Las locomotoras de adherencia en la constrnccion del ferrocarril lonjitndi~al . ..

Estudio comparativo de la ~ocomotora "Shay" de engranaje •

I LA

" Mallet" articulada sistema compound

M. ARAYA YALVERDB

Se preseuta, eu la eoustrucciou del ferrocarril loujitudinal, seccion de Cubildo al norte, el problema ·del trasporte de los materiales necesarios pata la construccion de la vía rnisma'i del lastre indispeusable de poner en las partes que serán 'de crema­llera i que pr~eutan l;!lmpas de 6% i curvas de 120 metros de radio .

. La soluciQn del problema, ya que parece que el feri·ocarril nereo seria una splu­eion de difícil ejecucion i de gran cost.o, está encerrada en un estrecho ·marco: .el aprovechamiento de' las locomotoras de adherencia.

Es evidente que las locomotoras que se empleen deben ser de adherencia total que permita1~ el arrastre' de· un tren de cierta capacidad media de trasporte i que

· sean suficientemente flexibles en sus mecanismos para permitir su circulacion p·or curvas de corto radio. ·

Dos son los tipos de locomotoras de adherencia total c1ue se han presentado en competen cia; ha¡•emos Un pequei'ío estudio comparativo de ámbos, tanto en sus con· sideraciones teóricas como en sus resultados prácticos i en su aprovechamiento in­dustrial. Seguiremos para ello el siguient( órden:

1.0 Descripcion de la locomotora Shay. 2.0 Íd. de la locomotora ).fallet articulada.

3.0 Rampas que pueden salvar locomotoras de adhereucia de estos tipos con un tren dado.

LáS LOCOMOTORáS DE ~DHE&ENCIA

4.0 Esfuerzo motriz de una locomotora Shay. 5.0 Esfuerzo motri1. de una locomotora :t\Iallet articulada. 6.0 Ventajas del sistema compouud. 7 ." \"en tajas del tipo Mallet articulado. 8.0 Velocidades desarrolladas poi' ámbos tipos en diferentes rampas con las cur­

vas mínimas i el tren dado. 9.° Compamcion de ámbos tipos como motor.

10." Comparacion como máquinas de trabnjo en su funcionamiento, manejo, aprovechamiento i conservacion.

11.° Conclusiones.

• La locomotora Shay fabricada por . The Lima Locomotive & Macbine Company

de Ohio, EE. t'U., es de una construccion especial, put<s sus cilindros verticales, en número de dos para los tipos hasta de 20 toneladas i de tres para los mayores, hasta 150 toneladas, están situados. al ' lado derecho i junto al caldero, obraJ1do sus bielas caladas, en el tipo en estudio, a 120° sobre un ~.ie acodado sostenido por fuer­tes descansos i que sigu~ la direccion de la via.

A este eje se unen , por ámbos lado~, los ejes que manejaran los piñones que en­granan :directamente con las medas motrices,. por medio de conexiones Shay univer­sales de compensacion i deslizamiento que permiten la flexibilidad del eje total en las sinuosidades de la línea, pero que mantienen su rijidez eu el sentido en el cual se trasmite el esfuerzo.

La locomotora i el ténder descansan sobre juegos de dos ejes en nqmero de dos; tres o cuatro, segun el tipo, i que por su uniou con la parte superior de la cónstruc­cion permiten tambien gran facilidad en la pasada de las curvas. Se.apl'ovE;3cha así el peso total de ámbos como peso adherente, permitiendo el anasti·e de grandes trenes a una velocidad relativamente baja, pero suficiente para ferrocarriles en cons­truccion i mas todavía cuando se encuentran en secciones mootafiosas.

El desequilibrio resultante de la colocacion de los cilindros a UIJ lado del eje lonjitudinal se subsana colocando el caldero cierta cantidad mas afuera, del lado izquierdo. Este está debidamente reforzado para permitir ei montaje de los cilindros i su trabajo que es bas.tante mas regular, en su trasmision, que .en las locomotoras de biela, porque como éstas tiene correderas para las crucetas, en todo el largo de la carrera, i porque los piiíones estando en la relacion de dos o tres, con las ruedas motrices, permiten 12 a l B pulsaciones por cada revolucion de la rueda motriz i por consiguiente uua trasmision de esfuerzo. mas regular. Se evita así el pe~gro de pati­naje que podría producir~e en determinado momento por · la trasmision desigual de esfuerzo que se produce en las locomotoras de biela.

M • .AR.AYA. V .

• . 2

La locomotora Mallet articulada es un tipo especial que sigue las líneas jenerales de las locomotorás de construccion corriente· i que reune en sí varias características que las hacen mui apropiadas principalmente para vias en secciones montafiosas. A la par que la locomotora Sbay; la Mallet-té.pder propuesta es de adherencia total, pero el esfuerzo motriz es trasmitido en el1a por .el sistema de bielas.

El distintivo de estas locomotoras es qóe descansan sobre d-os gmpos, de dos o tres ejes acoplados, ríjido el posterior i flexible el anterior, independientes uno de otro e iguahnente accionados independientemente por los cilindros de alta i baja presion respectivamente: feliz solucio·n dada por ~I. ?-.fallet nl problema de tener una -locomotora económica, potente; de adherencia total i flexible, para la esplot.acion de líneas de fuertes rampas i curras.

· El grupo de ejes de at.ras está ríjido en su inarc:o en conjunto con la construc~ cion superior de la máquina, el delantero, con su marco enteramente independiente, permite al conjunto moverse como un hogue, al rededor de una union eentral efec­tuada por trasversales entre los marcos i al rededor de otras uniones de los marcos mismos.

