¿Cómo sería una locomotora de vapor si la energía de vapor se convirtiera una vez más en el tipo principal utilizado en el transporte ferroviario?

Supongamos que en un futuro muy cercano casi todo el transporte ferroviario volvería a las locomotoras a vapor. Para definirlo exactamente, me refiero a que dentro de la locomotora se quema combustible sólido, que hierve el agua, que a su vez se utiliza para mover la locomotora.

Suponga que no hay colapso económico o social, o al menos no uno demasiado grande. Suponga también que la importancia del transporte ferroviario frente al transporte por carretera aumenta a los niveles que tenía hace 70-90 años. La tecnología debería ser la misma que tenemos ahora.

Las locomotoras de vapor no son muy eficientes, pero puede haber algunas causas en su resurgimiento. Por ejemplo, el aumento de los precios del petróleo haría que los viajes por carretera no fueran rentables para los bienes y solo fueran asequibles para los viajes personales de los ricos, tal como era hace 70-90 años. O alguna normativa sería la causa de esto. Cualquiera que sea la razón, las locomotoras de vapor están regresando.

(Sé que esto explicaría la reducción de las locomotoras diésel, pero no de las eléctricas, que pueden funcionar con energía eólica/solar/nuclear. Tal vez algo así como una nueva planta que crezca rápido, sea fácil de cosechar y se queme bien, perfecta para ¿Locomotoras de vapor pero no son económicas para las plantas de energía? Lo sé, deshacerse de los rieles electrificados no sería fácil, esto podría requerir cierta suspensión de la incredulidad. Pero de alguna manera, se han ido o se han reducido a roles de nicho)

Ahora, las locomotoras de vapor están de vuelta, mientras que la tecnología es más o menos la actual. ¿Cómo se verían?

ingrese la descripción de la imagen aquí

Las locomotoras de vapor, especialmente las del siglo XX, son verdaderas maravillas de la ingeniería , más de 100 años de desarrollo las han llevado a ser mucho más rápidas y eficientes que cuando se inventaron por primera vez. Este conocimiento no se pierde para nosotros, por lo que no tenemos que empezar desde cero. Muchas locomotoras de vapor antiguas todavía existen en estado funcional con personas capaces de mantenerlas y operarlas, ya sea para turismo o en reserva para emergencias. Por lo tanto, volver a poner en producción las locomotoras de vapor de 1930-1940 (la última vez que se hizo un desarrollo significativo en este sentido) no debería ser tan difícil. Pero, ¿cómo podríamos mejorarlos?

Un cambio significativo (pero invisible desde el exterior), supongo, sería la informatización de los controles, para hacerlos más simples de operar. Conducir una locomotora de vapor era un trabajo muy difícil y requería una gran sabiduría. No es de extrañar que la palabra "ingeniero" significara originalmente un conductor de tren. Incluso el trabajo de la persona que paleaba el carbón requería mucho conocimiento y experiencia, controlando la presión del vapor, la temperatura, la humedad, el color del humo, saber cuándo palear el combustible y cuándo liberar la presión, etc. Todo se hacía manualmente. , por lo que se podría hacer alguna mejora allí.

¿Qué otra cosa? ¿Eficiencia de combustible? ¿Qué podríamos hacer ahora que no pudieron hacer ellos hace 70 años? ¿Simulaciones por computadora para hacer una mejor forma de la caldera para mejorar un poco la eficiencia? ¿Mejor tecnología de acero para resistir presiones más altas? ¿Mejores filtros para no producir tanto humo?

¿Qué cambiaría visiblemente a medida que las locomotoras de vapor siguieran mejorando desde donde se quedaron hace 70 años? Las turbinas de vapor son más eficientes que las máquinas de vapor tradicionales, todas las centrales eléctricas, incluidas las nucleares, utilizan turbinas de vapor altamente sofisticadas. Sin embargo, lo intentaron para locomotoras, y no tuvo mucho éxito .

