Eficiencia de una locomotora de vapor
J.Susaeta
eficiente, pero acabo de leer, en un libro de historia de la ingeniería, que
las locomotoras estadounidenses de principios de siglo llegaban al 3% en
circunstancias favorables, y me ha sorprendido mucho. Así, a ojo, me suena
que una máquina de vapor estacionaria anda por el 13%, y sube hasta el 20%
con refinamientos como vapor sobrecalentado y -sobre todo- expansión
múltiple. Pero mira que quedarse en el 3%...
¿Es cierta esa cifra?
Saludos
Javier
Xavier Jiménez
conceptos para tener claro de que se está hablando, puesto que el motor de vapor es
bastante más eficiente que lo que algunos dicen.
Hay que tener en cuenta que en cierta época se tenía que demonizar el motor de vapor para
conseguir una decantación a favor de los motores de combustión interna por motivos
político-económicos.
El rendimiento máximo teórico que se puede conseguir con una máquina de vapor alternativa,
del tipo de las locomotoras de vapor, es del 50%; pero esto es teórico.
En la práctica el motor de vapor de una locomotora podía tener un rendimiento de hasta un
15%. Este rendimiento, en máquinas fijas de expansión múltiple, podía alcanzar fácilmente
un 25%.
Si lo comparamos con lo que muchos quieren compararlo, es decir, los motores de combustión
interna, vemos que un motor diesel de dos tiempos (el más eficiente), como el que llevan
las General Motors, tiene un rendimiento máximo de un 23 %. Como se puede apreciar no es
una barbaridad la diferencia. Si tenemos en cuenta el precio de los combustibles se puede
invertir la diferencia.
Una de las cosa que hay que tener en cuenta es que suelen dar como dato el rendimiento
global de la locomotora de vapor. En este rendimiento global se incluye el rendimiento
térmico de la caldera y el rendimiento mecánico de la locomotora. Teniendo en cuenta que
el rendimiento máximo de la caldera puede ser de un 75% y el rendimiento mecánico en una
locomotora moderna de un 90%, tendríamos que el rendimiento global máximo de la locomotora
podría alcanzar, en un caso real, el 10%.
Es un caso interesante de estudiar el rendimiento de la tracción eléctrica en la época en
que desbanco a la tracción vapor; el cual siempre se ha puesto como paradigma del bajo
consumo. Si tenemos en cuenta que en el origen de la misma, la mayor parte de la
producción eléctrica era de origen térmico (sobre todo carbón), si tomamos en cuenta los
rendimientos en la "fabricación" de la electricidad y de su transporte más los de la
locomotora eléctrica tenemos un rendimiento global de la tracción eléctrica de
aproximadamente un 18%. En realidad no es un rendimiento tan elevado en una comparación
justa.
Saludos al grupo y perdón por el rollo.
Xavier Jiménez
--
J.Susaeta <j.su...@bitmailer.net> escribió en el mensaje de noticias
9qvia3$qmi1a$1...@ID-90320.news.dfncis.de...
Javier Fraile
No es rollo ninguno; al contrario.
Sólo decir que Angel Maestro, colaborador habitual de Hobbytren y actual
responsable de Conservación del Patrimonio de GIF, y una de las personas que más
saben de trenes, y de locomotoras diésel y de vapor en particular, es un fervientísimo
(y nostálgico) defensor de la tracción de vapor.
Según él, si no se hubiera interrumpido bruscamente el desarrollo técnico
de las locomotoras de vapor -por variados y controverstidas razones-, hoy
en día tendríamos locomotoras de vapor evolucionadísimas, con prestaciones
que ya quisieran las mejores diésel, y hasta eléctricas.
Saludos,
J. Fraile
"Xavier Jiménez" <x...@navegalia.com> escribió en el mensaje
news:9r19o3$r4e19$1...@ID-62491.news.dfncis.de...
J.Susaeta
'echar unos números' y necesito saber cuál es la temperatura a la que el
vapor se vuelve corrosivo. Creo que anda por los 550 grados, pero esto de la
memoria es fatal. A ver si alguien me puede dar el dato preciso.
Otra cosa: prefiero -para entendernos- hablar siempre de rendimiento
*global*, es decir: energía suministrada por la locomotora + ténder por
unidad de combustible consumida/energía potencial térmica de la unidad de
combustible, determinada en un calorímetro.
