Locomotora de vapor

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Una locomotora de vapor es una locomotora que proporciona la fuerza para moverse a sí misma y a otros vehículos mediante la expansión del vapor . ^{[1] : 80} Se alimenta quemando material combustible (generalmente carbón , petróleo o, raramente, madera ) para calentar el agua en la caldera de la locomotora hasta el punto en que se vuelve gaseosa y su volumen aumenta 1.700 veces. Funcionalmente, es una máquina de vapor sobre ruedas. ^[2]

En la mayoría de las locomotoras, el vapor se introduce alternativamente en cada extremo de sus cilindros , en los que los pistones están conectados mecánicamente a las ruedas principales de la locomotora. Los suministros de combustible y agua suelen transportarse con la locomotora, ya sea en la propia locomotora o en un ténder acoplado a ella. Las variaciones de este diseño general incluyen calderas accionadas eléctricamente, turbinas en lugar de pistones y el uso de vapor generado externamente.

Las locomotoras de vapor se desarrollaron por primera vez en el Reino Unido a principios del siglo XIX y se utilizaron para el transporte ferroviario hasta mediados del siglo XX. Richard Trevithick construyó la primera locomotora de vapor conocida por haber transportado una carga a gran distancia en Pen-y-darren en 1804, aunque produjo una locomotora anterior para prueba en Coalbrookdale en 1802. ^[3] Salamanca , construida en 1812 por Matthew Murray para el ferrocarril de Middleton , fue la primera locomotora de vapor comercialmente exitosa. ^[4] La Locomotora No. 1 , construida por George Stephenson y la compañía de su hijo Robert, Robert Stephenson and Company , fue la primera locomotora de vapor en transportar pasajeros en un ferrocarril público, el Stockton and Darlington Railway , en 1825. Se produjo un rápido desarrollo; En 1830, George Stephenson inauguró el primer ferrocarril interurbano público, el Liverpool and Manchester Railway , después de que el éxito de Rocket en las pruebas de Rainhill de 1829 demostrara que las locomotoras de vapor podían realizar tales tareas. Robert Stephenson and Company fue el constructor preeminente de locomotoras de vapor en las primeras décadas del vapor para ferrocarriles en el Reino Unido, Estados Unidos y gran parte de Europa. ^[5]

Hacia el final de la era del vapor, un énfasis británico de larga data en la velocidad culminó en un récord, aún intacto, de 126 millas por hora (203 kilómetros por hora) por la LNER Clase A4 4468 Mallard , ^[6] sin embargo, hay afirmaciones de larga data de que la clase S1 del ferrocarril de Pensilvania alcanzó velocidades de más de 150 mph, aunque esto nunca fue probado oficialmente. ^{[7] [8] [9] [10]} En los Estados Unidos, los gálibos de carga más grandes permitieron el desarrollo de locomotoras muy grandes y pesadas como la Union Pacific Big Boy , que pesa 540 toneladas largas (550  t ; 600 toneladas cortas ) y tiene un esfuerzo de tracción de 135,375 libras-fuerza (602,180 newtons). ^{[11] [nota 1]}

A principios de la década de 1900, las locomotoras de vapor fueron reemplazadas gradualmente por locomotoras eléctricas y diésel , y los ferrocarriles comenzaron a utilizar energía eléctrica y diésel por completo a fines de la década de 1930. La mayoría de las locomotoras de vapor se retiraron del servicio regular en la década de 1980, aunque varias continúan funcionando en líneas turísticas y patrimoniales. ^[12]

Los primeros ferrocarriles empleaban caballos para tirar de carros a lo largo de las vías del tren . ^[13] En 1784, William Murdoch , un inventor escocés , construyó un prototipo a pequeña escala de una locomotora de vapor para carreteras en Birmingham . ^{[14] [15]} William Reynolds propuso una locomotora de vapor a escala real sobre rieles alrededor de 1787. ^[16] Un modelo funcional temprano de una locomotora de vapor sobre rieles fue diseñado y construido por el pionero de los barcos de vapor John Fitch en los EE. UU. durante 1794. ^[17] Algunas fuentes afirman que el modelo de Fitch ya estaba en funcionamiento en la década de 1780 y que demostró su locomotora a George Washington . ^[18] Su locomotora de vapor usaba ruedas con álabes interiores guiadas por rieles o vías. El modelo todavía existe en el Museo de la Sociedad Histórica de Ohio en Columbus, EE. UU. ^[19] La autenticidad y fecha de esta locomotora es cuestionada por algunos expertos y un tren de vapor funcional tendría que esperar a la invención de la máquina de vapor de alta presión por Richard Trevithick , quien fue pionero en el uso de locomotoras de vapor. ^[20]

La primera locomotora de vapor ferroviaria en funcionamiento a gran escala fue la locomotora Coalbrookdale de ancho de vía de 3 pies ( 914 mm ) construida por Trevithick en 1802. Fue construida para la fundición Coalbrookdale en Shropshire en el Reino Unido , aunque no ha sobrevivido ningún registro de su funcionamiento allí. ^[21] El 21 de febrero de 1804, tuvo lugar el primer viaje ferroviario a vapor registrado cuando otra de las locomotoras de Trevithick arrastró un tren a lo largo del tranvía de 4 pies 4 pulgadas ( 1321 mm ) de ancho desde la fundición Pen-y-darren , cerca de Merthyr Tydfil , hasta Abercynon en el sur de Gales. ^{[22] [23]} Acompañado por Andrew Vivian , funcionó con un éxito mixto. ^[24] El diseño incorporó una serie de innovaciones importantes que incluían el uso de vapor a alta presión que reducía el peso del motor y aumentaba su eficiencia.

Trevithick visitó la zona de Newcastle en 1804 y tuvo una audiencia dispuesta de propietarios e ingenieros de minas de carbón. La visita tuvo tanto éxito que los ferrocarriles mineros del noreste de Inglaterra se convirtieron en el principal centro de experimentación y desarrollo de la locomotora de vapor. ^[25] Trevithick continuó sus propios experimentos de propulsión a vapor a través de otro trío de locomotoras, concluyendo con la Catch Me Who Can en 1808, la primera en el mundo en transportar pasajeros que pagaban tarifa.

En 1812, la exitosa locomotora de cremallera de dos cilindros Salamanca de Matthew Murray funcionó por primera vez en el ferrocarril de piñón y cremallera con rieles de borde de Middleton Railway . ^[26] Otra locomotora temprana bien conocida fue Puffing Billy , construida entre 1813 y 1814 por el ingeniero William Hedley . Estaba destinada a funcionar en la mina de carbón Wylam cerca de Newcastle upon Tyne. Esta locomotora es la más antigua conservada y se exhibe estáticamente en el Museo de Ciencias de Londres .

George Stephenson , un ex minero que trabajaba como mecánico de máquinas en la mina de carbón de Killingworth , desarrolló hasta dieciséis locomotoras Killingworth , incluidas una Blücher en 1814, otra en 1815 y una Killingworth Billy (recién identificada) en 1816. También construyó The Duke en 1817 para el ferrocarril de Kilmarnock y Troon , que fue la primera locomotora de vapor que funcionó en Escocia.

En 1825, Stephenson construyó la Locomotion No. 1 para el Ferrocarril Stockton y Darlington , al noreste de Inglaterra, que fue el primer ferrocarril de vapor público del mundo. En 1829, su hijo Robert construyó en Newcastle The Rocket , que participó y ganó las Rainhill Trials . Este éxito llevó a la compañía a emerger como el constructor preeminente de locomotoras de vapor utilizadas en ferrocarriles en el Reino Unido, EE. UU. y gran parte de Europa. ^[27] El Ferrocarril Liverpool y Manchester abrió un año después haciendo uso exclusivo de la energía de vapor para trenes de pasajeros y mercancías .

Antes de la llegada de las importaciones británicas, se construyeron y probaron algunos prototipos de locomotoras de vapor nacionales en los Estados Unidos, incluido el prototipo en miniatura de John Fitch. Un ejemplo destacado en tamaño real fue el "vagón de vapor" del coronel John Steven , que se exhibió en un circuito de vías en Hoboken, Nueva Jersey, en 1825. ^[28]

Muchas de las primeras locomotoras para uso comercial en los ferrocarriles estadounidenses fueron importadas de Gran Bretaña, incluyendo primero la Stourbridge Lion y más tarde la John Bull . Sin embargo, pronto se estableció una industria nacional de fabricación de locomotoras. En 1830, la Tom Thumb de Baltimore and Ohio Railroad , diseñada por Peter Cooper , ^[29] fue la primera locomotora comercial construida en Estados Unidos que funcionó en América; fue pensada como una demostración del potencial de la tracción a vapor en lugar de como una locomotora para generar ingresos. La DeWitt Clinton , construida en 1831 para Mohawk and Hudson Railroad , fue una notable locomotora temprana. ^{[27] [30]}

A partir de 2021 ^[actualizar], el John Bull original estaba en exhibición estática en el Museo Nacional de Historia Estadounidense en Washington, DC ^[31] La réplica se conserva en el Museo del Ferrocarril de Pensilvania . ^[32]

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El primer servicio ferroviario fuera del Reino Unido y Norteamérica se inauguró en 1829 en Francia entre Saint-Etienne y Lyon ; inicialmente se limitó a tracción animal y se convirtió en tracción a vapor a principios de 1831, utilizando locomotoras Seguin . La primera locomotora de vapor en servicio en Europa fuera de Francia se denominó The Elephant y el 5 de mayo de 1835 arrastró un tren en la primera línea de Bélgica, uniendo Malinas y Bruselas.

En Alemania, la primera locomotora de vapor en funcionamiento fue una locomotora de piñón y cremallera, similar a la Salamanca , diseñada por el pionero británico de las locomotoras John Blenkinsop . Construida en junio de 1816 por Johann Friedrich Krigar en la Fundición de Hierro Real de Berlín ( Königliche Eisengießerei zu Berlin), la locomotora circulaba por una vía circular en el patio de la fábrica. Fue la primera locomotora que se construyó en el continente europeo y el primer servicio de pasajeros propulsado por vapor; los curiosos podían viajar en los vagones adjuntos pagando una tarifa. Está retratada en una insignia de Año Nuevo de la Fundición Real fechada en 1816. Se construyó otra locomotora utilizando el mismo sistema en 1817. Se iban a utilizar en los ferrocarriles de foso en Königshütte y en Luisenthal en el Sarre (hoy parte de Völklingen ), pero ninguna pudo volver a funcionar después de ser desmantelada, trasladada y reensamblada. El 7 de diciembre de 1835, la Adler circuló por primera vez entre Núremberg y Fürth en el Ferrocarril Ludwig de Baviera . Era la locomotora número 118 de la fábrica de locomotoras de Robert Stephenson y estaba protegida por patente.

En Rusia, la primera locomotora de vapor fue construida en 1834 por los Cherepanov , sin embargo, sufrió por la falta de carbón en la zona y fue reemplazada por tracción a caballo después de que se talaran todos los bosques cercanos. El primer ferrocarril de vapor ruso Tsarskoye Selo comenzó a funcionar en 1837 con locomotoras compradas a Robert Stephenson and Company .

En 1837 empezó a funcionar en Austria el primer ferrocarril de vapor, el Ferrocarril del Norte del Emperador Fernando, entre Viena-Floridsdorf y Deutsch-Wagram . En Austria también circula la máquina de vapor más antigua del mundo que sigue funcionando: la GKB 671, construida en 1860, nunca ha sido retirada del servicio y todavía se utiliza para viajes especiales.

En 1838, la tercera locomotora de vapor construida en Alemania, la Saxonia , fue fabricada por la Maschinenbaufirma Übigau cerca de Dresde , construida por el profesor Johann Andreas Schubert . La primera locomotora diseñada independientemente en Alemania fue la Beuth , construida por August Borsig en 1841. La primera locomotora producida por Henschel-Werke en Kassel , la Drache , fue entregada en 1848.

Las primeras locomotoras de vapor que circularon en Italia fueron la Bayard y la Vesuvio , que circulaban por la línea Nápoles-Portici , en el Reino de las Dos Sicilias.

La primera línea ferroviaria sobre territorio suizo fue la línea Estrasburgo - Basilea , inaugurada en 1844. Tres años más tarde, en 1847, se inauguró la primera línea ferroviaria totalmente suiza, la Spanisch Brötli Bahn , de Zúrich a Baden.

La naturaleza árida del sur de Australia planteó desafíos distintivos para su red de locomoción a vapor inicial. La alta concentración de cloruro de magnesio en el agua de pozo ( agua de perforación ) utilizada en las calderas de las locomotoras en el Ferrocarril Transaustraliano causó problemas de mantenimiento graves y costosos. En ningún punto a lo largo de su ruta la línea cruza un curso de agua dulce permanente, por lo que se tuvo que depender del agua de perforación. No había disponible un tratamiento económico para el agua altamente mineralizada, y las calderas de las locomotoras duraban menos de una cuarta parte del tiempo normalmente esperado. ^[33] En los días de la locomoción a vapor, aproximadamente la mitad de la carga total del tren era agua para el motor. El operador de la línea, Commonwealth Railways , fue uno de los primeros en adoptar la locomotora diésel-eléctrica .

