En esta segunda entrada de la serie ¿Cómo se mueven los trenes? podrás aprender los principios básicos que permiten a un tren moverse usando un motor de combustión del tipo diésel.
Principio básico del motor diésel
Existen dos tipos de motores que funcionan por combustión.
Por un lado están los de combustión externa, en los que la generación de energía se realiza fuera del motor. Es el caso de las locomotoras de vapor cuyo funcionamiento analizamos en el anterior reportaje de la serie.
Por otro lado están los de combustión interna, en los que la generación de la energía se produce en una cámara dentro del motor.
Entre los distintos tipos de motores de combustión interna, los más empleados para el transporte terrestre son conocidos como alternativos o de pistón. Si bien ha habido trenes con turbina de gas, su uso ha sido muy limitado y jamás han llegado a España.
Aunque no es objeto de este reportaje profundizar a nivel técnico en el funcionamiento de este tipo de motores, sí queremos dar una pincelada para que te hagas una idea de cómo generan el movimiento.
Al igual que en el motor de vapor, los motores de combustión interna alternativos también recurren al uso de cilindros, pistones y bielas.
Cada pistón realiza una carrera dentro del cilindro entre el PMI (Punto Muerto Inferior, más cercano al cigüeñal, que en el esquema anterior se ve en rojo, y el PMS (Punto Muerto Superior), más cercano al cárter.
Es precisamente en el PMS en donde se produce la combustión, que libera una energía que empuja al cilindro hacia el PMI
Gracias a las bielas que unen los cilindros con el cigüeñal, éste transmite al exterior del motor el trabajo generado en forma de movimiento circular, que llega a las ruedas a través de un sistema de transmisión.
Aunque con un cilindro es suficiente para generar el movimiento, estos motores suelen llevar varios para aumentar su eficiencia. Es el caso del motor del esquema, que tiene 4 cilindros; la configuración más habitual en automóviles.
Según la manera en la que se produce la combustión estos motores se dividen en 2 tipos:
- Motor de explosión. Se produce por la explosión del combustible mediante la acción de una chispa. El combustible más usado en este tipo de motor es la gasolina, aunque también pueden funcionar con etanol, GNC (Gas Natural Comprimido), GLP (Gas Licuado del Petróleo) o hidrógeno.
- Motor diésel. En lugar de producirse por explosión, la combustión tiene lugar mediante autoignición por la compresión que el pistón ejerce dentro del cilindro. El combustible más usado en este tipo de motor es el gasóleo (habitualmente mal llamado diésel), aunque también funcionan con aceites animales o vegetales conocidos como biodiésel.
Para que se produzca la ignición y el movimiento, tiene lugar un ciclo que consiste en cuatro fases (admisión, compresión, explosión y escape) que se pueden hacer en dos tiempos (dos movimientos lineales del pistón) y en cuatro tiempos (cuatro movimientos lineales del pistón). Como no es propósito de este artículo ahondar en el funcionamiento de los motores, se recomienda visitar los dos enlaces anteriores, que llevan a páginas en las que se explica de forma sencilla.
Transmisión del movimiento en un tren diésel
Dado que los motores diésel son más adecuados para desarrollar grandes potencias, son el tipo de motor de combustión interna más empleado en el transporte por ferrocarril.
Existen tres tipos de trenes diésel según el tipo de transmisión que utilizan para llevar el movimiento desde el cigüeñal a las ruedas.
Transmisión mecánica
El cigüeñal está unido directamente a las ruedas mediante sistemas mecánicos (engranajes, cárdanes, etc.) con una caja de cambios y embrague intermedios. Por decirlo de alguna manera, este tipo de trenes se asemejan mecánicamente a un autobús. Aunque con transmisiones más complejas ya que deben coordinar la acción de varios embragues.
En España el único tren diésel de transmisión mecánica que sigue en funcionamiento es el Tamagochi 596 de Renfe, sacado a partir del Camello 593 cuyo talón de aquiles fue, precisamente, la transmisión.
Recientemente en España se ha fabricado para Reiuno Unido la serie 195, que es de tracción mecánica como se puede apreciar en este vídeo.
