La historia de la tecnología ferroviaria

Desde su invención, los ferrocarriles han jugado un papel importante en el desarrollo de civilizaciones en todo el mundo. Desde la antigua Grecia hasta la América moderna, los ferrocarriles han cambiado la forma en que los humanos viajan y trabajan.

La primera forma de transporte ferroviario se remonta al 600 a. C. Los griegos hicieron surcos en caminos pavimentados de piedra caliza para usar en conjunto con vehículos con ruedas, facilitando el transporte de botes a través del Istmo de Corinto. Sin embargo, cuando los romanos conquistaron a los griegos en 146 a. C., los primeros ferrocarriles cayeron en ruinas y desaparecieron durante más de 1.400 años..

El primer sistema moderno de transporte ferroviario no regresó hasta el siglo XVI. Incluso entonces, pasarían otros trescientos años antes de que la invención de la locomotora de vapor transformara el transporte ferroviario a escala mundial.. 

Los primeros ferrocarriles modernos

Los precursores de los trenes modernos se estrenaron a principios de la década de 1550 en Alemania con la introducción de los vagones. Estos caminos con barandas primitivas consistían en rieles de madera sobre los cuales los carros tirados por caballos o carros podían moverse con mayor facilidad que sobre caminos de tierra. En la década de 1770, los rieles de madera habían sido reemplazados por otros de hierro. Estas carretas evolucionaron en tranvías que se extendieron por toda Europa. En 1789, el inglés William Jessup diseñó los primeros vagones con ruedas con bridas que estaban ranuradas, permitiendo que las ruedas se agarraran mejor al riel. Esta importante característica de diseño se trasladó a las locomotoras posteriores..

Hasta el siglo XIX, los ferrocarriles estaban construidos de hierro fundido. Desafortunadamente, el hierro fundido era propenso a la oxidación y era frágil, lo que a menudo causaba fallas bajo tensión. En 1820, John Birkinshaw inventó un material más duradero llamado hierro forjado. Esta innovación, aunque una mejora sobre el hierro fundido todavía era defectuosa, se convirtió en el estándar hasta que la llegada del proceso Bessemer permitió la producción más barata de acero a fines de la década de 1860, lo que provocó la rápida expansión de los ferrocarriles no solo en todo Estados Unidos sino también en sus alrededores. el mundo. Finalmente, el proceso de Bessemer fue reemplazado por el uso de hornos de hogar abierto, lo que redujo aún más el costo de producción de acero y permitió que los trenes conectaran la mayoría de las principales ciudades de los Estados Unidos a fines del siglo XIX..

La revolución industrial y el motor de vapor

Con las bases establecidas para un sistema avanzado de ferrocarriles, todo lo que quedaba por hacer era encontrar un medio para transportar a más personas y más mercancías a distancias más largas en un período de tiempo más corto. La respuesta llegó en la forma de uno de los inventos más importantes de la Revolución Industrial, la máquina de vapor, que fue fundamental para el desarrollo del ferrocarril y los trenes modernos..

En 1803, un hombre llamado Samuel Homfray decidió financiar el desarrollo de un vehículo a vapor para reemplazar los carros tirados por caballos en los tranvías. Richard Trevithick construyó ese vehículo, la primera locomotora de tranvía con motor de vapor. El 22 de febrero de 1804, la locomotora transportó una carga de 10 toneladas de hierro, 70 hombres y cinco vagones adicionales las nueve millas entre las ferrerías en Pen-y-Darron en la ciudad de Merthyr Tydfil, Gales, al fondo de Abercynnon. Valle. El viaje tardó aproximadamente dos horas en completarse.

En 1812, el inventor inglés George Stephenson se convirtió en ingeniero de mina para la línea ferroviaria de Stockton y Darlington. Para 1814, había construido su primera locomotora para ellos. Poco después, convenció a los propietarios para que probaran una locomotora a vapor. El primer esfuerzo fue nombrado Locomoción. Mientras que Stephenson es acreditado como el inventor del primer motor de locomotora de vapor para ferrocarriles, el invento de Trevithick se cita como la primera locomotora de tranvía.