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La caldera pirotubular era una práctica habitual en las locomotoras de vapor. ^{[ ¿Por qué? ]} Aunque se evaluaron otros tipos de calderas, no se utilizaron ampliamente, a excepción de unas 1.000 locomotoras en Hungría que utilizaban la caldera acuotubular Brotan . ^{[ Cita requerida ]}

Una caldera consta de una caja de fuego donde se quema el combustible, un barril donde el agua se convierte en vapor y una caja de humo que se mantiene a una presión ligeramente inferior a la del exterior de la caja de fuego.

El combustible sólido, como madera, carbón o coque, se introduce en la cámara de combustión a través de una puerta por un bombero , sobre un conjunto de rejillas que sostienen el combustible en un lecho mientras se quema. La ceniza cae a través de la rejilla a un cenicero. Si se utiliza petróleo como combustible, se necesita una puerta para ajustar el flujo de aire, realizar el mantenimiento de la cámara de combustión y limpiar los inyectores de petróleo.

La caldera pirotubular tiene tubos internos que conectan la caja de fuego con la caja de humos a través de los cuales fluyen los gases de combustión transfiriendo calor al agua. Todos los tubos juntos proporcionan una gran área de contacto, llamada superficie de calentamiento del tubo, entre el gas y el agua en la caldera. El agua de la caldera rodea la caja de fuego para evitar que el metal se caliente demasiado. Esta es otra área donde el gas transfiere calor al agua y se llama superficie de calentamiento de la caja de fuego. La ceniza y el carbón se acumulan en la caja de humos a medida que el gas sube por la chimenea ( chimenea o chimenea en los EE. UU.) por el vapor de escape de los cilindros.

La presión en la caldera debe controlarse mediante un manómetro montado en la cabina. El conductor o el bombero pueden liberar manualmente la presión del vapor. Si la presión alcanza el límite de trabajo de diseño de la caldera, se abre automáticamente una válvula de seguridad para reducir la presión ^[34] y evitar un accidente catastrófico.

El vapor de escape de los cilindros del motor sale por una boquilla que apunta hacia la chimenea de la caja de humos. El vapor arrastra los gases de la caja de humos, lo que mantiene una presión más baja en la caja de humos que debajo de la rejilla de la cámara de combustión. Esta diferencia de presión hace que el aire fluya hacia arriba a través del lecho de carbón y mantiene el fuego encendido.

La búsqueda de una eficiencia térmica superior a la de una caldera pirotubular típica llevó a ingenieros como Nigel Gresley a considerar la caldera acuotubular . Aunque probó el concepto en la LNER Clase W1 , las dificultades durante el desarrollo superaron la voluntad de aumentar la eficiencia por esa vía.

El vapor generado en la caldera no sólo mueve la locomotora, sino que también se utiliza para hacer funcionar otros dispositivos como el silbato, el compresor de aire para los frenos, la bomba para reponer el agua en la caldera y el sistema de calefacción del vagón de pasajeros. La demanda constante de vapor requiere una reposición periódica del agua en la caldera. El agua se guarda en un tanque en el ténder de la locomotora o envuelve la caldera en el caso de una locomotora con tanque . Se requieren paradas periódicas para rellenar los tanques; una alternativa era una pala instalada debajo del ténder que recogía agua a medida que el tren pasaba sobre una bandeja de vía ubicada entre los rieles.

Mientras la locomotora produce vapor, la cantidad de agua en la caldera se controla constantemente observando el nivel del agua en un tubo transparente o visor. El funcionamiento eficiente y seguro de la caldera requiere mantener el nivel entre las líneas marcadas en el visor. Si el nivel del agua es demasiado alto, la producción de vapor disminuye, se pierde eficiencia y el agua se lleva con el vapor a los cilindros, lo que puede causar daños mecánicos. Más grave aún, si el nivel del agua baja demasiado, la lámina superior de la cámara de combustión queda expuesta. Sin agua sobre la lámina para transferir el calor de la combustión , se ablanda y falla, lo que permite que el vapor a alta presión ingrese a la cámara de combustión y a la cabina. El desarrollo del tapón fusible , un dispositivo sensible a la temperatura, aseguró una ventilación controlada del vapor en la cámara de combustión para advertir al bombero que agregara agua.

La acumulación de sarro en la caldera impide una transferencia adecuada de calor y la corrosión acaba degradando los materiales de la caldera hasta el punto de que es necesario reconstruirla o reemplazarla. El arranque de un motor grande puede requerir horas de calentamiento preliminar del agua de la caldera antes de que haya suficiente vapor disponible.

Aunque la caldera normalmente se coloca horizontalmente, para locomotoras diseñadas para trabajar en lugares con pendientes pronunciadas puede ser más apropiado considerar una caldera vertical o una montada de tal manera que la caldera permanezca horizontal pero las ruedas estén inclinadas para adaptarse a la pendiente de los rieles.

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El vapor generado en la caldera llena el espacio que hay por encima del agua en la caldera parcialmente llena. Su presión máxima de trabajo está limitada por válvulas de seguridad accionadas por resorte. Luego se recoge en un tubo perforado colocado por encima del nivel del agua o en una cúpula que a menudo alberga la válvula reguladora, o estrangulador, cuyo propósito es controlar la cantidad de vapor que sale de la caldera. Luego, el vapor viaja directamente a lo largo y por una tubería de vapor hasta la unidad del motor o puede pasar primero al cabezal húmedo de un sobrecalentador , cuya función es mejorar la eficiencia térmica y eliminar las gotas de agua suspendidas en el "vapor saturado", el estado en el que sale de la caldera. Al salir del sobrecalentador, el vapor sale del cabezal seco del sobrecalentador y pasa por una tubería de vapor, ingresando a los cofres de vapor adyacentes a los cilindros de un motor alternativo. Dentro de cada cofre de vapor hay una válvula deslizante que distribuye el vapor a través de puertos que conectan el cofre de vapor con los extremos del espacio del cilindro. La función de las válvulas es doble: la admisión de cada dosis nueva de vapor y la evacuación del vapor usado una vez que ha realizado su trabajo.

Los cilindros son de doble efecto, con vapor admitido a cada lado del pistón por turno. En una locomotora de dos cilindros, un cilindro está ubicado a cada lado del vehículo. Las manivelas están desfasadas 90°. Durante una rotación completa de la rueda motriz, el vapor proporciona cuatro golpes de potencia; cada cilindro recibe dos inyecciones de vapor por revolución. El primer golpe es hacia la parte delantera del pistón y el segundo golpe hacia la parte trasera del pistón; por lo tanto, dos golpes de trabajo. En consecuencia, dos entregas de vapor sobre cada cara del pistón en los dos cilindros generan una revolución completa de la rueda motriz. Cada pistón está unido al eje motriz en cada lado por una biela, y las ruedas motrices están conectadas entre sí por bielas de acoplamiento para transmitir potencia desde el impulsor principal a las otras ruedas. Tenga en cuenta que en los dos " puntos muertos ", cuando la biela está en el mismo eje que el muñón de la manivela en la rueda motriz, la biela no aplica par a la rueda. Por lo tanto, si ambos platos y bielas pudieran estar en el "punto muerto" al mismo tiempo y las ruedas se detuvieran en esta posición, la locomotora no podría empezar a moverse. Por lo tanto, los muñones de cigüeñal están unidos a las ruedas en un ángulo de 90° entre sí, de modo que solo un lado puede estar en el punto muerto a la vez.

Cada pistón transmite potencia a través de una cruceta , biela ( Main rod en EE. UU.) y un muñón de cigüeñal en la rueda motriz ( Main driver en EE. UU.) o a una manivela en un eje motriz. El movimiento de las válvulas en la caja de vapor se controla a través de un conjunto de varillas y varillajes llamados engranaje de válvulas , accionados desde el eje motriz o desde el muñón de cigüeñal; el engranaje de válvulas incluye dispositivos que permiten invertir el motor, ajustar el recorrido de la válvula y la sincronización de los eventos de admisión y escape. El punto de corte determina el momento en que la válvula bloquea un puerto de vapor, "cortando" el vapor de admisión y determinando así la proporción de la carrera durante la cual se admite vapor en el cilindro; por ejemplo, un corte del 50% admite vapor durante la mitad de la carrera del pistón. El resto de la carrera es impulsado por la fuerza expansiva del vapor. El uso cuidadoso del corte proporciona un uso económico del vapor y, a su vez, reduce el consumo de combustible y agua. La palanca de inversión ( barra Johnson en los EE. UU.), o inversor de tornillo (si está equipado), que controla el corte, por lo tanto, realiza una función similar a una palanca de cambios en un automóvil: el corte máximo, que proporciona el máximo esfuerzo de tracción a expensas de la eficiencia, se utiliza para arrancar desde parado, mientras que un corte tan bajo como el 10% se utiliza cuando se conduce a velocidad crucero, lo que proporciona un esfuerzo de tracción reducido y, por lo tanto, un menor consumo de combustible y agua. ^[35]

El vapor de escape se dirige hacia arriba fuera de la locomotora a través de la chimenea, mediante una boquilla llamada tubo de escape , creando el familiar sonido de "resoplado" de la locomotora de vapor. El tubo de escape está colocado en un punto estratégico dentro de la caja de humos que al mismo tiempo es atravesado por los gases de combustión aspirados a través de la caldera y la parrilla por la acción del chorro de vapor. La combinación de las dos corrientes, vapor y gases de escape, es crucial para la eficiencia de cualquier locomotora de vapor, y los perfiles internos de la chimenea (o, estrictamente hablando, el eyector ) requieren un diseño y ajuste cuidadosos. Esto ha sido objeto de estudios intensivos por parte de varios ingenieros (y a menudo ignorado por otros, a veces con consecuencias catastróficas). El hecho de que el tiro dependa de la presión de escape significa que el suministro de energía y la generación de energía se ajustan automáticamente. Entre otras cosas, se debe lograr un equilibrio entre obtener suficiente tiro para la combustión y dar a los gases de escape y las partículas el tiempo suficiente para ser consumidos. En el pasado, una fuerte corriente de aire podía levantar el fuego de la parrilla o provocar la expulsión de partículas no quemadas de combustible, suciedad y contaminación por las que las locomotoras de vapor tenían una reputación poco envidiable. Además, la acción de bombeo del escape tiene el efecto contrario de ejercer contrapresión en el lado del pistón que recibe vapor, reduciendo así ligeramente la potencia del cilindro. El diseño del eyector de escape se convirtió en una ciencia específica, con ingenieros como Chapelon , Giesl y Porta que realizaron grandes mejoras en la eficiencia térmica y una reducción significativa en el tiempo de mantenimiento ^[36] y la contaminación. ^{[37] Algunos de los primeros fabricantes} de tractores de gasolina/queroseno ( Advance-Rumely / Hart-Parr ) utilizaron un sistema similar : el volumen de gases de escape se ventilaba a través de una torre de enfriamiento, lo que permitía que el escape de vapor atrajera más aire más allá del radiador.

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El tren de rodaje incluye el mecanismo de freno, los juegos de ruedas , las cajas de grasa , los resortes y el movimiento que incluye las bielas y el mecanismo de válvulas. La transmisión de la potencia de los pistones a los rieles y el comportamiento de la locomotora como vehículo, siendo capaz de sortear curvas, puntos e irregularidades en la vía, es de suma importancia. Debido a que la potencia recíproca tiene que aplicarse directamente al riel desde 0 rpm en adelante, esto crea el problema de la adherencia de las ruedas motrices a la superficie lisa del riel. El peso adhesivo es la parte del peso de la locomotora que se apoya sobre las ruedas motrices. Esto se hace más efectivo si un par de ruedas motrices puede aprovechar al máximo su carga por eje, es decir, su parte individual del peso adhesivo. Las vigas de igualación que conectan los extremos de las ballestas a menudo se han considerado una complicación en Gran Bretaña, sin embargo, las locomotoras equipadas con las vigas generalmente han sido menos propensas a la pérdida de tracción debido al deslizamiento de las ruedas. La suspensión mediante palancas de igualación entre los ejes motrices y entre los ejes motrices y los bogies era una práctica estándar en las locomotoras de América del Norte para mantener cargas uniformes en las ruedas cuando operaban en vías irregulares.

Las locomotoras con adherencia total, donde todas las ruedas están acopladas entre sí, generalmente carecen de estabilidad a alta velocidad. Para contrarrestar esto, las locomotoras a menudo equipan ruedas de soporte sin motor montadas en bogies de dos ruedas o de cuatro ruedas centrados por resortes/balancines invertidos/rodillos dentados que ayudan a guiar la locomotora a través de las curvas. Estos suelen soportar peso (de los cilindros en la parte delantera o de la caja de fuego en la parte trasera) cuando el ancho excede el de los bastidores principales. Las locomotoras con múltiples ruedas acopladas en un chasis rígido tendrían fuerzas de pestaña inaceptables en curvas cerradas que darían lugar a un desgaste excesivo de la pestaña y del riel, a la separación de la vía y a descarrilamientos por ascenso de las ruedas. Una solución era eliminar o adelgazar las pestañas de un eje. Más común era dar juego final a los ejes y utilizar un control de movimiento lateral con resortes o dispositivos de gravedad de plano inclinado.

