Conocimientos Generales sobre los

Equipos Tractivos

Diciembre 2008

Tabla de Contenido

I. DEFINICIONES..........................................................................................................2Material rodante..............................................................................................................2Equipos Tractivos............................................................................................................22. LOCOMOTORAS DE TRACCIÓN A VAPOR:.....................................................2Funcionamiento de una locomotora a vapor:...............................................................23. LOCOMOTORAS DE TRACCIÓN DIESEL:........................................................5Locomotoras diesel-mecánicas.......................................................................................5Locomotoras diesel-hidráulicas......................................................................................5Locomotoras diesel-eléctricas.........................................................................................64. LOCOMOTORAS ELÉCTRICAS............................................................................95. UNIDADES MOTRICES MÚLTIPLES.................................................................106. OTROS TIPOS Y VARIANTES DE EQUIPOS TRACTIVOS MIXTOS SOBRE RIELES.........................................................................................................................................13

Conocimientos Generales sobre los Equipos Tractivos. Ing. Raúl Acosta Gómez 1

I. DEFINICIONES

Material rodante

Se conoce como material rodante aquellos vehículos ferroviarios con los cuales se conforman los trenes para la transportación de las mercancías y los pasajeros. El material rodante se divide en:

equipos tractivos equipos de arrastre

Equipos Tractivos

En la composición de un tren los equipos tractivos son aquellos vehículos ferroviarios que, con locomoción propia, halan a los equipos de arrastre (vagones de carga y/o coches de pasajeros). Los equipos tractivos se conocen comúnmente por locomotoras. Existen otros vehículos ferroviarios destinados para la transportación de pasajeros con locomoción propia llamados coche motores, Unidades Motrices Eléctricas, Unidades Motrices Diesel.

LocomotorasLas locomotoras son aquellos equipos tractivos que circulan en los sistemas ferroviarios a la cabeza de los trenes. Las locomotoras se dividen según el tipo de transmisión en:

Locomotoras de tracción a vapor Locomotoras de tracción diesel Locomotoras de tracción eléctricas

2. LOCOMOTORAS DE TRACCIÓN A VAPOR:

Funcionamiento de una locomotora a vapor:

En la figura 1 se muestra una de las potentes locomotoras que fueron el más importante medio de transporte en los albores del siglo XX. Dentro de la caldera 1, asentada sobre la armadura 9, a su vez sostenida sobre los ejes de las ruedas por intermedio de muelles 16, se encuentra el agua que se evapora debido al fuerte calentamiento que se produce por la combustión en el hogar. El vapor es admitido en el cuerpo de bomba por una válvula que obedece a la acción del maquinista. Dentro del cuerpo de bomba existe otra válvula, que no se muestra en la figura y que funciona por la acción de uno de los ejes, de modo que cuando el eje gira da entrada al vapor, primero hacia un lado del pistón y después hacia el otro, permitiendo que éste escape cuando ha obligado al pistón a pasar desde un extremo al otro del cilindro. La barra del pistón se articula con una biela 6 que a su vez actúa sobre un perno de una de las ruedas motrices, de forma que el movimiento de vaivén del pistón y su barra pone en movimiento a la biela y el desplazamiento de ésta hace que la rueda gire de la misma manera que el pedal de una máquina de coser y produce el movimiento rotatorio de su rueda motriz. Cuando la máquina lleva más de un juego de ruedas motrices, con objeto de obtener mayor contacto con la vía, todas las ruedas de un lado se hallan acopladas por medio de una barra lateral 7 que las obliga a girar al unísono.

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Fig. 1 Funcionamiento de una locomotora de vapor: 1- Caldera , 2- caja de vapor , 3- juego delantero de ruedas auxiliares , 4- pistón , 5- cilindro , 6- articulación del tallo del pistón con la biela , 7- barra lateral que acopla las ruedas , 8-biela , 9-armadura , 10- carril , 11-juego trasero de ruedas auxiliares, 12- caja de humos , 13- tubos , 14- agua , 15- armadura , 16-muelle , 17- soportes , 18- cojinete , 19- carril , 20- parrilla del hogar , 21- boca del hogar

Fig. 2 Sistema de transmisión de una locomotora de vapor

En las figuras que siguen (3 y 4) se muestran imágenes de las primeras locomotoras que se construyeron en Inglaterra cuando las máquinas de vapor fueron adaptadas a la locomoción de vehículos ferroviarios

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Fig. 5 Exhibición de locomotoras de vapor en el Festival del Vapor de Cuba

Fig. 6 Locomotora de vapor: 1-hogar; 2-paila; 3-válvula distribuidora; 4-conjunto cilindro-pistón principal; 5-ruedas motrices y sistema de barras y bielas

3. LOCOMOTORAS DE TRACCIÓN DIESEL:

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Fig. 3 La primera locomotora construida por Trevitchik 1804.

Fig. 4 Locomotora Rocket construída por Stephenson 1829

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Estas locomotoras, como las de vapor, son de locomoción autónoma, es decir, poseen su propia fuente de energía que las pone en movimiento.