Saludos
Javier Susaeta
PD: hay que ver cuántos Javieres hay en esto del vapor y los trenes...
"Xavier Jiménez" <x...@navegalia.com> escribió en el mensaje
news:9r19o3$r4e19$1...@ID-62491.news.dfncis.de...
LBG
> Según él, si no se hubiera interrumpido bruscamente el desarrollo
técnico
> de las locomotoras de vapor -por variados y controverstidas razones-, hoy
> en día tendríamos locomotoras de vapor evolucionadísimas, con
prestaciones
> que ya quisieran las mejores diésel, y hasta eléctricas.
>
> Saludos,
> J. Fraile
Estoy parcialmente en desacuerdo contigo.
No se debe comparar una máquina eléctrica con una térmica (diésel o vapor)
porque en estas últimas su rendimiento queda limitado por las leyes de la
termodinámica.
Por otro lado, un buen motor diésel puede llegar a tener un rendimiento del
45% y una excelente máquina de vapor por debajo del 30%. Piensa que si bien
ya no hay prácticamente tracción vapor, el problema de sacar energía
mecánica del vapor lo tienen en las centrales nucleares actuales (y ahí un
5% de rendimiento más o menos son miles de millones), y estas máquinas
tienen un rendimiento en torno al 30.
Existe alguna aplicación de la tracción vapor que sí que ahorra energía.
Gracias a la tecnología en materiales aislantes, una caldera la puedes
mantener a su temperatura y no bajar más de un par de grados en 24 horas.
Así una máquina que está la mayor parte del tiempo parada (maniobras, por
ejemplo), no consumiría casi energía hasta que la mueves. Con una diésel
tienes el motor girando (parado el vehículo o moviéndose) y consumiendo
gasóleo.
Saludos cordiales al Grupo
Luis Baeza
Javier Fraile
"LBG" <lba...@mcm.upv.es> escribió en el mensaje news:9r3rah$mc3$1...@polaris.cc.upv.es...
> >
> > Según él, si no se hubiera interrumpido bruscamente el desarrollo
> técnico
> > de las locomotoras de vapor -por variados y controverstidas razones-, hoy
> > en día tendríamos locomotoras de vapor evolucionadísimas, con
> prestaciones
> > que ya quisieran las mejores diésel, y hasta eléctricas.
> >
> > Saludos,
> > J. Fraile
>
> Estoy parcialmente en desacuerdo contigo.
No, Luis:
No puedo discutir contigo, ni "posicionarme" (como dicen los
políticos) a favor ni en contra. La verdad es que no tengo suficientes conocimientos
del tema. Simplemente quería dejar constancia de la fortísima "vapor-manía" de
Ángel Maestro; pero desgraciadamente sus numerosos artículos están dispersos
por muchos números sueltos de Hobbytren.
Personalmente, me encantan las locomotoras de vapor, pero no me atrevo
a decir más.
--J. Fraile
Javier Fernández López
todo el mundo esté equivocado. Cuando se ha optado por la tracción diesel y
eléctrica como alternativas al vapor por algo habrá sido.
El vapor llegó practicamente al límite de su evolución en los años treinta y
no pudo competir. Los desarrollos más avanzados implicaban locomotoras muy
complejas y caras, tanto para construir como para mantener. Por ejemplo los
avances de Chapelon eran verdaderos prodigios de la ingeniería y mejoraban
el rendimiento de forma muy notable, pero a costa de ser máquinas muy
delicadas y que precisaban una conducción y mantenimiento muy concienzudo.
La tracción diesel y eléctrica, cuando se imponen, ofrecían un manejo
sencillo, un coste de explotación más barato y una imagen de modernidad y
eficiencia.
Cierto resulta que en aquel momento tuvieron mucha importancia estas
cuestiones de imagen de las tracciones alternativas respecto al vapor, y
hasta puedo aceptar la existencia de determinados intereses comerciales de
los constructores del diesel. Pero no menos cierto resulta que aquel tipo de
tracción tenía por entonces inconvenientes dificilmente evitables: mayor
suciedad, mayores necesidades de personal y mantenimiento, mayor gasto en
combustible y demás que son conocidos. Las compañías ferroviarias optaron
por aquello que les resultaba más ventajoso. Todas no pudieron estar
equivocadas.