Los ferrocarriles generalmente preferían locomotoras con menos ejes, para reducir los costos de mantenimiento. La cantidad de ejes necesarios estaba determinada por la carga máxima por eje del ferrocarril en cuestión. Un constructor normalmente añadía ejes hasta que el peso máximo en cualquier eje fuera aceptable para la carga máxima por eje del ferrocarril. Una locomotora con una disposición de ruedas de dos ejes de guía, dos ejes motrices y un eje de arrastre era una máquina de alta velocidad. Se necesitaban dos ejes de guía para tener un buen seguimiento a altas velocidades. Dos ejes motrices tenían una masa recíproca menor que tres, cuatro, cinco o seis ejes acoplados. Por lo tanto, podían girar a velocidades muy altas debido a la menor masa recíproca. Un eje de arrastre podía soportar una enorme caja de fuego, por lo que la mayoría de las locomotoras con la disposición de ruedas de 4-4-2 (American Type Atlantic) se llamaban locomotoras de vapor libre y podían mantener la presión de vapor independientemente del ajuste del acelerador.

El chasis, o bastidor de la locomotora , es la estructura principal sobre la que se monta la caldera y que incorpora los distintos elementos del tren de rodaje. La caldera está montada rígidamente sobre una "montura" debajo de la caja de humos y delante del cuerpo de la caldera, pero la caja de fuego de la parte trasera puede deslizarse hacia delante y hacia atrás para permitir la expansión cuando está caliente.

Las locomotoras europeas suelen utilizar "bastidores de placas", en los que dos placas planas verticales forman el chasis principal, con una variedad de espaciadores y una viga amortiguadora en cada extremo para formar una estructura rígida. Cuando se montan cilindros interiores entre los bastidores, los bastidores de placas son una única pieza fundida de gran tamaño que forma un elemento de soporte principal. Las cajas de grasa se deslizan hacia arriba y hacia abajo para proporcionar cierta suspensión elástica, contra unas nervaduras engrosadas unidas al bastidor, llamadas "bloques de bocina". ^[38]

Durante muchos años, la práctica americana fue utilizar bastidores de barras armadas, con la estructura de cilindros/sillín de la caja de humos y la viga de arrastre integrada en ellos. En la década de 1920, con la introducción de la "superpotencia", la bancada de locomotora de acero fundido se convirtió en la norma, incorporando bastidores, suspensiones de muelles, soportes de movimiento, asiento de la caja de humos y bloques de cilindros en una única pieza de fundición compleja, robusta pero pesada. Un estudio de diseño de la SNCF que utilizó bastidores tubulares soldados dio como resultado un bastidor rígido con una reducción de peso del 30%. ^[39]

Generalmente, las locomotoras más grandes están acopladas permanentemente a un ténder que transporta el agua y el combustible. A menudo, las locomotoras que trabajan distancias más cortas no tienen ténder y transportan el combustible en un búnker, mientras que el agua se transporta en tanques colocados junto a la caldera. Los tanques pueden tener varias configuraciones, incluidos dos tanques a lo largo ( tanques laterales o tanques de pannier ), uno en la parte superior ( tanque de silla ) o uno entre los bastidores ( tanque de pozo ).

El combustible utilizado dependía de lo que estuviera económicamente disponible para el ferrocarril. En el Reino Unido y otras partes de Europa, los abundantes suministros de carbón hicieron que esta fuera la opción obvia desde los primeros días de la máquina de vapor. Hasta 1870, ^[40] la mayoría de las locomotoras en los Estados Unidos quemaban madera, pero a medida que se talaron los bosques del este, el carbón se fue utilizando cada vez más hasta convertirse en el combustible dominante en todo el mundo en las locomotoras de vapor. Los ferrocarriles que servían a las operaciones de cultivo de caña de azúcar quemaban bagazo , un subproducto de la refinación del azúcar. En los EE. UU., la fácil disponibilidad y el bajo precio del petróleo lo convirtieron en un combustible popular para locomotoras de vapor después de 1900 para los ferrocarriles del suroeste, particularmente el Southern Pacific. En el estado australiano de Victoria, muchas locomotoras de vapor se convirtieron a combustible de petróleo pesado después de la Segunda Guerra Mundial. Los ferrocarriles alemanes, rusos, australianos y británicos experimentaron con el uso de polvo de carbón para encender locomotoras.

Durante la Segunda Guerra Mundial, varias locomotoras de vapor suizas de maniobras fueron modificadas para utilizar calderas calentadas eléctricamente, consumiendo alrededor de 480 kW de energía recolectada de una línea aérea con un pantógrafo . Estas locomotoras eran significativamente menos eficientes que las eléctricas ; se utilizaron porque Suiza sufría una escasez de carbón debido a la guerra, pero tenía acceso a abundante energía hidroeléctrica . ^[41]

Varias líneas turísticas y locomotoras históricas de Suiza, Argentina y Australia han utilizado aceite diésel ligero. ^[42]

El agua se suministraba en los lugares de parada y en los depósitos de locomotoras desde una torre de agua dedicada conectada a grúas hidráulicas o pórticos. En el Reino Unido, los EE. UU. y Francia, se instalaron canales de agua ( bandejas de vía en los EE. UU.) en algunas líneas principales para permitir que las locomotoras reabastezcan su suministro de agua sin detenerse, a partir del agua de lluvia o del deshielo que llenaba el canal debido a las inclemencias del tiempo. Esto se logró utilizando una "pala de agua" desplegable instalada debajo del ténder o del tanque de agua trasero en el caso de una locomotora de tanque grande; el fogonero bajaba remotamente la pala dentro del canal, la velocidad de la locomotora hacía subir el agua al tanque y la pala se levantaba nuevamente una vez que estaba llena.

El agua es esencial para el funcionamiento de una locomotora de vapor. Como afirmaba Swengel:

Tiene el calor específico más alto de todas las sustancias comunes; es decir, se almacena más energía térmica al calentar agua a una temperatura determinada que la que se almacenaría al calentar una masa igual de acero o cobre a la misma temperatura. Además, la propiedad de vaporizarse (formar vapor) almacena energía adicional sin aumentar la temperatura… el agua es un medio muy satisfactorio para convertir la energía térmica del combustible en energía mecánica. ^[43]

Swengel continuó señalando que "a baja temperatura y con rendimientos de caldera relativamente bajos", el agua de buena calidad y el lavado regular de la caldera eran una práctica aceptable, aunque dicho mantenimiento fuera alto. Sin embargo, a medida que aumentaban las presiones de vapor, se desarrollaba un problema de "formación de espuma" o "cebado" en la caldera, en el que los sólidos disueltos en el agua formaban "burbujas de piel dura" dentro de la caldera, que a su vez eran transportadas a las tuberías de vapor y podían volar las culatas. Para superar el problema, se desperdiciaba deliberadamente (se purgaba) agua caliente concentrada en minerales de la caldera periódicamente. Las presiones de vapor más altas requerían una mayor purga de agua fuera de la caldera. El oxígeno generado por el agua hirviendo ataca la caldera y, con una mayor presión de vapor, aumenta la tasa de óxido (óxido de hierro) generado dentro de la caldera. Una forma de ayudar a superar el problema era el tratamiento del agua. Swengel sugirió que estos problemas contribuyeron al interés en la electrificación de los ferrocarriles. ^[43]

En la década de 1970, LD Porta desarrolló un sofisticado sistema de tratamiento químico de agua de alta resistencia (Porta Treatment) que no solo mantiene limpio el interior de la caldera y evita la corrosión, sino que modifica la espuma de tal manera que forma una "manta" compacta sobre la superficie del agua que filtra el vapor a medida que se produce, manteniéndolo puro y evitando el arrastre a los cilindros de agua y materia abrasiva suspendida. ^{[44] [45]}

Algunas locomotoras de vapor han funcionado con combustibles alternativos , como aceite de cocina usado , como Grand Canyon Railway 4960 , Grand Canyon Railway 29 , US Sugar 148 y las locomotoras de Disneyland Railroad . ^{[46] [47] [48] [49] [50] [51] [52]}

Una locomotora de vapor normalmente se controla desde la parte trasera de la caldera , y la tripulación suele estar protegida de los elementos por una cabina. Normalmente se requiere una tripulación de al menos dos personas para operar una locomotora de vapor. Una, el conductor del tren o ingeniero (América del Norte) , es responsable de controlar el arranque, la parada y la velocidad de la locomotora, y el fogonero es responsable de mantener el fuego, regular la presión del vapor y monitorear los niveles de agua de la caldera y del ténder. Debido a la pérdida histórica de infraestructura operativa y personal, las locomotoras de vapor preservadas que operan en la línea principal a menudo tendrán una tripulación de apoyo que viaja con el tren.

Todas las locomotoras están equipadas con una variedad de dispositivos. Algunos de ellos están relacionados directamente con el funcionamiento de la máquina de vapor; otros son para señalización, control del tren u otros fines. En los Estados Unidos, la Administración Federal de Ferrocarriles ordenó el uso de ciertos dispositivos a lo largo de los años como respuesta a preocupaciones de seguridad. Los dispositivos más típicos son los siguientes:

El agua ( agua de alimentación ) debe suministrarse a la caldera para reemplazar la que se agota en forma de vapor después de entregar una carrera de trabajo a los pistones. Como la caldera está bajo presión durante el funcionamiento, el agua de alimentación debe introducirse en la caldera a una presión mayor que la presión del vapor, lo que requiere el uso de algún tipo de bomba. Las bombas operadas manualmente fueron suficientes para las primeras locomotoras. Los motores posteriores utilizaron bombas impulsadas por el movimiento de los pistones (bombas de eje), que eran fáciles de operar, confiables y podían manejar grandes cantidades de agua, pero solo funcionaban cuando la locomotora estaba en movimiento y podían sobrecargar el mecanismo de válvulas y las varillas de los pistones a altas velocidades. Los inyectores de vapor luego reemplazaron a la bomba, mientras que algunos motores hicieron la transición a turbobombas . La práctica estándar evolucionó para usar dos sistemas independientes para alimentar agua a la caldera; ya sea dos inyectores de vapor o, en diseños más conservadores, bombas de eje cuando funciona a la velocidad de servicio y un inyector de vapor para llenar la caldera cuando está estacionaria o a bajas velocidades. En el siglo XX, prácticamente todas las locomotoras de nueva construcción utilizaban únicamente inyectores de vapor: a menudo, uno de los inyectores se alimentaba con vapor "vivo" directamente de la propia caldera y el otro utilizaba el vapor de escape de los cilindros de la locomotora, que era más eficiente (ya que aprovechaba el vapor que de otro modo se desperdiciaría), pero que solo se podía utilizar cuando la locomotora estaba en movimiento y el regulador estaba abierto. Los inyectores dejaban de ser fiables si el agua de alimentación estaba a alta temperatura, por lo que las locomotoras con calentadores de agua de alimentación, las locomotoras con tanques en contacto con la caldera y las locomotoras de condensación a veces utilizaban bombas de vapor alternativas o turbobombas.

Los tubos de vidrio verticales, conocidos como medidores de agua o vasos de agua, muestran el nivel de agua en la caldera y se controlan cuidadosamente en todo momento mientras la caldera está en funcionamiento. Antes de la década de 1870, era más común tener una serie de grifos de prueba instalados en la caldera al alcance de la tripulación; cada grifo de prueba (al menos dos y, por lo general, tres) estaba montado a un nivel diferente. Al abrir cada grifo de prueba y ver si salía vapor o agua a través de él, se podía estimar el nivel de agua en la caldera con una precisión limitada. A medida que aumentaban las presiones de la caldera, el uso de grifos de prueba se volvió cada vez más peligroso y las válvulas eran propensas a bloquearse con sarro o sedimentos, lo que daba lecturas falsas. Esto llevó a su reemplazo por el visor. Al igual que con los inyectores, generalmente se instalaban dos vidrios con accesorios separados para proporcionar lecturas independientes.

El término para el aislamiento de tuberías y calderas es "aislamiento térmico" ^[53] , que deriva del término del tonelero para una duela de barril de madera . ^[54] Dos de las primeras locomotoras de vapor usaban revestimiento térmico de madera para aislar sus calderas: la Salamanca , la primera locomotora de vapor comercialmente exitosa, construida en 1812, ^[4] y la Locomotion No. 1 , la primera locomotora de vapor que transportó pasajeros en una línea ferroviaria pública. Se desperdician grandes cantidades de calor si una caldera no está aislada. Las primeras locomotoras usaban revestimientos térmicos, duelas de madera moldeadas, colocadas longitudinalmente a lo largo del barril de la caldera y sujetadas en su lugar mediante aros, bandas de metal, los términos y métodos son de la tonelería .

Los métodos de aislamiento mejorados incluían la aplicación de una pasta espesa que contenía un mineral poroso como el kieselgur , o la fijación de bloques moldeados de compuesto aislante como bloques de magnesia . ^[55] En los últimos días del vapor, se fijaban a la caldera "colchones" de tela de amianto cosida y rellena de fibra de amianto, sobre separadores para que no tocaran la caldera. Sin embargo, actualmente el amianto está prohibido en la mayoría de los países por razones de salud. El material moderno más común es la lana de vidrio o los envoltorios de papel de aluminio. ^{[ cita requerida ]}

El revestimiento está protegido por una carcasa de chapa metálica ajustada herméticamente ^[56], conocida como revestimiento de caldera o revestimiento.

Un aislamiento térmico eficaz es especialmente importante para las locomotoras sin llama ; sin embargo, en los últimos tiempos, bajo la influencia de LD Porta, se ha practicado un aislamiento "exagerado" para todo tipo de locomotoras en todas las superficies propensas a disipar calor, como los extremos de los cilindros y los revestimientos entre los cilindros y los bastidores principales. Esto reduce considerablemente el tiempo de calentamiento del motor con un marcado aumento de la eficiencia general.