El vapor del caldero va directamente a obrar a los cilindros de alta presion, a una admision bastante grande, i pasa despues al conducto que une aquellos con los cilindros d.e baja presion. En este conducto que sirv~ de recipiente, el· vapor tiene una presion inferio~ a la del cilindro de alta i superior a la del de baja presion. El vapor pasa por .... ... ........... .. .. .. i de este conducto a lo5 cilindr.os de baja presion donde es aprovechado en una espansion ámplia.

· Por la razon de qu~ los cilindros, ríjidos a sus respectivos n1arcos, qpe se mue­ven independientemente, no estarán siempre en la misma línea lonjitudinal se ha dotado a ese conducto de conexiones universales que le permit.en tomar la direccion

. .

resultante de las posiciones desiguales de los grupos de ejes, en la pasada de las curvas, conexiones que permite:n la toma i pasada del vapor ¡ndependiente de los movimientof;l propio~ de los demas organismos . . De. igual modo se han dispuesto los escapes directos de vapor de los diferentes cilindros cuando trabajan todos con vap0r

directo del caldero, trasformándose así la máquina compound en otra de simple es-1 •

pansion, lo que .da por resultado un aumento de esfuerzo motriz.

3

En un I?roblema de la naturaleza del que se estudia, lo primero· que debe esta­blecerse es si las locomotoras de simple adherencia, en estudio, són de aplicacion posible, es decir,· si su aprovechamiento puede hacerse eu foi:ma tul que permitan· el arrastre de un tren determinado de capacidad media ventajosa para los trabajos.

L.AS : ¡,ocOMOTORAS ' DE ADHERENCIA

.. . Es indiscutible que toda locomot~ra que ofrece un peso adhet:e~te puede salv~r­,·::una gradiente dada, funcio1i de ese peso, que .debe ·sel' suficiente i que debe estar en :, :relac~on eón los esfuerzos iliotriz i de t.raccion. Esa íun:cion es el fundamento ·pre_ciso

=·-.de. que-en lineas que presentan fnertes . rampa$ se utilicen locomotoras de grandes ~:.pesos adherentes, mas aún, de adherencia totaL puesto · que cada tonelada riiénos, en· ' .el peso. adherente, significa una pérdida sensible en el aprovechamiento máx~mo que; . 1 - . . . . .

>en. tales casos, se persigue. · . · , La fórmula que nos da h~ resiste1icia de un tren a;rrastrado .en rampa, ~n funcion. . ¡ ·. . . . .

: del ángulo a formado con la horizontal,· es independiente del tipo de locomotOra, ~~~= . o • • •

(L + (~)· (0,005 + tg a) en la que significan:

L: pesó· de ht .locomotora, Q ·peso del tt·en; 0,005 ·cóéficiente f de frota,mieuto. Esq¡ .. r.esistencia· debe ser vendda por el esfuerzo de traccion· que, a su vez, _debe. ser menor . que la -adherencia:. · · . _ . . · ' :. .

, . l - . . . . . . :, · Conocidos los valores dé L debe;nos fijar el tren por .arr11strar: como su objetivo

:. :Príneipa.l es trasportar etlástre iudi~pensable para la -yia i como debe· tener una- capa·· ¡ cidnd süfic]ente m·edia ·para atender ~• los trabajos de construccion·, tomaremos uno · .de d_iez carros lastreros, cada uno con capacidad para 6 toneladas 1· de peso propio : -~e -3;25 tonél~da8: el. tren· total pesaria 92,5 t_oneladas. . .

-Tomando la fórmula de la resistencia i la_ de adhere~cia, debiendo ser la última • mayof qU:e la ·pri-Merá, tenemos:

·_~, :_: - ~ : ;

· ·. ' . 1/ó,ó'X L ::..-- (L + Q) (0.005 + a)

. toinando. co~o adherencia' l /5,5 L valor-G_ue puede ser aun 1/5 L en casos fav~rables, · Í sabi~úcto: que L es. pesO' adherente totaL

• _. j

'·. ·• J:)aralócorri.otora Shay de 60 tonelad.~s ten.d.renios:' .•" .· . .:_

• l /5,5) < 60 > (60 + ~1:2,5) (~,005 + tg a)

10,909 > 0,7625 + 152,5 tg a)

. -10,H09-0.762b- . t . · 10,1465 'tg. a <-.--152,{·-.-----· l ga < 152,5

· tg a<· 0,066534

• 1

bl. ARAYA ~-.

· Para locomotora :\fallet articulada de 57 ,~)6 toneladas:

l/5,5 >< 57,96 > (57,96 + 92,5) (0,005 + tg a) ., •1 · '

. 10,538 > 0,7523 + 150,46 tg a

. 10,538-0,7523 / tg a<

156,4G. · - tg a< 9,7857 : 150,46

tg a< o,06504 . . . · ;

El valor de la tanjente del ángulo formado por la raü1pa niáxfma,ádmitid~; para que los tipos de locomotoras ·pudieran arrastrar el tren. dado, debe en. todo caso ser ~enor q~e el Yalor de las tanjent.es obtenidas que forrnan ·'ellímite maximo desde eJ cual la locomotora no arrastraría el tren, porque la resistencia seria igual .o superibi a ¡a adherencia i se p¡;oducitia el equilibrio o : t?atinaje: La adherencia debe, en todo . caso, ser mayor que la resistencia opuesta ·¡ la tanjente del ángulo formado por la rampa máxima debe ser, a la inversa, menor que los valcn·es 0,06653.4 i 0,6604.

Eu la con¡;trucciou del ferrocarrillonjitudiilal, la ratupa máxima . definitiva será de 6 y.;' que forma con la horizontal un ángu~o de o0 : 30trnas o mélios (medido· con trasportador). .

La tanjente correspondiente al ángrilo de 3~ 30'· es 0;06116, lmenor· que los V!t­lores eucontradós en ámbos casos. De esto podenios deducir que ambos tipos de loco­motoras tienen 1¡:_¡. suficiente adherencia para arrastrar. eUret} dado de 92,5 toneladas,.