No obstante, en los últimos años se han realizado desarrollos que minimizan
y hasta evitan estos inconvenientes (calderas mucho mejor aisladas, hogares
de lecho fluido, encendido remotos, engrases centralizados, posibilidad de
usar combustibles ecológicos, etc) pero la tendencia tecnológica sigue yendo
hacia otro lado. Hay muy pocos técnicos investigando el vapor, porque se
considera obsoleto y como hay pocos técnicos se avanza muy poco. Es un
círculo vicioso.
¿Puede volver el vapor como tracción ferroviaria? Quizá con los últimos
adelantos podría representar una alternativa razonable, sobre todo para
determinados servicios en determinados ferrocarriles, pero sería necesario
un cambio completo en la mentalidad de los clientes de este tipo de máquinas
que permitiera construir series numerosas para que la fabricación resultase
competitiva. Y no parece que eso vaya a suceder en modo alguno, al menos a
corto plazo.
Saludos:
Javier.-
"Javier Fraile" <jfr...@com.uvigo.es> escribió en el mensaje
news:9r3tqb$rikah$1...@ID-80652.news.dfncis.de...
J.Susaeta
se establece algún hilo, y así aprendo algo más del tema.
"J.Susaeta" <j.su...@bitmailer.net> escribió en el mensaje
news:9r1gnb$r9cb5$1...@ID-90320.news.dfncis.de...
> Hola. Gracias por los datos. Un poco alto me parece eso del 50%. Quiero
> 'echar unos números' y necesito saber cuál es la temperatura a la que el
> vapor se vuelve corrosivo. Creo que anda por los 550 grados, pero esto de
la
> memoria es fatal. A ver si alguien me puede dar el dato preciso.
Bueno, nadie me ha contestado, pero he podido enterarme de que la
temperatura máxima del vapor llegó a 600C. Eso son 873K. Suponiendo que la
máquina usara condensador, y que éste estuviera a 20C = 293K, lo que es muy
optimista, el rendimiento de las caldera fuese del 100% y no hubiera más
gastos energéticos diversos, el rendimiento sería de:
1 - (293/873) = 0,66 => 66%
Lo que es una cifra altísima, pero -claro- la fórmula corresponde al ciclo
de Carnot. He estado mirando por ahí para ver si encontraba la expresión
para el ciclo de Clausius-Rankine, que es el aplicable en las máquinas de
vapor en general, pero no lo he encontrado. Lo que sí he encontrado ha sido
que incluso las grandes turbinas de vapor de las centrales eléctricas, con
un rendimiento de la caldera de un 90% y un 3% de gastos varios, el
rendimiento neto del sistema caldera-turbina llega al 37%, con un vapor
inicial a 538C y el condensador a 49C, pero es una máquina muy grande -500
MW-, lo que supongo favorecerá en general el rendimiento, y además recurre a
trucos de 'escalonamiento' que hace que el ciclo de Clausius-Rankine se
aproxime, hasta cierto punto, al de Carnot.
Yendo ahora al motor Diesel, y más concretamente a los usados en
ferrocarriles, me encuentro con que el rendimiento es inferior (30-35%) al
que yo creía (40+%), pero resulta que este alto rendimiento parece que
corresponde a los grandes motores Diesel (4000+ hp), estacionarios la
mayoría.
Alguna diferencia hay con tus cifras, pero no tanta como yo creía. Lo que
debe ser pavorosa es la diferencia en costes de mantenimiento, que supongo
altísimos en la locomotora de vapor, y mucho más bajos, en cambio, en la
Diesel. El interés por la locomotora Diesel es muy temprano, lo que indica
que los ferrocarriles debían estar deseando reemplazar sus locomotoras de
vapor, y seguro que primaban razones económicas. Y eso sucedió en Europa -al
principio, digo- donde el carbón era abundante y barato y el petróleo casi
un artículo de lujo. Y además a principios de siglo, cuando la máquina de
vapor estaba ya muy madura y el Diesel en su infancia.
Así que no veo tan claro ese argumento tuyo de que:
> > Hay que tener en cuenta que en cierta época se tenía que demonizar el
> motor de vapor para
> > conseguir una decantación a favor de los motores de combustión interna
por
> motivos
> > político-económicos.
