Locomotora de vapor

Una locomotora de vapor es una máquina de vapor sobre ruedas que lleva su propio combustible y agua y arrastra trenes sobre raíles. Richard Trevithick hizo circular la primera en Gales en 1804, y la Rocket de Robert Stephenson, de 1829, fijó el modelo que siguieron casi todas las posteriores: una caldera llena de tubos de humos, un escape bajo la chimenea y cilindros que mueven directamente las ruedas.

Qué es

Una locomotora de vapor es una máquina de vapor montada sobre un bastidor con ruedas, construida para arrastrar trenes por una vía férrea. Lleva consigo carbón o coque y agua, quema el combustible en un hogar y convierte la presión del vapor en el giro de sus ruedas motrices mediante pistones y bielas. Sus ruedas de hierro corren sobre carriles de hierro o acero, donde ruedan con mucha más facilidad que unas ruedas en un camino, de modo que una sola máquina puede tirar de muchos vagones cargados.

La lámina muestra la Rocket, construida en 1829 por Robert Stephenson and Company en Newcastle upon Tyne. Reunió en una sola máquina una caldera atravesada por muchos tubos de humos y un escape de vapor en la chimenea, dos elementos que siguieron siendo habituales en las locomotoras de vapor posteriores.

Cómo funciona

El fuego arde sobre una parrilla en el hogar, en la parte trasera. Sus gases calientes avanzan a través del cuerpo de la caldera por 25 tubos de cobre de unos 76 mm de diámetro, rodeados de agua. Muchos tubos pequeños ofrecen al agua mucho más metal caliente que un solo conducto grande: en la Rocket, los tubos daban varias veces la superficie de calefacción de las paredes del hogar (las cifras varían según las fuentes). El vapor se acumula sobre el agua a unos 3,4 bar por encima de la presión atmosférica.

El escape lanza el vapor usado por la chimenea y aviva el fuego en cada golpe de pistón.

Desde la caldera, el vapor pasa a los dos cilindros, uno a cada lado. Una válvula de corredera lo deja entrar primero detrás del pistón y luego delante, de modo que el pistón es empujado en los dos sentidos. Cada vástago mueve una biela, que hace girar un muñón fijado en la gran rueda delantera del mismo lado. El peso que descansa sobre ese par de ruedas, unas 2,6 toneladas en la Rocket, junto con la adherencia entre ruedas y carriles, limita cuánto puede tirar antes de que las ruedas patinen.

El vapor usado sale de los cilindros por un tubo que termina en una tobera bajo la chimenea; cada bocanada arrastra el humo y aspira aire fresco a través del fuego. Cuanto más trabaja la máquina, más fuerte es el tiro, lo que ayuda a la caldera a seguir el consumo de los cilindros; aun así, el fogonero tiene que alimentar el fuego y mantener el nivel de agua.

Cómo construirla

La pestaña del borde interior de cada rueda mantiene el eje entre los carriles.

Las locomotoras de tamaño real se construyen en talleres ferroviarios. Los caldereros curvan chapas de hierro o acero, las remachan para formar el cuerpo cilíndrico y el hogar y fijan los tubos en las placas tubulares de cada extremo. Antes de poder encenderla, la caldera se prueba con agua a una presión superior a la de trabajo, fijada por la normativa aplicable, y la revisa un inspector independiente. Los fundidores cuelan los cilindros, los mecánicos los mandrinan y montan pistones y válvulas, y las ruedas reciben aros de hierro colocados en caliente. Los ferrocarriles históricos que restauran hoy locomotoras están sometidos a pruebas e inspecciones parecidas.

Una maqueta sin vapor permite ver cómo se mueven las ruedas.

Cortar la rueda. Sierre en contrachapado un disco de unos 20 cm de diámetro. Pegue con firmeza en su centro una varilla de madera que hará de eje, y taladre un segundo agujero a 5 cm del centro para el muñón, una varilla corta pegada. Atornille a una tabla dos tacos verticales taladrados para recibir el eje con holgura, de modo que la rueda gire libre entre ellos.

Hacer el cilindro. Pegue un tubo de cartón o de plástico de unos 15 cm sobre un taco de madera atornillado a la tabla junto a la rueda, de modo que el tubo quede en el plano de la rueda, con su eje a la altura del eje de la rueda y apuntando a su centro. Una varilla que se deslice libremente por dentro hace de vástago.

Unir las piezas. Corte un listón fino de unos 25 cm como biela. Taladre un extremo a la medida del muñón y articule el otro al extremo del vástago con un clavo pequeño. Compruebe que la rueda puede dar una vuelta entera sin que la biela choque con el tubo.

Hacerla girar. Empuje y tire del vástago: la rueda da una vuelta por cada 10 cm de ida y 10 cm de vuelta. Fíjese en los dos puntos muertos, en los que el muñón, el eje y el extremo del vástago quedan en línea recta y empujar no sirve de nada. En las locomotoras reales de dos cilindros, las manivelas de los dos lados están desfasadas un cuarto de vuelta, de modo que una siempre está fuera de su punto muerto.

Seguridad. No caliente nunca agua en un recipiente cerrado ni intente fabricar una caldera: el vapor a presión puede reventar un recipiente y producir quemaduras graves. Los modelos de vapor vivo solo deben funcionar a partir de kits comerciales con calderas probadas y válvulas de seguridad en buen estado, bajo la supervisión de un adulto. Mantenga los dedos lejos de la manivela cuando la rueda gire.

Historia y evolución

En la vía de Penydarren, placas cortas de fundición clavadas a bloques de piedra guiaban ruedas sin pestaña, y se partían bajo el peso de la locomotora.

Richard Trevithick, ingeniero de Cornualles, construyó para la ferrería de Penydarren, en Merthyr Tydfil, la primera locomotora que circuló sobre raíles. El 21 de febrero de 1804 arrastró diez toneladas largas de hierro, unas 10 toneladas métricas, en cinco vagones, con setenta hombres subidos encima, por la vía de carriles que llevaba al canal de Abercynon, unos 14 km, a casi 8 km/h según su propio relato. A la vuelta se rompió un perno y la caldera empezó a perder; la máquina no regresó hasta el día siguiente. Era demasiado pesada para las placas de fundición de la vía, que se partían bajo ella, y acabó como máquina fija moviendo un martillo de forja.

En octubre de 1829, el ferrocarril de Liverpool a Mánchester celebró en Rainhill unas pruebas para elegir sus locomotoras. Se presentaron cinco máquinas y solo la Rocket las completó. Sus recorridos de prueba dieron medias de 19 a 23 km/h, según cómo se calcule; sin carga alcanzó unos 48 km/h. Ganó el premio de 500 libras y el pedido de las máquinas de la línea. En la inauguración del ferrocarril, en 1830, la Rocket arrolló al diputado William Huskisson, que murió por las heridas. Reformada a fondo en menos de dieciocho meses, quedó apartada antes de diez años. Sus restos pasaron en 1862 al museo de la Oficina de Patentes de Londres y hoy forman parte de la colección del Science Museum Group.

Las locomotoras posteriores crecieron mucho, con más ruedas acopladas para repartir el peso y arrastrar trenes pesados, y con presiones más altas. El 3 de julio de 1938, la Mallard del London and North Eastern Railway alcanzó 203 km/h en una bajada al sur de Grantham, que sigue siendo el récord de la tracción a vapor. Fue retirada en 1963, cuando el diésel y la electricidad tomaron el relevo.