. ..... . "! _ . '

en la rampa máxima de 6;6' . . . ~I<\S adelante veremos si el esfuerzo motriz i el de· tracciou corresponden a 'la

adherencia. ' . '

fodemos dedu,cil· tambien que, miéntl'ns mas grande ese! peso adherente, ¡nayor será H¡,·rampa po$íble de salvar cvn .elmi~mo tren i .que p()r COllsigtifente hai co~ve­nie~~ia en utilizar un tipo de locomotora lo mas pesado posible dentro. de los límites impuestos por las cargas soportables de los puentes i demas obras de at'te . .

\ 4 . . .

El esfuerzo motrir. del trabajo en simple e~pansiou es dado por la. fórmula

.. , d 2 1 Fm = 0,75 p -ff J, siendo tres los cilindros de la

locomotora. de sesent~\ touelndas, el esfuer~o total será ·

28 LA.S LOCOJ)lOTORAS DE ADHERENCIA

d2i Fm = 2,25 p D fórmula cuyos valores eones

pondientes son: p = 14,06, d = 30,4 cm, 1 = 30,4 cm D = 91,4 cm

Reempiazando tendremos

--2

Fm = 3 X 0,75 X 14,05 30·~~:0·4 . 9 724 Kg '

El esfuerzo motriz dado por la fábrica, para este tipo, alcanza a 10 818 Kg, luego, ha tomado un coeficiente mayor que 0,75.

Si tomamos o,¡;f> para los tres cilindros se obtendría 2,55 i si aplicamos a la fór­i:nula, en ·números redondos 2,50 llegamos a: '.

--2

F =2 5X 1406 30

•4

X30

•4

=108044 K m ' / ' 914 ' g ,

El valor 0,85 parece elevado, sin embargo, respetamos el valor dado por la ·fábrica, teniendo en considarncion que el esfuerzo motriz de 10 818 Kg no puede ser sino el mayor posible <;on la admision mas ámplia, en momentos que se exije del motor su máximum de utilidad i a la máquina su máximum de trabajo; por ejemplo, en el momento del' demarraje o al vencer una resistencia momentánea mayor. El

·vapor tl'abajando de este modo no es bien aprovec~1ado puesto que miéutras mayor es la admision, menor será la el'lpansiou i, por consiguiente, menor el apro>echa­

. miento de la propiedad elástica del vapor que es uno de los fundamentos de su apli-. . .

cacíon a los motores. En el cálc~lo hecho anteriormente de la rampa que salva.riá ~sta locomotora con

~~tren fijo de 92;5 toneladas se_ha totpado como: adher~ncia l /5,5 X '60 = 10 909 Kg; ·por otra parte, el esfuerzo motriz máximo es de 10 804,4 Kg, menor que la adhe­rencia, luego aprovechable en su máximun i correspondiente con la adherencia tomada ántes.

5

-Como la locomotora Mallet articulada es compound, el esfuerzo motriz es dado

por la fórmula.

en la que significap: .

p = presR:m '200 tñ o 13,4 Kg; d' = diámetro cilindro baja presion 20 i 1/2" o o2, 1 <:m; 1 =carrera 20" o 50,8 cm; D =diámetro de ruedas motrices 38" o 96,5 ém.

"M. ARA.YA V. 29

La fórmula espresada en números seria:

--2

F" = 0- X 1., 4 52,1 X 50,8 = 9 -~4 K m ,o "' 96,5 oi g

El esfuerzo máximo dado entre sús características alcanza a 10 640 Kg, esfuerzo •1ue se obtiene trasformando la máquina compound en una de simple espansion, ha­ciendo obrar el vapor directamente sobre los cilindros de alta i baja presion. Si aceptamos un aumento de esfuerzo, por esta causa, equivalente a 10% sobre el de la cornpound tendríamos:

9 574 + 957 = 10 531 Kg

Tambien para esta locomotora hemos aoeptado la adherencia de 1/5,5 L o sea 10 538 Kg. La fábrica da como factor de adhesion 5,45, lo que aumentaría aquel valor a 10 635, vemos, sin embargo, que ya el primero satisface a la ¿olucion dada t:n el problema.

La máquina Compound se trasforma en otra de simple espansion sólo cuando ~e desea elevar al máximum el esfuerzo de traccion, al demarraje o al vencer resis­tencias momentáneas superiores.

6

Siendo la locomotora :Mallet articulada del sistema compound no está fuera de lugar esponer algunas de las ventajas obtenidas con el sistema compound mismo.

En cuanto al gasto de vapor, los señores Deharme i Pulin dicen~More~u-;

«El esfuerzo máximui:n de traccion en las llantas de las ruedas motrices de una locomotora compound, funcionando como tal, es por lo ménos igual al esfuerzo máximum teórico de una de simple espansion que tuviera cilindros del mismo volú­men c¡ue el o los cilindros de alta de la máquina compound, quedando las demas condiciones iguales para ambos tipos.

«Como el esfuerzo máximum práctico de las locomotoras ordinarias es:

O ~, d2 X 1 b F m 0,50 1· ., , lo p D - ' se e serva que Fm~= 0,76 o sea os t

mas o ménos, de donde se·deduce que una locomotora compound, funcionando <omo tal, desarrolla, marchando a plena admision, un esfuerzo práctico máximum de trac­cion por lo ménos igual a los * del de una locomotora de simple espausion, gastando la mitad del vapor consumido.