¿Por qué es una pregunta de ciencia dura? La pregunta es especulación, no ciencia. Y ninguna de las respuestas (que el operador ha complementado) cumple con los requisitos de ciencia dura.
@Hamlet: ¿qué felicité exactamente? En ambas respuestas, en realidad planteé cuestiones sobre ellas. Y efectivamente, preguntaba por requisitos y como solucionarlos. Por ejemplo, el problema de las turbinas de vapor es que solo son eficientes a unas rpm muy exactas, por lo que son buenas para una central eléctrica o un barco, pero no tan buenas para una locomotora. La transmisión por engranajes generalmente no se usa en locomotoras, especialmente en las más grandes, y debe haber una razón para ello. Sin embargo, las locomotoras de vapor no se mejoraron durante los últimos 70 años, principalmente porque otros tipos eran más rentables, por lo que hay mucho por explorar.
el problema aquí es que nos está pidiendo que predigamos el futuro usando la ciencia. Eso no se puede hacer: predecir el futuro es especulación, no una ciencia si editó esta pregunta para centrarse en las diversas formas posibles en que las máquinas de vapor podrían mejorar (en lugar de pedirnos que predigamos el futuro), y si definió cómo vapor los motores deberían mejorar (por ejemplo, la eficiencia del combustible), entonces no tendría esta objeción
La forma sigue la funcion. ¿Por qué no deberían verse como un motor steqm sobre ruedas?
la energía de vapor es un factor principal en algunos países, por ejemplo, Francia: la máquina de vapor está conectada a una planta de energía nuclear.
Es posible que desee investigar Tornado . Tornado es una locomotora de vapor de reciente construcción (construcción completada en servicio en 2008). Fue un proyecto de entusiastas construir un ejemplo de un diseño de motor existente (A1 Peppercorn) del cual se habían desechado todas las unidades originales. Se construyó según los diseños originales, sin embargo, también incorporaron innovaciones más recientes, en particular características de seguridad ferroviaria electrónica (muchas de estas eran requisitos obligatorios para que se le permitiera operar).
Tenga en cuenta que hay otras posibilidades, como una máquina de vapor calentada por electricidad aérea o de un tercer riel, como se hizo en Suiza durante la Segunda Guerra Mundial debido a la escasez de carbón ( en.wikipedia.org/wiki/Electric-steam_locomotive ), o tener el vapor El motor hace funcionar un generador que alimenta motores eléctricos en las ruedas (como los trenes diesel-eléctricos actuales).
La investigación actual sobre combustibles alternativos para ferrocarriles en Europa y América del Norte se centra en baterías, GNC/GNL e hidrógeno. La gente NO disfrutará de volver a la Era del hollín que acompañó al vapor alimentado por carbón. Más trenes simplemente cambia la ecuación hacia la simple electrificación.

Respuestas (11)

Eso no sucederá

Tu preguntaste:

¿Qué podríamos hacer ahora que no pudieron hacer ellos hace 70 años?

Respuesta: no pudieron crear un ferrocarril electrificado para que lo usaran las locomotoras en lugar de cargar todo su combustible.

Cuando se trata de generar energía, existe una importante economía de escala y centralización. Si los motores diesel-eléctricos se vuelven inviables, esto no traerá de vuelta los motores de vapor. En cambio, conducirá a un auge en los motores eléctricos. La energía que deseas generar a bordo del tren no se hará así, sino en una central eléctrica. En lo que respecta a la economía, la eficiencia y la logística, este es el mejor camino a seguir, al menos porque significa que podemos utilizar la tecnología ya existente en lugar de tener que reinventar la máquina de vapor en el siglo XXI.

Además, no existe una forma más eficiente de distribuir energía que la electricidad. Cargar carbón y agua, o cualquier otro agente formador de vapor, es terriblemente tedioso.

Si está empeñado en crear máquinas de vapor de nuevo, no serán el tipo estereotipado de chugga-chugga-chugga al que estamos acostumbrados, sino solo versiones del tipo diesel-eléctrico, donde la máquina de vapor impulsa un generador que a su vez acciona motores eléctricos en las ruedas. Por lo tanto, tendrán un aspecto bastante aburrido, y no las elegantes máquinas art deco de las décadas de 1920 a 1940.