> >
Vamos, que no veo claros los motivos políticos. Los económicos sí, por
supuesto.
En cuanto a la tracción eléctrica, tengo la impresión que se extendió
rápidamente -al principio- porque buena parte de la energía debía ser de
origen hidroeléctrico. Si no, y como dices tú,
(...)
> > Es un caso interesante de estudiar el rendimiento de la tracción
eléctrica
> en la época en
> > que desbanco a la tracción vapor; el cual siempre se ha puesto como
> paradigma del bajo
> > consumo. Si tenemos en cuenta que en el origen de la misma, la mayor
parte
> de la
> > producción eléctrica era de origen térmico (sobre todo carbón), si
tomamos
> en cuenta los
> > rendimientos en la "fabricación" de la electricidad y de su transporte
más
> los de la
> > locomotora eléctrica tenemos un rendimiento global de la tracción
> eléctrica de
> > aproximadamente un 18%. En realidad no es un rendimiento tan elevado en
> una comparación
> > justa.
> >
Pero insisto en lo del origen de la energía. En 1965, en Alemania sólo un
13,5% de la energía eléctrica producida era hidroeléctrica, pero hay que
tener en cuenta que es un país con tales necesidades energéticas, que nada
menos que el 38,5% de la energía se producía, en el mismo año, quemando
turba y lignito, combustibles de muy bajo valor energético. Pero de algún
sitio había que sacar los kWh... Pero eso era ya en 1965. Para 1910, por
poner una cifra, no tengo datos, pero no me extrañaría que del orden del
60-70% de la energía eléctrica alemana fuera entonces hidroeléctrica. Y, en
esas condiciones, sí que 'cuadraba' la lógica energética, que es económica
al fin, salvo excepciones forzadas -quizá estén ahí las razones políticas
que apuntas- de reducir dependencias del extranjero en cuanto a
combustibles. Pero eso no explica el aparente absurdo de 'centralizar la
caldera'. Quizá los costos de mantenimiento fuesen menores así, aunque
mantener una catenaria tampoco debe salir gratis.
De todos modos, las locomotoras de vapor tienen una extraña belleza -digo
extraña porque son un poco 'bestias romas y humeantes' en comparación con la
asepsia de una locomotora del AVE, por poner un ejemplo extremo. Tienen una
ventaja -las de vapor- y es que 'la técnica está desnuda'. Todo está
bastante claro y somos muchos los que comprendemos más o menos bien su
funcionamiento. Eso agrada y conforta a cualquiera. Y quedas bien con los
niños, cuando te preguntan... Por desgracia, esa experiencia casi ha
desaparecido.
Saludos
Javier
Javier Fraile
"Javier Fernández López" <javi...@igijon.com> escribió en el mensaje
news:9r48t9$qk9j8$1...@ID-67977.news.dfncis.de...
> ¿Puede volver el vapor como tracción ferroviaria? Quizá con los últimos
> adelantos podría representar una alternativa razonable, sobre todo para
> determinados servicios en determinados ferrocarriles, pero sería necesario
> un cambio completo en la mentalidad de los clientes de este tipo de máquinas
> que permitiera construir series numerosas para que la fabricación resultase
> competitiva. Y no parece que eso vaya a suceder en modo alguno, al menos a
> corto plazo.
Ahora que mencionas eso, no hace mucho leí una reseña o artículo
(¡de Ángel Maestro!) en en que se mencionaban unas pruebas recientes
con locomotoras de vapor *modernas*. Me llamó la atención y por eso lo
recuerdo, pero no puedo dar más datos.
Que quede claro que no tengo ningún interés "personal" en la tracción vapor.
Más bien, yo soy de la época de la tracción eléctrica, y de la misma manera que,
por ejemplo, a mi padre le fascinan las locos de vapor -porque ésa es SU época-,
a mí me gustan, pero nada más...: Para mí las locomotoras "son" las eléctricas.