«E sto indica que, para desarrollar un mismo, esfuerzo la locomotora compound gasta t X %, o sea los t d.e la cantidad de vap0r gastado por una no compound, de donde se deduce una economía de t o de 25;.:;' . Pero este cálculo no puede conside-

.130 LAS M>COMOTORAS DE ADHERENGI.l.

rar l.a ventaja ténuica indiscutible del sistema compound consistente en la reduccion de la cantklad de \'apor condensado durante la <ldmision. En realidad, para ia plena admision: la economía es mui superior a 25.9~ »:

7

Respecto: dé las locomotoras :Mallet art.iculadas, usadas .desd.e los primeros tiem pos de· la r.eaÜzacion {le este .. tipo: en el San Gotardo, !Horeau· e~ pone las siguientes .ventajas obtenidas:

l" R~molcar, coil el mismo peso totai del motor i sin 1nimentar la fatiga d6l riel, los mismos trenes en coudjciones de adherencia más favorables; .

2." Remolcar cargas mas pesadas en cond}ciones climntéricas fayort~bles; . 3Y . Obtener mayores velocidades con Ios mismos trenes; 4.~ .Presentar menor resistencia en las curvas de 300 metros, i

... 5." :R eaÍizat una economía de combustible, en igualdad de carga 1~emofcada, cuestion mui importa11te pam máquinas que consumen mas dt 30 Kg de combusti­.tl.ble por. kilómetro . .

Vemos, pues, que 'el sistema compound, aunque tiene algunos peqileños defec­tos como el de la caída de presion al pasar de un cilindro a otro; presenta Yentajas .indiscutibles q~e . dia a: dia, gracias a continuas innov~ciones, harán de estas locómo­tora¡¡; un tipo ideal eu ~n servicio ferrocarrilero, para cualquier clase d·e trenes. en paises,.. ,que . presentan .dificultades naturales para la . esplot.adon económica de sus J~nea~, ·.Dia.a.dia el sistema compound Vá ganando te.rrerio ·i los mas poderosos colo­,~os .que h!'!mos :yisto construir en los últimO$ (\iíos lo adoptan; será el prefetidc;> en la .esplotl10ion de,;vias que presentan fue1~tesran1pas i curvas de corto radio por la eéo­· llOPIÍa que produce. Aunque no es este el lugar de tocar otro nsunto que ntl at.aííe a la cuestion misma en estudio por ser, sin embargo, de lu misma índole, queremos dejarlo establecido de ~il modo preciso pai'H que el Supremo Gobieruo, si lo tiene a bien, induya su estudio entt~e el de vados okos que merecen su atenc-ion actual­mente en la o!'guniza<)on de nuestros fenocaniles nacionales: de un estudio deteuido por pro:Cesionales, del sistema coinpound, de su aplicacion científica i bien organizada en In esplotacion de nuestros ferrocarriles i de la preparacion sistemática de un per­sonal debidamente .jenerado por . estudios cuiduuosamente desarrollados, el Estado puede conseguir una economía hasta de 20)'{ en los gastos actuales de combustible, enl~ esplotaciÓn de -sus líneas, .sobro el mas bajo consumo que se obtenga con el sisiema actualmente en uso.

][. AR!.YA. V. 31 -.

Podenios deéir entónees que la loc-omotora Mallet articulada, pot· ser ~le! sistema . compound, tiene grandes ventajas sobre la locomoto1'a Shuy, comparándolas como motor, pero debe tenerse presente que dichas Yeutajas preciosas i posibles en la es­plotacion, e!> decir, en SU apiicacion a VÍaS .bien COll.SE'l'Yadas puede (}UE.> 110 ret;!1lten en líneas en construccion donde su aplicaeion debe c·onsidernrse bajo ·otros puntos de vista. que le son adversos i aun concluyentes parn indicnr su e!Jminacion de ellas, adoptando el tipo corriente usado en la esplotacíori.

Si se.:debe usar locon1otoras ~Iallet articulad~s ."st debe pedir .a lus fábricas ud tipo adecuado a b constmccion i no adoptar el de constrncciou corriente.

8

Si comparamos ámbos tipos en su aplicacion industrial a una línea en construc­cion, debemos considernr ot.ros factores cuyo análisis haremos despues. Dan .los c-ua­dros siguientes ·un estnwto del cálculo hecho para determinar las velocidades desa' rrolÍadas por cada tipo de locomotora, el esfuerzo desarrollado respecti,amente, i las resístencías opuestas po~ el tren total para las diferentes rampas i las cur,Tas mínimas con el mismo tren dado.

Mediante estos cuadros se puede determinar el tiempo necesario para hacer ün . . .. . '

reconido de cualquier largo i que presente cualesquiera rampas, pudiéndose _ así de-_terininar, despues, el númm;o de trepes diarios aprovethables en el movüniento _de toda clase de matNiales para la_ eonstruec-ion_

1r ~~

~::-ElS~TJ<:J{7,0 ng 'l'RACC:I0:-1 1 'g :_2

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= (162: 10 + 142: v 10} 77,t; = 4 754,4

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15

15

15

JO

LOCOMOTORA "SHA Y"

Con C : H = 0,85 H = 77,8 m cuadrados:

Tren por anastrar: 92,5 toneladas

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E~ . RES!STI!l'it:IAS DE l..t J.OCOl!OTORA

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-t- 10 ! 19 34 '-'-23,62X 6ü+ 19,34 ><92,5 i 1 =:..: 1 417,2+17&)=3199,~

i + 15 ¡ 24 34 ==2H,(-i;1>(60+24,34X 92,5l

1 ' =.1717,2X2251,4=396'86 . )

¡ .

' ~161 7 + 2 097 = 3 714 · + 20 ¡ 22 67 =~6.95><o0+2~,67X92,f.