Lo siento, pero como preguntaste por "ciencia dura", me veo obligado a darte una respuesta aburrida.

Hmm, interesante: primero pensé "¿por qué sería preferible convertir la energía química en cinética, luego en eléctrica y volver a cinética", pero dado que existen motores diesel-eléctricos, tenía que haber una razón. Resulta que transmitir grandes cantidades de energía cinética de su motor a sus ruedas a lo largo de grandes distancias apesta porque ejerce mucha tensión mecánica en las partes involucradas, directamente hacia abajo (o hacia arriba, o en cualquier dirección^^) hasta el marco. Así que toma tu +1 para una buena respuesta científica :)
En realidad, podrían. Las primeras locomotoras eléctricas ya entraron en servicio en el siglo XIX. Lo que podría hacer que un sistema ferroviario electrificado no funcione podría ser un sabotaje generalizado (la mayoría de los países aún mantienen las locomotoras de vapor en funcionamiento para emergencias). Pero si está tan extendido, tendría un gran efecto en otras partes de la sociedad...
@Syndic La razón es la eficiencia del motor. Los motores, especialmente todos los tipos de motores de expansión, funcionan a su máxima eficiencia dentro de un régimen estrecho en lo que respecta a la potencia de salida y las RPM. Solo hay un tipo de motor que es "feliz" en prácticamente cualquier RPM y salida de potencia, y ese es el motor eléctrico. El uso de motores de expansión para la tracción directa de las ruedas es muy ineficiente y también exige agregar cajas de cambios, embragues y otros dispositivos similares, que son propensos a averías y requieren mantenimiento. De ahí la necesidad de motores híbridos ; gasolina/eléctrico o, en este caso, vapor/eléctrico.
@Syndic Con un motor híbrido, puede hacer funcionar el motor de expansión a su máxima eficiencia en todo momento y lidiar con las variaciones en la potencia de salida al tener un búfer de energía, es decir, una batería, entre el generador y los motores eléctricos. Además, dado que la electricidad se puede transportar fácilmente desde una planta de energía a cualquier punto de una vía férrea, es completamente innecesario cargar con el motor de expansión de vapor y el generador... los deja en su planta de energía.
Parte de la razón por la que EE. UU. no usa electricidad en todas partes es la logística de construir y mantener subestaciones y toda esa catenaria en todas partes: somos una nación bastante grande con vastas extensiones de terreno abierto que necesitan vías de ferrocarril a través de ellas. Incluso si no pudiera usar diesel por alguna razón, aún podría ser más económico cargar con generadores eléctricos de vapor que construir y mantener todo ese cableado aéreo, al menos en los EE. UU.
Lo que es "económico" no es estático, cambia a medida que cambian las tecnologías y los recursos. La transferencia y generación de electricidad es cada vez más barata, ya que se necesita para todo lo demás. Máquinas de vapor, no tanto. Por otro lado, el mantenimiento de una subestación siempre es más económico que el mantenimiento de una estación de servicio, y una subestación puede proporcionar energía a una ciudad en la carretera como un beneficio adicional. Además, como alguien que viajó en trenes eléctricos de Moscú a Vladivostok, me burlo de sus "vastas extensiones".
Hay MUCHAS suposiciones que respaldan esta respuesta que simplemente no cuadran. ¿Por qué es mucho más eficiente generar electricidad en una planta de energía central en comparación con generarla en una plataforma móvil como una locomotora, de modo que incluso con las pérdidas masivas de una enorme red electrificada que se extiende a lo largo de miles de millas, TODAVÍA vale la pena canalizarla? la electricidad en toda la red, aceptar las pérdidas, y no simplemente poner un generador de vapor en los trenes reales... Simplemente no veo que la física y la ingeniería reales conduzcan a este tipo de respuesta. Política sí, ingeniería y ciencia no
