martes, 19 de marzo de 2013

HISTORIA DEL TREN

Tren

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Tren de pasajeros VLocity, Australia, corren a 160 km/h (100 mph).
Se denomina tren o ferrocarril a una serie de vagones o coches conectados a una locomotora o autopropulsados que generalmente circulan sobre carriles permanentes para el transporte de mercancías o pasajeros de un lugar a otro. No obstante, también existen trenes de carretera. El ferrocarril puede ir por carriles (trenes convencionales) u otras vías destinadas y diseñadas para la levitación magnética. Pueden tener una o varias locomotoras, pudiendo estar acopladas en cabeza o en configuración push pull (una en cabeza y otra en cola) y vagones, o ser automotores, en cuyo caso los coches (todos o algunos o solo uno) son autopropulsados. Varía entonces la manera de propulsión de los trenes, principalmente según su utilización.
Según el R.I.T.O.(Reglamento Interno Técnico Operativo) dice que un tren es: a los efectos de la circulación por las secciones de bloqueo se denomina tren a toda locomotora sola o acoplada, autovías, coches-motores y todo aquello que se le entregue una Orden de Partida.
Puede quedar entonces la clasificación de los trenes en dos categorías generales: los impulsados por un motor y aquellos de impulso electromagnético, que aún se encuentra en fase experimental. Aunque esta catalogación varía según las circunstancias y la tecnología empleada en la motorización del tren, ya que el tren ha pasado por muchas facetas de avance en la historia mundial, como se verá a continuación, e incluso ha tenido una gran influencia en el desarrollo de muchas sociedades alrededor del globo, su uso e importancia varía según la época en que se sitúa el análisis. El tren ha formado parte esencial de muchas naciones y presentado una gran ventaja en cuestión de industrialización, en comparación con países que hubieron y se han visto sin este factor de transporte incluido en su historia.
El ferrocarril, es sin duda alguna, una de las formas de transportes, más importantes, significativas, y vitales, debido al impacto que ha tenido a lo largo de la historia de la humanidad, desde su más primitiva e inicial versión en los tiempos de su invención, hasta la revolución industrial, ayudando así a poder transportar masas y multitudes de personas, materias, y productos de manera práctica, segura, y eficiente.

Índice

Desarrollo tecnológico del tren a través de la historia

Pasajeros subiendo al Arco García Lorca.
Esta palabra o su equivalente, de fascinante etimología, es casi la misma en inglés, francés, holandés, español, portugués o italiano. Las lenguas alemanas y escandinavas dieron zug, tåg y tog, emparentadas con el verbo inglés to tug, que tiene el sentido de arrastrar. Hoy definiríamos el tren como un vehículo, múltiple, movido por medios mecánicos que circula por una vía férrea especialmente realizada para él.
Este ha hecho más por la transformación del mundo y de la Humanidad que cualquier otro medio de transporte, desde que la barca se convirtió en navío. Ha sido para los continentes lo que fue el barco, durante siglos, para los océanos. Hoy vemos automóviles por todas partes y aviones capaces de sobrevolar la tierra y los mares a gran velocidad, pero antes de que aparecieran estos dos medios de locomoción, el barco y luego el tren permitió al hombre conocer primero y dominar después el mundo.
En un tiempo muy cercano alguien inventó la rueda. Poco antes otro inventor descubrió la posibilidad de guiar un vehículo. Ambos acontecimientos tuvieron lugar seguramente en Mesopotamia.

