lunes, 19 de octubre de 2015

La construcción de grandes locomotoras en Bilbao.- 1923

La construcción de grandes locomotoras en Bilbao.- 1923


El martes 29 de Mayo último tuvo lugar en los talleres que tiene en Galindo (Bilbao) la Sociedad Española de Construcciones Babcock & Wilcox un acto que puede calificarse como trascendental para la industria española.

Grupo de invitados, colocados delante de la locomotora numero 4303.
   Nos referimos a la construcción en Bilbao de locomotoras de mayor potencia que las que se está empleando actualmente en España. La Compañía del Norte, después de haber realizado las más severas pruebas comparativas con una locomotora del tipo MASTODONTE, que la Sociedad mencionada entregó el año pasado con este objeto, entregó otras diez y seis locomotoras de la misma potencia, efectuándose la prueba oficial de las tres primeras locomotoras, números 4.303, 4.303 y 4.804, el día 29 de Mayo, a presencia de los señores Subsecretario de Fomento, D. Alfonso Senra, en representación del Ministro de Fomento; D. Ángel Gómez Díaz, Ingeniero Jefe de la Primera División de Ferrocarriles; D. Román Ochando, Jefe de la Sección de Carreteras; D. Federico Vargas, Ingeniero del Norte; D. Juan Flórez Posadas, en representación del Ministro del Trabajo; señores Mier, Uriarte, Estibaus, Fusler; capitán Charles, del Consulado Británico; D. F. G. Cowlrick, Consejero Delegado de la Sociedad Babcock & Wilcox; Laidler, Balaguer, Martínez de Velasco y Arribas, que fueron de Madrid con aquel objeto, estando también presentes los Diputados a Cortes señores Arteche y Balparda; las autoridades de Bilbao; los Consejeros la sociedad Babcock & Wilcox y altos funcionarios de la misma, y otras muchas personalidades bilbaínas.

Momento solemne de la bendición de las locomotoras tipo MASTODONTE,
 construida en Galindo (Bilbao) por la Sociedad Española de Construcciones
Babcock & Wilcox.
   El párroco de San Salvador del Valle bendijo las locomotoras, y acto seguido subieron a una de ellas el Sr. Subsecretario, el Excmo. Sr. Marqués de Triano, el Presidente de la Diputación y varios ingenieros de la División de ferrocarriles y del Norte, poniendo en marcha una locomotora engalanada con banderas nacionales, ante la numerosa concurrencia que prodigaba sus elogios a dicha maquina por lo perfecto de su construcción y por el satisfactorio resultado de las pruebas.

   Terminadas éstas se sirvió a ¡a concurrencia un “lunch” en las oficinas de la Sociedad, haciendo los honores el Jefe Administrativo, Sr. Marco; el Director de la fábrica, Mr. Critchley; Subdirector, Sr. Rodriguez, y otros altos funcionarios de la Empresa.

   El Presidente del Consejo de la Sociedad, Sr. Marqués de Triano, brindó elocuentemente, agradeciendo la presencia de la representación oficial y de tantas distinguidas personalidades; elogió las iniciativas y el eficaz, concurso de D. Juan de Urrutia en pro de la Sociedad Constructora, e igualmente la ayuda prestada por los ingenieros del Norte. Tuvo merecidas frases de elogio para sir James Kemnal, Presidente de la Babcock & Wilcox Limited y Vicepresidente de la Sociedad Española, sintiendo que no hubiera podido honrar la fiesta con su presencia. Fue muy aplaudido, como igualmente el Sr. Senra, que contestó al Marqués de Triano, brindando por la prosperidad de la Sociedad Babcock & Wilcox y haciendo resaltar su benemérito esfuerzo en favor de la industria nacional.

Bilbao.- El subsecretario de Fomento con el alcalde de Bilbao,
El presidente de la Diputación y consejeros de la Compañía de
Ferrocarriles del Norte, visitando os talleres de la fábrica
Babcock & Wilcox de Sestao. 
   Se obsequió a los invitados con un banquete en el Abra, visitando después las factorías de la Sociedad Altos Hornos de Vizcaya, que ha suministrado la mayor parte de los materiales empleados en las locomotoras expresadas, y los talleres de la Sociedad Española de Construcción Naval.