@JBiggs No tengo idea de lo que quieres con ese comentario. Todo lo que veo es una larga diatriba sobre por qué usted, personalmente, no lo entiende. Bueno, puede que así sea. Pero sin embargo: cuando se trata de hacer electricidad, hay más economía i. escala y la red eléctrica de lo que está arrastrando su combustible.
@MichaelK ... es por eso que usamos exclusivamente trenes eléctricos para transportar carga en este momento, y todos los trenes obtienen la fuerza motriz de las vías ... ¡POR SUPUESTO! ¡¡¡Tienes razón!!! ¿Por qué nunca me di cuenta de que todas las plantas de energía diésel híbridas utilizadas por las locomotoras actuales no son en realidad la forma más eficiente de operar y es por eso que las empresas de transporte de carga multimillonarias las usan? ¡¡¡Soy tan estúpido!!!
@JBiggs Sé amable. Estábamos hablando de locomotoras de vapor . Y si lees toda la publicación, verás que tengo una sección sobre cómo debería ser una locomotora de vapor futurista. En cuanto al argumento de "Así no se hace, por lo tanto debe ser mejor"... no se tiene en cuenta que no todo el ferrocarril está electrificado. Si pudieran, estas "empresas de transporte de carga multimillonarias" cambiarían a todo eléctrico si pudieran en un santiamén... porque la energía es más barata, las locomotoras son más fáciles de mantener y el impacto ambiental del diesel es malo .
Esta respuesta fue lo primero que pensé al leer la pregunta: En lugar de poner la caldera de vapor en la locomotora, la caldera de vapor se colocaría en otro lugar para generar electricidad. Por lo tanto, carril electrificado. (Por si sirve de algo, mi segundo pensamiento fue una máquina de vapor que genera electricidad en la locomotora, al igual que una locomotora diésel en la actualidad).
  • La mayoría de las máquinas de vapor utilizarían condensadores, tanto para evitar paradas de riego como para utilizar la energía térmica para precalentar el agua de alimentación.
  • Muchas máquinas de vapor usarían engranajes modernos en lugar de pistones y varillas acoplados directamente a las ruedas. Esto permite que los pistones giren a la velocidad óptima para generar energía y no a la velocidad necesaria para girar las ruedas. Eso significaría que las ruedas motrices también pueden volverse más pequeñas, sin más necesidad de las ruedas descomunales de las viejas locomotoras.
  • Algunos de ellos podrían usar tecnología de turbinas de vapor .
  • Es posible que vea motores eléctricos de vapor donde el motor de vapor impulsa un generador y ese generador alimenta motores eléctricos.
  • Se podría desarrollar tecnología para reemplazar al fogonero que transporta trozos de carbón con una tubería para transportar polvo de carbón.
Acerca de los engranajes: supongo que hay una razón por la que no se usan en nada más grande que pequeños vehículos de mantenimiento. La tecnología se conocía en la era del vapor (¡entonces tenían autos!). Además, nunca escuché sobre ninguna locomotora diesel grande con transmisión de engranajes, usan hidráulica o un generador eléctrico.
@vsz, eso dependerá de la calidad de los engranajes: eficiencia, durabilidad, etc. Me gustaría pensar que ha mejorado durante el último siglo.
@om, debes recordar que los victorianos eran muy buenos ingenieros. Una hélice de barco moderna modelada por computadora es solo un 5% más eficiente que la que Brunel puso en SS Gran Bretaña.
En realidad, el engranaje moderno es mejor. El problema no era la ingeniería, era la metalurgia. Tenemos mejores aleaciones para engranajes de alta potencia. No estoy seguro de si una máquina de vapor es lo suficientemente potente como para que esto sea relevante, pero la historia de los tanques y buques de guerra anteriores a la Segunda Guerra Mundial está llena de quejas sobre la confiabilidad de los engranajes, así que... probablemente.

