Una de les primeres màquines que va utilitzar el vapor d’aigua per a produir un treball data de 1712, la va construir un britànic, Thomas Newcomen , i era un cilindre i un pistó, produïa vapor d’aigua a la pressió atmosfèrica i aquest feia desplaçar el pistó dins del cilindre, es va utilitzar per treure aigua estancada del fons de les mines, tingué aplicació durant tot el segle XVIII, l’esquema era el que es veu en el dibuix.

L’arbre solidari amb l’èmbol accionava una bomba d’aigua per mitja d’un balancí, amb un contrapès; en entrar el vapor dins el cilindre, l’èmbol pujava per l’efecte del contrapès i el buit produït posteriorment per la condensació del vapor feia baixar l’èmbol i aixecava altre cop el contrapès; la nova entrada del vapor expulsava l’aigua de condensació i feia pujar novament l’èmbol.

Un dels problemes que tenia aquest tipus de màquina era la pèrdua d’energia produïda pel refredament del cilindre en la condensació.

Aquest problema el va resoldre James Watt , introduint l’ús del condensador independent i el manteniment de la temperatura del cilindre per mitja d’una camisa de vapor. En el condensador es produïa un buit i hom el mantenia per mitjà d’una bomba; El cilindre era tancat per tots dos caps, i la pressió atmosfèrica a la cambra superior del cilindre era mantinguda per la introducció del vapor.

Una de les primeres utilitzacions de les màquines de vapor de Watt va ser la indústria tèxtil.

Del vapor al moviment

Els primers trens que van existir com a tals van ser arrossegats per màquines de vapor, màquines que tenien la seva font d’energia en la generació de vapor.

La primera màquina de vapor sobre una via va ser exposada a Londres el 1808, era una petita locomotora de vapor que donava voles sobre una via circular, va ser muntada sobre unes vies en un tancat com una atracció de fira, es cobrava un xíling per pujar un cotxe i donar voltes a una velocitat de 8 km/h. Aquesta locomotora, la gent la va anomenar “Catch-me-who-can” (agafin qui pugui ), tan la màquina com els vagons es van fer servir solament com tren de fira.

Aquesta màquina havia estat inventada per Richard Trevithick, el qual havia obtingut la primera patent per una locomotora de vapor el 1802.

El vapor era generat per una caldera, semblant a qualsevol de les actuals calderes de vapor, que constava d’un cremador o fogar i un dipòsit d’aigua que podia aguantar pressions superiors a l’atmosfèrica.

En el cremador al principi es cremava, generalment carbó, però també s’hi havia cremat llenya, els fums calents i les flames circulaven cap a l’exterior, on sortien per la xemeneia, a través d’un feix de canonades les quals travessaven la part baixa del dipòsit de la caldera on estava situat el dipòsit d’aigua, l’aigua s’escalfava per el contacte amb els tubs calents, bullia i produïa vapor que era emmagatzemat a la cúpula el qual quan arribava a la pressió adequada sortia per la conducció que el portava al pistó corresponent.

El vapor entra en el cilindre empenyent el pistó. Aquest desplaça la biela motriu que a l’hora fa girar la roda. El distribuïdor , està dotat de mecanismes, els quals obren i tanquen conductes perquè el pistó es desplaci en un moviment horitzontal el qual és transformat per la roda en un moviment circular .

La primera línia ferroviària i les primeres locomotores de vapor

La primera línia ferroviària, es va construir a Anglaterra i el tren que hi va circular estava arrossegat per una màquina de vapor, va ser construït per George Stephenson, el qual és conegut com el “pare dels ferrocarrils”. La seva màquina de vapor la “Locomotion” va inaugurar la primera línia ferroviària de servei públic del mon, 27 de novembre de 1825. Aquest primer ferrocarril unia les localitats britàniques de Darlington i Stockton. Aquesta locomotora arrossegava 28 vagons en el seu viatge inaugural.

El dia següent de la seva inauguració, la companya va decidir substituir la màquina per cavalls en el transport de viatgers i utilitzar la màquina de vapor “Locomotion” per el transport de carbó.

A partir d’aquesta primera experiència, el ferrocarril es va anar estenent a tot Europa i Amèrica, i començant així un període d’expansió en la aplicació del vapor a les màquines que arrossegaven els trens. En aquest desenvolupament va tenir un paper molt important el concurs de Rainhill, convocat per la companyia del ferrocarril de Liverpool a Manchester, que va oferir un premi de 500 lliures per a la millor locomotora que es presentes al concurs.

Segons sembla aquest concurs va aixecar una gran expectació i interès ja que segons els cronistes de l’època va convocar més de deu mil espectadors. Una de les màquines presentades va despertar una gran expectació ja que no feia fum ni quasi soroll. Al fer les comprovacions pertinents van descobrir que era arrossegada per un cavall el qual els seus constructors havien amagat dins la carrosseria, (La picaresca ha existit sempre). S’hi van presentar cinc màquines “Rocket”, “Novelty”, “Perseverància”, “Sence igual” i “Cíclop”, aquesta última era la que es movia arrossegada per un cavall, i va ser desqualificada.

Les proves es van iniciar el 6 d’octubre de 1829 i la locomotora “Rocket” de Robert Stephenson va ser la guanyadora, va assolir una velocitat de 38 km/h, remolcant un tren de 20 tones, i 46 km/h, sense arrossegar càrrega.

Aquesta màquina tenia dos elements essencials que van fer possible que guanyes sobre les altres competidores, una caldera de tubs i una connexió directa dels cilindres a les rodes.

Després de l’èxit de la locomotora Rocket a la Gran Bretanya, les locomotores van experimentar un ràpid i eficaç desenvolupament , el qual obeïa a les necessitats d’un transport que cada vegada era més utilitzat. En els anys següents en als primers ferrocarrils, les locomotores de vapor van anar adquirint el seu aspecte més característic: caldera allargada muntada sobre les rodes de tracció, amb cilindres i xemeneies a la part de davant i la marquesina al darrera.

A les locomotores també se’ls va afegir un altre vehicle separat, el ténder, que transportava l’aigua i el carbó o combustible per la caldera, la qual cosa permetia que el tren pogués recorre més quilòmetres sense necessitat de aturar-se per tornar a carregar.