Posible origen

Locomotora de vapor en tren de pasajeros (Earl Bathurst).
Se trataba de aquel vehículo que tenía su camino marcado por las rodadas sobre las que circulaba. Los carros fueron excavando surcos paralelos en las calles de Ur. Los habitantes se dieron cuenta muy pronto de que estas rodadas, cuando eran profundas, mantenían a los vehículos guiados y no estropeaban, al circular, las casas junto a las que pasaban, en las estrechas calles de las ciudades que regaban el Tigris y el Éufrates. Más adelante se cubrieron con losas las calles polvorientas o enfangadas, dejando, deliberadamente, los surcos necesarios para que los carros siguieran un camino fijo. No hay que olvidar que la carreta de cuatro ruedas era entonces una invención reciente, y que su eje trasero no era orientable.
El ferrocarril fue producto de la Revolución Industrial surgida en Inglaterra durante los siglos XVIII y XIX.
Una locomotora, a la que se le agregaron vagones para el transporte humano y de carga, son básicamente las partes que hasta la fecha constituyen un tren.
Las motos o trenes han sido sujetos de los avances tecnológicos y ejemplo de ello es el tren bala del Japón.
El constructor de la primera locomotora -25 de julio de 1814-, que derivaría más tarde en un ferrocarril, fue Richard Trevithick.
El destino inicial de la locomotora fue su utilización en las minas carboníferas, en cuya primera demostración se logró arrastrar una carga de cuarenta toneladas, a una velocidad de 6 km/h.
En 1823, el Parlamento inglés aprobó el acta que aseguraba a George Stephenson la titularidad de un proyecto, cuya finalidad era unir los pueblos de Stockton y Darlington mediante una vía férrea.

Redescubrimiento

En el siglo XIX, empezaron a descubrirse en numerosos países europeos los vestigios del Imperio Romano, con el descubrimiento de ciudades perfectamente trazadas con sus fortificaciones, espléndidas casas de campo con una especie de calefacción central y agua corriente, carreteras bien pavimentadas y también caminos de piedra habilitados para la circulación de carretas con cargas pesadas. Uno de estos caminos fue encontrado en las Islas Británicas, precisamente donde se elevaría luego la estación de ferrocarril de Abbeydore, en la frontera de Inglaterra con Gales.
Aquella fue la época del vehículo guiado, pero no del camino provisto de rieles. La idea de éste debió de surgir cuando en las vías de profundas rodadas, se colocaron, todo a lo largo, troncos de árbol partidos por la mitad para evitar que las ruedas de las carretas se hundieran en el barro. Estos fueron los primeros rieles. Sin duda, tal sistema se extendió por las comarcas donde llovía mucho y escaseaba la piedra. La esencia misma del camino de rieles es la existencia de rebordes en el camino o en las ruedas. Los caminos de piedra tenían el reborde de la rodada. Pero, ¿cuándo apareció la rueda de pestaña sobre riel plano?
Los trenes fácilmente nos pueden llevar a sitios remotos, aquí la línea de Bernina Express en Suiza.
En su forma primitiva esta rueda parecía un carrete y los troncos de árbol a escuadra (abetos o alerces) clavados sobre otros troncos más cortos formando ángulos rectos constituían la vía: rieles montados sobre traviesas. Hubo incluso rudimentarias agujas. No se sabe quién instaló la primera vía, pero en el siglo XVI se usaban ya en las minas de oro de Transilvania, y algunos ejemplares de aquellas vías primitivas y de los vehículos, que sobre ellas circulaban, han sobrevivido al paso del tiempo.