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¡· • ._· :>~~

4

LOCOMOTORA "MALLET" ARTICULADA COMPOUND

H = 107,81 m cuadrados

Tren pol\ arrnstrar: 92,5 toneladas

..... ···-· · - - - - ~ ~- 1 ~, ¡ -- Q) T --

rE~!STI•:~CI~~ TO'fAU~ ~~ j ~ g ! t a , ESI<TEHZO DE TH ACCTON

1

·g ~ 1 ; 6 . / 8 L · Ju:su;TJ~XCIAS DI·: J. A LOCO)!OTOHA RESl~TENC'L\R DF.T. 'fHI!::"'

~ ¡:¡ ~~ 1 §~ >Q):::::: !0-

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\ 5116,7 15 . 1 20 80 1 6,95 . 6,67 ;- 20

'

==(162: 13,5. + 142: vTh:5l 101,s i3,5 25 80 6,89 6,67 -1- 25 = 5460

=(162: 11 + 142 : vu) 107,8 11 30 80 6,70 6,67 +30 = 6 201,7

= (162: 10 + 142: vw)Io7,s 10 35 r 120 6,77 4 -1- -35

=6479,4

= (162 : 8,5 + 142: vs.5) 107,8 8,5 40 120 ' 6,74 4 ±40 = 7 31.'5,.'1

= (162: 7,5 + 142: v7,5) 107,8 7,5 45 120 6,69 4 ± 45 = 7 91.1

= (162: 6,5 + 142 :· v6,5) 107,8 . 6,5 50 120 6,67 4 ±PO == 8 785 ..

= (162: 5,6 + 142: Vfi,6) l07,S, 5,6 55 120 6,66 4 ± 55 =.9:)87 ·- ·'

= (t'62: ·5 + 142: v5) to•.s . 5 60 120 6,65 4 60 11 . =103.99 . ' !

1 . . . ' \ 1 ' .1

33,62 2j67 6,67 ' 1 + 20 29,34

38,56 2,_65 6,67 + 25 34,32

43,37 2,64 6,67 + 30 39,31

45,77 2,63 4 + 35 41,63

50,74 2,62 4 + 40 46,62

.•

55,69 2,61 4 ±45 51,61

60,671 2,61 4 + .50 51,61

65,66 2,61 4 ±55 61,61

.-

70,65 2,61 4 + 60 . 66,61

\ .

¡:::::::33,62x57,96+29,3· = 1 948,6 + 2 714=

38,56 X 57,96 +34,32 =5410

43,37)<57,96+39;31 =6150

45,77 X 57,96+4t,63 =6503,5

50,74X 57,96+4G,62 =7253

55,69X 57 ,96+51,61 =8002

60,67 X 57 ,96+56,61 . . · ~ 8752,8

65,66Xi?7.~6+61,61 =9504,6

. 70,65 X 57 ,96+66,61

. . · = ,10266 , ...

x92,{) 662,

X 92,

'(92,

X92,

X 92,

X 92,

X92,.

X 92,5 ...

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.... 3.6 LA.S L(l"COMOTORA.S DE _A.DHEREJ'!"CU.

'. De los cuadros anteriores se desprende que la locomotora Mallet articulada, con ,menor peso motor que la locomotora Shay, arrastra el inismo .treri con mayores :velo· ciClad~, velocidades que naturalmente indican.en la misma proporcionall<lad ~1 ma­yor .% de trabajo *til que es bastante considerable aunque se tomen solamente· v~lo-'

: cidades -re\ati va merite baj~s, comv son las que deben desarrollar trenes lastreros; n·o superiores a 15 Km. · ·

Las mayores velocidades obtenidas con la locomotora Mallet son debidas a la niayor superficie de caldeo que prodU'Ce mayor cantidad do vapor en igual tiempo.i .como el tren remolcado es el mismo en ámbos ·casos i el esfuerzo de traccion necesa rio es ·tar.i:tbien igual, ·el" mayor trabajo producido por la ma!3 grande cantidad de

_·.vapor se traduce. en un aumento de velocidad. Los cuadros ·nos indican que la locomotora Shay aLcanza a salvar gradientes de

200joo, en recta, a razon de 1ó kil?metros por hora, mi,ántras que. la Mallet .franquea la misma rampa pero en curva, vencientio", por consiguiente, niayores -.resistencias que son considerables. La locomotora Shay consume la totalidad <le · su esfuerzo desárro· liado, prtra esa velocidad, que alcanza a 3 692 ~4 Kg i aun no es · suficiente a venc~r las. resisteücias opuestas en 20%0 i recta con .uu tren: de 92,5 toneladas¡ miéntras que· "l~ locomotora Mallet en ~0%0 i curvas de RO met.ros de radio necesita vencer 4 662,6 -kilógramos de resistencias c0n 5 116,7 kilógraroos de esfuerzo de traccion que desa- . rrolla para 15 kilómetros por horu .

Si seguimos la coroparacion , observamos que las velocidades desarrolladas por

ambos tip?s son:

. . . 1 T . ,==· ~ . ; . · at n 100 u Desarr. \- Desal"l': V' 1

·v' . R npas e o: 1 e n ·as de t · 1 Locom_otora ?hay '¡Locomoto_ ra Mallet!_

. ! . . : . . ! . ,---·-----~··· -··,-··---- -- ~----·

o ¡ ! !

25 80 V= 8

20 /00 ....... . . .. ···¡ 80 metros V = 10 Krníh V'= 15 Km/hi

V'= 13,5 » ·

V' = l ,5 V.

V'= 1,69 V ... ...... ... »

30 » ··· ·· ···· · ·· ¡ 80 ».·

3,5\ » 1 120 ... ; ........ ; ' 40 ' 120 » ··'········-¡.

45 120 » ........ : .. 1

50 !