   Estas locomotoras, del tipo denominado “Mastodonte”, o sea 4-8-0, son las más potentes entre las que actualmente circulan por los ferrocarriles españoles, y constituyen el primer caso de aplicación en España del sistema de tres cilindros de admisión directa con manivelas a 120º.

CARACTERÍSTICAS GENERALES.

Figura 1ª.
   Esta locomotora, de la que la figura 1ª constituye una vista de conjunto, tiene las siguientes características:

Caldera.
Superficie de parrilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4,65 m2.
Número de tubos de 133 milímetros . . . . . .. . . .   27
Número de tubos de 50 milímetros   . . . . . . .. . . 218
Longitud entre placas tubulares    . . . . . . . . .. . . .  5 metros.
Superficie de calefacción directa   . . . . . . . . . . . . 18,4 m2.
Superficie del haz tubular  . . . . . . . . . . . . . . . . 207 m2.
Superficie de recalentamiento  . . . . . . . . . . . . . . 58,33 m2.
Presión efectiva  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . 13 kgs. Por cm2

Mecanismo.
Número de cilindros  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Diámetro de los cilindros . . . . . . . . . . . . . . . . .  520 mm.
Carrera de los émbolos . . . . . . . . . . . . . . . . . .  660 mm.
Diámetro de las ruedas acopladas  . . . . . .. . . . 1.560 mm.

Vehículo.
Carga en servicio sobre los ejes libres  . . . . . . . .  13 toneladas.
Carga sobre los ejes acoplados  . . . . . . . . . . . . .  62 toneladas.
Peso en servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .  75 toneladas.
Base rígida  . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,400 metros.
Distancia entre ejes extremos . . . . . . .  . . . . . . . . 9,700 metros.
Distancia entre topes . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 13,245 metros.
Diámetro de las ruedas libres  . . . . . .  . . . . . . . 800 mm.

Ténder.
Diámetro de las ruedas . . . . . . . . . . .. . . . . . .  1.080 mm.
Número de ejes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Capacidad de agua   . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 22 toneladas.
Capacidad de carbón  . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 7 toneladas.
Peso en servicio . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 51 toneladas.
Distancia entre ejes extremos . . . . . . . .. . . . . . . . . 6,600 metros.
Distancia entre topes . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 9,985 metros.

Máquina y ténder.
Peso en servicio  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  139 toneladas.
Distancia entre ejes extremos . . . . . . . . . . . . . . .  18,930 metros.
Longitud entre topes  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  23,230 metros.

Figura 2ª.
   Las principales razones que justifican la disposición general de esta máquina son las siguientes:
   Ejes acoplados- La inscripción en curvas de menos de 300 metros de radio se efectúa difícilmente con cinco ejes acoplados, por lo que si las máquinas han de circular a velocidad superior a 30 kilómetros por hora, el número de aquéllos no debe exceder de cuatro.

   Peso adherente.- Las cargas por eje que pueden soportar las vías españolas es de 16 toneladas, lo que limita en 64 toneladas el peso adherente.
   La resistencia de los ganchos de tracción del material español está limitada a un esfuerzo normal de 10.000 kilogramos, lo que con un coeficiente de adherencia de 0,16 limita a 62 toneladas el peso adherente, que es el valor adoptado para la locomotora de que tratamos.
   Es de advertir, sin embargo, que las locomotoras de tres cilindros acoplados a 120° permiten aumentar ligeramente el esfuerzo normal sin reforzar los ganchos de tracción, porque en ellas el par motor es prácticamente constante, en tanto que en las locomotoras de dos cilindros acoplados a 90° el par máximo excede en un 15 por 100 aproximadamente al par medio; es decir, que para un esfuerzo normal de 10.000 kilogramos se llegan a esfuerzos máximos de 11.500.
   No habría, por tanto, inconveniente en elevar en un 15 por 100 el peso adherente de las locomotoras de tres ejes, llegando a 70 toneladas, o sean 17,5 toneladas por eje; pero la resistencia de la vía limita a 16 toneladas la carga máxima por eje y no podrá pasarse de 64 toneladas de peso adherente.