També es va introduir a principis del segle XX el sistema de carretó articulat. Es tracta d’una peça mòbil, que s’aplica també els vagons i la qual reparteix el pes de la locomotora , i li dóna una major elasticitat i facilita una major adherència en les corbes de la via.

Altres millores que es van anar introduint, per augmentar la velocitat i el rendiment mecànic, va ser l’augment del diàmetre de les rodes de tracció, així com l’augment del nombre de rodes de tracció. A principis del segle XX es va introduir el sistema de vapor rescalfat, anomenat “compound”.


La primera màquina de tren que va ser utilitzada a la península Ibèrica, La línia Barcelona Mataró

En el moment que comencen de construir-se Les primeres vies de tren a Europa, Espanya tenia un sistema de transports molt rudimentari, amb un total d’uns 4000 km de carreteres, el ferrocarril va despertar l’interès d’alguns industrials que tenien mercaderies per transportar des de Jerez al Moll del Portal a Cadis i també a Catalunya des de Reus a Tarragona per transportar ametlles, cap d’aquestes propostes va trobar el suport o l’ajuda financera per poder-se construir.

Va ser en el territori espanyol de Cuba en el 1837 on va circular per primera vegada un ferrocarril a l’estat, era un tren pensat per transportar canya de sucre i recorria la distància que hi havia entre Bejucal i La Habana, es van utilitzar locomotores procedents dels Estats Units.

La primera màquina de tren que va funcionar a Espanya el 28 d’octubre del 1848 era de procedència anglesa igual que els vagons del tren. Se la va anomenar “La Mataró” va rebre aquest nom ja que la primera línia de ferrocarril de l’estat feia el recorregut Barcelona Mataró. Tenia tres eixos amb dos cilindres inclinats exteriors, subjectats al bastidor de la locomotora i la cúpula del vapor sobre el cremador o fogar, una caldera petita situada en posició baixa i una alta xemeneia arrossegava un vagó de primera, dos de segona, tres de tercera i un furgó. El dia de la inauguració La “Mataró” va recorre els 28,26 km de la línia amb 35 minuts (tenia ténder). Portava un eix de tracció i dos d’auxiliars.

L’original d’aquesta màquina igual que els vagons ja no existeixen, però es va construir una rèplica exacta, tant de la màquina com dels vagons amb motiu del cent anys de posada en marxa, aquest tren anomenat “Tren del Centenari”. Actualment es fa servir en actes commemoratius.

Totes les màquines de tren que funcionen amb vapor porten una placa distintiva amb la numeració corresponent, aquesta numeració està totalment relacionada amb el nombre d’eixos de tracció que té la màquina i d’eixos lliures, també i consten altres característiques com si la caldera funciona amb fuel o carbó i el número d’ordre de la sèrie de fabricació. Per exemple:

Així segons aquesta simbologia “La Mataró” era una màquina 1-1-1, tenia un sol eix de tracció
Independentment de la seva numeració en les plaques d’identificació moltes de les màquines de tren van ser “batejades” amb noms propis pels quals eren conegudes, com són els que es poden veure en el dibuix adjunt i molts d’ altres que no consten aquí.

Necessitat d’una major potència

El relleu muntanyós de la península i la necessitat de transportar carregues elevades va fer necessari posar en funcionament màquines que poguessin desenvolupar elevades potències, això es va aconseguir amb la construcció de màquines que tinguessin 2,3 i fins a cinc eixos de tracció acoblats , que permetien desenvolupar una major força de tracció.

En les línies espanyoles i degut a l’orografia muntanyosa de bona part del territori es van utilitzar locomotores amb dos ,3 i 4 eixos de tracció acoblats i sense eixos lliures. Eren locomotores dels tipus 0-3-0 i 0-4-0 típiques dels ferrocarrils espanyols. Una d’elles 0-3-0 va circular durant 100 anys complint aquests el 1957, havia recorregut 2.600.000 km. La companya Renfe els utilitzava principalment per trens de mercaderies, un cop retirades de circulació, moltes eren utilitzades com a màquines de maniobres.

Com s’engegava una màquina de vapor


Engegar una màquina de vapor i posar-la en condicions de poder començar a marxar era un treball llarg que avui dia ens semblaria una cosa inversemblant acostumats com estem a posar la clau al cotxe i que s’engegui de seguida o els mateixos trens que donat el contacte de corrent poden funcionar immediatament o al cap d’alguns minuts.

De engegar de les màquines de vapor se’n ocupaven els encenedors, perquè la màquina estigues en condicions de sortir es necessitaven unes tres hores de preparació.

Primer s’encenia el foc en el fogar i l’alimentaven amb carbó fins que cremava be, els gasos que produïa aquesta combustió eren canalitzats a través d’un feix de tubs horitzontals que travessaven la part baixa de caldera i escalfaven l’aigua, la caldera tenia una forma de cilindre posat en posició horitzontal . Al escalfar-se l’aigua de la caldera es convertia en vapor , aquest s’acumulava en la cúpula. Quant el vapor arribava a la pressió suficientment alta s’obria la vàlvula de vapor o regulador i aquest passava als distribuïdors i d’aquests als cilindres.

A partir d’aquest punt començava el treball mecànic de la locomotora. La pressió del vapor empeny els pistons endavant i endarrera i aquest movien les bieles motrius acoblades a les rodes que giraven. Si la màquina tenia més d’un eix motriu, els altres eren arrossegats per l’eix motriu per mitja de bieles d’acoblament. Quant el vapor de la màquina tenia la pressió suficient ja podia començar a rodar el tren, havien passat unes tres hores.

El nombre de cilindres variava segons el tipus de màquines, les més senzilles tenia dos cilindres d’alta pressió, podien ser també de 3, 4 d’alta pressió o 4 de sistema compound.

En el moment de posar-se a rodar, pujaven el maquinista i el fogoner amb el full de la ruta a seguir. Mentre el primer engreixava tots els mecanismes de la locomotora, el fogoner, era l’encarregat de vigilar el fogar, la pressió del vapor i el nivell d’aigua de la caldera. Per mantenir la pressió de vapor era necessari alimentar el fogar amb carbó per què s’anés produint vapor i mantenir la pressió necessària.