Evidencia de desarrollo

En varios tratados del siglo XVI hay ilustraciones representando "aquellos ferrocarriles" y rieles de madera. El más conocido es quizá De Re Metallica, de Georgius Agrícola (Georg Bauer), publicado en 1556. El dibujo de una de estas vías, en una mina de Alsacia, se encuentra también en la Cosmographica Universalis (1550) de Sebastián Münster. Es probable que antes de dichas fechas, tales vías se usaran en las minas de Europa del Este y del Tirol.
Así pues, según nuestros actuales conocimientos, parece que la idea de hacer un camino especial para carruajes la tuvo un mesopotamio, y que el empleo de la rueda de pestaña sobre riel se debe a un alemán desconocido. Las vagonetas usadas en las minas se llaman en alemán hunde (perros). En el siglo XVIII hubo dos sistemas rivales: el de la rueda de pestaña sobre carril ordinario (la forma actual) y el de las ruedas ordinarias sobre riel con reborde o con un surco. Este último, formado por barras de hierro fundido en forma de L y apoyadas en piedras, daba una vía dura, pero útil, cuando las cargas no eran excesivas. Durante todo el siglo se construyeron numerosos ferrocarriles mineros en toda Europa, sobre todo en Gales y en el noroeste de Inglaterra, donde la minería prosperaba. En el libro de Charles Edward Lee, la evolución de los ferrocarriles, que termina en el momento en que comienzan casi todas las obras consagradas al tema, se encuentran muchos detalles de aquella época.
¿Qué tiene que ver todo esto con los trenes? cabe preguntarse. Es cierto que un caballo que arrastra una vagoneta sobre unos carriles no es un tren, pero sin los rieles, el animal no hubiese podido arrastrar más que un sólo vehículo, y con ellos remolcaba varias vagonetas. El tren moderno surge al sustituir la tracción animal por la máquina.
Exceptuando los modelos simples y clásicos en los siglos XVI y XVII, podemos considerar que no hay máquinas. Años más tarde decimos que la ingeniería mecánica es más moderna que las obras públicas. Sin embargo, los acueductos romanos, construidos bajo el Emperador Claudio, nos parecen modernos.
Durante el siglo XVII, en Europa, sobre todo en el noroeste de Inglaterra, se realizaron obras para sostener las arcaicas minas. Estas se encontraban generalmente debajo de las colinas y las vías de vagonetas descendían hasta el río o canal más cercano, donde los barcos recogían el carbón. Para subir a la colina, el/los caballo/s tiraban de las vagonetas y al bajar las pendientes por su propio peso, los animales iban en el vehículo de cola. En County Durham, Inglaterra, se conserva aún lo que puede ser el primer viaducto ferroviario del mundo: el Causey Arch en Tanfield, construido en 1727. Aquellas minas quedaron agotadas a finales del siglo XX, pero, como los acueductos romanos, Tandfield Arch sigue en pie y ha sido catalogado como monumento histórico, ya que es sin duda uno de los más impresionantes objetos móviles sobre la tierra.

Trenes de pasajeros

Interior de un coche de pasajeros suburbano doble piso Class 471 manufacturado por Škoda Holding en la República Checa.

Trenes de corta distancia

Son aquellos trenes que solo transportan pasajeros dentro de un determinado territorio o ciudad, o bien de una ciudad a otra cercanas.

Tren suburbano y regional

Tren metropolitano

Se denomina así a los «sistemas ferroviarios de transporte masivo de pasajeros» subterráneo o elevado y en algunos casos parcialmente en la superficie y por carril tipo trinchera, que operan en las grandes ciudades para unir diversas zonas de su término municipal y sus alrededores más próximos, con alta capacidad y frecuencia, y separados de otros sistemas de transporte con pasos a desnivel.

Trenes de larga distancia

Tren de alta velocidad

Tren Shinkansen de la serie 500 en la estación de Kioto.
Los TAV (trenes de alta velocidad) generalmente son trenes, que como su nombre indica, circulan a velocidades superiores a 200-250 km/h por líneas diseñadas para este fin. Una de las primeras líneas de esta clase de trenes se inauguró en Japón en 1964, la llamada "Nuevo Tokaido", que unía Tokio y Osaka; su tren alcanzaba una velocidad de 240 km/h.
En Francia el TGV es uno de los trenes que en abril de 2007 obtuvo un récord mundial de velocidad: 574,8 km/h. Sin embargo, el récord mundial de trenes lo tiene el japonés Maglev, de levitación magnética, que en diciembre de 2003 consiguió una velocidad máxima de 581 km/h. Otro tren de alta velociad en Francia es el AGV (Automotriz a Gran Velocidad) mucho más moderno. En Japón, además del Maglev, están los Shinkansen que alcanzan velocidades de más de 300 km/h.
En Alemania el ICE (Inter City Express) fue desarrollado en el año 1985.
En España el AVE (Alta Velocidad Española) alcanza velocidades superiores a 300 km/h. Su primer servicio fue entre Madrid y Sevilla en 1992.
En Italia los ETR o Pendolinos son trenes capacitados para bascular o "pendular" a altas velocidades en curvas cerradas de vías tradicionales. Un precedente de los pendolinos puede encontrarse en el Talgo español.