Transmisión eléctrica
En este caso, el cigüeñal está unido a un generador de electricidad que se encarga de alimentar motores eléctricos que están mecánicamente unidos a las ruedas.
Por simplificarlo un poco, los trenes diésel-eléctricos son trenes eléctricos con un electrógeno a bordo.
Es una de las transmisiones más utilizadas en locomotoras a nivel mundial, en gran parte debido a su robustez, fiabilidad y a su omnipresencia en las locomotoras de diseño estadounidense y sus derivadas. Por ejemplo, todas las locomotoras General Motors, EMD, AlCo y General Electric son diésel-eléctricas.
Entre sus ventajas destaca que elimina totalmente las cajas de cambios y muchos elementos mecánicos que pueden resultar muy costosos de mantener y permite aprovechar al máximo las innovaciones del motor eléctrico.
Además, la transmisión eléctrica es ideal para crear trenes duales, que pueden circular tanto en modo eléctrico con alimentación por catenaria o tercer raíl como en modo diésel usando el generador.
Transmisión hidráulica
Basada en los principios de Pascal y Bernoulli, utiliza un fluido (generalmente aceite) encerrado dentro de un circuito que se encargará de mover las ruedas gracias al accionamiento de los émbolos de unos cilindros unidos a las mismas. Gracias a una bomba hidráulica, el cigüeñal se encarga de hacer que este fluido adquiera energía cinética o de movimiento y se accione el mecanismo.
La presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.
B. Pascal.
La energía total de un sistema de fluidos permanece constante a lo largo de la trayectoria de flujo.
D. Bernoulli.
La mayoría de transmisiones hidráulicas suelen ser más bien hidromecánicas, ya que incorporan dos o más marchas para hacer su trabajo más eficiente.
Si bien un sistema de transmisión hidráulica para mover un tren o cualquier otro tipo de maquinaria pesada tiende a ser el más eficiente, tiene grandes desventajas. El sistema ha de ser muy preciso, no debe tener fugas y el fluido suele ser inflamable. Todo esto supone que el mantenimiento de la transmisión ha de ser exhaustivo.
En España, las locomotoras usadas por Talgo (series 352, 353 y 354) han sufrido diversos incendios debido a este problema y las locomotoras de la serie 340 (ex-4000) eran conocidas por ser grandes consumidoras de aceite.
Los trenes diésel de Renfe
En los trenes autopropulsados domina la transmisión hidromecánica, siendo la usada en todos los vehículos salvo en la mencionada serie 596 que mantiene su sistema puramente mecánico.
Por su parte, todas sus locomotoras diésel son del tipo eléctricas. Su diseño mecánico es predominantemente americano, ya que todas usan la tecnología de General Motors-EMD. No obstante, en vía ancha sigue quedando en servicio una serie de dos locomotoras, la 355 (cabezas tractoras del Talgo XXI), que tienen transmisión hidromecánica; pero éstas son propiedad de Adif.
muy primitiva e incompleta el funcionamiento de un diesel
No es objeto de este artículo profundizar demasiado, ya que no es una página de mecánica y está orientado a personas que no conocen mucho la materia. Más adelante posiblemente publiquemos más artículos sobre la materia con un mayor nivel técnico.
Lo dudo mucho, pues el artículo es de un ínfimo nivel. Es una auténtica barbaridad llamar motor de explosión a un motor Diesel. Son motores de combustión, que no es precisamente lo mismo, el ciclo termodinámico es diferente en un motor de explosión (gasolina o GLP habitualmente) que en uno de combustión (gasóleo). Es verdaderamente lamentable que gente con tan poca formación se meta a escribir de lo que no tienen ni idea.
Fernando, agradezco la corrección. Pero se puede hacer sin faltar el respeto tirando por tierra todo el trabajo realizado. Errores cometemos todos.
Gracias, Miguel, por este artículo. No había podido encontrar en inglés ni en español una explicación tan clara de lo que es una locomotora diesel hidráulica.
Para aportar algo, me permito agregar que el sistema debe ser comandado por una válvula proporcional para la correcta relación – presión / caudal del sistema-, siendo la presión = fuerza, y caudal= velocidad, de manera que son inversamente proporcionales, es decir, a menos caudal más presión y viceversa.
Esto es una visión muy superficial y básica del circuito