120 • ········· ... . »

oo· » ... .... ...... ! 120

60 » ······ ····· · 1~0

~ ----: .. ~ - -···---· - --.. ·· -·---~-·-·· ······--·

»

V = 6,5 »

V"- 6

V = 5

V=- 4,0 »

,~ = 3,8 »

V'=ll . •

V'= l O

V'= 8,5 · »

·V'= 7,5 .. V'= 6,5 ·»

.i V'-- ' 5,6 • ¡

V' = 1,69V

V' = 1,67 V

V' ..;_;_ 1,7 V

V'= 1,67 V

V'~ 1,7 V

V' :~ l ,d5 V

V' = 1,67V -~'--- --~--» _·_¡ ····- - ·· ·· · ···· ·· ···-··· ....;....;.= =

)1. ARAYA V. 37 '

Se obset·vft entónces que las velocidades desarrolladas por la locomotora. Mallet articulada sou 1 i 2/3 veces las obtenidas con la Shay, lo que puéde traducirse diciendo que el trabajo útil hec}:¡o por la primera es 1 i 2/3 veces el de la segunda, porque si se hacen las velocidades iguales aumentará el esfuerzo de traccion de la Mallet i por c-onsiguiente el tonell'lje del tren posible de remolcar.

Por ejemplo, en 20°/.;0 i r = 80 m la locomotora Shay desarrolla 10 kilómetros por hora: s i tomamos igual velocidad para la Mallet el esfuerzo de traccion es:

Z = (162 : 10 + 142 : VlO) 107,8= 6585,6 Kg

i las resistencias son 33,44 i 29,3 Kg por tonelada de locomotora i de tren rcspecti­nmeute. El tren posible de arrastrar seria en este caso:

(\ (1585,6- 33,44 )< 58 4646 ~ -, t l d 'l· = ·---- - 29~-3---- =

29,3

=1;J8 one a as

e5 decir, 1,7 1 veces el tren arrastrado por la locomotora Shay. En 40"/ 00 i r = 120 m con V = 5 Km/hora, el esfuerzo de traccion de IR l\lallet

~ria:

7, = (162 : 5 + 142 : V5) 107' '6 = 10 339 Kg

: el tren posible de remolcar:

Q _:__ (10 33~l- 50,65 >< f>H) : 46,Gl = Hi8,7 toneladas.

(• :ea, la misma relaciou obtenida ántes. Hai que tener presente, sin embargo, que el peso del tren no podrin subir de

~.!.5 toneladas 'por ser ese el peso indicado por la rampa por franquear, de modo que, ~: mayor trabajo hecho por la locomot.ora 1Iallet se obtendría en la mayor velocidad :no en un tren mas pesado.

Segun lo que 'se ha espuesto ántes, una locomotora compouud desarrolla el mi5mo esfuerzo de truccion que una locomotora de simple espansion cuyos cilindros iienen un volúmen equivalente al o a loH cilindros de alta presion de la Oompound . En este caso, los volúmenes son de 86,9 i 66,15 litros para la Ma1!et i la Shay respec­ri>amente, o sea, en la proporcion de l ,Hl3; el esfuerzo que debe desarrollar la Mallet ~ eucontrará en la misma proporcion de aumento.

El esfuerzo desarrollado por la Shay, para la velocidad de 15 Km por hora, es ·'!.e a 692,4 Kg que, aumentados en proporcion de la de los volúmenes de los cilindros, dan .! 848 Kg como esfuerzo de traccion que debe desarrollar la locomotora l\lallet:­~l c·alculo nos ha darlo 5 116,7 Kg, o sea, 7,2,%' mas que significa mejor aproYechn­miE-nto de la máquina.

38 LAS LOCOMOTORAS DE ADHERENCIA

. Para, hacer la comparacion de los consumos de :vapor, de ag~a {de carbon; d~" bemos to¡:nar ig';W-les condi~liones ·pata á1fibá.s locomotoras: io determinaremos para la.

· -\relocidad de 15 Km por hora:: i con ú~a a1mision de ·o, 75 de la carrera. .

Loc:;omotora Shay

El voÍúmen de los tres ·cilindros es: ·

-2

V .· 3•14 ~ 3~0..t 3,04 X 3 = 22,05 X 3 ~ 66,25 littros

para la admision de 0,75, el gasto de vapor por carrera es de

66,15 X 0,75 = 49,6 litros

i, como cada cilindro hace cuatro carreras por revolucion de rueda motriz, el gasto será de

49,6 X 4 = 198,4 litros por revolucion.

Á la velocid~d de 15 Km por hora i siendo el diámetro de la rneda motriz de · 0,914 m, el número ·ae revoluciones es:

15000 15 000 . ' . 2

,87

-:- 5 226,5 revoluciOnes~ 3,14 X 0,914

El gasto de vapor por hora e.s de 198,4 X 5 226,5 = 1 036 937,6 litros. Para esta admision la ·presion media efectiva es 0,89 p, en este· caso será 0,89.

de 14,06 = \2,51, préSi¿n para la que un kilógramo de vapor ocupaÚ4litros, luego. el gasto por hora equivale a . .

{036 937,6 . . -· . . ..

154 . = 6 733,4 Kg de agua,

que necesitan . para· s~~;·~v~porados, a razon de 6,5 Kg de agua por uno de carbon, . . ..: :_. ··.· .·=' ·.!o}: : .. · . .·· .

6 733,4": ·6,5 · ·1 086 Kg de carbon .. .. ·

M. ARAYA. V. 39

Locomotora Mallet

Volúmen de los cilindros:

. V'= 3

•14 ~ 3•

32 5,08 X 2 = 86,9 litros

. Gasto por carrera, con 0,75 'de ~dmision, es':

85;9 X 0,75 = 65,2 litros Por revólucion será:

65,2 X 2 = 130,4 litros .