Otros sistemas de trenes

Tren ligero

El tren ligero es un tren de la familia de los tranvías, en ciertos casos de piso alto con estaciones con plataformas, que circula en segmentos parcial o totalmente segregados del tránsito vehicular, con carriles reservados, vías apartadas y en algunos casos por túneles o en la superficie del centro de la ciudad.
Tren ligero en Edmonton, Alberta, Canadá.

Tren de levitación magnética

El tren de levitación magnética es un tren suspendido en el aire por encima de una vía por levitación magnética.

Monorraíl

El monorraíl o monorriel fue desarrollado para satisfacer la demanda de tráfico mediano en el transporte público en zonas urbanas.


NEUMATICA

La neumática (del griego πνεῦμα "aire") es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite expandirse, según dicta la ley de los gases ideales.

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Mandos neumáticos

Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y un aporte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas. Los sistemas neumáticos e hidráulicos están constituidos por:
  • Elementos de información.
  • Órganos de mando.
  • Elementos de trabajo.
  • Elementos artísticos.
Para el tratamiento de la información de mando es preciso emplear aparatos que controlen y dirijan el fluido de forma preestablecida, lo que obliga a disponer de una serie de elementos que efectúen las funciones deseadas relativas al control y dirección del flujo del aire comprimido.
En los principios de la automatización, los elementos rediseñados se mandan manual o mecánicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba efectuar el mando a distancia, se utilizan elementos de comando por símbolo neumático (cuervo).
Actualmente, además de los mandos manuales para la actuación de estos elementos, se emplean para el comando procedimientos servo-neumáticos, electro-neumáticos y automáticos que efectúan en su totalidad el tratamiento de la información y de la amplificación de señales.
La gran evolución de la neumática y la hidráulica han hecho, a su vez, evolucionar los procesos para el tratamiento y amplificación de señales, y por tanto, hoy en día se dispone de una gama muy extensa de válvulas y distribuidores que nos permiten elegir el sistema que mejor se adapte a las necesidades.
Hay veces que el comando se realiza manualmente, y otras nos obliga a recurrir a la electricidad (para automatizar) por razones diversas, sobre todo cuando las distancias son importantes y no existen circunstancias adversas.
Las válvulas en términos generales, tienen las siguientes misiones:
  • Distribuir el fluido
  • Regular caudal
  • Regular presión
Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por el compresor o almacenado en un depósito. Ésta es la definición de la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendación del CETOP (Comité Européen des Transmissions Oléohydrauliques et Pneumatiques).
Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:
  1. Válvulas de vías o distribuidoras
  2. Válvulas de bloqueo
  3. Válvulas de presión
  4. Válvulas de caudal
  5. Válvulas de cierre
  6. Le changue mone

Comparación con otros medios

Circuito neumático.
Tanto la lógica neumática como la realización de acciones con neumática tiene ventajas y desventajas sobre otros métodos (hidráulica, eléctrica, electrónica). Algunos criterios a seguir para tomar una elección son:
  • El medio ambiente. Si el medio es inflamable no se recomienda el empleo de equipos eléctricos y tanto la neumática como la hidráulica son una buena opción.
  • La precisión requerida. La lógica neumática es de todo o nada, por lo que el control es limitado. Si la aplicación requiere gran precisión son mejores otras alternativas electrónicas.
Por otro lado, hay que considerar algunos aspectos particulares de la neumática:
  • Requiere una fuente de aire comprimido, por lo que se ha de emplear un compresor.
  • Es una aplicación que no contamina por si misma al medio ambiente (caso hidráulica).
  • Al ser un fluido compresible absorbe parte de la energía, mucha más que la hidráulica.
  • La energía neumática se puede almacenar, pudiendo emplearse en caso de fallo eléctrico.