Desde un punto de vista puramente estético, espero que vuelvan como bellezas art deco.

tren art déco

Un ejemplo de esto es PRR-S1

tren art déco 2

Además, ¡podrías hacerlos NUCLEARES! ¡Usando RTG como en los satélites, no hay contaminación en absoluto! Con una fuente de calor continua, no tiene carbón ni combustible para transportar, solo mucha agua.

Respuesta perfecta. De hecho, si alguna vez se resolvieran los problemas de seguridad con la energía nuclear, este sería el futuro de los trenes. Pero me imagino un aspecto más moderno.
Con la exageración actual en contra de cualquier cosa nuclear, supongo que habría mucha oposición, hasta manifestaciones o bloqueos en su contra. Hay muchos activistas a los que les gustaría que la energía nuclear se prohibiera por completo, generalmente debido a la desinformación.
@CemKalyoncu Entiendo tu opinión sobre el aspecto pero estoy enamorado del art deco
@vsz Creo que depende de cómo se venda, los RTG no son lo mismo que una central nuclear y con el giro correcto podría hacerse... No puedo encontrar una fuente para cuando un RTG ha fallado
¿Cree que es factible un RTG que produzca suficiente energía para "empujar un tren"? La mayoría de los barcos de vapor actuales todavía utilizan la potencia mecánica del vapor para la propulsión, no la energía eléctrica. También generan energía eléctrica, pero el tornillo es accionado por un engranaje reductor gigante.
Accidentes que involucran RTG (muy pocos, en su mayoría el RTG retenido mientras otras cosas fallaron).
Técnicamente, no es un RTG si tiene una máquina de vapor. En general, esto es bueno, ya que una máquina de vapor impulsada por radioisótopos será mucho más eficiente que una RTG. Probablemente también más eficiente que una máquina de vapor alimentada con carbón.
Además, algo a tener en cuenta: todos los radioisótopos utilizables son artificiales. Las vidas medias óptimas son demasiado cortas para que exista una cantidad significativa en la naturaleza. Entonces se necesita una infraestructura de reactores nucleares para producir los isótopos. Creo que la mayoría de los que usamos actualmente también requerirían específicamente un reactor de fisión.
Creo que los radioisótopos son demasiado débiles para este propósito. Pero una locomotora tan monstruosa podría incorporar fácilmente un reactor nuclear. Y sí, condensadores con agua de círculo cerrado.
@Semillas Most current **steam** powered ships still use the mechanical power of **steam** for propulsion. ¿En serio? Entonces, ¿qué usan los otros barcos a vapor para la propulsión? ;)
Bonita locomotora - youtu.be/tZlFPsCc4y0
Esperar un accidente de tren nuclear sería como ver un accidente de tren.

Los motores de vapor pasaron de moda porque tienen problemas importantes en comparación con los motores eléctricos diésel.

  1. La relación peso/potencia es bastante baja.
  2. Los motores de vapor pueden tardar hasta 10 horas en generar vapor desde un arranque en frío
  3. El peso del agua, combustible, etc. es mucho mayor que el peso correspondiente del combustible diesel
  4. Las máquinas de vapor son máquinas relativamente complejas con importantes problemas de seguridad debido al uso de vapor vivo y una caldera presurizada.

Entonces, para traer de vuelta una máquina de vapor, tendríamos que encontrar formas de superar estos problemas. Algunos de los problemas podrían resolverse mediante el uso de CO2 supercrítico como medio de transferencia de energía que no sea agua. La mayor densidad permite que se use mucho menos fluido, la eficiencia energética es mucho mayor y dado que hay una menor cantidad de fluido en el sistema, el tiempo de "subir vapor" se reduciría mucho. Los experimentos que utilizan CO2 supercrítico en lugar de vapor en plantas de energía térmica sugieren que una turbina y las tuberías asociadas podrían tener 1/10 del tamaño de la turbina de vapor equivalente.

https://inldigitallibrary.inl.gov/sti/2906955.pdf

http://energy.sandia.gov/energy/renewable-energy/supercritical-co2/

http://www.co2turbine.com

El resultado obvio sería que el espacio dedicado al "motor" sería mucho más pequeño y, dado que se trata de un sistema de turbina de ciclo cerrado, el motor resultante también sería más pequeño y liviano. Esto se compensaría un poco con la necesidad de grandes radiadores y, por supuesto, tampoco se ha eliminado el problema del fluido de trabajo altamente presurizado.