.. uomo la rueda motriz tiene 0,965 m de diámetro, el número de revoluciones es:

15 000 -3,13 X 0 ,965 = '4 900•5 ·

i el gasto po~ hora alcanza a, 130,4 X 4 950,5--:- 645 545,2 litros qué, a razon de 160 ~s por kilogramo, para la presion efectiva 0,89 X 13,4 at111ósferas, · son: .

645 545,2 : 160 = 4 034,6 Kg de agua que necesiÚln para ser evaporados

4 034,6: 6,5 = 621 Kg de carbon. ·

La economía proviene del mejor aprovechamiento del vapor que hace la Mallet eompound, economía que <;lebe ser de 25,% sobre una de simple espansion de. eilindros equivalentes en volúmen a los de alta presion de la compound. · E.n este 250, pa.ra el ·co11sumo, los tres pueden considerarse seis cilindros, desde qU:e aquellos hacen cuatro ~rreras pqr revolucion de rueda ·motriz. Los volúmenes están como 132,3 a 86,9 i el Yo de economía es de 1 ,52 'veces 25 == 38% del consumo de la Shay, l 036 . Kg, lo que da para conslln:to de la Mallet 642 Kg de combustible.·

. /

De lo anteriormente espuesto se deduce que la locomotora Mallet articulada, con peso motor equivalente al de la Shay, puede hacer, gracias a su mayor potencia de· sarrollada en los c ilindros, un trabajo superior de t al que· hace la Shay~

Las resistencias internas . de la locomotora son menores en la Milllet,- en compa·· mcion con las de construccion corriente, i en l a Shay son mayores: en la pritnera

40 J,AS J,OC0])10TORaS DE ADHERENCIA

porque las diferencias de presiones en las cajas de vapor son menores, gracias al receptáculo intermediario, en la segunda porque las resistencias producidas por fro· tamientos en el conjunto de engranajes, que hace la trasmision de los esfuerzos, son mui considerables i serán mayores una vez Ia locomotora en servicio i ya sus meca-nismos desgastados. .

De esto se desprende un mayor rendimiento o aprovechamiento útil para la locomotora l\Iallet articulada i uno menor para la Shay.

La avaluaci'on de esa menor i mayor resiste.ucia respectiva no ha sido posible ha ceda por no tener los datos necesarios para poder. aplicar las fórmulas, pero coa sólo consultarl!ls i analizarlas en los factores que las forman se puede medir su im· portancia.

I<uncionamiento.-El funcionamiento i manejo de una locomotora son cosas de . importancia suma sobre todo en líneas en construccioh i es ev.idente que mas. acep· table será un tipo de locomotora miéntras mas. sencillez i resistencia presente a la · vez que su couservacion sea fácil de obtener. Es indiscutible tambien que miéntras mas delicarlos sean sus organismos mas inadecuadas serán para esta clase de trabajos.

Los dos tipos presentados tienen inconvenientes en este sentido; la locomotora Mállet articulada tiene mayor número de piezas 1:ozantes, algunas de ellas delicadas, es de esperar entónces un · desgaste rápido; la locomotora Shay no está excenta del mismo inconveniente porque si es verdad que sus mecanismos son ménos . numero· sos tambien lo es que los. organismos de trasinision de esf11erzos sufren ~nucho. . La locomotora MAllet articulada, dividida en dos, .presenta una mayor flexibili­dad que las de tipo ordinario, para la pasada en lns curvas, su base ríjida es pequeña i está dent1o de los lÚnites fijados para el tren tipo de la -Direccion de Obras Públi- . cas, la locomotora Shay, flexible t.ambien para hacer el mismo trabajo, por la dispo- · sicion de las caú~tillas, presenta un árbol que trasmite el esfuerzo a ejes acoplados­a él por .conecciones. que por fuerza deben trabajar mucho. Los engranajes, .por la~·

posiciones independientes que· adoptan, en la rueda i el pifion, trabajan en condicio· nes desfavorables i producen. rozamientos ·muí fuertes .que producen el natural des­gaste' de los dientes que perderán mlii pron'to su resistencia i deberán ser cambiados. Los cojinetes que soportan el eje sufrirán por las mismas causas de un modo perju­dicial i darán lugar a juegos que pueden llegar a ser causa de fuertes pérdidas en el trabajo útil. Las bielas que accionan el árbol estarán afectadas por trabajos anorma· les, po~ l~s diferentes posiciones que debe adoptar el eje trasmisor de esfuerzos, i habrá fuerzas importantes que tienden a producir la ruptura de ellos.

La.trasmision de los esfuerzos se hace de un modo mas regular en la locomo­tora Shay, porque cada revolvcion de la rueda motriz necesita 12 o 18 pulsaciones segun que el piñon esté en la relaci~n de 2 o 3 con la rueda motriz, en la locomotora'

lli. ARA Y A. \ '. 41

silo hai cuat-ro pulsaciones para cada conjunto de 1:ued:.~s obrando en ángülos deter­.ünados.

Si se rompiera un cilindro, la locomotora Shay trabajaría en desquilibrio mién· las que la Mallet ;rodria trabajar con un sistema si se desarregla el otro,

Manejo.-En cuanto a manejo es naturalcque la locomotora Shay tieile la ven· · •ja porque su sistema· mismo no impone couocimilmtos profundos al maquinista~ pero si l3r loeolllotora Mallet exije de aquél mejores conocimientos, mas asiduidad i e9udio continuo, por ser del sistema compound, puede ser trasforlll.ada en una de · iimple espansion, admitiendo vapor directo a ambos grupos de .cilindros, aumenta el esfuerzo de traccion en un momento dado aunque con pérdida de la economía.

La circuntancia de tener lfi locomotora Mallet a"rticulada-ténder. sus . estanques 41rMnte del maquinista no deja de ser un factor que debe tomarse · ¡;n consideracion porque en un momento dado puede, por impericia o descuido del inaquj_uista, dar ~r a accideútes . .