La vida dels maquinistes i fogoners


Els maquinistes i els fogoners van ser els principals protagonistes de la tracció dels trens per màquines de vapor. Cada màquina de vapor tenia assignat un fogoner i un maquinista, que eren els professionals que la portaven sempre, això feia que hi hagués un bon coneixement del seu funcionament i possibles problemes i quasi una identificació de les màquines amb cadascun dels seus dos responsables.

La seva feina era pesada i les seves jornades de treball podien ser de dotze, catorze o més hores. El treball era dur, respiraven fum, sutja i estaven al aire lliure, solament protegits per la teulada de la cabina. Mentre el maquinista conduïa el fogoner era l’encarregat d’alimentar el fogar. Una màquina de tren podia consumir fins a 10 tones de carbó en una sola jornada de treball, el qual havia de ser introduït a palades dins del fogar , Aquest consum era major si el carbó era de mala qualitat i a més a més en aquest casos, era necessari remenar el fogar perquè no s’apagués. En les parades el fogoner i el maquinista no paraven ja que tenien de carregar aigua per la màquina i engreixar alguns dels seus mecanismes.

Existien tres categories, fogoner auxiliar, per poder substituir el fogoner en cas de necessitat, fogoner, i fogoner autoritzat, aquest últim podia conduir la locomotora en cas de necessitat.

Generalment el maquinistes començaven com a fogoners, després d’uns anys passaven a maquinistes de maniobres i de trens de mercaderies, fins que finalment podien accedir a maquinistes de trens de passatgers.
A les dures i llargues jornades de treball si havia d’afegir en molts casos les condicions d’allotjament que solien ser dormitoris col•lectius al costat dels dipòsits de carbó i aigua , tot i això existia una identificació entre els homes i la seva eina de treball que es pot considerar mítica. Alguns maquinistes i fogoners que havien treballat amb les màquines de vapor i van poder viure la reconversió dels trens en elèctrics a diesel que recordaven amb una certa nostàlgia els temps de les màquines de vapor.

Com el maquinista i el fogoner es passaven tantes hores en la màquina es veien obligats a fer els àpats en la pròpia màquina i van desenvolupar sistemes propis de cuinar, una pala de fogoner neta podia servir de paella, i amb el vapor de la caldera es podien fer alguns guisats força gustosos. Per fer els guisats s’utilitzaven les conegudes “pucheras ferroviarias” que eren casseroles metàl•liques envoltades per una doble camera per un circulava el vapor d’aigua que feia de sistema de calefacció. Alguns pobles del nord de la península encara fan alguns concursos de cuina ferroviària amb les antigues receptes d’aquell temps.

Les locomotores de vapor van estar funcionant i treballant a Espanya durant 127 anys des de 1848 fins 1975 . Durant aquest període de temps Espanya ha estat el país europeu que ha tingut major varietat de models de locomotores de vapor, és l’únic país pel van circular locomotores d’origen rus per exemple, i que les ha fet funcionar durant més anys.


Les màquines elèctriques


Va ser a finals del segle XIX quant es va començar a experimentar amb les aplicacions de l’energia elèctrica com a sistema de tracció pels ferrocarrils. Un anglès Robert Davidson, el que va realitzar els primers assajos, al construir una locomotora en la qual els pistons eren maniobrats per quatre electroimans , amb una tracció intermitent i sincronitzada. Aquest motors treien la seva energia de bateries situades en el mateix tren, per la qual cosa podien funcionar amb autonomia però tenien poca potència i una velocitat molt baixa.
Amb el mateix sistema anterior, el 1879 l’enginyer alemany Werner von Siemens va construir el primer ferrocarril elèctric pràctic, el qual va estar funcionant en l’exposició Universal de Berlin. Era una petita locomotora a 150V que arrossegava un tren de viatgers pel recinte de l’exposició. La locomotora portava en cada viatge 30 persones i circulava a una velocitat de 6,5 km/h. La màquina estava equipada amb un motor elèctric col•locat sobre quatre rodes i agafava el corrent elèctric d’un carril especial, situat en el eix de la via. Amb aquesta màquina s’inicia la tracció elèctrica dels ferrocarrils.

A finals del segle XIX van començar de circular per Europa i Estats units els primers tramvies i en el 1890 es va inaugurar a Londres el primer suburbà del mon que funcionava amb energia elèctrica . El corrent utilitzat corrent continu i a un voltatge de 3000 V, encara que en alguns casos també es van utilitzar voltatges de 500V i 25Hz de freqüència.

Els primers ferrocarrils elèctrics es van utilitzar en zones urbanes i en el transport de passatgers, ja que les màquines de vapor no eren adequades per aquest transport degut a la quantitat de fum i de soroll que produïen.

El primer tren elèctric es va posar en servei a Alemanya el 1903 entre dues ciutats properes a Berlín Marienfeld i Zossen, en un tram de 23,3 km. La tecnologia elèctrica portà un gran avenç al desenvolupament del tren, especialment en els trens de rodalies i regionals, també en els metros i tramvies.

La primera locomotora elèctrica en una línia ferroviària, als Estats Units no es va produir fins a 1905, anava de Baltimore a Ohio, era una locomotora de 1.440 CV, amb la qual cosa tenia una potència molt superior a qualsevol de les locomotores de vapor que existien en aquella època.

Durant els primers anys del segle XX els trens elèctrics es van estenen per tot Europa, però no serà fins els anys vint, un cop acabada la primera Guerra Mundial i passats els primers anys de postguerra, que es comença una electrificació important del ferrocarril.

Els trens elèctrics a l’Estat Espanyol


En el 1905 es feia la primera electrificació de l’estat espanyol en el tren Barcelona Sarria. En el 1911 es va electrificar un tram de via que unia Linares i Almeria, era el de Gergal a Santa Fe, era una línia que circulava per terreny muntanyós i abrupte i que transportava mineral de ferro, Aquesta línia va funcionar a 500 V i 25 Hz, ja que va ser electrificada per l’empresa suïssa Brow Boveri , la tracció es feia amb tractors de dos eixos que circulaven acoblats en doble tracció mixta, es a dir locomotores de vapor unides a locomotores elèctriques, per evitar els canvis de màquina en els extrems de la línia que no estaven electrificats, circulaven a uns 60 km/h.

