Sistemas de tracción ferroviaria

Dejamos atrás la infraestructura para centrarnos en los trenes.

Hay varias formas de mover los trenes. Aquí vamos a profundizar un poquito en los más usados aunque hay otros cuyo uso es muy reducido. Esos sistemas son: la tracción de sangre, la tracción vapor, la tracción diesel, la tracción eléctrica. El resto de sistemas como aire comprimido, turbinas, hélices y otros inventos extraños son testimoniales.

Tracción de sangre

Eso de la tracción de sangre que suena un poco impactante no es otra cosa que animales que tiran de los trenes (más bien vagonetas o vagones). Normalmente eran caballos o mulas. Fueron muchísimos los ferrocarriles mineros que usaron este tipo de tracción para sacar las vagonetas de las minas o para moverlas en el interior de ellas. Algunas vagonetas las traccionaban incluso los propios mineros. Pero esto no sólo se dio en las minas, sino que también hubo ferrocarriles de sangre en otros sitios, como por ejemplo, redes de tranvía en las ciudades. Los primitivos tranvías se movían gracias a animales que tiraban de los coches. Lógicamente, la capacidad de tracción y la potencia eran limitadísimas para lo que el ferrocarril permite, así que, en cuanto la tecnología lo permitió, se pasó a usar otros tipos de tracción más potentes.

Tranvía de tracción de sangre de la London Tramways Company de la línea Tooting-Blackfriars Bridge alrededor de 1890. Foto extraída de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:London_Tramways_Horse_tram.jpg, donde se especifica que es de dominio público al haber caducado los derechos de autor.

Coche de caballos nº 167 del tranvía de Frankfurt am Main expuesto en el Verkehrsmuseum Frankfurt am Main. Foto: Yago López Carvajal, septiembre de 2008.

Tracción vapor

La primera máquina de vapor de la época moderna de la que hay constancia es una patente del año 1606 a nombre del inventor español Jerónimo de Ayanz y Beaumont. Esta máquina servía para extraer las aguas que inundaban las minas de Guadalcanal (Sevilla) y además permitía meter aire fresco. Según algunas fuentes, la máquina de Ayanz tenía mayor eficiencia que la de Savery (al menos en la teoría), ya que podía encadenar varias etapas de vacío y la extracción de aguas de las minas era constante. No obstante, dada la situación histórica y política de España en aquel momento, el invento quedó prácticamente desconocido.

Así ocurrió que para todo el mundo, el origen de las máquinas de vapor se remonta al año 1698, cuando el ingeniero inglés Thomas Savery inventó una bomba para extraer el agua de las minas de carbón inglesas que generaba un vacío gracias al enfriamiento del vapor. Posteriormente, en 1712, el también inglés y también Thomas, pero de apellido Newcomen, mejora la máquina de Savery incluyendo un cilindro con un pistón que se movía alternativamente por el mismo principio de la expansión y compresión del vapor por su enfriamiento. Pero estas máquinas, por su funcionamiento, tenían unas pérdidas por calor enormes (su funcionamiento se basaba en enfriar el vapor) y un rendimiento bajísimo, además de que los depósitos de agua y vapor que se podían construir en la época eran bastante frágiles y sufrían con los cambios de temperatura.

Máquina de vapor de Newcomen. Imagen extraída de http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Newcomens_Dampfmaschine_aus_Meyers_1890.png, donde se especifica que procede del libro Meyers Konversationslexikon de 1885-90, por lo que los derechos de autor han caducado y se considera de dominio público.

Con estas premisas el ingeniero James Watt (¿adivináis su nacionalidad? Inglés, por supuesto), introduce una serie de mejoras en la máquina de Newcomen analizando dónde se producían las pérdidas de calor y reduciéndolas, ya que descubrió, que el vapor tiene más potencial cuanto más caliente esté. En 1769, Watt patentó su primera máquina de vapor, que construyó en 1774. A partir de ahí, todas las mejoras sobre la máquina hasta la invención del cilindro de doble efecto (que se mueve cuando el vapor lo impulsa en las dos direcciones) se le han atribuido a él.

Máquina de vapor de Watt. Imagen extraída de http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Dampfma_gr.jpg, donde se especifica que es de dominio público en países cuyos derechos de autor caducan a los 70 años de su muerte (entre ellos, la Unión Europea).

Así las cosas, en 1804, Richard Trevithick decide aplicar la máquina de vapor de Watt a un vehículo que se mueve sobre raíles de hierro para arrastrar las vagonetas de las minas, con lo que inventó la primera locomotora de vapor. Las locomotoras de Trevithick y similares sólo se usaron en entornos mineros.