En 1821, el inglés Julius Griffiths se convirtió en la primera persona en patentar una locomotora de carretera para pasajeros. Para septiembre de 1825, utilizando las locomotoras de Stephenson, Stockton & Darlington Railroad Company lanzó el primer ferrocarril para transportar mercancías y pasajeros que viajaban en horarios regulares. Estos nuevos trenes podrían transportar seis vagones de carbón cargados y 21 vagones de pasajeros con una capacidad de 450 pasajeros en más de nueve millas en aproximadamente una hora..

Poco después, Stephenson abrió su propia empresa, Robert Stephenson and Company. Su prototipo más famoso, Cohete de Stephenson, fue diseñado y construido para los Rainhill Trials, un evento de 1829 realizado por el ferrocarril de Liverpool y Manchester para elegir el mejor diseño para impulsar sus nuevas locomotoras. los Cohete, la locomotora más avanzada de su época, ganó fácilmente y estableció el estándar por el cual se construirían la mayoría de las máquinas de vapor durante los próximos 150 años.

El sistema ferroviario estadounidense

El coronel John Stevens es considerado el padre de los ferrocarriles en los Estados Unidos. En 1826, Stevens demostró la viabilidad de la locomoción a vapor en una pista circular experimental construida en su finca en Hoboken, Nueva Jersey, tres años antes de que Stephenson perfeccionara una práctica locomotora a vapor en Inglaterra.

A Stevens se le otorgó la primera carta de ferrocarril en América del Norte en 1815, pero otros comenzaron a recibir subvenciones y el trabajo comenzó en los primeros ferrocarriles operativos poco después. En 1930, Peter Cooper diseñó y construyó la primera locomotora de vapor estadounidense, la Tom Thumb, para ser operado en un ferrocarril de transporte común.

Otra innovación importante del tren del siglo XIX no tuvo nada que ver con la propulsión o el suministro de energía. En cambio, se trataba de la comodidad del pasajero. George Pullman inventó el automóvil para dormir Pullman en 1857. Aunque los automóviles dormidos se habían utilizado en los ferrocarriles estadounidenses desde la década de 1830, el automóvil Pullman fue diseñado específicamente para viajes nocturnos de pasajeros y se consideró una mejora notable respecto a sus predecesores..

Los inconvenientes de Steam Power

Mientras que las locomotoras de vapor tuvieron un impacto innegable en el transporte y la expansión económica a lo largo de los años 19^th siglo, la tecnología no estuvo exenta de inconvenientes. Uno de los más problemáticos fue el humo que resultó de la quema de carbón y otras fuentes de combustible..

Si bien los subproductos nocivos eran tolerables en campo abierto, incluso al principio, los peligros creados por el escape de combustible se hicieron más evidentes a medida que los ferrocarriles invadieron áreas más pobladas, lo que a su vez, requirió un número creciente de túneles subterráneos para dar cabida a los trenes que se dirigían a zonas urbanas. destinos En una situación de túnel, el humo puede volverse letal, especialmente si un tren se atasca bajo tierra. Los trenes que funcionan con electricidad parecían una alternativa obvia, pero la tecnología de los primeros trenes eléctricos simplemente no podía seguir el ritmo del vapor por largas distancias..

Las locomotoras eléctricas tienen un arranque lento

El primer prototipo para una locomotora eléctrica fue construido en 1837 por el químico escocés Robert Davidson, alimentado por celdas de batería galvánica. La próxima locomotora de Davidson, una versión más grande llamada Galvani, Debutó en la Exposición de la Royal Scottish Society of Arts en 1841. Pesaba siete toneladas, tenía dos motores de resistencia de accionamiento directo que usaban electroimanes fijos que actuaban sobre barras de hierro unidas a cilindros de madera en cada eje. Si bien se probó en el ferrocarril de Edimburgo y Glasgow en septiembre de 1841, el poder limitado de sus baterías arruinó el proyecto. los Galvani luego fue destruido por trabajadores ferroviarios que vieron la tecnología alternativa como una amenaza potencial para sus medios de vida.

La creación de Werner von Siemens, el primer tren eléctrico de pasajeros, que consta de una locomotora y tres autos, hizo su primera carrera en 1879 en Berlín. El tren tenía una velocidad máxima de poco más de ocho millas por hora (13 km). En el transcurso de cuatro meses, transportó a 90,000 pasajeros en una pista circular de 300 metros (984 pies). La corriente continua de 150 voltios del tren se suministró a través de un tercer riel aislado.