La transmisión directa de la turbina a las ruedas motrices no es la mejor solución (la caja de engranajes de reducción compensaría gran parte de las ventajas de tamaño y peso de usar una turbina de CO2 supercrítica), por lo que la turbina alimentaría un generador de alta velocidad. Una transmisión en serie eléctrica a vapor funcionaría de manera similar a los motores eléctricos diésel actuales. Debido a que está utilizando una turbina, esto le permite potencialmente producir la misma salida de energía de una locomotora que varias locomotoras eléctricas diésel. Esto podría aprovecharse proporcionando bogies motorizados en los propios vagones, lo que permitiría distribuir la energía a lo largo del tren y, potencialmente, proporcionar más tracción para arranques, paradas, subidas pronunciadas, etc.

La otra ventaja para la empresa ferroviaria es que solo necesitarían una locomotora por tren, lo que supondría un ahorro de costes especialmente útil cuando se utilizan trenes unitarios grandes y pesados.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Estoy de acuerdo con todo lo que escribiste, pero hay un problema: en el escenario ficticio algo hizo que las locomotoras de vapor volvieran a ser comunes. Obviamente, esto no sucedió en la vida real, por lo que en todo lo que escribiste no hay ningún punto de divergencia. Aún así, es un escenario bastante realista lo que presentaste. Y, de hecho, la mayoría de la gente ni siquiera lo notaría, porque las nuevas locomotoras de turbina de vapor se verían (visualmente, desde el exterior) muy similares a las modernas locomotoras diésel. Lo que buscaba era volver a las locomotoras de vapor de estilo retro y empezar a añadirles mejoras.
Una posible compensación del peso del agua podrían ser los métodos de recuperación de vapor "usado" mediante condensadores. Eso dependería de si el peso de un condensador lo suficientemente grande como para reutilizar la mayor parte del agua fuera significativamente menor que transportar agua adicional.

Si observa una locomotora de vapor de última generación como Mallard, creo que hay similitudes reales con los trenes más modernos, por ejemplo:

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

Yo esperaría que los fabricantes de trenes continúen diseñando locomotoras aerodinámicas que tengan buenas propiedades aerodinámicas y evoquen ideas de velocidad y modernismo.

Probablemente no serían blancos porque las cosas blancas se ensucian alrededor del carbón. Los colores oscuros son más probables.

Yo esperaría que el conductor estuviera al frente porque (a) la mayor parte del negocio de repostar el tren estaría a cargo de máquinas automáticas, (b) los controles serían electrónicos en lugar de mecánicos y podrían operarse desde una cabina remota, y (c) el frente ofrece mejor visibilidad y seguridad hacia adelante.

La licitación del carbón estaría cubierta en lugar de abierta por varias razones. En primer lugar, volvería a ayudar a que la locomotora tuviera un aspecto más moderno y aerodinámico. En segundo lugar, puede haber alguna solución modular para un reabastecimiento de combustible más eficiente (en lugar de simplemente "verter carbón desde arriba"). En tercer lugar, los refinamientos en la química del combustible y la tecnología que transporta el combustible a la cámara de combustión significan que debemos proteger el combustible de los elementos.

Para trenes de larga distancia, puede haber soluciones para almacenar combustible por encima o por debajo de los vagones y luego transportarlo automáticamente hasta el final según sea necesario.

Habiendo dicho todo eso, aquí hay un arte genial llamado "Heavy Metal Hero" de Rodney Matthews:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Este arte también se usó en la portada de un viejo videojuego llamado Transarctica , ambientado en un mundo helado postapocalíptico donde las personas viven en trenes que recorren el paisaje en busca de suministros.

Voté a favor de su respuesta solo por esa tercera locomotora. (Regla de Cool.)
Lo voté por el primero: ¡el Mallard todavía tiene el récord mundial de velocidad para locomotoras de vapor!