Las primeras locomotoras estaban equipadas con una válvula controlada por un peso suspendido del extremo de una palanca, y la salida de vapor se interrumpía mediante una válvula cónica. Como no había nada que impidiera que la palanca con peso rebotara cuando la locomotora pasaba por irregularidades en la vía, desperdiciando así vapor, el peso fue reemplazado más tarde por una columna accionada por resorte más estable, a menudo suministrada por Salter, un conocido fabricante de básculas de resorte . El peligro de estos dispositivos era que la tripulación de conducción podía verse tentada a añadir peso al brazo para aumentar la presión. La mayoría de las primeras calderas estaban equipadas con una válvula de bola de carga directa con "bloqueo" a prueba de manipulaciones protegida por una cubierta. A finales de la década de 1850, John Ramsbottom introdujo una válvula de seguridad que se hizo popular en Gran Bretaña durante la última parte del siglo XIX. Esta válvula no solo era a prueba de manipulaciones, sino que la manipulación por parte del conductor solo podía tener el efecto de aliviar la presión. La válvula de seguridad de George Richardson fue una invención estadounidense introducida en 1875, ^[57] y fue diseñada para liberar el vapor solo en el momento en que la presión alcanzaba el máximo permitido. Este tipo de válvula se usa casi universalmente en la actualidad. La Great Western Railway de Gran Bretaña fue una notable excepción a esta regla, ya que mantuvo el tipo de carga directa hasta el final de su existencia independiente, porque se consideró que una válvula de este tipo perdía menos presión entre la apertura y el cierre.

Las primeras locomotoras no mostraban la presión del vapor en la caldera, pero era posible estimarla por la posición del brazo de la válvula de seguridad que a menudo se extendía sobre la placa posterior de la caja de fuego; las gradaciones marcadas en la columna del resorte daban una indicación aproximada de la presión real. Los promotores de las pruebas de Rainhill insistieron en que cada contendiente tuviera un mecanismo adecuado para leer la presión de la caldera, y Stephenson ideó un tubo vertical de mercurio de nueve pies con una mirilla en la parte superior, montado junto a la chimenea, para su Rocket . El manómetro de tubo Bourdon , en el que la presión endereza un tubo enrollado de sección ovalada de latón o bronce conectado a un puntero, se introdujo en 1849 y rápidamente ganó aceptación, y todavía se usa hoy. ^[58] Algunas locomotoras tienen un manómetro adicional en la caja de vapor. Esto ayuda al conductor a evitar el deslizamiento de las ruedas al arrancar, al advertir si la apertura del regulador es demasiado grande.

Parachispas y caja de humo autolimpiante

Las estufas de leña emiten grandes cantidades de chispas que requieren un dispositivo de supresión de chispas eficaz, generalmente alojado en la chimenea. Se instalaron muchos tipos diferentes, ^[59] siendo el tipo más común en sus inicios la chimenea Bonnet, que incorporaba un deflector en forma de cono colocado delante de la boca del tubo de la chimenea y una pantalla de alambre que cubría la amplia salida de la chimenea. Un diseño más eficiente fue la chimenea centrífuga de Radley y Hunter patentada en 1850 (comúnmente conocida como chimenea de diamante), que incorporaba deflectores orientados de manera que indujeran un efecto de remolino en la cámara que alentaba a las brasas a quemarse y caer al fondo en forma de ceniza. En la caja de humo autolimpiable se logró el efecto opuesto: al permitir que los gases de combustión golpearan una serie de placas deflectoras, inclinadas de tal manera que no se afectara la explosión, las partículas más grandes se rompían en pedazos pequeños que serían expulsados ​​con la explosión, en lugar de depositarse en el fondo de la caja de humo para ser retirados a mano al final del recorrido. Al igual que con el pararrayos, se incorporó una pantalla para retener las brasas de gran tamaño. ^[60]

Las locomotoras de las clases estándar de los Ferrocarriles Británicos equipadas con cajas de humos autolimpiables se identificaban mediante una pequeña placa ovalada de fundición con la inscripción "SC", colocada en la parte inferior de la puerta de la caja de humos. Estas locomotoras requerían procedimientos de eliminación diferentes y la placa destacaba esta necesidad para el personal del depósito.

Un factor que limita el rendimiento de las locomotoras es la velocidad a la que se introduce el combustible en el fuego. A principios del siglo XX, algunas locomotoras llegaron a ser tan grandes que el fogonero no podía palear el carbón con la suficiente rapidez. ^[56] En los Estados Unidos, varios alimentadores mecánicos a vapor se convirtieron en equipos estándar y se adoptaron y utilizaron en otros lugares, incluidos Australia y Sudáfrica.

La introducción de agua fría en una caldera reduce la potencia y, a partir de la década de 1920, se incorporaron diversos tipos de calentadores . El tipo más común para las locomotoras era el calentador de agua de alimentación de vapor de escape, que enviaba parte del escape a través de pequeños tanques montados en la parte superior de la caldera o la caja de humos o al tanque del ténder; el agua caliente tenía que ser suministrada a la caldera mediante una pequeña bomba de vapor auxiliar. El tipo economizador, poco común, se diferenciaba en que extraía el calor residual de los gases de escape. Un ejemplo de esto es el tambor o tambores de precalentamiento que se encuentran en la caldera Franco-Crosti .

El uso de inyectores de vapor vivo y de vapor de escape también ayuda en el precalentamiento del agua de alimentación de la caldera en un pequeño grado, aunque no hay ninguna ventaja de eficiencia para los inyectores de vapor vivo. Este precalentamiento también reduce el choque térmico que una caldera puede experimentar cuando se introduce agua fría directamente. Esto se ve ayudado aún más por la alimentación superior, donde el agua se introduce en la parte más alta de la caldera y se hace que gotee sobre una serie de bandejas. George Jackson Churchward instaló este dispositivo en el extremo superior de sus calderas cónicas sin cúpula. Otras líneas británicas como el London, Brighton & South Coast Railway instalaron algunas locomotoras con la alimentación superior dentro de una cúpula separada delante de la principal.

Las locomotoras de vapor consumen grandes cantidades de agua porque funcionan en un ciclo abierto, expulsando su vapor inmediatamente después de un solo uso en lugar de reciclarlo en un circuito cerrado como lo hacen las máquinas de vapor estacionarias y marinas . El agua era un problema logístico constante, y las máquinas de condensación se idearon para su uso en áreas desérticas. Estas máquinas tenían enormes radiadores en sus ténderes y, en lugar de expulsar el vapor del embudo, lo capturaban, lo devolvían al ténder y lo condensaban. El aceite lubricante de los cilindros se eliminaba del vapor extraído para evitar un fenómeno conocido como cebado, una condición causada por la formación de espuma en la caldera que permitiría que el agua se transportara a los cilindros y causara daños debido a su incompresibilidad. Las máquinas más notables que empleaban condensadores (Clase 25, las "bombas que nunca exhalan" ^[61] ) funcionaron en el desierto Karoo de Sudáfrica desde la década de 1950 hasta la de 1980.

Algunas locomotoras británicas y estadounidenses estaban equipadas con palas que recogían agua de los "canales de agua" ( bandejas de vía en los EE. UU.) mientras estaban en movimiento, evitando así las paradas para beber agua. En los EE. UU., las comunidades pequeñas a menudo no tenían instalaciones para rellenar. Durante los primeros días del ferrocarril, la tripulación simplemente se detenía junto a un arroyo y llenaba el ténder con baldes de cuero. Esto se conocía como "jerking water" y dio lugar al término "jerkwater towns" (que significa "pueblo pequeño", un término que hoy se considera despectivo). ^[62] En Australia y Sudáfrica, las locomotoras en regiones más secas operaban con ténderes de gran tamaño y algunas incluso tenían un vagón de agua adicional, a veces llamado "cantina" o en Australia (particularmente en Nueva Gales del Sur) "desmotadora de agua".

Las locomotoras de vapor que circulaban en los ferrocarriles subterráneos (como el Metropolitan Railway de Londres ) estaban equipadas con un aparato condensador para evitar que el vapor se escapara hacia los túneles ferroviarios. Estos aparatos siguieron utilizándose entre King's Cross y Moorgate hasta principios de los años 1960.

Las locomotoras de vapor suelen tener su propio sistema de frenado, independiente del resto del tren. Los frenos de las locomotoras emplean zapatas de gran tamaño que presionan contra las bandas de rodadura de las ruedas motrices. Pueden ser frenos neumáticos o frenos de vapor . Además, casi siempre tienen un freno de mano para mantener la locomotora parada cuando no hay presión de vapor para alimentar los otros sistemas de frenado.

Debido a la limitada fuerza de frenado que proporcionaban los frenos exclusivos de las locomotoras, muchas locomotoras de vapor estaban equipadas con un freno de tren. Estos venían en dos variedades principales: frenos de aire y frenos de vacío . Estos permitían al conductor controlar los frenos de todos los vagones del tren.

Los frenos de aire, inventados por George Westinghouse , utilizan un compresor de aire impulsado por vapor montado en el costado de la caldera para crear el aire comprimido necesario para alimentar el sistema de frenos. ^[63] Los frenos de aire eran la forma predominante de frenado de trenes en la mayoría de los países durante la era del vapor.

El principal competidor del freno de aire fue el freno de vacío , en el que se monta un eyector accionado por vapor en el motor en lugar de la bomba de aire, para crear el vacío necesario para accionar el sistema de frenos. Se utiliza un eyector secundario o una bomba de vacío de cruceta para mantener el vacío en el sistema contra las pequeñas fugas en las conexiones de tuberías entre los vagones y los vagones. Los frenos de vacío fueron la forma predominante de frenado de trenes en el Reino Unido y los países que adoptaron sus prácticas, como India y Sudáfrica , durante la era del vapor.

Las locomotoras de vapor están equipadas con areneros desde los que se puede depositar arena sobre el raíl para mejorar la tracción y el frenado en condiciones meteorológicas húmedas o heladas. En las locomotoras estadounidenses, los areneros, o domos de arena, suelen estar montados sobre la caldera. En Gran Bretaña, el limitado gálibo de carga lo impide, por lo que los areneros se montan justo encima o debajo de la placa de rodadura.

Los pistones y las válvulas de las primeras locomotoras se lubricaban con un trozo de sebo que los maquinistas dejaban caer por el tubo de escape . Pronto se desarrollaron métodos más sofisticados para suministrar la sustancia. El sebo se adhiere bien a las paredes de los cilindros y es más eficaz que el aceite mineral para resistir la acción del agua. Sigue siendo un componente de la formulación moderna de aceite para cilindros de vapor. ^{[64] [65] [66]}

A medida que aumentaron las velocidades y las distancias, se desarrollaron mecanismos que inyectaban aceite mineral espeso en el suministro de vapor. El primero, un lubricador de desplazamiento , montado en la cabina, utiliza una corriente controlada de vapor que se condensa en un recipiente sellado de aceite. El agua del vapor condensado desplaza el aceite hacia las tuberías. El aparato suele estar equipado con mirillas para confirmar la velocidad de suministro. Un método posterior utiliza una bomba mecánica que funciona desde una de las crucetas . En ambos casos, el suministro de aceite es proporcional a la velocidad de la locomotora.

La lubricación de los componentes del bastidor (cojinetes de los ejes, bloques de bocina y pivotes de bogies) depende de la acción capilar : los recortes de hilo peinado se arrastran desde los depósitos de aceite hacia las tuberías que conducen al componente respectivo. ^[67] La ​​tasa de aceite suministrado está controlada por el tamaño del haz de hilo y no por la velocidad de la locomotora, por lo que es necesario quitar los recortes (que están montados en un cable) cuando está parada. Sin embargo, en paradas regulares (como el andén de una estación terminal), el aceite que llega a la vía todavía puede ser un problema.

Los cojinetes de la biela y de la cruceta llevan pequeños depósitos en forma de copa para el aceite. Estos tienen tuberías de alimentación hacia la superficie del cojinete que comienzan por encima del nivel de llenado normal, o se mantienen cerrados mediante un pasador de ajuste flojo, de modo que solo cuando la locomotora está en movimiento entra el aceite. En la práctica del Reino Unido, las copas se cierran con corchos simples, pero estos tienen un trozo de caña porosa empujado a través de ellos para admitir el aire. Es habitual incorporar una pequeña cápsula de aceite picante (anís o ajo) en el metal del cojinete para advertir si falla la lubricación y se produce un calentamiento excesivo o desgaste. ^[68]

Cuando la locomotora está funcionando a motor, el vapor de escape que sube por la chimenea a través del tubo de descarga crea una corriente de aire sobre el fuego. Sin corriente de aire, el fuego se apagará rápidamente y la presión del vapor disminuirá. Cuando la locomotora está parada o en marcha por inercia con el regulador cerrado, no hay vapor de escape que genere una corriente de aire, por lo que la corriente de aire se mantiene mediante un ventilador. Se trata de un anillo colocado alrededor de la base de la chimenea o alrededor del orificio del tubo de descarga, que contiene varias boquillas de vapor pequeñas que suben por la chimenea. Estas boquillas se alimentan con vapor directamente de la caldera, controlado por la válvula del ventilador. Cuando el regulador está abierto, la válvula del ventilador está cerrada; cuando el conductor tiene la intención de cerrar el regulador, primero abrirá la válvula del ventilador. Es importante abrir el ventilador antes de cerrar el regulador, ya que sin corriente de aire en el fuego, puede producirse una corriente de aire invertida , en la que el aire atmosférico sopla por la chimenea, provocando que el flujo de gases calientes a través de los tubos de la caldera se invierta, y el fuego mismo sea expulsado a través del orificio de combustión hacia la plataforma de apoyo, con graves consecuencias para la tripulación. El riesgo de corriente de aire invertida es mayor cuando la locomotora entra en un túnel debido al choque de presión. El ventilador también se utiliza para crear corriente de aire cuando se aumenta el vapor al comienzo del servicio de la locomotora, en cualquier momento en que el conductor necesita aumentar la corriente de aire en el fuego y para despejar el humo de su campo de visión. ^[69]

Los retrocesos eran bastante comunes. En un informe de 1955 sobre un accidente cerca de Dunstable , el inspector escribió: "En 1953 se informaron veintitrés casos, que no fueron causados ​​por un defecto del motor, y resultaron en 26 maquinistas heridos. En 1954, el número de incidencias y de heridos fue el mismo y también hubo una víctima mortal". ^[70] Siguen siendo un problema, como lo demuestra el incidente de 2012 con el BR Standard Class 7 70013 Oliver Cromwell .