Su sistema de transmisión se subdivide fundamentalmente en

Diesel-mecánicas Diesel-hidráulicas Diesel- eléctricas

Locomotoras diesel-mecánicas

Tienen un motor de combustión interna diesel al que se le acopla una caja mecánica de engranes a través de la cual se transmite el movimiento a los pares de rueda. (fig. 7a).

Locomotoras diesel-hidráulicas

en lugar de la caja mecánica tienen un mecanismo de turbinas hidráulicas acoplado al motor y mediante un herraje de bielas y palancas o ejes cardanes se transmite la potencia del motor a los pares de rueda. (fig. 7b).

a)

b)

Fig. 7 Esquema elemental de las partes principales de las locomotoras: a) diesel-mecánica y b) diesel-hidráulica.

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Motor diesel

Caja mecánica de engrane

Par de ruedas

Eje cardán

Motor diesel

Eje cardán

Mecanismo hidráulico

Par de ruedas

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Locomotoras diesel-eléctricas

Estas locomotoras están constituidas por un motor de combustión interna (diesel) en cuyo eje (cigüeñal) tiene acoplado un generador eléctrico. Este conjunto conocido también como grupo electrógeno se encarga de producir la energía eléctrica que alimenta los motores de tracción. El generador eléctrico en estas locomotoras puede ser, en dependencia de la potencia, de corriente directa, en locomotoras de menos de 2000 hp, y de corriente alterna (alternador con un rectificador a la salida) para locomotoras de más de 2000 hp. (fig. 8).

Los motores de tracción que se emplean en las locomotoras con sistema de tracción eléctrica se alimentan en la mayoría de los casos de corriente directa y están conectados mecánicamente a los pares de rueda mediante ruedas dentadas (engranes) para transmitir la fuerza (torque) necesaria que pone en movimiento la locomotora y el tren.

Las locomotoras diesel-eléctricas poseen también, entre sus partes principales, los boguies (truck) conformado por un bastidor, la suspensión, los motores de tracción, los pares de rueda, los cilindros de freno y los areneros. Sobre los boguies, que normalmente son dos, descansa la superestructura de la locomotora.

En la superestructura se encuentran además del grupo electrógeno, los sistemas eléctricos de potencia y control, el compresor y los demás componentes del sistema de freno como las válvulas y depósitos de aire; los radiadores y los ventiladores para refrescar el agua y el aceite del motor diesel, la cabina del conductor que pueden ser una o dos, el generador auxiliar, el generador de excitación y las baterías de acumuladores.

El esquema de funcionamiento de la locomotora diesel eléctrica se muestra en el siguiente dibujo:

Fig. 8 Esquema elemental de las partes principales de la locomotora diesel-eléctrica

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Generador principal

Motor diesel

Motor de tracción

Conexión eléctrica entre el generador principal y los motores de tracción

Grupo electrógeno

Par de ruedas dentadas

Generadoreléctrico

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Fig. 7 Esquema de la locomotora diesel eléctrica modelo DF8BVEN-2005 de fabricación china: 1-boguie; 2- motor diesel 3- generador principal (alternador); 4-depósito de combustible; 5-depósito de aire comprimido; 6-motores de tracción; 7-cabina de conducción;

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Fig. 7. Locomotora diesel eléctrica de 5000 hp de fabricación china adquirida por la República Bolivariana de Venezuela

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4. LOCOMOTORAS ELÉCTRICAS

A diferencia de las locomotoras de vapor y de las diesel, que poseen su propia fuente energética para moverse, las locomotoras eléctricas (fig. 8): reciben, a través de subestaciones y redes eléctricas de alta tensión, la energía de fuentes externas (termoeléctricas, hidroeléctricas, atomoeléctricas, etc), situadas generalmente a muchos kilómetros de distancia.

Las locomotoras eléctricas se dividen, de acuerdo al tipo de corriente, en locomotoras eléctricas de corriente directa (CD) con 1500 V, 3000 V en la red de alimentación y locomotoras eléctricas de corriente alterna (CA), generalmente de 25000 V.

Las locomotoras de CD alimentan sus motores de tracción directamente desde la catenaria, en tanto que las locomotoras de CA requieren de dispositivos especiales rectificadores que transforman la corriente alterna en directa para los motores de tracción.

Fig. 8. Locomotora eléctrica: 1.- Pantógrafo; 2.- Pararrayos; 3.- Cabina de conducción nº 1 4.- Bloque de aparatos con disyuntor principal;  5.- Bloque de aparatos contadores y conmutadores a 3 KW;  6.- Bloque de aparatos a 380 V; 7.- Resistencia de arranque/frenado 8.- Grupo ventilador p/resistencias de arranque/frenado; 9.- Convertidor de excitación freno10.- Cargador de baterías; 11.- Grupo motor-bombas de vacío; 12.- Grupo motor-compresor13.- Bloque de aparatos y tubería neumática;14.- Bloque de aparatos para grupo convertidor15.- Bloque de aparatos para debilitamiento de campo;16.- Grupo convertidor (motor-

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Fig. 9. Locomotora eléctrica: Locomotoras eléctricas para tensión de catenaria de 3.000 V (+600 V -1.000 V) con una potencia en régimen continúo de 4.600 kW. Control tipo reostático, frenado eléctrico de mantenimiento y parada de tren de tipo reostático, con excitación separada, freno dual para tren, con frenado de la locomotora por aire comprimido.