Al 1925 es va electrificar un tros de 62 km de la línia Astúries lleó entre Ujo i Busdongo del Port de Pajares, aquesta es va fer a 3000 V. Altres electrificacions posteriors en van fer a 1500 V per que amb corrent de 3000 V el material s’havia de comprar a Estats Units i resultava massa car.

Les màquines que funcionaven a 1500V ja es van construir a l’Estat Espanyol. Totes les locomotores disposaven de sis motors de tracció les destinades a serveis mixtes passatgers i de mercaderies podien arribar a 90 km/h i les destinades solament a passatgers podien circular fins a 110 km/h

Després de la guerra civil, a partir del 1946 es posa en marxa el pla d’electrificació de línies de ferrocarril però ja sense els problemes de subministrament de material per el corrent de 3000V , serà aquest l’escollit per les noves electrificacions, encara que la primera del pla va ser la de Barcelona Mataró en el primer centenari de la seva inauguració 1948 i es va fer a 1500 V, durant molt de temps van anar existint els dos voltatges.

Actualment en línies RENFE solament queda una sola línia a 1500 V la del Guadarrama de 19 km i d’amplada de via mètrica.

Motors elèctrics com a força motriu del ferrocarril


El primer a utilitzar-se va ser el motor de corrent continu, ja que permetia una regulació de la velocitat i un parell d’engegada molt elevats necessaris per moure l’enorme massa del tren .

Principi de funcionament del motor elèctric de corrent continu
El seu funcionament es basa en l’electromagnetisme .Quan un fil conductor es recorregut per un corrent d’electrons es crea un camp magnètic al seu voltant .Si aquest conductor es troba dins d’un altre camp magnètic creat per electro - imants es genera una força de repulsió (igual que quan volem ajuntar 2 imants d’igual polaritat) .Si tenim 2 forces de repulsió formant un parell ,i es troben subjectes a un eix , el fan girar.

Variació de la velocitat en motors de corrent continu

El tipus de motor utilitzat en les màquines ferroviàries és normalment el motor de corrent continu en sèrie .Això vol dir que la bobina de l’estàtor (part fixa del motor ) i la del rotor (part mòbil del motor ) es connecten un darrera l’altre , en sèrie. Aquest motor dona un parell mecànic de forces d’engegada molt elevat, necessari per vèncer la elevada inèrcia dels vagons de tren (molt pesats ).En el moment de l’engegada s’han de col•locar resistències en sèrie per limitar el gran corrent que passaria per el motor .Quan el motor va agafant velocitat es van treien resistències fins a agafar la velocitat necessària .

Problemes dels motors de corrent continu

El motors de corrent continu estan sent reemplaçats pels motors de corrent altern perquè ofereixen una sèrie de desavantatges :

La xarxa elèctrica pública es de corrent altern, per poder alimentar les màquines de corrent continu o bé s’han de tenir generadors de corrent continu propis o s’ha de convertir el corrent altern en continu .
Els motors de corrent continu tenen escombretes que s’han de revisar i canviar cada cert temps i els d’alterna no.

La xarxa de corrent continu dels ferrocarrils te major desgast que l’altern al atraure ions que la oxidant igual que en una bateria . Per aquest motius, una part important de les locomotores elèctriques actuals, funcionen amb motors de corrent alterna.

Com agafen el corrent els trens elèctrics

Les locomotores elèctriques reben l’energia d’un cable aeri exterior anomenat Catenària que és el que proporciona el corrent . El contacte amb aquest cable es fa per mitja del pantògraf col•locat en l a part superior de les locomotores, moltes locomotores van equipades amb dos pantògrafs un a davant i un altre al darrera. Generalment utilitzen el que està més allunyat del sentit de la marxa.

La catenària és per tant un cable elèctric instal•lat al llarg de la via i subjectat al centre per pals. Per evitar que amb la calor és destensi, generalment porta uns contrapesos que l’estiren i fan que sempre es mantingui en tensió.

Els pantògrafs actuals tenen el seu origen en els “trolleys” que utilitzaven els tramvies urbans, però que no permetien velocitats elevades. Els pantògrafs són aparells articulats col•locats sobre els sostre de la màquina que es mantenen en contacte amb la catenària. L’energia elèctrica, que el pantògraf agafa de la catenària es transmesa els equips electromecànics de la locomotora o a l’electrònica de potència.

El pantògraf té quatre parts: el bastidor, és l’element fix situat en el sostre del vehicle motor que suporta el sistema articulat i el mecanisme d’elevació, el sistema articulat, el mecanisme d’elevació i les “Mesilles” situades sobre el sistema articulat que són les capten l’energia elèctrica. Té l’avantatge respecte a d’altres sistemes de connexió que manté una pressió constant entre el fil conductor i els “Frotadors”, els quals amb el temps es van gastant i és necessari canviar.

El pantògraf té uns 50 cm d’alçada, plegat i fins a 2,6 m en el seu desplegament màxim. L’alçada de la catenària sobre els carrils oscil•la entre els 4,6 metres en els túnels i els 6 metres als passos a nivell.

Com arriba l’energia al tren

L’energia elèctrica que s’utilitza els ferrocarrils ve de la xarxa general, la qual es alimentada per les centrals generadores, hidràuliques, tèrmiques, eòliques o nuclears , les quals estan situades en llocs adequats, L’energia elèctrica surt de les centrals a través de cables, en forma de corrent trifàsic a un elevat voltatge, i baixa intensitat, això fa que les pèrdues per calor en el seu transport siguin baixes, però en aquestes condicions no és útil per les locomotores. Aquesta corrent es portada fins a subestacions transformadores que la converteixen en corrent de 3000V o els valors que siguin necessaris per la seva utilització per les locomotores elèctriques. També es rectifica ja que moltes locomotores funcionen amb corrent continua.

Un cop el corrent elèctric té les condicions necessàries per poder fer funcionar les locomotores, es distribuïda al llarg de tota la via electrificada per la catenària, d’on es captada per el pantògraf del tren.

El sistema de cables, subestacions transformadores i catenària, fan econòmicament costosa l’electrificació d’una línia ferroviària, encara que la potència que poden generar les locomotores elèctriques, el poc soroll que fan i la baixa contaminació ambiental el fan un bon sistema de ferrocarril per transport de passatgers, de metro i trens amb molta freqüència de pas.