En la práctica británica y europea (excepto en los países de la ex Unión Soviética), las locomotoras suelen tener topes en cada extremo para absorber las cargas de compresión ("topes" ^[71] ). La carga de tracción del tren (fuerza de tiro) es soportada por el sistema de acoplamiento . Juntos, estos controlan la holgura entre la locomotora y el tren, absorben impactos menores y proporcionan un punto de apoyo para los movimientos de empuje.

En la práctica canadiense y estadounidense, todas las fuerzas entre la locomotora y los vagones se manejan a través del acoplador, en particular el acoplador Janney , estándar desde hace mucho tiempo en el material rodante ferroviario estadounidense, y su mecanismo de tiro asociado , que permite un movimiento de holgura limitado. Pequeños hoyuelos llamados "bolsillos para postes" en las esquinas delanteras y traseras de la locomotora permitían empujar los vagones hacia una vía adyacente utilizando un poste apuntalado entre la locomotora y los vagones. ^[72] En Gran Bretaña y Europa, los acopladores "buckeye" de estilo norteamericano y otros que manejan fuerzas entre elementos del material rodante se han vuelto cada vez más populares.

Por lo general, se fijaba un piloto en la parte delantera de las locomotoras, aunque en Europa y en algunos otros sistemas ferroviarios, incluido Nueva Gales del Sur , se consideraban innecesarios. Tenían forma de arado, a veces llamados "atrapadores de vacas", eran bastante grandes y estaban diseñados para eliminar obstáculos de la vía, como ganado, bisontes, otros animales o ramas de árboles. Aunque no podían "atrapar" ganado extraviado, estos elementos distintivos permanecieron en las locomotoras hasta el final de la era del vapor. Las locomotoras de maniobras generalmente reemplazaban el piloto por pequeños escalones, conocidos como estribos . Muchos sistemas usaban el piloto y otras características de diseño para producir una apariencia distintiva.

Cuando comenzaron las operaciones nocturnas, las compañías ferroviarias de algunos países equiparon sus locomotoras con luces para que el conductor pudiera ver lo que había delante del tren o para que otros pudieran ver la locomotora. Los faros delanteros eran originalmente lámparas de aceite o acetileno, pero cuando las lámparas de arco eléctrico estuvieron disponibles a fines de la década de 1880, rápidamente reemplazaron a los tipos más antiguos.

Gran Bretaña no adoptó los faros brillantes, ya que afectarían la visión nocturna y podrían enmascarar las lámparas de aceite de baja intensidad utilizadas en las señales de los semáforos y en cada extremo de los trenes, lo que aumentaba el peligro de perder señales, especialmente en vías con mucho tráfico. Las distancias de frenado de las locomotoras también eran normalmente mucho mayores que el alcance de los faros, y los ferrocarriles estaban bien señalizados y completamente vallados para evitar que el ganado y las personas se desviaran hacia ellos, lo que anuló en gran medida la necesidad de lámparas brillantes. Por lo tanto, se siguieron utilizando lámparas de aceite de baja intensidad, colocadas en la parte delantera de las locomotoras para indicar la clase de cada tren. Se proporcionaron cuatro "lámparas de hierro" (soportes en los que colocar las lámparas): una debajo de la chimenea y tres espaciadas uniformemente en la parte superior de la viga del parachoques. La excepción a esto fue el Ferrocarril del Sur y sus componentes, que agregaron una lámpara de hierro adicional a cada lado de la caja de humos, y la disposición de las lámparas (o, a la luz del día, placas circulares blancas) indicaba al personal ferroviario el origen y el destino del tren. En todos los vehículos, también se proporcionaron lámparas de hierro equivalentes en la parte trasera de la locomotora o del ténder para cuando la locomotora funcionaba con el ténder o el búnker primero.

En algunos países, la red nacional sigue funcionando con trenes de vapor tradicionales. Algunas autoridades ferroviarias han ordenado que se enciendan faros potentes en todo momento, incluso durante el día. Esto se hizo para informar al público o a los trabajadores de las vías sobre la presencia de trenes en funcionamiento.

Las locomotoras usaban campanas y silbatos de vapor desde los primeros días de la locomoción a vapor. En Estados Unidos, India y Canadá, las campanas advertían de un tren en movimiento. En Gran Bretaña, donde todas las líneas están valladas por ley, ^[73] las campanas solo eran un requisito en los ferrocarriles que circulaban por una carretera (es decir, no vallados), por ejemplo, un tranvía a lo largo del costado de la carretera o en un astillero. En consecuencia, solo una minoría de las locomotoras en el Reino Unido llevaban campanas. Los silbatos se utilizan para hacer señales al personal y dar advertencias. Dependiendo del terreno en el que se usara la locomotora, el silbato podría estar diseñado para advertir a larga distancia de la llegada inminente, o para un uso más localizado.

Las primeras campanas y silbatos se hacían sonar mediante cuerdas y palancas. Los timbres automáticos se empezaron a utilizar ampliamente en los EE. UU. después de 1910. ^[74]

A principios del siglo XX, las compañías operadoras de países como Alemania y Gran Bretaña comenzaron a equipar sus locomotoras con un sistema de señalización en cabina con sistema de advertencia automático (AWS), que aplicaba automáticamente los frenos cuando se pasaba una señal de "precaución". En Gran Bretaña, estos dispositivos se volvieron obligatorios en 1956. En los Estados Unidos, la Pennsylvania Railroad también equipó sus locomotoras con estos dispositivos. ^{[ cita requerida ]}

El motor de refuerzo era una máquina de vapor auxiliar que proporcionaba un esfuerzo de tracción adicional para el arranque. Era un dispositivo de baja velocidad, normalmente montado en el bogie trasero. Se desacoplaba mediante un engranaje loco a baja velocidad, p. ej. 30 km/h. Los propulsores se utilizaron ampliamente en los EE. UU. y se probaron experimentalmente en Gran Bretaña y Francia. En el sistema ferroviario de vía estrecha de Nueva Zelanda, seis locomotoras Kb 4-8-4 estaban equipadas con propulsores, las únicas locomotoras de ancho de vía de 3 pies 6 pulgadas ( 1067 mm ) en el mundo que tenían dicho equipo.

En los EE. UU., también se instalaron motores de refuerzo en los vagones de ténder y se los conocía como locomotoras auxiliares. Se conectaron dos o incluso tres ejes de vagón entre sí mediante barras laterales, lo que los limitaba al servicio a baja velocidad. ^[75]

La compuerta cortafuegos se utiliza para cubrir el orificio de combustión cuando no se añade carbón. Tiene dos propósitos: primero, evita que el aire pase por encima del fuego, sino que lo obliga a pasar a través de él. El segundo propósito es proteger a la tripulación del tren contra los contragolpes. Sin embargo, tiene un medio para permitir que pase algo de aire por encima del fuego (lo que se denomina "aire secundario") para completar la combustión de los gases producidos por el fuego.

Las puertas cortafuegos vienen en múltiples diseños, el más básico de los cuales es una sola pieza que tiene bisagras en un lado y puede abrirse hacia la placa base. Este diseño tiene dos problemas. Primero, ocupa mucho espacio en la placa base y segundo, la corriente de aire tiende a cerrarla por completo, cortando así el aire secundario. Para compensar esto, algunas locomotoras están equipadas con un pestillo que evita que la puerta cortafuegos se cierre por completo, mientras que otras tienen un pequeño respiradero en la puerta que se puede abrir para permitir que fluya el aire secundario. Aunque se consideró diseñar una puerta cortafuegos que se abra hacia adentro en la caja de fuego, evitando así la molestia causada en la placa base, dicha puerta estaría expuesta a todo el calor del fuego y probablemente se deformaría, volviéndose así inútil.

Un tipo más popular de puerta cortafuego consiste en una puerta corrediza de dos piezas operada por una sola palanca. Hay rieles por encima y por debajo de la puerta cortafuego por los que corre la puerta. Estos rieles son propensos a atascarse con escombros y las puertas requieren más esfuerzo para abrirse que la puerta batiente antes mencionada. Para solucionar esto, algunas puertas cortafuego utilizan un funcionamiento motorizado que utiliza un cilindro de vapor o aire para abrir la puerta. Entre estas se encuentran las puertas de mariposa que giran en la esquina superior; la acción de pivote ofrece poca resistencia al cilindro que abre la puerta. ^[76]

Se produjeron numerosas variaciones de la locomotora básica a medida que los ferrocarriles intentaban mejorar la eficiencia y el rendimiento.

Las primeras locomotoras de vapor tenían dos cilindros, uno a cada lado, y esta práctica persistió como la disposición más simple. Los cilindros podían montarse entre los bastidores principales (conocidos como cilindros "internos"), o montarse fuera de los bastidores y las ruedas motrices (cilindros "externos"). Los cilindros internos impulsan manivelas integradas en el eje motriz; los cilindros externos impulsan manivelas en extensiones de los ejes motrices.

Los diseños posteriores emplearon tres o cuatro cilindros, montados tanto dentro como fuera de los bastidores, para lograr un ciclo de potencia más uniforme y una mayor potencia de salida. ^[77] Esto se hizo a expensas de un mecanismo de válvulas más complicado y mayores requisitos de mantenimiento. En algunos casos, el tercer cilindro se agregó en el interior simplemente para permitir cilindros externos de diámetro más pequeño y, por lo tanto, reducir el ancho de la locomotora para su uso en líneas con un gálibo de carga restringido, por ejemplo, las clases SR K1 y U1 .

La mayoría de las locomotoras de pasajeros exprés británicas construidas entre 1930 y 1950 eran del tipo 4-6-0 o 4-6-2 con tres o cuatro cilindros (por ejemplo, la clase GWR 6000 , la clase LMS Coronation , la clase SR Merchant Navy y la clase LNER Gresley A3 ). A partir de 1951, todas menos una de las 999 nuevas locomotoras de vapor de clase estándar de British Rail en todos los tipos utilizaron configuraciones de 2 cilindros para facilitar el mantenimiento.

Las primeras locomotoras utilizaban un mecanismo de válvulas simple que proporcionaba potencia total tanto en avance como en retroceso. ^[58] Pronto, el mecanismo de válvulas Stephenson permitió al conductor controlar el corte; esto fue reemplazado en gran medida por el mecanismo de válvulas Walschaerts y patrones similares. Los primeros diseños de locomotoras que utilizaban válvulas de corredera y admisión externa eran relativamente fáciles de construir, pero ineficientes y propensos al desgaste. ^[58] Finalmente, las válvulas de corredera fueron reemplazadas por válvulas de pistón de admisión interna , aunque hubo intentos de aplicar válvulas de asiento (comúnmente utilizadas en motores estacionarios) en el siglo XX. El mecanismo de válvulas Stephenson generalmente se colocaba dentro del marco y era difícil acceder a él para su mantenimiento; los patrones posteriores aplicados fuera del marco eran más fácilmente visibles y se mantenían.

Las locomotoras de vapor compuesto se utilizaron a partir de 1876, expandiendo el vapor al doble o más a través de cilindros separados, lo que reducía las pérdidas térmicas causadas por el enfriamiento de los cilindros. Las locomotoras de vapor compuesto eran especialmente útiles en trenes donde se necesitaban largos períodos de esfuerzo continuo. La combinación contribuyó al espectacular aumento de potencia logrado por las reconstrucciones de André Chapelon a partir de 1929. Una aplicación común fue en locomotoras articuladas, siendo la más común la diseñada por Anatole Mallet , en la que la etapa de alta presión estaba unida directamente al bastidor de la caldera; frente a esta se pivotaba un motor de baja presión en su propio bastidor, que tomaba el escape del motor trasero. ^[78]

Las locomotoras muy potentes tienden a ser más largas que las de menor potencia, pero los diseños largos con bastidor rígido son impracticables para las curvas cerradas que se encuentran con frecuencia en los ferrocarriles de vía estrecha. Se desarrollaron varios diseños de locomotoras articuladas para superar este problema. La Mallet y la Garratt fueron las dos más populares. Tenían una sola caldera y dos unidades de motor (conjuntos de cilindros y ruedas motrices): ambas unidades de motor de la Garratt estaban en bastidores giratorios, mientras que una de las Mallet estaba en un bastidor giratorio y la otra estaba fijada debajo de la unidad de caldera. También se diseñaron algunas locomotoras triplex , con una tercera unidad de motor debajo del ténder. Otras variaciones menos comunes incluyeron la locomotora Fairlie , que tenía dos calderas consecutivas en un bastidor común, con dos unidades de motor separadas.

