que el voltaje sea controlado estrictamente. Solamente con el desarrollo de la electrnica fue posible utilizar fuentes decorriente alterna, pues la frecuencia del suministro tambin debe ser igualada.

Algunos ferrocarriles de montaa han usado corriente trifsica para accionar motores trifsicos de induccin. Esto redunda en una velocidad casi constante mientras el motor funciona con la frecuencia necesaria al avanzar o al frenar.

Ingeniera Civil Ing. Nepton Ruiz Saavedra