A Espanya moltes locomotores de Renfe utilitzen corrent continu de 3000V i 1500 V per part de les empreses nomenades de via estreta, tipus Ferrocarrils de la Generalitat.


Els trens arrossegats per locomotores diesel


El primer vehicle ferroviari amb motor de combustió interna es va construir el 1890 i un any després es va aplicar per primera vegada un motor de benzina a una locomotora. Es van fer altres proves però l’escassa potència desenvolupada per aquestes màquines no va fer possible que es prenguessin en consideració fins que l’enginyer alemany Rudolph Diesel va presentar el motor que ell havia dissenyat, el qual portava el seu nom, això passava el 1897.

El motor tenia una potència de 20 CV. Funcionava inflamant el combustible mitjançant la calor que es produïa per la compressió de l’aire, el combustible es cremava a l’interior del cilindre i feia moure el pistó.

Com funciona un motor diesel

Per la part superior del cilindre entra l’aire filtrat a través d’un col•lector. L’aire pur es comprimeix, cosa que fa pujar la seva temperatura, quan l’aire està comprimit al màxim, entra el combustible i es produeix la combustió, l’èmbol descendeix per la força dels gasos que s’han format, aquest obliga a baixar la biela, la qual transmet la pressió rebuda al cigüenyal el qual gira per aquesta pressió a continuació s’obre la vàlvula d’escapament i surten a l’exterior els gasos formats, aquest escapament fa tornar a pujar el pistó.

Aquest moviment del cigüenyal descrit en el paràgraf anterior necessita d’un sistema de transmissió que faci girar les rodes el qual pot ser mecànica, hidràulica o elèctrica - La transmissió en els cotxes és mecànica però no és adequada per els ferrocarrils. La que s’utilitza en les locomotores és elèctrica, el motor diesel impulsa un generador que produeix corrent elèctrica per alimentar els motors que fan anar les rodes.

La primera locomotora diesel de gran potència es va construir a Prussia el 1912, però no va donar els resultats esperats perquè no tenia un sistema de transmissió adequat. Aquest problema es va solucionar al 1924 quan el professor rus Lomonosoff va dotar el motor diesel d’una transmissió elèctrica, es a dir, va acoblar al motor diesel un generador que transmetia l’energia necessària als motors elèctrics que movien els eixos de la locomotora. Un cop resolts els problemes de transmissió l’ús de les locomotores diesel es va estendre ràpidament, principalment a Estats Units, on els anys 50 del segle XX les locomotores anomenades diesel-elèctriques havien substituït pràcticament les locomotores de vapor i encara ara la major part del transport ferroviari es fa amb aquest tipus de locomotores.

El ràpid èxit de les locomotores diesel va ser degut als seus avantatges, poder disposar d’elles en qualsevol moment, l’eficàcia tèrmica donava un bon rendiment i la reducció del soroll i dels fums les feia millor que les de vapor. Davant les elèctriques el seu avantatge principal és que no necessiten d’instal•lació de la CATENÀRIA ni de estacions elèctriques per poder funcionar. Les instal•lacions elèctriques són molt costoses principalment en recorreguts de poca circulació de trens.

A Europa, al no tenir pous de petroli el diesel s’havia d’importar, aquesta va ser la causa que les locomotores diesel-elèctriques s’introduïssin més tard, i no fossin la primera substitució del vapor , sinó que s’optés principalment per la electrificació i les màquines elèctriques.

No va ser fins a la dècada dels 1950 que es van començar d’utilitzar a tot el mon. Avui dia comparteixen juntament amb les elèctriques la tracció dels ferrocarrils de tot el món, si exceptuem la Xina la Índia, i molts altres llocs del planeta on encara podem veure circular màquines de vapor.

Les primeres màquines de tren diesel de l’Estat Espanyol

La primera locomotora diesel es va utilitzar a l’estat espanyol en 1908 era una “dresina” que circulava a la línia, Aznalcollar Guadalquivir. Per els ferrocarrils del País Basc es van construir automotors de benzina al 1913. Els primers trens de tracció diesel que van circular per les vies amples de l’estat espanyol o van fer el 1921, per la línia Argamasilla Tomelloso.

Aquestes varen ser experiències esporàdiques que es van estendre fins els anys trenta , encara que el seu cost no les feia competitives. La guerra Civil va representar un abandó d’aquestes primeres experiències de tracció diesel i no va ser fins els anys 1950 que a l’estat espanyol no es va generalitzat l’ús de locomotores diesel com a sistema de tracció de trens.

Les locomotores diesel de línia, que es van utilitzar a l’estat espanyol eren de procedència americana. Els americans tenien la tecnologia diesel més desenvolupada i a més a més l’adquisició d’aquestes màquines es feia amb diners de “La ajuda americana “ pactada per Franco a canvi de la instal•lació de les bases militars a la Península.

Una gran majoria de les locomotores diesel utilitzades en ferrocarrils espanyols són del tipus diesel elèctriques

La infrastructura ferroviària

El ferrocarril necessita d’una infrastructura per poder circular els trens la qual podem englobar en vies, senyalització i serveis auxiliars.

Vies de ferrocarril

Els carrils són anteriors a les locomotores, es van utilitzar per guiar vehicles anteriors als trens, vagonetes de les mines de carbó i d’altres.

La via del ferrocarril està formada per, els carrils, les travesses que els subjecten i el balast capa de pedres sobre el qual s’aguanten les travesses i els carrils. La finalitat de les travesses es mantenir el paral•lelisme dels carrils en tot el seu recorregut, carrils i travesses conformen el anomenat ample de via. Aquesta és una característica bàsica que defineix una línia ferroviària.

Els carrils són dues barres d’acer disposades de forma paral•lela que guien les rodes del tren i aguanten tot el seu pes.

En els primers ferrocarrils els carrils eren de ferro fos, també es van fer servir carrils de ferro forjat que eren més resistents però també més cars, a partir del 1870 s’introdueixen els carrils d’acer, els quals tenien molt poc desgast i eren molt resistents, són els utilitzats actualment.