Figura 3ª.
Peso total.- Dentro de los cuatro ejes acoplados cabría adoptar los tipos 0-8-0, 2-8-0,2-8-2, 4-8-0, 4-8-2

   El tipo 0-8-0 hubiera constituido una perfecta máquina de mercancías; pero como la potencia específica de las grandes locomotoras de vapor es de unos 20 caballos por tonelada de máquina (sin ténder), la potencia de la máquina se hubiera limitado a 1.240 HP., que con un esfuerzo de 10.000 kilogramos corresponden a 33 km. por hora.
   A partir de esta velocidad, la caldera y el motor no hubieran podido sostener aquel esfuerzo, y la máquina no sería apta para el remolque de los grandes expresos a velocidad superior a la citada. La velocidad critica, es decir, la velocidad a partir de la cual el esfuerzo que puede producir el motor es inferior al esfuerzo adherente, aumenta con el número de ejes libres, a causa de la mayor potencia que puede obtenerse por el mayor peso. Los ejes libres deben tener una carga algo inferior a la de los ejes acoplados para facilitar su entrada en las curvas; fijando esta carga en un 90 por 100 de la de aquéllos, en este caso unas 13 toneladas, se tiene:
   Por otra parte, la velocidad de los grandes expresos en las fuertes rampas, a que se dedican estas máquinas, no pasa de 50 km. por hora, y como no conviene aumenta  inútilmente los ejes libres, pues queda la máquina muy recargada para el transporte de mercancías, se deduce la conveniencia de los tipos de seis ejes, el 2-8-2 y el 4-8-0, de los que el último se presta mejor que el primero a la entrada en las curvas a gran velocidad, por tener los dos primeros ejes más descargados que los demás. Siendo 26 toneladas el peso máximo que puede gravitar sobre el carro giratorio y 62 el peso adherente, queda justificado el peso de 88 toneladas adoptado para esta máquina. Es de advertir, además, que el tipo 4-8-0 presenta ventajas sobre los dos anteriores para la intensificación del tráfico; se tiene, en efecto:

                                                                      0-8-0       2-8-0       2-8-2       4-8-0
Velocidad crítica (km. Por h).                                 33            40           47           47
Carga remolcada con ténder de 50 ton.
 En rampa 0,020…                                               318          290          267         267
Ton.km. por hora de marcha.                            10,500      11,600     12,500     12,500

CALDERA.

   La caldera de la locomotora Babcock-Wilcox tiene como principal característica la amplitud de la  parrilla, caja de fuego y superficies de calefacción; la relación de éstas a la de la parrilla es más elevada que la de la mayoría de las locomotoras actuales, pues se eleva a 48,47, todo lo cual permite quemar combustibles de mediana calidad con gran rendimiento.
   El recalentamiento del vapor, indiscutible actualmente, se consigue mediante una elevada superficie de recalentamiento, 58,33 m2, superior a la de otras locomotoras modernas, a pesar de que por tratarse de una máquina de simple expansión no necesita el recalentamiento ser tan elevado como lo es en las máquinas compound para evitar las condensaciones en el depósito intermedio.

   El recalentador Babcock-Wilcox tiene dos colectores separados, uno para vapor saturado y otro para vapor recalentado, por lo que se evitan enfriamientos de éste a través de la pared intermedia, que siempre se producen en los colectores únicos generalmente empleados; además el regulador (figs. 2ª, 3ª y 4ª) deja siempre los tubos recalentadores en comunicación con la caldera y pasa el vapor por él después de recalentado.

Figura 4ª.
   Esta disposición tiene la ventaja de evitar el encabritamiento de la máquina, que se produce cuando un golpe de agua inunda el recalentador, en el que por su elevada temperatura se origina una vaporización rápida que da a la máquina un fuerte impulso. Los reguladores actuales cierran la comunicación del recalentador con la cadera; pero no pueden impedir la salida del vapor hacia los cilindros. El regulador Babcock-Wilcox cierra el paso a los cilindros y deja el recalentador en comunicación con la caldera. Ciertamente, esta disposición exige la substitución del movimiento de rotación de la varilla de los reguladores actuales por el de deslizamiento de la varilla del regulador Babcock-Wilcox, lo que puede facilitar el agarrotamiento de esta varilla; pero las ventajas enunciadas, que evitan otros accidentes de peores consecuencias, compensan con exceso esta posibilidad, fácilmente evitable con un ligero entretenimiento y engrase.