También se probaron locomotoras dúplex , que contenían dos motores en un bastidor rígido, pero no tuvieron mucho éxito. Por ejemplo, la clase T1 4-4-4-4 de Pennsylvania Railroad , diseñada para funcionar a muy alta velocidad, sufrió problemas de deslizamiento recurrentes y finalmente irreparables a lo largo de su vida útil. ^[79]

Para las locomotoras que requerían un par de arranque elevado y una velocidad baja, el sistema convencional de transmisión directa era inadecuado. Las locomotoras de vapor con engranajes, como la Shay , la Climax y la Heisler , se desarrollaron para satisfacer esta necesidad en los ferrocarriles industriales, madereros, mineros y de canteras. La característica común de estos tres tipos era la provisión de engranajes reductores y un eje de transmisión entre el cigüeñal y los ejes motrices. Esta disposición permitía que el motor funcionara a una velocidad mucho mayor que las ruedas motrices en comparación con el diseño convencional, donde la relación es 1:1.

En Estados Unidos, en el Southern Pacific Railroad , se produjeron una serie de locomotoras con cabina hacia adelante, con la cabina y la caja de fuego en la parte delantera de la locomotora y el ténder detrás de la caja de humo, de modo que la locomotora pareciera funcionar al revés. Esto solo era posible utilizando combustible de petróleo. Southern Pacific eligió este diseño para proporcionar aire libre de humo para que el maquinista respirara mientras la locomotora pasaba por túneles de montaña y cobertizos para nieve. Otra variación fue la locomotora Camelback , con la cabina situada a mitad de camino a lo largo de la caldera. En Inglaterra, Oliver Bulleid desarrolló la locomotora de clase SR Leader durante el proceso de nacionalización a fines de la década de 1940. La locomotora fue sometida a pruebas exhaustivas, pero varios fallos de diseño (como el encendido por carbón y las válvulas de manguito) hicieron que esta locomotora y las otras locomotoras prefabricadas fueran desechadas. Bulleid llevó el diseño con cabina hacia adelante a Irlanda, a donde se mudó después de la nacionalización, donde desarrolló la "turfburner". Esta locomotora tuvo más éxito, pero fue desguazada debido a la dieselización de los ferrocarriles irlandeses.

La única locomotora con cabina de proa conservada es la Southern Pacific 4294 en Sacramento, California.

En Francia, las tres locomotoras Heilmann se construyeron con un diseño de cabina adelantada.

Las turbinas de vapor se crearon como un intento de mejorar el funcionamiento y la eficiencia de las locomotoras de vapor. Los experimentos con turbinas de vapor que utilizaban transmisiones eléctricas y de accionamiento directo en varios países resultaron en su mayoría infructuosos. ^[56] El London, Midland & Scottish Railway construyó la Turbomotive , un intento en gran medida exitoso de demostrar la eficiencia de las turbinas de vapor. ^[56] De no haber sido por el estallido de la Segunda Guerra Mundial , es posible que se hubieran construido más. La Turbomotive funcionó desde 1935 hasta 1949, cuando se reconstruyó en una locomotora convencional porque muchas piezas requerían reemplazo, una propuesta antieconómica para una locomotora "única". En los Estados Unidos, los ferrocarriles Union Pacific , Chesapeake & Ohio y Norfolk & Western (N&W) construyeron locomotoras eléctricas de turbina. El Pennsylvania Railroad (PRR) también construyó locomotoras de turbina, pero con una caja de cambios de accionamiento directo. Sin embargo, todos los diseños fallaron debido al polvo, la vibración, los defectos de diseño o la ineficiencia a velocidades más bajas. El último que quedó en servicio fue el N&W, retirado en enero de 1958. El único diseño verdaderamente exitoso fue el TGOJ MT3, utilizado para transportar mineral de hierro desde Grängesberg en Suecia hasta los puertos de Oxelösund . A pesar de funcionar correctamente, solo se construyeron tres. Dos de ellos se conservan en funcionamiento en museos de Suecia.

En una locomotora sin fuego, la caldera se reemplaza por un acumulador de vapor , que se carga con vapor (en realidad, agua a una temperatura muy por encima del punto de ebullición, [100 °C (212 °F]) desde una caldera estacionaria. Las locomotoras sin fuego se usaban donde había un alto riesgo de incendio (por ejemplo, refinerías de petróleo ), donde la limpieza era importante (por ejemplo, plantas de producción de alimentos) o donde el vapor estaba fácilmente disponible (por ejemplo, fábricas de papel y centrales eléctricas donde el vapor es un subproducto o está disponible a bajo precio). El recipiente de agua ("caldera") está fuertemente aislado, lo mismo que en una locomotora con fuego. Hasta que toda el agua se ha evaporado, la presión del vapor no baja, excepto cuando baja la temperatura. ^{[ cita requerida ]}

Otra clase de locomotora sin fuego es la locomotora de aire comprimido. ^{[ cita requerida ]}

En Rusia, Gran Bretaña e Italia se han producido locomotoras de potencia mixta, que utilizan tanto propulsión a vapor como diésel.

En condiciones inusuales (falta de carbón, abundante energía hidroeléctrica), algunas locomotoras en Suiza fueron modificadas para utilizar electricidad para calentar la caldera, convirtiéndolas en locomotoras eléctricas-a vapor. ^[80]

Una locomotora de vapor-eléctrica utiliza transmisión eléctrica, como las locomotoras diésel-eléctricas , excepto que se utiliza un motor de vapor en lugar de un motor diésel para accionar un generador. El ingeniero francés Jean Jacques Heilmann  [fr] construyó tres locomotoras de este tipo en la década de 1890.

Las locomotoras de vapor se clasifican según la disposición de sus ruedas. Los dos sistemas dominantes para ello son la notación Whyte y la clasificación UIC .

La notación Whyte, utilizada en la mayoría de los países de habla inglesa y de la Commonwealth, representa cada conjunto de ruedas con un número. Estos números generalmente representan el número de ruedas delanteras sin motor, seguido del número de ruedas motrices (a veces en varios grupos), seguido del número de ruedas traseras sin motor. Por ejemplo, una locomotora de patio con solo 4 ruedas motrices, sin ruedas delanteras ni traseras, se clasificaría como una disposición de ruedas 0-4-0 . Una locomotora con un bogie de 4 ruedas, seguido de 6 ruedas motrices y un bogie de 2 ruedas, se clasificaría como 4-6-2 . A las diferentes disposiciones se les dieron nombres que generalmente reflejan el primer uso de la disposición; por ejemplo, el tipo "Santa Fe" ( 2-10-2 ) se llama así porque los primeros ejemplos se construyeron para el ferrocarril Atchison, Topeka y Santa Fe . Estos nombres se dieron de manera informal y variaron según la región e incluso la política.

La clasificación UIC se utiliza principalmente en países europeos, excepto en el Reino Unido. Designa pares consecutivos de ruedas (informalmente, "ejes") con un número para las ruedas no motrices y una letra mayúscula para las ruedas motrices (A=1, B=2, etc.). Por lo tanto, una designación Whyte 4-6-2 sería equivalente a una designación UIC 2-C-1.

En muchos ferrocarriles, las locomotoras se organizaban en clases . Estas representaban en líneas generales locomotoras que podían sustituirse entre sí en servicio, pero lo más común era que una clase representara un único diseño. Por regla general, a las clases se les asignaba algún tipo de código, generalmente basado en la disposición de las ruedas. Las clases también adquirían apodos comunes, como Pug (una pequeña locomotora de maniobras), que representaban características notables (y a veces poco favorecedoras) de las locomotoras. ^{[81] [82]}

En la era de las locomotoras de vapor, se aplicaban generalmente dos medidas de rendimiento de las locomotoras. Al principio, las locomotoras se clasificaban por el esfuerzo de tracción, definido como la fuerza promedio desarrollada durante una revolución de las ruedas motrices en la cabeza del riel. ^[43] Esto se puede calcular aproximadamente multiplicando el área total del pistón por el 85% de la presión de la caldera (una regla general que refleja la presión ligeramente inferior en la cámara de vapor sobre el cilindro) y dividiendo por la relación entre el diámetro del motor y la carrera del pistón. Sin embargo, la fórmula precisa es

${\displaystyle t={\frac {cPd^{2}s}{D}},}$

donde d es el diámetro del cilindro en pulgadas, s es la carrera del cilindro en pulgadas, P es la presión de la caldera en libras por pulgada cuadrada, D es el diámetro de la rueda motriz en pulgadas y c es un factor que depende del corte efectivo. ^[83] En los EE. UU., c generalmente se establece en 0,85, pero es más bajo en los motores que tienen un corte máximo limitado al 50-75%.

El esfuerzo de tracción es sólo la fuerza "promedio", ya que no todo el esfuerzo es constante durante una revolución de los impulsores. En algunos puntos del ciclo, sólo un pistón ejerce el momento de giro y en otros puntos, ambos pistones están trabajando. No todas las calderas entregan la potencia máxima al arrancar, y el esfuerzo de tracción también disminuye a medida que aumenta la velocidad de rotación. ^[43]

El esfuerzo de tracción es una medida de la carga más pesada que una locomotora puede arrancar o transportar a muy baja velocidad sobre la pendiente dominante en un territorio determinado. ^[43] Sin embargo, a medida que aumentó la presión para hacer circular trenes de mercancías más rápidos y de pasajeros más pesados, el esfuerzo de tracción se consideró una medida inadecuada del rendimiento porque no tenía en cuenta la velocidad. Por lo tanto, en el siglo XX, las locomotoras comenzaron a clasificarse por potencia de salida. Se aplicaron una variedad de cálculos y fórmulas, pero en general, los ferrocarriles usaban vagones dinamométricos para medir la fuerza de tracción a velocidad en pruebas de carretera reales.

Las compañías ferroviarias británicas se han mostrado reticentes a revelar cifras de potencia en la barra de tiro y normalmente han confiado en el esfuerzo de tracción continuo .

La clasificación está indirectamente relacionada con el rendimiento de la locomotora. Dadas las proporciones adecuadas del resto de la locomotora, la potencia de salida está determinada por el tamaño del fuego, y para una locomotora alimentada con carbón bituminoso, esto está determinado por el área de la parrilla. Las locomotoras modernas no compuestas suelen ser capaces de producir alrededor de 40 caballos de fuerza de barra de tracción por pie cuadrado de parrilla. La fuerza de tracción, como se señaló anteriormente, está determinada en gran medida por la presión de la caldera, las proporciones del cilindro y el tamaño de las ruedas motrices. Sin embargo, también está limitada por el peso sobre las ruedas motrices (denominado "peso adhesivo"), que debe ser al menos cuatro veces el esfuerzo de tracción. ^[56]

El peso de la locomotora es aproximadamente proporcional a la potencia de salida; el número de ejes necesarios se determina dividiendo este peso por el límite de carga por eje para la vía en la que se utilizará la locomotora. El número de ruedas motrices se deriva del peso adhesivo de la misma manera, dejando que los ejes restantes se tengan en cuenta para los bogies delantero y trasero. ^[56] Las locomotoras de pasajeros convencionalmente tenían bogies delanteros de dos ejes para una mejor guía a alta velocidad; por otro lado, el gran aumento del tamaño de la parrilla y la caja de fuego en el siglo XX significó que se requirió un bogie trasero para brindar apoyo. En Europa, se hizo algún uso de varias variantes del bogie Bissel en el que el movimiento giratorio de un bogie de un solo eje controla el desplazamiento lateral del eje motriz delantero (y en un caso también el segundo eje). Esto se aplicó principalmente a locomotoras de tráfico expreso y mixto con 8 acoplamientos, y mejoró considerablemente su capacidad para negociar curvas al tiempo que restringía la distancia entre ejes general de la locomotora y maximizaba el peso de adherencia.

Por regla general, las locomotoras de maniobras (EE. UU.: locomotoras de conmutación ) omitían los bogies delanteros y traseros, tanto para maximizar el esfuerzo de tracción disponible como para reducir la distancia entre ejes. La velocidad no era importante; hacer la locomotora más pequeña (y, por lo tanto, el menor consumo de combustible) para el esfuerzo de tracción era primordial. Las ruedas motrices eran pequeñas y generalmente sostenían la caja de fuego, así como la sección principal de la caldera. Las locomotoras de apoyo (EE. UU.: locomotoras auxiliares ) tendían a seguir los principios de las locomotoras de maniobras, excepto que la limitación de la distancia entre ejes no se aplicaba, por lo que las locomotoras de apoyo tendían a tener más ruedas motrices. En los EE. UU., este proceso finalmente resultó en la locomotora tipo Mallet con sus muchas ruedas motrices, y estas tendieron a adquirir bogies delanteros y luego traseros a medida que la guía de la locomotora se convirtió en un problema más importante.

A finales del siglo XIX, cuando los tipos de locomotoras comenzaron a divergir, los diseños de las locomotoras de carga enfatizaban al principio el esfuerzo de tracción, mientras que los de las locomotoras de pasajeros enfatizaban la velocidad. Con el tiempo, el tamaño de las locomotoras de carga aumentó y, en consecuencia, el número total de ejes; el bogie delantero solía ser de un solo eje, pero a las locomotoras más grandes se les añadía un bogie trasero para soportar una caja de fuego más grande que ya no cabía entre las ruedas motrices o por encima de ellas. Las locomotoras de pasajeros tenían bogies delanteros con dos ejes, menos ejes motrices y ruedas motrices muy grandes para limitar la velocidad a la que debían moverse las piezas recíprocas.