Un altre element necessari per les vies són les travesses o sistema per subjectar els carrils, mantenir-los en perfecta alineació i paral•lelisme, també reparteixen el pes del tren en una major superfície i disminueix així la pressió sobre la terra, les primeres travesses eren de fusta de pi o de roure. També de ferro. Actualment les travesses són de ciment o formigó pretensat.

En les primeres vies i línies de tren es van utilitzar diferents formes de carrils, de tipus Barlow va ser utilitzat en la primera via de tren Barcelona Manresa. El de tipus Brunel va ser utilitzat en la via en la línia Barcelona Molins de Rei .

Posteriorment es va començar d’utilitzar els de tipus Vignole, que són els que es fan servir encara ara. És d’origen americà i va ser introduït a Europa per l’enginyer anglès Charles Vignole, al principi i durant quasi 100 anys els carrils tenien una longitud màxima de 33m per evitar els efectes de dilatació amb l’augment de temperatures s’unien mitjançant unes peces, brides que s’enroscaven amb cargols o tirafons. Aquests sistema de carrils anomenats de barres curtes feia que els trens es moguessin amb un “traqueteix” continu característic d’aquest sistema, semblant al d’un cotxe quan passa sobre les juntures d’un pont de l’autopista.

Actualment els carrils estan soldats en la total longitud de la via, la qual cosa fa que el tren circuli amb molt menys soroll i de forma molt més suau.

El balast és un conjunt de pedres de granit esmicolades sobre el qual s’assenten les travesses. Serveix per repartir encara millor el pes del tren, evitar desplaçaments laterals i proporciona una base sòlida i molt permeable, per evacuar l’aigua de la pluja també ha d’omplir els espais que hi ha entre les travesses.

L’ample de via

L’ample de via és la distància que separa els dos carrils. Durant el temps s’han construït vies amb diferents amplades de via un total de sis o set amplades. Als països de la resta d’Europa, excepte Rússia, Polònia, Irlanda i Portugal, es van construir vies 1.435 metres d’amplada, les de la Península Ibèrica van ser majoritàriament de 1,672 metres, (Era la mida de sis peus castellans) pensant que el haver de construir en un terreny més accidentat una major amplada de la via donaria més estabilitat als trens i no hi hauria tant perill de descarrilaments. També es van construir vies d’amplades inferiors de 1000mm, però fins i tot de 750 i 600 mm. Actualment tenim a la Península, cinc tipus d’ampla de via.

1,668 metres que són la majoria dels trens de Renfe. (va ser disminuït en 4mm)
1,435 metres, nomenat ample internacional, és dels tren AVE, i els Ferrocarrils de la Generalitat en la línies, Barcelona Sant Cugat, Terrassa i Sabadell i els metros de Barcelona i Madrid.
1,219 metres utilitzat únicament pels tren de les mines Tharsis en Huelva.
1 metre, són les generalment nomenades “Via estreta”, són les Feve, trens de la Generalitat de Catalunya i València, Euskotren.
0,914 metres és l’ample de via del tren de Palma a Sóller.
Aquest diferents amples de via fa, que principalment en les xarxes de connexió internacional s’hagi hagut de dissenyar un sistema per variar l’amplada dels eixos perquè els trens que surten d’Espanya puguin circular per les vies internacionals.

El perfil de la xarxa ferroviària

Espanya és, desprès de Suïssa, el país europeu amb un relleu d’alçada mitja més alt, això i el fet que la xarxa ferroviària, és del tipus radial, unint el centre amb les perifèries, va fer necessària la construcció de nombrosos túnels, ponts i terraplens per poder superar muntanyes, rius i barrancs. A la resta d’Europa les vies dels trens rares vegades superen la cota dels 1000 m d’alçada, a la Península hi ha uns 20 trams de vies per sobre aquesta cota, la més alta es troba a 1821 m en la línia de Cercedilla a Los Cotos, el túnel de la Collada de Toses es troba a 1495 m

El traçat de la via

Per el traçat de les vies cal tenir en compte que una locomotora ferroviària no pot superar pendents superiors al 60 per mil. Una bona línia per el transport de passatgers i mercaderies no supera generalment els pendents del 12,5 per mil, no obstant si el transport és solament de viatgers aquest pendents poden ser superiors en longituds curtes, això es supera en part gràcies als túnels i d’altres solucions esposades en el paràgraf anterior.
Unit a les condicions anteriors cal afegir que, les vies del tren no poden tenir corbes que tinguin un radi inferior a 180 metres, ja que sinó els trens descarrilarien, al no poder-se corbar el necessari per seguir la via, a més a més en les corbes han de tenir el rail de fora una mica més elevat que el de dintre, fet que s’anomena peralt.

Segons sigui el radi de la corba la velocitat podrà augmentar. En la línia de l’AVE Madrid Sevilla s’han adoptat radis compresos entre els 3200 i 4000 metres, en les corbes menors de 2300 metres el tren ha de reduir la seva velocitat fins a 215 km/h.

El traçat de les vies no presentava excessives dificultats en territoris que no eren muntanyosos però aquest no és el cas de la península Ibèrica. Per poder salvar els desnivells, les muntanyes, valls i travessar els rius va ser i és encara necessari que el traçat de la via tingui , trinxeres en els petits promontoris, túnels per travessar muntanyes importants, ponts i viaductes per rius i valls i terraplens per petites valls o fondalades. També caldrà tenir en compte que les corbes han de tenir un radi adequat.

En la primera línia de ferrocarril de la Península, Barcelona Mataró es va construir el primer túnel ferroviari que travessava el Mongat, va ser excavat en roca viva i té una longitud de 135 metres, en el seu temps va causar una gran expectació i admiració. El segon va ser foradat a Astúries,

Els primers túnels van ser construïts sense mitjans mecànics, i no tenien més ventilació que la natural, la qual cosa els feia molt penosos pels maquinistes i fogoners mentre solament hi circulaven màquines de vapor, en dies de poca corrent d’aire s’havia arribat a donar el cas de la mort d’algun maquinista o fogoner per asfixia en travessar algun túnel molt llarg, també ho eren pels passatgers però almenys aquests podien tancar les finestres. També era necessari deixar un interval de 20 minuts entre dos trens perquè els túnels es poguessin ventilar, cosa que reduïa el nombre de trens que hi podien circular.