5. UNIDADES MOTRICES MÚLTIPLES

Son trenes autopropulsados, es decir, son vehículos ferroviarios destinados al transporte de viajeros que no precisan de una locomotora que los remolque para circular, ya que son capaces de propulsarse de manera autónoma, careciendo, por tanto, de locomotora propiamente dicha, puesto que "la locomotora es uno o varios de los vagones".

Una unidad de tren es un conjunto indeformable de vehículos con dos o más vehículos motrices, denominados como “coche motor”, y por un número variable de remolques, que pueden ser intermedios o pilotos. Los coches motores de una unidad de tren pueden ir situados en los extremos de la composición con cabina de conducción o en lugares intermedios, es decir, sin cabina de conducción. Así, puede haber trenes autopropulsados con múltiples variantes en su composición, entre las cuales se destacan, por su especial relevancia, las siguientes:

- Mc+2R+Mc: dos coches motores con cabina, 2 remolques.

- Mc+3R+ Mc: dos coches motores con cabina, 3 remolques.

- Mc+8R+Mc: dos coches motores entre los cuales se encuentra un remolque.

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El coche motor de un tren autopropulsado, además de tener su interior adaptado al transporte de pasajeros (asientos, iluminación, climatización, etc.), dispone de los mecanismos y equipos necesarios para moverse de manera autónoma e independiente de una locomotora. Los coches remolcados son asimilables, en cuanto a características y prestaciones técnicas, a coches de viajeros convencionales, pues al igual que éstos carecen de mecanismos de propulsión, disponiendo de sistema de freno conjugado con el freno del coche motor, para que el frenado sea lo más efectivo posible. Los coches remolcados situados en el extremo opuesto al coche motor disponen de una cabina piloto, permitiendo que el tren pueda circular en ambos sentidos sin impedimentos de ninguna clase.

Una de las principales ventajas de las unidades de tren es su reversibilidad, ya que, al disponer de una cabina de conducción en cada extremo, solo es necesario que el maquinista cambie de cabina. En las composiciones remolcadas, a menos que el tren cuente con un coche dotado de cabina piloto en el extremo opuesto a la locomotora dentro de la composición, es necesario que la locomotora cambie de un extremo a otro de la composición, lo cual hace que el tren esté detenido más tiempo del realmente necesario para que los viajeros suban y bajen del tren, penalizando notablemente los tiempos de viaje en aquellos trayectos que requieran una o más inversiones de marcha.

Otra de las ventajas de las unidades de tren es su gran poder de aceleración, lo que las hace muy adecuadas para servicios con muchas paradas y/o poca distancia entre ellas, como el caso de los trenes de cercanías o las redes de metro.

Dentro de la familia de trenes autopropulsados, hay infinidad de tipos de vehículos, según se destinen a un servicio u otro. Para servicios en ferrocarriles metropolitanos se utilizan trenes con una gran capacidad de plazas, principalmente de pie, y dotados de un gran número de puertas por costado (normalmente tres o cuatro puertas por costado y coche), para facilitar los movimientos de salida y entrada de los pasajeros, uno de los factores que más retrasan la marcha en las redes metropolitanas.

En las redes de cercanías de las grandes ciudades se emplean vehículos similares a los de las redes de metro en cuanto a la concepción general de los vehículos, pero con un mayor número de plazas sentadas en detrimento de las plazas de pie y, por lo general, con un mayor confort, tanto en suavidad de marcha como en asientos

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Unidad Múltiple Eléctrica (EMU). Tren de pasajeros de tracción eléctrica a 25 000 V. Mc+4R+Mc. Tramo Caracas-Cúa.

Unidad Múltiple Diesel (DMU). Tren de pasajeros de tracción diesel hidráulica. Mc+3R+Mc, Tramo Puerto Cabello-BarquisimetoConocimientos Generales sobre los Equipos Tractivos. Ing. Raúl Acosta Gómez 12

6. OTROS TIPOS Y VARIANTES DE EQUIPOS TRACTIVOS MIXTOS SOBRE RIELES

De Alta Velocidad (más de 200 km/h)

Metro: tren metropolitano, ferrocarril subterráneo predominantemente urbano.

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Tren ligero: es un tipo de tren utilizado específicamente para el transporte de viajeros en áreas urbanas.

Tranvía: es un ferrocarril de superficie de trazado urbano o mayormente urbano.

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Funicular: es un tren traccionado por cable, normalmente punto a punto, en lugares de grandes pendientes.

Trenes de cremallera: es el tren con asistencia a la adherencia de tracción por cremallera, en lugares de fuertes pendientes.

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