Saludos,
J. Fraile
Javier Fernández López
locomotoras de vapor "modernas". Algunos de los más llamativos fueron
realizados bajo la dirección del afamado ingeniero Livio Dante Porta,
discípulo de Chapelón. En realidad, lo que este técnico pretendía no era
tanto desarrollar una nueva tecnología que fuera alternativa a los otros
tipos de tracción, sino crear una máquina sencilla y barata, muy útil para
paises en desarrollo. Las pruebas fueron realizadas en buena medida
promovidas por Cuba. Con sus mejoras, sobre todo en el hogar, permitía
quemar casi cualquier cosa, y esto, en el caso cubano es una gran ventaja ya
que permite aprovechar el bagazo de la caña de azucar como combustible de
coste cero.
Por otra parte, recientemente se han construido locomotoras de vapor de alto
rendimiento y bajo coste operacional, si bien lo han sido para un tren de
cremallera que "necesitaba" vapor por razones de imagen. Recomiendo la
página http://www.dlm-ag.ch/. No parece que hayan tenido mucho éxito
comercial de momento, pero no deja de ser interesante.
También en http://www.trainweb.org/tusp/index.html hay un repaso a las
últimas novedades en tracción vapor.
Saludos:
Javier.-
"Javier Fraile" <jfr...@com.uvigo.es> escribió en el mensaje
news:9r4ahc$rcfn8$1...@ID-80652.news.dfncis.de...
Justo Crespo
Hombre, yo ya no me acuerdo casi nada de termodinámica, pero para una
utilización práctica de máquinas de vapor veo los siguientes problemas:
- El rendimiento es pobre. Se sabe que el rendimiento es función directa de
la temperatura de la caldera (y de la presión, que es la que mantiene
líquida el agua). El las centrales térmicas se llegan a los 80Kg/cm2 y más,
y temperaturas (recalentadas) de 500 grados. Estas cifras son muy serias. Un
escape de vapor puede cortar la propia tubería, y todo lo que pille cerca.
El aislante necesario para la caldera y las tuberías ha de ser muy grande, y
la caldera muy robusta. Todas las soldaduras han de ser revisadas por rayos
X, y nada de remaches ni virolillos.
- La construcción de una máquina así es muy cara, y el mantenimiento, una
pesadilla.
- El conjunto de bielas, cojinetes y demás, tiene unas inercias muy grandes,
que supone un rendimiento pobre, y su engrase es muy delicado. En un motor
de combustión interna, todos estos mecanismos están dentro del cárter, bien
engrasados y protegidos.
- Una combustión limpia, sin humos, necesita un combustible de mucha
calidad: gasoil, gas, o similar. Las centrales térmicas pueden quemar
literalmente cualquier mierda (con perdón) pero llevan unos filtros enormes.
Por todo ello, y mal que me pese, creo que las locomotoras de vapor no
pueden ser utilizables en una explotación ferroviaria moderna, salvo con
fines turísticos (que también deja su dinero), pero no puede competir en
calidad de servicio ni economía con el diesel o la electricidad.
Un saludo
Justo
"J.Susaeta" <j.su...@bitmailer.net> escribió en el mensaje
news:9r49i7$re0m9$1...@ID-90320.news.dfncis.de...
J.Susaeta
"Justo Crespo" <jcre...@retemail.es> escribió en el mensaje
news:3bd6...@news.perolo.net...
Hola...
Vete a saber si tienen un 'futuro ecologista', reemplazando, en parte al
menos, a las Diesel, por aquello de la contaminación por micropartículas de
hollín. Claro que tendrían que quemar gas natural -cosa que también puede
hacer un Diesel, en ciertas condiciones- pero me resulta imaginable una
locomotora de vapor, con todas las modernidades aplicables, pero manteniendo
su sencillísima transmisión, con un ténder conteniendo metano a presión. Las
emisiones, debidamente catalizadas, se reducirían a CO2 y agua, la máquina
sería relativamente silenciosa y además 'caería bien', en estos tiempos en
que la imagen es tan importante. Se podrían incorporar novedades que
'llegaron tarde' para la era del vapor, y mejorar así el rendimiento, como
aislamientos térmicos muy eficaces o el sistema 'Stumpf' de 'corriente
continua' (de vapor quiero decir, ojo, la 'Gleichstromdampfmaschine' o algo
así creo que se llamaba), y que con un cilindro lograba rendimientos
próximos a los de la expansión por etapas.
Soñar es gratis, y cuando lo que se sueña es más o menos plausible, pues más
divertido todavía.