En 1812, Matthew Murray construyó la locomotora Salamanca para el ferrocarril de Middleton, que llevaba el carbón de las minas de Middleton hasta Leeds. Se trataba de un ferrocarril de cremallera (el primero del que hay constancia). La locomotora era una evolución de la Catch Me If You Can de Trevithick. Se trata de la primera locomotora de vapor de uso comercial.

En 1825, el también inglés George Stephenson construyó la primera locomotora de vapor (que llamó Locomotion nº 1) para el ferrocarril de Stockton a Darlington. Fue la primera locomotora en remolcar un tren de viajeros para servicio público. El primer ferrocarril considerado «moderno» (es decir, no tan primitivo como los otros) fue el Manchester-Liverpool (parece que hablamos de un partido de fútbol) que se abrió en 1830. Estos dos ferrocarriles, junto con el de Canterbury a Whitstable usaron locomotoras construidas por el propio Stephenson.

Locomotora de vapor de Trevithick. Imagen extraída de http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Coalbrookdale_loco.jpg, donde se especifica que es una imagen propiedad del gobierno del Reino Unido, pero que es de dominio público.

La locomotora Locomotion No.1 de Stephenson en el Darlington Railway Centre and Museum, Reino Unido. Foto de Chris55 en http://en.wikipedia.org/wiki/File:Locomotion_No._1..jpg, distribuida bajo la licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Tracción eléctrica

Aunque parezca mentira, la tracción de trenes gracias a la electricidad es anterior a la tracción con motores térmicos (diesel, en su mayoría). Y es que, la primera locomotora eléctrica la inventó un escocés llamado Robert Davidson en 1837. Se movía gracias a celdas galvánicas (una especie de baterías muy primitivas) que daban muy poca potencia. Por eso, la gran locomotora que construyó en 1839 para el ferrocarril de Edimburgo a Glasgow quedó en el olvido. Lamentablemente, no hay imágenes de esta máquina.

No fue hasta 1879 cuando un alemán, Werner von Siemens (seguro que el apellido os suena de algo) inventó el primer tren eléctrico. Y si por tren eléctrico os estáis imaginando a un niño jugando con el «Ibertren» en el suelo de su habitación haciendo que un tren dé vueltas y más vueltas a un óvalo, eso es exactamente lo que inventó von Siemens. Bueno, exactamente no, pero muy parecido. Se trataba de un recorrido circular de 300 metros de longitud en el que se movía una locomotora con tres vagones y la gente se subía en él para dar una vuelta. Eso sí, fue el primer tren eléctrico en el que la fuente de alimentación era externa al propio tren, ya que la corriente la tomaba de un tercer carril instalado en el centro de la vía.

Reproducción del primer tren eléctrico, fabricado por Werner von Siemens expuesta en el Deutsches Museum, Munich (Alemania). Foto: Yago López Carvajal, septiembre de 2010.

Y aquí la carrera la ganaron los alemanes, puesto que lo primeros trenes comerciales con tracción eléctrica fueron los tranvías de la ciudad de Lichterfelde en 1881, cómo no, construidos por Werner von Siemens. Dos años más tarde, en 1883 se inauguraba el primer ferrocarril eléctrico de Gran Bretaña.

Aquí también hay cierta controversia, pues, dependiendo de la fuente que se consulte, los primero tranvías eléctricos fueron los de la ciudad rusa de Sestroretsk, cerca de San Petersburgo en 1880.

Tracción diesel

Una locomotora diesel es la que se mueve gracias a un motor de combustión interna de ciclo Diesel. Esto tan raro que he puesto quiere decir que la locomotora lleva un motor diesel dentro. Como el de cualquier coche que veáis por la calle, pero a lo bestia.

El origen de los motores de combustión interna se remonta al año 1853 en que dos italianos, Eugeni Barsanti y Felice Matteucci (un sacerdote y un ingeniero), describieron cómo debería de funcionar un motor capaz de generar movimiento al quemar un combustible dentro del mismo (por eso lo de combustión interna). Posteriormente, en 1862, el francés Alphonse Beau de Rochas hizo una serie de estudios para mejorar el rendimiento del motor de los italianos, que era paupérrimo. Pero fue un alemán, el ingeniero Nikolaus Otto, quien, en 1886 construyó un motor de combustión interna con un rendimiento aceptable basándose en los estudios de los anteriores. Pero la gasolina tiene el problema de que puede reaccionar muy violentamente provocando una explosión. Así que otro alemán, Rudolf Diesel se dedicó a investigar con motores de combustión interna, pero que usaran un combustible alternativo menos peligroso. Así, en 1897, construyó para la firma MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG) el primer motor Diesel, que quemaba «fuel-oil» ligero, un derivado del petróleo que hoy día llamamos gasóleo.