Las líneas de tranvías eléctricos comenzaron a ganar popularidad, primero en Europa y luego en los Estados Unidos, después de que el primero apareciera en 1881 en Lichterfelde, a las afueras de Berlín, Alemania. Para 1883, un tranvía eléctrico estaba funcionando en Brighton, Inglaterra, y el tranvía que lanzó servicio cerca de Viena, Austria, ese mismo año fue el primero en servicio regular que funciona con una línea aérea. Cinco años después, los carros eléctricos diseñados por Frank J. Sprague (un inventor que había trabajado para Thomas Edison) salieron a las vías del Richmond Union Passenger Railway. 

La transición de Steam a Electric

La primera línea ferroviaria eléctrica subterránea fue lanzada por el City and South London Railway en 1890. Cinco años más tarde, Sprague ideó un sistema de control de tracción (MU) de unidades múltiples que cambia el juego para los trenes. Cada automóvil estaba equipado con un motor de tracción y relés controlados por motor. Todos los vagones obtuvieron energía del frente del tren y los motores de tracción funcionaron al unísono. Las MU obtuvieron su primera instalación práctica para el South Side Elevated Railroad (ahora parte de Chicago L) en 1897. Con el éxito de la invención de Sprague, la electricidad pronto se convirtió en la fuente de alimentación elegida para los trenes subterráneos..

En 1895, un tramo de cuatro millas de la Línea del Cinturón de Baltimore del Ferrocarril de Baltimore y Ohio (B & O) que conectaba con Nueva York se convirtió en la primera línea ferroviaria estadounidense en ser electrificada. Las locomotoras de vapor se detuvieron en el extremo sur de la línea electrificada, y luego se unieron a trenes eléctricos y atravesaron los túneles que rodeaban Baltimore.

La ciudad de Nueva York fue una de las primeras en prohibir las máquinas de vapor de sus túneles de trenes. Después de una colisión en el túnel de Park Avenue en 1902, el uso de locomotoras generadoras de humo fue prohibido al sur del río Harlem. El Ferrocarril Central de Nueva York comenzó a utilizar locomotoras eléctricas en 1904. A partir de 1915, el servicio electrificado de Chicago, Milwaukee, St. Paul y Pacific Railroad cruzó las Montañas Rocosas y la costa oeste. En la década de 1930, el ferrocarril de Pensilvania había electrificado todo su territorio al este de Harrisburg, Pensilvania.

Con la llegada de los trenes con motor diesel en la década de 1930 y las décadas siguientes, la expansión de la infraestructura para los trenes con motor eléctrico se desaceleró. Eventualmente, sin embargo, la energía diesel y eléctrica se combinaría para crear varias generaciones de electro-diesel e híbridos que emplearon lo mejor de ambas tecnologías y se convertirían en el estándar para muchas líneas ferroviarias..

Tecnologías avanzadas de trenes

En los años sesenta y principios de los setenta, había un considerable interés en la posibilidad de construir trenes de pasajeros que pudieran viajar mucho más rápido que los trenes convencionales. Desde la década de 1970, el interés en una tecnología alternativa de alta velocidad centrada en la levitación magnética, o maglev, en la que los automóviles viajan en un colchón de aire creado por la reacción electromagnética entre un dispositivo a bordo y otro incrustado en su guía..

El primer tren de alta velocidad funcionó entre Tokio y Osaka en Japón y se inauguró en 1964. Desde entonces, se han construido muchos más de estos sistemas en todo el mundo, incluidos España, Francia, Alemania, Italia, Escandinavia, Bélgica, Corea del Sur, China , el Reino Unido y Taiwán. Estados Unidos también ha discutido la instalación de un tren de alta velocidad entre San Francisco y Los Ángeles y en la costa este entre Boston y Washington, D.C..

Los motores eléctricos y los avances en las tecnologías de transporte de trenes han permitido a los humanos viajar a velocidades de hasta 320 millas por hora. Aún más avances en estas máquinas se encuentran en las etapas de desarrollo, incluido el tren de tubos Hyperloop, que se prevé que alcance velocidades cercanas a las 700 millas por hora, que completó su primera prueba de prototipo exitosa en 2017.