Actualment els ferrocarrils de l’Estat Espanyol tenen 775 km de vies que estan instal•lades en un total de 1848 túnels, el més llarg és de 5971 metres hi està en línia Zamora La Corunya. En realitat, el més llarg és el de “La Engaña” de 6976 m, de l’antiga línia “Santander-Mediterráneo”. La curiositat és que mai s’ha vist passar un tren, perquè no si va arribar a posar ni les vies. També cal remarcar el túnel de que travessa la Collada de Tosses, té una longitud de 1057 metres i 32 metres de desnivell, es coneix com el túnel del Cargol, perquè està construït en espiral.

En la línia de alta velocitat s’han foradat 17 túnels amb una longitud total de 15869 metres. Les tècniques de perforació i ventilació han millorat extraordinàriament.

Solament falta esmentar el túnel més important d’Europa construït entre la dècada dels 80 i 90 del segle passat, que uneix França amb Anglaterra creuant per sota del canal de la Mànega, té una llargada de 50 km i ha estat excavat entre 25 i 50 metres per sota del fons del mar, està format per tres galeries deferents, dues de 7,6 m d’amplada una per cada sentit i una tercera, per serveis i emergències , situada entre les altres dues de 4,8 m. Hi ha galeries transversals de comunicació cada 375 m. Els trens que passen per aquest túnel transporten, mercaderies, cotxes, camions carregats i passatgers. Quant s’acabi en túnel del Sant Gottard entre Suïssa i Itàlia, serà el més llarg del món amb 56 km.

Actualment i des de fa anys els túnels es construeixen amb màquines nomenades tuneladores, són grans màquines que arrenquen el material, el transporten a l’exterior i fabriquen semicircumferències de formigó que asseguren el sostre del forat que van fen, així s’estan construint els túnels de la línia 9 del metro de Barcelona, res a veure amb els pics pales vagonetes i explosius dels primers túnels.

Les trinxeres al igual que els terraplens es fan quan els llocs per on ha de circular el ferrocarril hi ha petites ondulacions, si era possible les terres tretes de les trinxeres o túnels eren les utilitzades per fer els terraplens. En els terraplens és necessari que estiguin travessats en les parts més baixes per clavegueram transversal que eviti l’acumulació i embassament de les aigües pluvials. Totes aquestes construccions representaven uns grans moviments de terres i rocs que fins a principis del segle XX es feia solament amb l’ajuda d’animals.

Els primers ponts dels ferrocarrils es van construir de fusta, amb bigues rectes, subjectades amb fustes i taulons i aguantats per tanques també de fusta, el primer que es va construir a la Península, en la via de Barcelona a Mataró sobre el riu Besos, al cap de poc temps d’inaugurat se’l va emportar una riuada i després es va tornar a construir de pedra. El mateix va passar amb el de la línia “Aranjuez-Madrid”, sobre el riu Tajo el 1851. Durant els primers temps del ferrocarril - mitjans del segle XIX- es van construir diferents ponts de fusta, un dels més llargs era construït sobre el riu Túria en la línia València a Grao, tenia set trams de 20,21 metres cadascun d’ells. La mateixa companya en va construir d’altres en la línia València Xàtiva que van ser cremats per traginers que tenien carros i es dedicaven al transport de mercaderies, com també per cotxers de transport de viatgers, que veien en el tren la fi de la seva feina.

En desenvolupar-se la indústria metal•lúrgica es van imposar els ponts metàl•lics construïts amb bigues de ferro, un dels que es poden citar va ser el de Parana a Astúries en el 1883, va ser construït per Eiffel, era un pont d’una sola biga contínua que tenia un traçat en corba. Actualment ja no existeix . Un altre de molt important que ja no s’utilitza però que encara existeix és el de Ormaiztegui, en la línia Madrid Irun, data del 1863 i va ser construït amb biga recta.

Solament cal afegir que són moltes les ciutats per quals passen línies de ferrocarril que encara conserven ponts de ferro de finals del segle XIX.

Amb la construcció de les grans línies es comencen a construir ponts de “Fàbrica”, de pedres i totxanes, dins d’aquest tipus de ponts podríem citar-ne alguns d’importants per la seva longitud com pel seus grans arcs, el de Buxadell en la línia Barcelona Saragossa, el que hi ha sortint de l’estació de Madrid nord, nomenat dels francesos, construït el 1860, que es va fer famós en una cançó republicana durant el setge de Madrid en la guerra civil.

D’altres com el que es va construir a Almeria sobre el riu Salat, era un pont d’acer amb bigues continues de 105 m de llargada per cada tram, col•locades sobre pilars de 75 m d’alçada , va ser construït a finals del segle XIX. Un dels ponts de ferro més llargs de l’Estat Espanyol va ser construït, el 1866 sobre el riu Guadiana a la província de Badajoz i tenia 11 trams de 53 m cadascun, encara existeix transformat en pont de “Fàbrica” , posteriorment es va construir el pont sobre el riu Ebre en la línia de Barcelona València amb una longitud de 1006 metres i un espectacular obertura espectacular de 92 metres de llargada.

Amb utilització del ciment armat en la construcció, es van anar generalitzant ponts més llargs i viaductes, que ja no tenen com a únic objecte travessar rius sinó que també es fan servir per travessar barrancs. o petits desnivells.


Senyalització, agulles i estacions

En la infrastructura ferroviària tenen també un paper molt important els senyals instal•lats a les vies per avisar als maquinistes si la via està lliure o no, en sortir o arribar a una estació.

Aquests senyals al principi les feia l’encarregat de l’estació amb llums de petroli, vermell per via ocupada, o parada del tren, i blanc per via lliure, o sortida del tren, posteriorment es van substituir per banderes i llums elèctrics. Val a dir que els colors dels semàfors ferroviaris són els desprès es van adoptar per els semàfors que regulen el trànsit dels cotxes.

Actualment tot aquest sistema està automatitzat i les persones solament vigilen el bon funcionament del aparells de control i regulació.

Els desviaments es feien mitjançant agulles són el mecanisme que fa possible que els trens puguin canviar de via, són mecanismes que sempre estan situats a l’entrada i a la sortida de les estacions, els primers eren moguts per un treballador, el guardaagulles, posteriorment es van instal•lar els nomenats enclavaments, que concentraven en un sol aparell el canvi de via i els senyals de llums associats a cada canvi, de manera que feien impossible donar senyals que fossin incompatibles per la seguretat de la circulació.