En la década de 1920, la atención en los Estados Unidos se centró en los caballos de fuerza, personificados por el concepto de "superpotencia" promovido por Lima Locomotive Works, aunque el esfuerzo de tracción siguió siendo la consideración principal después de la Primera Guerra Mundial hasta el final del vapor. Los trenes de mercancías se diseñaron para correr más rápido, mientras que las locomotoras de pasajeros necesitaban tirar de cargas más pesadas a gran velocidad. Esto se logró aumentando el tamaño de la parrilla y la caja de fuego sin cambios en el resto de la locomotora, lo que requirió la adición de un segundo eje al bogie trasero. Las locomotoras de carga 2-8-2 se convirtieron en 2-8-4 , mientras que las 2-10-2 se convirtieron en 2-10-4 . De manera similar, las locomotoras de pasajeros 4-6-2 se convirtieron en 4-6-4 . En los Estados Unidos, esto condujo a una convergencia en la configuración articulada 4-8-4 de doble propósito y 4-6-6-4 , que se utilizó tanto para el servicio de carga como para el de pasajeros. ^[84] Las locomotoras de mazo pasaron por una transformación similar, evolucionando desde motores de banco a enormes locomotoras de línea principal con cajas de fuego mucho más grandes; sus ruedas motrices también se aumentaron de tamaño para permitir un funcionamiento más rápido.

La clase de locomotora de vapor más fabricada en el mundo es la locomotora de vapor rusa 0-10-0 de la clase E , con alrededor de 11.000 unidades producidas tanto en Rusia como en otros países como Checoslovaquia, Alemania, Suecia, Hungría y Polonia. La clase de locomotora rusa O contaba con 9.129 locomotoras, construidas entre 1890 y 1928. Se produjeron alrededor de 7.000 unidades de la Kriegslok alemana DRB Clase 52 2-10-0 .

En Gran Bretaña, se construyeron 863 locomotoras de la clase GWR 5700 y 943 de la clase DX del London and North Western Railway  , incluidas 86 locomotoras construidas para el Lancashire and Yorkshire Railway . ^[85]

Antes de la Ley de Agrupamiento de 1923 , la producción en el Reino Unido era mixta. Las compañías ferroviarias más grandes construían locomotoras en sus propios talleres, mientras que las más pequeñas y las empresas industriales las encargaban a constructores externos. Existía un gran mercado para los constructores externos debido a la política de construcción local ejercida por las principales compañías ferroviarias. Un ejemplo de una fábrica anterior al agrupamiento era la de Melton Constable , que mantenía y construía algunas de las locomotoras para el Midland and Great Northern Joint Railway . Otras fábricas incluían una en Boston (un edificio temprano de GNR) y Horwich Works .

Entre 1923 y 1947, las cuatro grandes compañías ferroviarias (Great Western Railway, London, Midland & Scottish Railway, London & North Eastern Railway y Southern Railway) construyeron la mayoría de sus propias locomotoras, y solo compraron locomotoras a constructores externos cuando sus propias obras estaban completamente ocupadas (o como resultado de la estandarización ordenada por el gobierno durante la guerra). ^[86]

A partir de 1948, British Railways (BR) permitió que las antiguas Big Four (ahora denominadas "Regions") siguieran produciendo sus propios diseños, pero también creó una gama de locomotoras estándar que supuestamente combinaban las mejores características de cada región. Aunque se adoptó una política de dieselización en 1955, BR continuó construyendo nuevas locomotoras de vapor hasta 1960, y la última máquina recibió el nombre de Evening Star . ^[87]

Algunos fabricantes independientes produjeron locomotoras de vapor durante algunos años más, y la última locomotora de vapor industrial construida en Gran Bretaña fue construida por Hunslet en 1971. Desde entonces, algunos fabricantes especializados han seguido produciendo locomotoras pequeñas para ferrocarriles de vía estrecha y en miniatura, pero como el mercado principal para estas es el sector de los ferrocarriles turísticos y patrimoniales , la demanda de este tipo de locomotoras es limitada. En noviembre de 2008, se probó una locomotora de vapor de nueva construcción para líneas principales, la 60163 Tornado , en las líneas principales del Reino Unido para su uso eventual en vuelos chárter y viajes turísticos.

En el siglo XIX y principios del XX, la mayoría de las locomotoras de vapor suecas se fabricaban en Gran Bretaña. Sin embargo, más tarde, la mayoría de las locomotoras de vapor se construyeron en fábricas locales, incluidas NOHAB en Trollhättan y ASJ en Falun . Uno de los tipos más exitosos fue la clase "B" ( 4-6-0 ), inspirada en la clase prusiana P8. Muchas de las locomotoras de vapor suecas se conservaron durante la Guerra Fría en caso de guerra. Durante la década de 1990, estas locomotoras de vapor se vendieron a asociaciones sin fines de lucro o al extranjero, por lo que las locomotoras suecas de clase B, clase S ( 2-6-4 ) y clase E2 ( 2-8-0 ) ahora se pueden ver en Gran Bretaña, los Países Bajos, Alemania y Canadá.

Las locomotoras para los ferrocarriles estadounidenses casi siempre se construían en Estados Unidos con muy pocas importaciones, excepto en los primeros días de las máquinas de vapor. Esto se debía a las diferencias básicas de los mercados de Estados Unidos, que inicialmente tenían muchos mercados pequeños ubicados a grandes distancias, en contraste con la mayor densidad de mercados de Europa. Se necesitaban locomotoras que fueran baratas y resistentes y que pudieran recorrer grandes distancias sobre vías de construcción y mantenimiento baratos. Una vez que la fabricación de motores se estableció a gran escala, había muy pocas ventajas en comprar un motor en el extranjero que tuviera que personalizarse para adaptarse a los requisitos locales y las condiciones de la vía. Los fabricantes incorporaron mejoras en el diseño de motores de origen europeo y estadounidense cuando podían justificarse en un mercado generalmente muy conservador y de cambios lentos. Con la notable excepción de las locomotoras estándar de la USRA construidas durante la Primera Guerra Mundial, en Estados Unidos, la fabricación de locomotoras de vapor siempre fue semipersonalizada. Los ferrocarriles encargaban locomotoras adaptadas a sus requisitos específicos, aunque siempre estaban presentes algunas características básicas de diseño. Los ferrocarriles desarrollaron algunas características específicas; Por ejemplo, el Pennsylvania Railroad y el Great Northern Railway tenían preferencia por la caja de fuego Belpaire. ^[88] En los Estados Unidos, los fabricantes a gran escala construyeron locomotoras para casi todas las compañías ferroviarias, aunque casi todos los ferrocarriles principales tenían talleres capaces de realizar reparaciones pesadas y algunos ferrocarriles (por ejemplo, el Norfolk and Western Railway y el Pennsylvania Railroad, que tenían dos talleres de montaje) construían locomotoras completamente en sus propios talleres. ^{[89] [90]} Las empresas que fabricaban locomotoras en los EE. UU. incluían Baldwin Locomotive Works , American Locomotive Company (ALCO) y Lima Locomotive Works . En total, entre 1830 y 1950, se construyeron más de 160 000 locomotoras de vapor en los Estados Unidos, y Baldwin representó la mayor parte, casi 70 000. ^[91]

Las locomotoras de vapor requerían de un mantenimiento y una revisión regulares y frecuentes (a diferencia de las locomotoras diésel-eléctricas, que se realizaban a intervalos regulados por el gobierno en Europa y los EE. UU.). Durante las revisiones se realizaban modificaciones y mejoras de forma regular. Se añadían nuevos aparatos, se eliminaban características insatisfactorias, se mejoraban o reemplazaban cilindros. Casi todas las partes de la locomotora, incluidas las calderas, se reemplazaban o mejoraban. Cuando el mantenimiento o las mejoras se volvían demasiado costosos, la locomotora se cambiaba o se retiraba. ^{[ cita requerida ]} En el ferrocarril de Baltimore y Ohio se desmontaron dos locomotoras 2-10-2 ; las calderas se colocaron en dos nuevas locomotoras 4-8-2 de clase T y la maquinaria residual de las ruedas se convirtió en un par de locomotoras de maniobras 0-10-0 de clase U con calderas nuevas. La flota de locomotoras 4-10-2 de 3 cilindros de Union Pacific se convirtió en motores de dos cilindros en 1942, debido a los elevados problemas de mantenimiento.

En Sydney , Clyde Engineering y Eveleigh Railway Workshops construyeron locomotoras de vapor para New South Wales Government Railways . Estas incluyen la clase C38 4-6-2 ; las primeras cinco se construyeron en Clyde con aerodinámica , las otras 25 locomotoras se construyeron en Eveleigh (13) y Cardiff Workshops (12) cerca de Newcastle. En Queensland, las locomotoras de vapor fueron construidas localmente por Walkers . De manera similar, South Australian Railways también fabricó locomotoras de vapor localmente en Islington Railway Workshops en Adelaide . Victorian Railways construyó la mayoría de sus locomotoras en sus talleres de Newport y en Bendigo , mientras que en los primeros días las locomotoras se construyeron en Phoenix Foundry en Ballarat . Las locomotoras construidas en los talleres de Newport iban desde la clase nA 2-6-2 T construida para el ancho de vía estrecho , hasta la clase H 4-8-4 , la locomotora convencional más grande que jamás haya operado en Australia, con un peso de 260 toneladas. Sin embargo, el título de la locomotora más grande jamás utilizada en Australia corresponde a la locomotora de clase AD60 de Nueva Gales del Sur de 263 toneladas 4-8-4+4-8-4 ^Garratt , construida por Beyer, Peacock & Company en Inglaterra. La mayoría de las locomotoras de vapor utilizadas en Australia Occidental se construyeron en el Reino Unido, aunque algunos ejemplos se diseñaron y construyeron localmente en los talleres Midland Railway de los Ferrocarriles del Gobierno de Australia Occidental . Las 10 locomotoras de la clase WAGR S (introducidas en 1943) fueron la única clase de locomotora de vapor que se concibió, diseñó y construyó íntegramente en Australia Occidental, ^[93] mientras que los talleres de Midland participaron notablemente en el programa de construcción de Australia de Australian Standard Garratts : estas locomotoras de guerra se construyeron en Midland en Australia Occidental, Clyde Engineering en Nueva Gales del Sur, Newport en Victoria e Islington en Australia del Sur y vieron diversos grados de servicio en todos los estados australianos. ^[93]

La introducción de las locomotoras eléctricas a principios del siglo XX y, más tarde, de las locomotoras diésel-eléctricas marcó el comienzo de un declive en el uso de las locomotoras de vapor, aunque pasó algún tiempo antes de que se eliminaran gradualmente del uso general. ^[94] A medida que la energía diésel (especialmente con transmisión eléctrica) se volvió más confiable en la década de 1930, se afianzó en América del Norte. ^[95] La transición completa hacia la energía de vapor en América del Norte tuvo lugar durante la década de 1950. En Europa continental, la electrificación a gran escala había reemplazado a la energía de vapor en la década de 1970. El vapor era una tecnología familiar, se adaptó bien a las instalaciones locales y también consumía una amplia variedad de combustibles; esto llevó a su uso continuo en muchos países hasta fines del siglo XX.

Las máquinas de vapor tienen una eficiencia térmica considerablemente menor que los diésel modernos, lo que requiere un mantenimiento y una mano de obra constantes para mantenerlas operativas. ^[96] El agua es necesaria en muchos puntos de una red ferroviaria, lo que la convierte en un problema importante en las zonas desérticas, como las que se encuentran en algunas regiones de los Estados Unidos, Australia y Sudáfrica. En los lugares donde hay agua disponible, puede ser dura , lo que puede provocar la formación de " incrustaciones ", compuestas principalmente de carbonato de calcio , hidróxido de magnesio y sulfato de calcio . Los carbonatos de calcio y magnesio tienden a depositarse como sólidos blanquecinos en el interior de las superficies de las tuberías y los intercambiadores de calor . Esta precipitación se debe principalmente a la descomposición térmica de los iones de bicarbonato , pero también ocurre en los casos en que el ion carbonato está en concentración de saturación. ^[97] La ​​acumulación de incrustaciones resultante restringe el flujo de agua en las tuberías. En las calderas, los depósitos perjudican el flujo de calor hacia el agua, lo que reduce la eficiencia de calentamiento y permite que los componentes metálicos de la caldera se sobrecalienten.

El mecanismo alternativo de las ruedas motrices de una locomotora de vapor de expansión simple de dos cilindros tendía a golpear los rieles (ver golpe de martillo ), por lo que requería más mantenimiento . Generar vapor a partir del carbón tomaba cuestión de horas y creaba graves problemas de contaminación. Las locomotoras que quemaban carbón requerían limpieza contra incendios y eliminación de cenizas entre turnos de servicio. ^[98] En comparación, las locomotoras diésel o eléctricas se beneficiaron de las nuevas instalaciones de servicio construidas a medida. El humo de las locomotoras de vapor también se consideró objetable; las primeras locomotoras eléctricas y diésel se desarrollaron en respuesta a los requisitos de reducción de humo, ^[99] aunque esto no tuvo en cuenta el alto nivel de contaminación menos visible en el humo de escape diésel , especialmente cuando estaba en ralentí. En algunos países, sin embargo, la energía para las locomotoras eléctricas se deriva del vapor generado en las centrales eléctricas, que a menudo funcionan con carbón.