No vamos a entrar en detalle de cómo son los motores, su ciclo de funcionamiento y demás, porque nos desviaríamos totalmente del tema de los trenes, pero sólo aclarar que en el motor Otto, o motor de gasolina, es necesaria una chispa que inflame la mezcla de combustible y aire comprimida en el cilindro, mientras que en el motor Diesel, se inyecta a alta presión una cantidad determinada de combustible dentro del cilindro con el aire ya comprimido y éste se inflama espontáneamente. Debido a sus diferentes características, los motores de gasolina son los más utilizados en aplicaciones ligeras y los Diesel en aplicaciones más pesadas, como en el caso que nos ocupa, los trenes.

Las primeras aplicaciones de motores de combustión interna a los trenes datan de 1891 en que construyó una pequeña locomotora de maniobras (con un motor de gasolina) pero con pobres resultados, por lo que se descartó seguir construyéndolas. En 1912 se construye la primera locomotora diesel de gran potencia del mundo, adquirida por los ferrocarriles prusianos (lo que hoy día sería Alemania, más o menos), pero tenía el problema (junto con todas las que se desarrollaron esos años) de que sus transmisiones mecánicas (como una caja de cambios, pero a lo bestia) no eran tan resistentes como necesitaban las grandes cargas del ferrocarril. Así que un ingeniero ruso, el profesor Yuri Vladimirovich Lomonosov ideó las locomotoras diesel-eléctricas. Su primera locomotora, y por tanto la primera diesel del mundo, fue construida en Alemania por la AG für Lokomotivbau Hohenzollern bajo su dirección entre 1923 y 1924. Posteriormente, en Estados Unidos, construyeron, en 1925 la primera locomotora diesel-eléctrica del continente americano.. El siguiente hito en las locomotoras diesel es la aparición, en 1935 de la primera locomotora diésel-hidráulica de gran potencia.

Foto de la primera locomotora diesel-eléctrica, construida por Lomonosov para los ferrocarriles soviéticos en 1924. Imagen extraída de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Teplovoz_Eel2_(1).jpg, donde se afirma que la imagen es de dominio público al haber caducado los derechos de autor.

¿Y en España?

Y para terminar, otro apunte histórico, pero esta vez referido a nuestros ferrocarriles.

La primera locomotora de vapor que hubo en España circuló en el ferrocarril de La Habana a Güines en 1843 en Cuba (que por aquel entonces era española). El primer ferrocarril de la Península fue el de Barcelona a Mataró, que se inauguró el 28 de octubre de 1848, y el segundo ferrocarril de la Península fue el de Madrid a Aranjuez en 1851.

Réplica de la primera locomotora de vapor de la península («Mataró»), construida en 1948 para celebrar el centenario del ferrocarril en España, mientras estaba de reparación en los talleres de ARMF en Lérida. Hoy día (amyo 2026) la locomotora se encuentra completamente operativa en el Museu del Ferrocarril de Catalunya en Vilanova i la Geltrú (Barcelona). Foto: Yago López Carvajal, noviembre de 2005.

Las primeras locomotoras eléctricas de España (en vía ancha) fueron las 7 que se construyeron para la Compañía de los Caminos de Hierro del Sur de España para el tramo Gérgal-Santa Fe (Almería) que se electrificó en 1911. Luego le seguirían la rampa de Pajares (Asturias) en 1925, la rampa de Ripoll (Gerona) en 1928 y la zona de Alsasua (Navarra) en 1929.

Locomotora eléctrica trifásica Nº 3 del Gérgal-Santa Fe expuesta en el Museo del Ferrocarril de Madrid – Fundación de los Ferrocarriles Españoles. Foto: Yago López Carvajal, enero de 2013.

Por último, las primeras locomotoras diesel de España (en vía ancha) fueron dos máquinas de maniobras que adquirió la Compañía de los Ferrocarriles de Madrid a Zaragoza y Alicante (más conocida como MZA) en 1935, cuyo plan era sustituir todas las máquinas de maniobras de vapor por locomotoras diesel, pero que fue frustrado por la Guerra Civil. En vía estrecha se hicieron los primeros ensayos con motores de combustión interna en 1908.

Primera locomotora diesel de maniobras de España de vía ancha, la 10201 (302-001) de Renfe (ex-MZA WT-201) expuesta en el Museo del Ferrocarril de Madrid – Fundación de los Ferrocarriles Españoles. Foto: Yago López Carvajal, enero de 2013.

En cuanto a máquinas de línea, las primeras fueron las 1T a 4T de Talgo en 1949.

Locomotora diesel 2T «Virgen de Aránzazu» (350-002) construida específicamente para remolcar los Talgo II expuesta en el Museo del Ferrocarril de Madrid – Fundación de los Ferrocarriles Españoles. Primera locomotora diesel de línea de España (en vía ancha). Foto: Yago López Carvajal, octubre de 2009.