Actualment es disposa de sistemes informàtics que garanteixen la seguretat de la circulació dels trens.

Els centres de comandament

El comandament de la circulació ferroviària ha anat evolucionant en la mateixa mesura que han millorat els sistemes de seguretat del ferrocarril, al principi es donaven les ordres mitjançant el telèfon i per trams curts, actualment s’utilitzen sistemes elèctrics i electrònics que controles la circulació dels trens en radis de alguns cents de quilòmetres.

Les instal•lacions modernes s’organitzen amb Controls de Tràfic Centralitzats, CTC, aquests regulen el trànsit ferroviari en amples zones governant tots els desviaments i senyals i passos a nivell.

Els CTC estan programats per cada recorregut, de manera que automàticament ajusten les agulles i els senyals de pas del tren. Els sistemes estan dissenyats de manera que encara que es produís un error humà , es garanteixi la seguretat de la circulació, un cop un tren està en un tram de via, l’ordinador no executa cap ordre que pugui contradir aquesta circulació. Això s’anomena enclavament electrònic (abans es feia manualment) L’efectivitat dels CTC, es completa amb una duplicitat de tots els elements vitals del sistema de manera que en cas d’avaria d’un d’ells pugui funcionar l’altre

L’alta velocitat

Un tren és d’alta velocitat quan circula per sobre dels 250 km/h. Per circular a aquestes velocitats s’exigeix un canvi important en el traçat de les vies, en el sistema de conducció i en els propis trens. Com s’ha indicat abans l’alta velocitat exigeix corbes superiors als 3000 metres, és obligatòria una doble via i una distància major entre les dues vies, túnels més amples i un ballat de les vies a tot el llarg del seu recorregut.

En quan a la conducció s’han eliminat els senyals al peu de les vies, i un sofisticat sistema de comunicació adverteix al maquinista, mitjançant la pantalla de la cabina de l’estat de la via i la velocitat que ha de mantenir.
Els trens d’alta velocitat, no són una màquina que arrossega un comboi de vagons sinó que són unitats de tren intercomunicades, en general amb una màquina integrada al primer vagó a cada cap del tren, va dotat d’un sistema de frenat de gran potència i al igual que els avions els trens estan presuritzats per evitar als viatgers les molèsties de la velocitat.

El tren “bala”
El Japó va ser el primer país del món on es va construir i va circular el primer tren d’alta velocitat, se’l va anomenar el Shinkansen “tren bala”, va entrar en servei amb motiu dels Jocs Olímpics del 1964 i circulava entre Tokio i Osaka.

L’èxit d’aquest tren va representar un revulsiu pels ferrocarrils europeus, ja que el tren començava a veure com un mitja de transport antic podia competir amb el transport per carretera i sobretot amb el transport per avió en distàncies mitges.

França va ser el primer país europeu en el qual va funcionar un tren d’alta velocitat, TGV –són les sigles que en francès corresponent a tren d’alta velocitat- es va inaugurar al 1981 i unia París amb Lió.

El 1991 s’inaugurava la primera línia d’alta velocitat a Alemanya: el ICE que circula a velocitats de 350 km/h.
El 1992 es va inaugurar el primer tren de gran velocitat a Espanya amb la línia que uneix Madrid amb Sevilla, i actualment l’Estat espanyol té en construcció diferents línies d’alta velocitat, la que està més avançada és la de Madrid Barcelona, amb el tram Lleida Madrid ja en funcionament , aquesta línia ha d’enllaçar amb França.
Un altre d’important és l’Eurostar, que creua el canal de la Mànega i uneix França amb la Gran Bretanya des de l’any 1994

El monorail i el maglev

Els monorails circulen enlairats sobre una via de formigó, s’han de considerar una curiositat turística però han estat els precursors dels trens de levitació magnètica (maglev).

Els trens de levitació o sustentació magnètica, circulen dins d’un circuit de dues bandes magnètiques produïdes per imants superconductors. La força de tracció la proporciona un corrent altern trifàsic que genera la polarització dels imants superconductors els quals permeten fer avançar el tren a gran velocitat, sense fregament ni soroll com a principal avantatges.

Per crear aquests camps magnètics calen electroimans molt potents que consumeixen una gran quantitat d’energia i que en conseqüència s’escalfen molt. Per això s’estan desenvolupant uns materials molt sofisticats que es coneixen amb el nom de superconductors . Aquests materials presenten una conductivitat elèctrica molt elevada que permet el pas de corrent sense pèrdues d’energia, tot obtenint camps magnètics intensos sense que les bobines dels electroimans s’escalfin, per assolir la superconductivitat aquests materials han d’estar a molt baixes temperatures, els primer materials utilitzats havien de treballar a -225ºC. Per obtenir aquestes temperatures és necessari mullar les bobines del material de fil de coure amb heli o nitrogen líquids els quals al evaporar-se poden assolir fins a -269ºC en el cas d’heli. L’us d’aquests gasos liquats fa que el sistema sigui extraordinàriament car per la gran quantitat d’energia que es consumeix per liquar-los.

Últimament la casa Toshiba japonesa ha estat fent proves amb un nou material ceràmic, format per òxids de bismut i coure el qual es capaç de comportar-se com un superconductor a - 163ºC, a més a més aquests material millora altres condicions tècniques necessàries per la construcció d’aquests motors. Aquestes proves han estat reeixides i aquest nou material es presentarà en l’exposició Mundial del 2005 que tindrà lloc el 2005 a Aichi, Japó. Aquest material suposarà, una reducció important en el cost de la refrigeració dels superconductors, que pot fer econòmicament rentable, la construcció de trens de levitació magnètica.

Existeixen dos tipus de trens de monorails magnètics:
Els d’atracció magnètica
Els repulsió magnètica

BIBLIOGRAFIA

El libro del tren, Pilar Lozano Carbayo. Guillomia comunicacion grafica
Guia historica del ferrocarril, Varios autores. Editorial Electa
Electrotècnia, Varios autores. Editorial Mc Graw Hill
Física II, Varios autores. Editorial Edebé