Se puedé, pues, ·asegurar que . la locomotora Mallet. necesita un p·ersonal" muí -..en preparado, contraído i estudioso, personal que difícilmente se conseguiria, ya ' que. en nuastro pais, . el sistema- Compouud, en su aplicacion a la esplotaciou de auest.ros .ferrocarriles, es casi desconocido. Es evidente que la aplicacion de este sis· tema puede resultai: un fracaso completo si se carece del personal necesario, fracaso . que no habría que hacet' recaer sobre el sistema mismo:

Conservaeion.-En cuanto a los gastos de conservacion 'se puede deci_r qpe el lipo ~lallet arti ulado necesita un mayor porcentaje que la Shay, por se1~sUs organis· BJS roa:; umilerosos i d&licados; pero uo hai que .olvidar que, . cualquiera que sea el lipo de la locomotora, en la construccion, su duraciou no puede ser mayor que 7 miOS, con la ventaja, en este caso, ·que ·la loc0motora .Mallet, despues de reparaciones suficientes, a la conclusion de los trabajos de construcciou, puede ser aprovechada . pua la esplotacion, miéntras que la Shay debería ser abandonada, quedando su vida. ~rminada por la duraciou de esos trabRjos. ·

El mayor porcentaje destinado a la conservacion de la lo~omotora Malle.t estaría a;i compensado por su futuro aprove~harniento en la esplotacion de líneas eón ram­pesde3i4%.

Es evidente que la Mallet, en término medio, reqÚiriria mayor tiempo para sus reparaciones; pero esto no es de tarita importancia si consideramos que hace; gracias · 1 ;m mejor motor, el mismo trabajo que la Shay en los 3,15 d¡ll tiempo empleado poi' ésta, siempre que las caract-erísticas estén en la misma proporcion.

LAS LOCO~IO'l'ORAS DE ADHERENCIA.

La fábrica dota a la locomotora S~ay de piezas de repuesto e indica la compra de otras indispensables, que se desgastan pronto en el trabajo. Con esto se consegui­ría una menor pérdida de tiempo para reparaciones porque sólo habría que proceder a cambiar piezas; pero no vemos el inconveniente para hacer iguat' cosa con la Mallet.

EO: resúmen, la locomotora Mallet articulada tiene ventajas indisclitibles sobre la Shay, como motor i com.o máquina útil de trabajo i el únic~ fundamento que ohra en contra de su aplicacion a la construccion es el de la posible falta de personal com­petente para su manejo, falta que puede producir resultados mui inferiores a los que se pueden aguardar de est"e sistema.

De todo lo espuesto se deducen la~> siguientes conclusiones: 1.• 'roda locomotora de adherencia puede franquear una rampa dada siempre

que tenga el suficiente peso adherente i las rampas máximas que puede salvar serán mayores miént.ras mas grande es su peso adherente.

2.• Las locomotoras, Mullet de i'>8 y Bhay de 60 toneladas, no son suficientes para remolcar el tren dado ántes de diez carros lastreros cargados, con un peso total de 92,5 toneladas, en la coustrucciou de la línea, porque ~n ella se presentarán ram­pas superiores al 6,'!{ i los tipos estudiados consumen ya en este limite la totalidad de sus esfuerzos de traccion i motriz máximos en trabjo máximo. Si el tren por re­molcar debe ser mas o méuos de ese peso se debe a<ioptar .locomotoras de 65 a 70 toneladas de peso adherente.

3.0 g1 sistema compound es, en jeneral, mas ventajoso que el sistema ordinario i su aplicacion está indicada en las redes ferroviarias. cuya esplotacion se desea hacer económica.

4." La locomotora Mallet articulada del sistema Oompound aprovecha mucho mejor el vapor i, ·a equivalencill de volúmenes de cilindros, en la forma indicada, habra economía de vapor i la consiguiente de agua i combustible, siendo natural su superioridad sobre la Shay como motor.

5.0 La locomotora Mallet articulada produce mayor rendimiento de trabajo útil, a equivalencia de peso motor, ·porque arrastra, en igualdad de condiciones, el mismo tren con mayores velocidades o porque a igualrlad de velocidades arrastra un tren mas pesado, ·mayor rendimiento que proviene del motor mas potente de la :Mallet en razon de la mas grande superficie de caldeo de que. dispone i que produce mayor cantidad de vapor por unidad de tiempo, con el consiguiente superior consumo de combustible.

6.0 La locomotora Mallet articulada compound puede ser trasformada en una de ;,;imple espansion, pero con desmedro de la economía, base del sistema, haciendo llegar vapor directo del caldero sobre·ámbos pares de cili:o.dros. Ln economía dismi­nuye tambien en continuado trabajo con rampas.

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7.0 La locomotora Mallet articulada tiene menores resistencias internas que las ' de cónstrucci~ corriente, la locomotora Shay, por el contrario, las tiene superiores. - 8. o A pesai.· de hacerse 1a trasmisíon de los esfuerzos de un modo mas regular en la locoin¿tOra Sb.ay, la disposicion de sus organismos trasmisores d~i · trabajo útil :da lugar a tr~bajos auo~ales discontim,1os que tienden a producir la ruptura de ~órganos e~enciales: · . • 9.• La loooíiÍ.otora Mallet articulada puede aprovecharse en la . esplotacion de . lfneas dé 3 i 4,% de rampas, despues d~ su uso en la. construccion. La ¡ínica objecion f{lle puede oponerse a su aceptacíon en esto~ taa.l~aj()s es la de la fal~ de personal . preparado i estudioso. . · · · · .,

10. Si se usa.Ia locomotora Mallet .articulada en la construccion, se debe pedir 1m tipo .especial a las fábricas, reformando las que se usan· en la esplotacion.

Santiago, 29 de DiCiembre de'Hi09.