MECANISMO MOTOR.

Figura 5ª.
   Para una determinada caldera la utilización será tanto más perfecta cuanto mayor sea el grado de expansión, siempre que la presión final sea suficiente para producir el tiro. En las distribuciones por corredera no es posible reducir la admisión a menos de 0,15 ó 0,16 de la carrera, pues se originan fuertes compresiones. Puede, por tanto, afirmarse que la máxima economía se obtendrá cuando el esfuerzo de tracción pueda obtenerse con tales admisiones a la máxima velocidad de la máquina. La reducción del grado de admisión trae como consecuencia un mejor rendimiento y mayor potencia específica; pero exige cilindros enormes, como lo son los de baja presión de las locomotoras compound, con masas también enormes para los émbolos y bielas motrices, cuya compensación es de difícil realización con dos cilindros, lo que obliga a adoptar tipos de tres cilindros, con las consiguientes ventajas de los menores esfuerzos, diminución de las masas con movimiento alternativo y constancia del par motor.

   Se han juzgado a veces desproporcionados los grandes cilindros, en relación con el peso adherente, cuando sólo se atiende a fórmulas empíricas que corresponden a grandes admisiones; así sucede calculando el esfuerzo tractor por la conocida fórmula.


    Para la locomotora Babcock-Wilcox, esta fórmula, da 14.500 kilogramos, cifra ciertamente exagerada para la resistencia de los ganchos y el peso adherente; pero no se olvide que la tal fórmula empírica corresponde a grados de admisión elevados, que no son en modo alguno económicos, y que una locomotora con tales cilindros debe marchar a admisiones reducidas, que son las económicas, de modo que el máximo esfuerzo que permita la adherencia pueda obtenerse con un grado de admisión siempre inferior al 40 o 50 por 100.

   Se debe adoptar, por tanto, el mayor volumen de cilindros que sea posible, sin dar valor alguno a fórmulas empíricas, cuyo empleo no permite juzgar de la mejor o peor utilización del vapor.

   La distribución de los cilindros interiores es siempre de difícil inspección, por estar colocada entre los largueros y debajo de la caldera, por lo que en la locomotora Babcock-Wilcox se ha suprimido el mecanismo de distribución interior (fig. 5ª).

   El distribuidor exterior A acciona por una manivela un árbol transversal, C, cuyos cojinetes, D, van fijos al bastidor; el otro distribuidor, B, acciona igualmente otro árbol, E, cuyos cojinetes le unen al árbol C; el distribuidor interior se une al árbol E por una manivela, G, de igual longitud, y a 180° con la manivela F; la manivela D tiene doble longitud que la distancia entre ambos ejes.

El movimiento oscilatorio de la varilla A puede representarse por la ecuación:


Siendo a la amplitud del mismo y w su pulsación; el del árbol E alrededor del C, por distar la mitad de la longitud de la manivela, es:


Por tanto, si se considera fijo B y moviéndose A, el extremo superior de G, que constituye con F una palanca cuyo punto medio sufre el desplazamiento anterior, volverá a tomar un movimiento amplificado:


Si, por el contrario, se supone fijo A y moviéndose B, con arreglo a la ecuación:


El extremo de G, que está a 180° con F, se moverá según la ecuación:


Cuando se muevan a la vez A y B, el movimiento del extremo de G es la resultante de los obtenidos:


Que, como fácilmente se comprueba, equivale al:

A que debe obedecer el tercer distribuidor.

   El cilindro interior acciona el primer eje acoplado, que tiene que ser acodado (fig. 6ª), y constituye una hermosa pieza de forja. La figura 7ª representa la plataforma para el maquinista.

Figura 6ª. Primer eje acoplado.
   Con las características antes apuntadas pueden calcularse los esfuerzos y potencias correspondientes a distintas velocidades, valores que transcribimos de un estudio realizado por nuestro colaborador Sr. Burgaleta:

V e l o c i d a d e s . . . . . . . . . . .   20         30          40        50       60       km. Por h.
Esfuerzos  . . . . . . . . . . . . .  .  13.200    11.700    10.200    9.000   8.040      kgr.
Potencias  . . . . . . . . . . . .. . . . .   980     1.300     1.510     1.665   1.790     HP.