Los otros comentaristas han hecho un buen trabajo al señalar lo que podría cambiar con los sistemas de control mecánico y de frenado de una locomotora de vapor moderna, así como las razones de ingeniería por las que el vapor perdió favor para empezar. Sin embargo, a mediados del siglo XX, los ingenieros franceses, argentinos y británicos trabajaron duro para mejorar radicalmente el rendimiento de las locomotoras de vapor. Algunos de los últimos resultados se veían así:ingrese la descripción de la imagen aquí

Está cerca de lo que imaginé cuando vi tu publicación, ya que este es el intercambio de pilas de construcción mundial después de todo. La principal innovación más allá de la estética es la termodinámica de la caldera y el sistema de alimentación de combustible. Requiere algunos conocimientos térmicos básicos para apreciarlo, pero se detalla muy bien aquí: https://csrail.org/modern-steam

Un informe completo sobre el elegante tren que se muestra aquí: https://static1.squarespace.com/static/55e5ef3fe4b0d3b9ddaa5954/t/55e637bee4b0bef289260255/1441150910433/%23+DOMS-2_PORTA_Argentina.pdf

Casi todo lo que está buscando está vinculado desde esta página de wikipedia desde un prototipo de locomotora de vapor diseñada en la década de 1990. https://en.wikipedia.org/wiki/5AT_Advanced_Technology_Steam_Locomotive

Los ingenieros continúan restaurando y construyendo nuevas locomotoras de vapor en la actualidad, pero la mayoría son reconstrucciones sencillas de modelos de mediados de siglo con los cambios más mínimos para que cumplan con los parámetros de seguridad. Conservan el mismo cuerpo esencialmente "no moderno" que te imaginas.

Preferimos que pongas la parte relevante de esos enlaces en la respuesta. De esta forma, si los enlaces por cualquier motivo ya no funcionan, se mantendrá la información que respalda su respuesta.

La energía de vapor sería vapor-eléctrica

Los trenes diésel no funcionan con motores diésel acoplados a cajas de cambios acopladas a las ruedas. Los modernos usarán un diesel para alimentar un generador para alimentar una unidad de accionamiento VVVF (voltaje variable, frecuencia variable). El generador eléctrico y el motor actúan como transmisión. Esto es más eficiente hoy en día; si cambia el motor principal, la combinación de generador/accionamiento no se ve afectada y seguirá siendo más efectiva (es decir, más liviana) que una transmisión mecánica de caja de cambios.

Para la generación eléctrica, una turbina es mejor

Como ahora está conectado a un generador eléctrico, la forma más estable y eficiente de operar uno de ellos es con una turbina de velocidad constante. Qué sabe, la misma configuración de tecnología todavía se usa en la actualidad en las centrales eléctricas de vapor en los buques de guerra. El portaaviones Nimitz opera (muchas) turbinas de vapor de 8.000 kW, una locomotora podría tener más de 2.000 kW.

¿Realmente tiene que ser vapor?

Ya sabes, si vas a hacer funcionar un sistema de turbina eléctrica en un tren, ¿por qué no convertirlo en una turbina de gas? Esto es básicamente un motor a reacción; en lugar de poner vapor para hacer funcionar la turbina, pones gasolina y le prendes fuego. La relación potencia-peso de esas cosas está fuera de serie (en comparación con el diésel y el vapor), y la salida de la turbina es básicamente la misma que la de una turbina de vapor.

La potencia de las locomotoras realmente depende de dónde las hagas funcionar. Pero como regla general, preferiría subir a 3MW en lugar de 2MW.
Como comenté en otra respuesta, mi segundo pensamiento sobre esta pregunta fue una locomotora eléctrica a vapor.
Puede ser un poco ruidoso en Primera Clase. Probablemente lo moverían hacia atrás.

¿Por qué tiene que funcionar con combustible sólido? Los fluidos son más fáciles de manejar. Tradicionalmente, las locomotoras de vapor han funcionado con aceite de mala calidad. Ejemplos recientes son las locomotoras nuevas y convertidas de DLM que funcionan con aceite liviano o combustible diesel. Sin embargo, las locomotoras de vapor pueden utilizar biorresiduos como virutas de madera o residuos agrícolas como la paja, aunque la densidad de energía por unidad de volumen es muy baja.