Circuitos neumáticos

  1. Circuito de anillo cerrado: Aquel cuyo final de circuito vuelve al origen evitando brincos por fluctuaciones y ofrecen mayor velocidad de recuperación ante las fugas, ya que el flujo llega por dos lados.
  2. Circuito de anillo abierto: Aquel cuya distribución se forma por ramificaciones las cuales no retornan al origen, es más económica esta instalación pero hace trabajar más a los compresores cuando hay mucha demanda o fugas en el sistema.
Estos circuitos a su vez se pueden dividir en cuatro tipos de sub-sistemas neumáticos:
  1. Sistema manual
  2. Sistemas semiautomáticos
  3. Sistemas automáticos
  4. Sistemas lógicos

Método de paso a paso

El método paso a paso es una técnica para diseño de circuitos neumáticos, el cual esta basado en que para activar un grupo es necesario desactivar el grupo anterior, generando así una secuencia. Este método es más utilizado que el método de cascada, ya que cuando hay más de dos válvulas en cascada, surgen pérdidas de presión. Dichas pérdidas de presión se corrigen con el método paso a paso. Se necesita que haya tres o más grupos para que funcione, aunque se puede realizar el método con dos grupos pero se debe de agregar un grupo adicional para poder seguir con la secuencia.
Los siguientes pasos llevan a diseñar un circuito neumático de paso a paso:
  1. Establecer la secuencia o sucesión de movimientos a realizar.
  2. Separar la secuencia en grupos.
  3. Designar cada grupo con siglas romanas.
  4. Hacer la esquematización del circuito, colocando los actuadores en la posición inicial deseada.
  5. Cada actuador estará controlado por una válvula 4/2 o 5/2 de accionamiento neumático biestable.
  6. Debajo de las válvulas de distribución, se ponen tantas líneas de presión como grupos tenga el sistema, enumerándolas con numeros romanos
  7. Debajo de las líneas de presión se ponen memorias (válvulas 3/2), tantas como grupos tenga el sistema. Todas las memorias comenzarán normalmente cerradas, a excepción de la válvula colocada hasta la derecha que estará normalmente abierta.
  8. Las memorias van conectándose a las salidas de presión, tomando la salida única de la primera memoria y se conecta a la línea de presión I, la segunda memoria a la línea a presión II y así sucesivamente. La última memoria que es la normalmente abierta, se conectara a la última línea de presión.
  9. Cada memoria (excepto la de la derecha), será pilotada por la izquierda por la línea de presión o grupo anterior al que está conectada su salida.
  10. Cada memoria (excepto la de la derecha), será pilotada por la derecha por la línea de presión o grupo que debe de desactivarla.
  11. La válvula de la derecha será pilotada al revés, esto quiere decir que para pilotarla por la izquierda, se debe de conectar el grupo o línea que la desactiva y para pilotarla por la derecha, se conecta el grupo o línea anterior al que esté conectada su salida.
  12. Cada válvula distribuidora (4/2 o 5/2) estará pilotada por la línea de presión correspondiente a su grupo.
  13. El primer grupo sólo necesita estar conectado a su línea de presión correspondiente, pero los demás grupos además de ser conectados a su línea de presión correspondiente, deben de ser conectados a la señal del grupo anterior para indicar que el movimiento del grupo anterior ha finalizado.
  14. El primer movimiento de la secuencia se alimentará de la primera línea de presión y tendrá en serie el pulsador de marcha.
  15. Si se repite un movimiento en la secuencia, deberá utilizarse válvulas de simultaneidad (AND) antes de la distribuidora correspondiente.
Hacer el método paso a paso con dos grupos genera un problema de entrampamiento. Ya que un grupo tendría que ser activado y desactivado por sí mismo, lo cual no es posible. Para solucionar el problema se dan dos opciones:
  • Utilizar el método de cascada
  • Crear un grupo que no realice nada, para tener los tres grupos necesarios para que funcione el método.
Grupo I: es generado por el grupo III sin final de carrera y será desactivado por el grupo II.
Grupo II: es generado por el grupo I y será desactivado por el grupo III.
Grupo III: es generado por el grupo II y desactivado por el grupo I.
Nota: Al seguir este cambio ya se puede trabajar normalmente con los pasos dados para la realización del método paso a paso por tres grupos o más.