Saludos
Javier
Javier Fernández López
Respecto al tema de los combustibles a utilizar por una locomotora de vapor
y su contaminación, con nuevos desarrollos en hogares se han conseguido
niveles de gases muy reducidos, incluso menores en algunas emisiones que los
de los motores diesel. Al respecto recomiendo
http://www.dlm-ag.ch/index2-en.htm.
Saludos:
Javier.-
"Justo Crespo" <jcre...@retemail.es> escribió en el mensaje
news:3bd6...@news.perolo.net...
J.Susaeta
convencionales en cuanto a construcción. Vamos, que no veo adelantos que
'salten a la vista'. Quizá tengan muchos perfeccionamientos poco visibles,
como cojinetes sin mantenimiento y cosas así, pero no las veo en la página,
que es bastante esquemática.
Respecto a la contaminación, las emisiones de NOx se pueden 'liquidar'
bastante bien en cualquier escape, sea de una caldera o de un motor, con un
catalizador adecuado. Es parte del trabajo -además de oxidar el CO a CO2- y
los CHX a CO2 y agua- que realizan los catalizadores de automóvil.
Más grave -y me extraña que no lo citen, es el problema de las partículas
expulsadas a la atmósfera por el Diesel. Para mantener los humos dentro de
límites aceptables, los Diesel tienen que funcionar con exceso de aire. Si
la mezcla fuese estequiométrica, los humos serían inaceptables. Con la
'mezcla pobre' que usan los Diesel, la eficacia de combustión es muy alta,
en torno al 98%. Del 2% de combustible que no se quema, 3/4 partes suelen
ser hidrocarburos, que pueden ser oxidados con un catalizador, eliminando el
problema, pero el resto, aun siendo poco, son partículas de carbono,
molestas y muy peligrosas para la salud. El problema se está atacando ahora
en los automóviles, que ya usan, en medida creciente, motores Diesel, pero
no está resultando fácil suprimir *totalmente* tales 'particulados'. Hasta
'Greenpeace' se ha metido en este fregado de los Diesel,pretendiendo poco
menos que su prohibición, en automóviles al menos.
Temo pues, que el problema puede ser del rendimiento de combustión de la
caldera. O se hace altísimo, como en el Diesel, y se 'liquidan' las
emisiones de partículas de carbono con un catalizador adecuado, o se añade
algún 'scrubber' que deje los humos inmaculados. Si no, los de
'Greenpeace' -y otros- montarán campañas destructivas que acabarán con la
bella locomotora de vapor, relegándola definitivamente a los museos. Que no
pase.
Saludos
Javier
"Javier Fernández López" <javi...@igijon.com> escribió en el mensaje
news:9r75n5$reh2j$1...@ID-67977.news.dfncis.de...
Corail
dejarlas en plan "aséptico" con dos cabinas... imagina lo que podrían llegar
a hacer con una locomotora de vapor.
Pelayo
Vicente Uceda Alvarez
postguerra, se probó una máquina alimentada por este sistema. Los
beneficios eran evidentes, pues a la mayor limpieza de las condiciones de
trabjo para el maquinista, se le unía el encendido prácticamente instantáneo
y la supresión de la figura del fogonero.
El problema es que un escape de gas provocó una explosión y se deshecho
la idea de continuar con este sistema por considerarlo tremendamente
peligroso.
Saludos
Enviado desde http://trenes.aforo.com
¿Quieres el buscador de es.rec.trenes en tu web?
http://www.aforo.com/webmasters.asp
J.Susaeta
No conocía el precedente. Gracias. Se me ocurre que, como el hidrógeno -a
pesar de ser carísimo y difícil de manipular- parece ser que es, más que
nada por aquello de la contaminación, el 'combustible del futuro', y como va
fatal -por varias razones, sobre todo de rendimiento volumétrico- en motores
de combustión interna, a lo mejor el futuro de las locomotoras es usar
hidrógeno, comprimido en un ténder, y 'trabajando a condensación', que es
más fino, aunque más pesado y voluminoso. Pero así se perturbaría menos -por
ejemplo- la fauna de los túneles, que en estos tiempos no es un argumento
nimio.
Saludos
Javier
"Vicente Uceda Alvarez" <carr...@terra.es> escribió en el mensaje
news:9rb4a8$r3n$1...@talia.mad.ttd.net...