Aparte de eso, no hay ninguna razón por la que deban verse muy diferentes de las locomotoras de finales de la década de 1940. Sería deseable que pudieran funcionar igualmente bien en cualquier dirección, lo cual es principalmente una cuestión del diseño de la cabina y del vehículo que transporta combustible y agua. Las locomotoras de carga muy grandes seguirían, con ventaja, la configuración de Beyer-Garrett.

La gran ventaja de la locomotora de vapor convencional es que es simple, con un número relativamente pequeño de componentes, de los cuales las piezas de desgaste pueden diseñarse para un fácil reemplazo. Además, en el entorno ferroviario, la caldera actúa como un depósito de energía, proporcionando un "amortiguador" entre la conversión de la energía química del combustible en la energía potencial del vapor y, de ahí, en energía mecánica a través del accionamiento directo.

El desgaste de la caldera se puede reducir sustancialmente usando combustible líquido y un tratamiento de agua efectivo a un pH muy alto, y manteniendo las máquinas permanentemente calientes para evitar ciclos de calefacción/refrigeración. La combustión externa permite que las locomotoras se diseñen para minimizar la producción de desechos nocivos como monóxido de carbono, NOx y partículas.

Los largos tiempos de preparación a los que se refieren algunos de los comentaristas anteriores pueden eliminarse mediante sistemas de precalentamiento internos o externos que utilizan petróleo, gas o electricidad fuera de las horas pico.

En mi opinión, es hora de que esta tecnología regrese al menos en las rutas secundarias donde la densidad del tráfico no justifica los costos de capital de la electrificación.

La eficiencia térmica general en estos días es de alrededor del 12 %, lo que no es muy bueno, pero el calor residual se puede utilizar para calentar el tren. Vale la pena recordar que las locomotoras más potentes de Gran Bretaña son la diesel de la clase 68 y la Duke of Gloucester, el último diseño de vapor de los Ferrocarriles Británicos.

Apuesto a que un barco de vapor moderno se parecería a esto, tal vez con una cubierta aerodinámica adicional y más grande. Principalmente porque se descubrió que los motores de alta presión eran eficientes y muy exitosos, pero aún eran prematuros durante la era del vapor. Cuando las calderas de alta presión se perfeccionaron, la era del vapor había muerto hacía mucho tiempo, y este prototipo de potencial masivo nunca llegó a buen término.

En realidad, hubo una vez un "tren a reacción", pero no exactamente lo que estás describiendo: gizmodo.com /...

Hay 38 nuevas locomotoras de vapor actualmente en construcción en el Reino Unido diseñadas para funcionar con una variedad de combustibles sólidos, líquidos e incluso gas, todas las cuales siguen la configuración y el diseño tradicionales de los años 30 y 40. Se espera que el más grande y poderoso de estos, el P2, sea capaz de producir 3000 hp al 80 % y 100 mph. Vale la pena señalar que durante la Segunda Guerra Mundial, Suiza, al verse aislada del suministro de carbón alemán y con un excedente de energía hidroeléctrica que ya no podía vender a Alemania, convirtió las locomotoras de vapor existentes para usar calentadores de inmersión suministrados a través de pantógrafos instalados en el techo de la plataforma. . Los principales problemas que puedo ver con el vapor sobre el eléctrico son la potencia y la velocidad. El vapor alcanza una potencia máxima de alrededor de 4000 hp para un tamaño práctico de locomotora en comparación con una locomotora eléctrica de tamaño similar capaz de producir 10,000 hp. La locomotora de vapor Tornado del Reino Unido construida en 2009 ha logrado una velocidad total de 116 mph, 170 mph más lenta que la velocidad máxima diseñada para los trenes eléctricos de alta velocidad que usan la misma línea.

El vapor describe el medio para convertir la energía térmica en energía mecánica. La energía nuclear a menudo es en realidad turbinas de vapor calentadas por material fisionable. Probablemente lo llamaríamos un tren nuclear o atómico, pero sigue siendo una máquina de vapor.

¿Cómo sería una locomotora de vapor si la energía de vapor se convirtiera una vez más en el tipo principal utilizado en el transporte ferroviario?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v