Los dramáticos aumentos en el costo del combustible diésel impulsaron varias iniciativas para revivir la energía a vapor. ^{[100] [101]} Sin embargo, ninguna de ellas ha progresado hasta el punto de producción y, a principios del siglo XXI, las locomotoras de vapor funcionan solo en unas pocas regiones aisladas del mundo y en operaciones turísticas.

En 1975, los entusiastas del ferrocarril en el Reino Unido comenzaron a construir nuevas locomotoras de vapor. Ese año, Trevor Barber completó su locomotora Trixie de ancho de vía de 2 pies ( 610 mm ) que funcionó en el Meirion Mill Railway . ^[102] A partir de la década de 1990, el número de nuevas construcciones que se completaron aumentó drásticamente con nuevas locomotoras completadas por los ferrocarriles de vía estrecha Ffestiniog y Corris en Gales. La Hunslet Engine Company revivió en 2005 y comenzó a construir locomotoras de vapor con fines comerciales. ^[103] Se completó un LNER Peppercorn Pacific "Tornado" de ancho estándar en Hopetown Works , Darlington , e hizo su primer recorrido el 1 de agosto de 2008. ^{[104] [105]} Entró en servicio en la línea principal más tarde en 2008. ^[106] A partir de 2009, más de media docena de proyectos para construir réplicas funcionales de máquinas de vapor extintas están en marcha, en muchos casos utilizando piezas existentes de otros tipos para construirlas. Los ejemplos incluyen BR 72010 Hengist , ^[107] BR Class 3MT No. 82045, BR Class 2MT No. 84030, ^[108] Brighton Atlantic Beachy Head , ^[109] el proyecto LMS 5551 The Unknown Warrior , GWR " 47xx 4709, 2999 Lady of Legend , 1014 County of Glamorgan y los proyectos 6880 Betton Grange . Estos proyectos de nueva construcción con base en el Reino Unido se complementan además con el proyecto de nueva construcción Pennsylvania Railroad 5550 ^[110] en los Estados Unidos. Uno de los objetivos del grupo es superar el récord de velocidad de locomotora de vapor que ostenta la 4468 Mallard cuando se complete la 5550 y que la 5550 llene un enorme vacío en la conservación de locomotoras de vapor.^[update]

En 1980, el financiero estadounidense Ross Rowland fundó American Coal Enterprises para desarrollar una locomotora de vapor a carbón modernizada. Su concepto ACE 3000 atrajo mucha atención, pero nunca se construyó. ^{[111] [112]}

En 1998, en su libro The Red Devil and Other Tales from the Age of Steam (El diablo rojo y otros cuentos de la era del vapor) , ^[113] David Wardale propuso el concepto de una locomotora "Super Class 5 4-6-0" de alta velocidad y alta eficiencia para el futuro transporte a vapor de trenes turísticos en las principales líneas británicas. La idea se formalizó en 2001 con la formación del Proyecto 5AT dedicado al desarrollo y la construcción de la locomotora de vapor de tecnología avanzada 5AT , pero nunca recibió ningún respaldo importante de los ferrocarriles.

Las ubicaciones donde se están realizando nuevas construcciones incluyen: ^{[ cita requerida ]}

• GWR 1014 County of Glamorgan y GWR 2999 Lady of Legend , ambas en construcción en Didcot Railway Centre
• GWR 6880 Betton Grange , GWR 4709 y LMS 5551 The Unknown Warrior , todos en construcción en Llangollen Railway
• LNER 2007 Príncipe de Gales , Fábrica de locomotoras Darlington
• LNER 2001 Gallo del Norte, Doncaster
• Ferrocarril de Pensilvania 5550 , Pottstown, Pensilvania ^[110]
• BR 72010 Hengist , Gran Ferrocarril Central
• BR 77021, por confirmar
• BR 82045, Ferrocarril del valle de Severn
• BR 84030 y LBSCR 32424 Beachy Head, ambas en construcción en Bluebell Railway
• MS&LR/GCR 567, Gran ferrocarril central de Ruddington, sección norte
• VR V499, Victoria, Australia

En 2012, se inició en Estados Unidos el proyecto Coalition for Sustainable Rail ^{[114] con el objetivo de crear una locomotora de vapor moderna de mayor velocidad, incorporando las mejoras propuestas por Livio Dante Porta y otros, y utilizando} biomasa torrefacta como combustible sólido. El combustible ha sido desarrollado recientemente por la Universidad de Minnesota en una colaboración entre el Instituto de Medio Ambiente (IonE) de la universidad y Sustainable Rail International (SRI), una organización creada para explorar el uso de la tracción a vapor en una configuración ferroviaria moderna. El grupo ha recibido la última locomotora de vapor de la clase ATSF 3460 que sobrevive (pero que no funciona) (N.º 3463) a través de una donación de su anterior propietario en Kansas, el Great Overland Station Museum. Esperan utilizarla como plataforma para desarrollar "la locomotora de pasajeros más limpia y potente del mundo", capaz de alcanzar velocidades de hasta 130 mph (210 km/h). El proyecto, denominado "Proyecto 130", tiene como objetivo batir el récord mundial de velocidad de un tren de vapor establecido por el LNER Clase A4 4468 Mallard en el Reino Unido, con 203 km/h (126 mph). Sin embargo, todavía no se ha visto ninguna demostración de las pretensiones del proyecto.

En Alemania, todavía se utilizan en la industria, por ejemplo en centrales eléctricas, un pequeño número de locomotoras de vapor sin fuego, donde es fácil suministrar vapor in situ.

La pequeña ciudad de Wolsztyn , Polonia , a unos 60 kilómetros (37 millas) de la histórica ciudad de Poznań , es el último lugar del mundo donde se puede viajar en un tren de pasajeros con horario regular impulsado por energía de vapor. El depósito de locomotoras de Wolsztyn es el último de su tipo en el mundo. Hay varias locomotoras en funcionamiento que transportan diariamente un servicio de cercanías entre Wolsztyn, Poznan, Leszo y otras ciudades vecinas. Se puede participar en cursos de plataforma a través de The Wolsztyn Experience. No queda ningún otro lugar en el mundo que aún opere un servicio diario de cercanías/pasajeros impulsado por vapor no turístico aparte de aquí en Wolsztyn. Hay varias locomotoras de uso general OL49-class 2-6-2 de fabricación polaca y una PT47-class 2-8-2 en servicio regular. Cada mes de mayo, Wolsztyn es el escenario de un festival de locomotoras de vapor que atrae a visitantes, a menudo más de una docena cada año, todas ellas en funcionamiento. Estas operaciones no se realizan con fines turísticos ni museísticos o históricos; esta es la última línea ferroviaria no diésel de la PKP (Red Estatal Polaca) que se ha convertido a energía diésel.

La empresa suiza Dampflokomotiv- und Maschinenfabrik DLM AG suministró ocho locomotoras de vapor para ferrocarriles de cremallera en Suiza y Austria entre 1992 y 1996. Cuatro de ellas son hoy la tracción principal del Brienz Rothorn Bahn ; las otras cuatro se construyeron para el Schafbergbahn en Austria, donde circulan el 90% de los trenes.

La misma empresa también reconstruyó una locomotora alemana DR Clase 52.80 2-10-0 según nuevos estándares con modificaciones como cojinetes de rodillos, encendido por fueloil y aislamiento de la caldera. ^[115]

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El uso futuro de locomotoras de vapor en el Reino Unido está en duda debido a la política gubernamental sobre el cambio climático . La Asociación de Ferrocarriles del Patrimonio está trabajando con el Grupo Parlamentario Multipartidario sobre Ferrocarriles del Patrimonio en un esfuerzo por seguir utilizando locomotoras de vapor con carbón. ^[116]

Muchos ferrocarriles turísticos utilizan locomotoras de vapor que funcionan con petróleo (o han adaptado sus locomotoras para que funcionen con petróleo) para reducir su huella ambiental y porque el petróleo combustible puede ser más fácil de obtener que el carbón del tipo y tamaño adecuados para las locomotoras. Por ejemplo, el ferrocarril Grand Canyon Railway hace funcionar sus locomotoras de vapor con aceite vegetal usado.

Una organización llamada Coalition for Sustainable Rail (CSR) está desarrollando un sustituto de carbón respetuoso con el medio ambiente elaborado a partir de biomasa torrefacta . ^[117] A principios de 2019, realizaron una serie de pruebas utilizando Everett Railroad para evaluar el rendimiento del biocombustible , con resultados positivos. Se descubrió que el biocombustible se quemaba un poco más rápido y más caliente que el carbón. ^[118] El objetivo del proyecto es principalmente encontrar un combustible sostenible para las locomotoras de vapor históricas de los ferrocarriles turísticos, pero CSR también ha sugerido que, en el futuro, las locomotoras de vapor impulsadas por biomasa torrefacta podrían ser una alternativa ambiental y económicamente superior a las locomotoras diésel. ^[117] Además, se puede utilizar un gran tanque que contenga sal sin necesidad de reponer el medio. Los elementos calefactores grandes serían un método para recargar el sistema, sin embargo, también es posible bombear sal fundida, retirando la sal enfriada y reponiendo desde instalaciones que contienen un tanque mucho más grande. ^{[ cita requerida ]}

Las locomotoras de vapor han estado presentes en la cultura popular desde el siglo XIX. Las canciones populares de ese período, como " I've Been Working on the Railroad " y " Balada de John Henry ", son un pilar de la música y la cultura estadounidenses.

Se han fabricado muchos juguetes con locomotoras de vapor y el modelismo ferroviario es un pasatiempo popular.

Las locomotoras de vapor se representan a menudo en obras de ficción, en particular en The Railway Series del reverendo W. V. Awdry , The Little Engine That Could de Watty Piper , The Polar Express de Chris Van Allsburg y el Hogwarts Express de la serie Harry Potter de J. K. Rowling . También han aparecido en muchos programas de televisión para niños, como Thomas & Friends , basado en personajes de los libros de Awdry, e Ivor the Engine, creado por Oliver Postgate .

El Expreso de Hogwarts también aparece en la serie de películas de Harry Potter, representado por la GWR 4900 Class 5972 Olton Hall con una decoración especial de Hogwarts. El Expreso Polar aparece en la película animada del mismo nombre .

Un elaborado y temático paseo en funicular Hogwarts Express se ofrece en Universal Orlando Resort en Florida, conectando la sección de Harry Potter de Universal Studios con el parque temático Islands of Adventure.

El Polar Express se recrea en muchos ferrocarriles históricos de los Estados Unidos, incluido el North Pole Express, tirado por la locomotora Pere Marquette 1225 , que opera el Steam Railroading Institute en Owosso, Michigan . Según el autor Van Allsburg, esta locomotora fue la inspiración para la historia y se utilizó en la producción de la película.

En varios juegos de computadora y de video se utilizan locomotoras de vapor. Railroad Tycoon , producido en 1990, fue nombrado "uno de los mejores juegos de computadora del año". ^{[ cita requerida ]}

Hay dos ejemplos notables de locomotoras de vapor utilizadas como símbolos en los escudos de armas heráldicos . Uno es el de Darlington , que muestra la Locomoción N.º 1. El otro es el escudo de armas original de Swindon , que actualmente no se utiliza, que muestra una locomotora de vapor básica. ^{[119] [120]}

Las locomotoras de vapor son un tema popular entre los coleccionistas de monedas. ^{[ cita requerida ]} La moneda de plata de 5 pesos de México de 1950 tiene una locomotora de vapor en su reverso como característica destacada.

La moneda de 20 euros del periodo Biedermeier , acuñada el 11 de junio de 2003, muestra en el anverso un modelo temprano de locomotora de vapor (la Ajax ) en la primera línea ferroviaria de Austria, la Kaiser Ferdinands-Nordbahn . La Ajax todavía se puede ver hoy en el Technisches Museum Wien . Como parte del programa 50 State Quarters , el cuarto de dólar que representa al estado de Utah (EE. UU.) representa la ceremonia en la que las dos mitades del primer ferrocarril transcontinental se encontraron en Promontory Summit en 1869. La moneda recrea una imagen popular de la ceremonia con las locomotoras de vapor de cada compañía enfrentándose mientras se clava el clavo dorado .

La novela " Noche en el Ferrocarril Galáctico " ^[121] de Kenji Miyazawa se centra en la idea de un tren de vapor que viaja entre las estrellas. La novela de Miyazawa inspiró posteriormente la exitosa serie " Galaxy Express 999 " de Leiji Matsumoto .

Otra franquicia televisiva japonesa, Super Sentai , presenta monstruos basados ​​en locomotoras de vapor.

Charge Man, un Robot Master de la quinta entrega de la serie Mega Man , está basado en una locomotora de vapor.

• Broggie, Michael (2014). La historia del ferrocarril de Walt Disney: la fascinación a pequeña escala que condujo a un reino a gran escala (4.ª ed.). The Donning Company Publishers . ISBN 978-1-57864-914-3.

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Locomotoras de vapor .

• Programas de radio y televisión de los archivos de la BBC que celebran los trenes de vapor
• Base de datos de locomotoras de vapor supervivientes en América del Norte
• Base de datos de locomotoras conservadas y ferrocarriles históricos del Reino Unido
• Confianza avanzada en tracción a vapor
• Fotos de trenes de vapor del Reino Unido