V e l o c i d a d e s . . . . . . . . . . .   70         80          90       100    110       km. por h.
Esfuerzos . . . . . . . . . . .. . . . .   7.180     6.400      5.960    5.480  5.100      kgr.
Potencias  . . . . . . . . .. . . . . . .  1.850     1.900      1.980    2.040  2.080      HP.

   Siendo los distribuidores cilíndricos, la locomotora está provista de equilibradores, válvulas de aire y válvulas de seguridad para los cilindros y engrase automático de los mismos. En la figura puede apreciarse el mecanismo de distribución con la manivela para el árbol de la distribución interior.

RESULTADOS OBTENIDOS.

   La tabla de esfuerzos anteriormente citada permitió a su autor calcular las cargas que podría remolcar la locomotora Babcock-Wilcox, a la que asignó en la línea de Ávila una carga de 370 toneladas, en la de Segovia 350 y en la de Asturias 330, todas ellas a 40 km. por hora.

Figura 7ª. Plataforma para el maquinista.
   Los fundamentos de este cálculo fueron los siguientes:

   En la línea de Ávila la rampa media es de 0,015, con un máximo de 0,022, teniendo en cuenta las curvas. A 40 km. por hora el esfuerzo tractor de 10.200 kilogramos permite remolcar 370 toneladas en la rampa media de 0,015; la velocidad será inferior a 40 km. Por hora en las rampas superiores a 0,015, superior en las inferiores, pero conservará dicho valor medio. Una parada en rampa de 0,022 no obligaría a cortar el tren, porque en los arranques el esfuerzo tractor puede elevarse a 12.500 kgr., suficiente para las 370 toneladas.

   En la línea de Segovia la rampa media es de 0,018, y aunque la máxima no pasa de 0,020, con la curva, y la máquina podría arrancar hasta con 370 toneladas, el valor medio de 0,018 hace bajar a 350 toneladas la carga que puede remolcarse para sostener la velocidad de 40 km. por hora.

   En la rampa de Pajares la rampa media es de 0,020, la máxima de 0,022, con la curva, y la carga se reduce a 330 toneladas, que es el mismo valor asignado a las locomotoras eléctricas.

   Los ensayos realizados han confirmado y hasta mejorado estos cálculos; la locomotora Babcock-Wilcox llegó a remolcar hasta 400 toneladas en la línea de Segovia a la velocidad de 40 km. por hora. Puede, por tanto, asegurarse que en trenes de mercancías, y para la generalidad de las líneas españolas, esta máquina podrá remolcar siempre las indicadas 400 toneladas.

   Siendo de 130 toneladas el peso de la máquina y ténder y la rampa media de las líneas españolas de 0,010, lo que supone una resistencia al movimiento de unos 14 kgr. por tonelada, el esfuerzo medio necesario para un tren con 400 toneladas es de 7.400 kgr., y el trabajo por kilómetro recorrido 7.400.000 kgm.

   A la velocidad de 40 km. por hora desarrolla esta máquina 1.500 caballos, con un consumo de carbón de 500 kgr. por hora y metro cuadrado de parrilla, o sean en total 2.325 kgr., equivalentes a 1,55 kgr. De carbón por caballo hora, ó 42,5 kgr. por kilómetro, que corresponden a 0,106 kgr. de carbón por tonelada-kilómetro en rampa, y como en pendiente no hay consumo, resulta una media de 0,053 kgr. de carbón por tonelada-kilómetro de tren, o bien 40 gr. por tonelada-kilómetro de tren y máquina. Elevando esta cantidad en un 50 por 100 para encendidos y reservas, resulta un consumo mínimo de 60 gr. por tonelada-kilómetro, y esto suponiendo que en las rampas de 0,010 no se llevan más que las 400 toneladas calculadas para una rampa de 0,020. En la Compañía del Norte el consumo medio se eleva a 80 gr. por tonelada-kilómetro de tren y máquina, lo que supone una economía de un 25 por 100 a favor de las nuevas máquinas.

   Esperamos ver circular muy pronto por las líneas de la Compañía del Norte las tres primeras máquinas construidas por la Babcock-Wilcox.

Figura 8ª.
Publicado el 8 de Junio de 1.923 en NUEVO MUNDO,

Y en Julio de 1.923 en INGENIERIA Y CONSTRUCCIÓN.

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