Locomotora de vapor: cómo funciona

Llega un tren

Si estás en un andén cuando entra una locomotora de vapor, lo primero que percibes es su tamaño. Las ruedas motrices de una gran locomotora de expresos son tan altas como una persona, y la caldera supera la altura de un autobús. Después la oyes: el ritmo de la chimenea se hace más lento, el vapor silba hacia los lados desde la parte baja delantera y, al detenerse el tren, las válvulas de seguridad de arriba se levantan con un rugido. Nada de lo que hace una locomotora de vapor queda oculto en una caja sellada. Todo lo hace a la vista, a una escala junto a la que puedes ponerte de pie.

Esta exposición empieza de la misma manera. Una locomotora coreana de expresos del tipo Pashi de 1942 entra en una estación y se detiene a tu lado. La persona del andén está representada con tu estatura, para que puedas compararla con sus ruedas motrices de 1850 mm. Desde allí puedes conducirla: alimentar el fuego de la caldera, abrir el regulador, mover el inversor de marcha, añadir coches o vagones, poner la vía en pendiente y observar qué ocurre con la presión de la caldera, el agua del tubo de nivel y el esfuerzo en el carril. Hay otras cinco locomotoras en la misma vía: la Rocket de Stephenson de 1829, una estadounidense 4-4-0 del tipo de la década de 1870, la Mika coreana de mercancías, la aerodinámica Mallard del récord de velocidad de 1938 y la articulada Big Boy de 1941.

La caldera puede abrirse en una sección por el centro para mostrar el fuego, los tubos y el agua. Los cilindros se abren para mostrar el pistón, el distribuidor de pistón y el vapor en cada extremo, coloreado según lo que está haciendo. Un pequeño gráfico, el diagrama indicador, traza la presión de un cilindro frente a la posición del pistón mientras giran las ruedas, que es como los ingenieros medían el trabajo de una locomotora hace un siglo. El resto de esta página explica lo que estás viendo, con las cifras que utiliza el modelo y su procedencia.

Por qué una locomotora necesita fuego dentro de una caja de agua

Una locomotora de vapor lleva su propia central de energía. El fuego convierte el agua en vapor, el vapor empuja los pistones y los pistones hacen girar las ruedas. La dificultad consiste en transmitir al agua suficiente calor del fuego con la rapidez necesaria, dentro de una locomotora lo bastante estrecha para pasar entre los andenes y por debajo de los puentes.

El fuego arde sobre una parrilla en la parte trasera de la locomotora, dentro del hogar. El hogar es una caja dentro de otra: una caja interior donde arde el carbón y una envolvente exterior, con agua que llena el espacio entre ambas por los lados, por delante, por detrás y por encima. La parte superior de la caja interior, el cielo del hogar, es el metal más caliente de la locomotora y siempre debe tener agua por encima. Puedes verlo al abrir la caldera del modelo: el lecho de fuego incandescente, el hogar interior y el agua azul que lo rodea.

El carbón entra por la puerta situada en la parte trasera del hogar, una palada cada vez. En la cabina del modelo, el fogonero se vuelve hacia el carbón de la parte delantera del ténder, llena la pala, se vuelve de nuevo y las puertas del hogar se abren solo el tiempo necesario para que entre el carbón. Pulsa «Alimentar fuego» en la escena para que eche una carga. Una Pashi trabajando intensamente en el modelo quema unas 1,8 toneladas de carbón por hora, y todo ese carbón se levanta a mano. El ritmo de alimentación del modelo, un único control deslizante, representa todo ese trabajo.

El carbón recién echado sobre un fuego caliente desprende gas antes de quemarse limpiamente y, si no hay aire suficiente, la chimenea se oscurece. En el modelo, el humo de la chimenea se vuelve más oscuro después de cada carga de carbón y cuando el fuego supera lo que el tiro puede quemar; vuelve a verse vapor blanco cuando el carbón añadido ya arde limpiamente.

La solución de Rocket: una caldera llena de tubos

El gas caliente del fuego tiene que atravesar el agua de camino a la chimenea, y cuanta más superficie toca por el camino, más calor cede. La descripción que hace Science Museum Group de Rocket, la locomotora que Robert Stephenson diseñó para las pruebas de Rainhill de 1829, dice que reunió en una sola máquina dos avances que marcaron la pauta de las locomotoras posteriores: la caldera multitubular y la tobera de escape.

En una caldera multitubular, el gas del hogar avanza por decenas o cientos de tubos pequeños dispuestos longitudinalmente dentro del agua y sale por delante hacia la caja de humos, debajo de la chimenea. Muchos tubos pequeños ofrecen mucha más superficie que un único conducto grande con la misma sección transversal. National Park Service señala que una caldera de Big Boy tenía más de una milla de tubos y conductos de humos. En la caldera seccionada del modelo puedes ver los tubos que van del hogar a la caja de humos rodeados de agua, y los conductos mayores cercanos a la parte superior, que alojan el sobrecalentador en las locomotoras posteriores.

Rocket ganó. Science Museum Group indica que fue la única locomotora que completó las pruebas, con una velocidad media de 12 mph y una máxima de 30 mph, y que los Stephenson obtuvieron el premio de £500 y el contrato para construir locomotoras para Liverpool & Manchester Railway. Se habían presentado cinco locomotoras: Cycloped, Novelty, Perseverance, Sans Pareil y Rocket. La propia Rocket no permaneció así mucho tiempo. Fue reconstruida sustancialmente en un plazo de 18 meses y retirada antes de que pasaran diez años, y lo que conserva el museo es la locomotora reconstruida, preservada en 1862 incompleta y en estado de semiabandono.

El agua del tubo de nivel

Una caldera produce vapor hirviendo su propia agua hasta evaporarla, por lo que debe entrar agua tan deprisa como sale vapor. El maquinista y el fogonero vigilan el nivel en el tubo de vidrio de la pared trasera de la caldera, dentro de la cabina: un tubo conectado a la caldera por arriba y por abajo, de modo que el agua interior queda a la misma altura que la de la caldera. En el modelo es el pequeño tubo situado junto al manómetro, y la lectura muestra el nivel como porcentaje del tubo.

El agua entra a través del inyector. Science Museum Group conserva un inyector Giffard original de 1858, descrito como un dispositivo para alimentar de agua una caldera de vapor mientras está funcionando. El problema que resuelve es que el agua debe entrar en un recipiente sometido a toda la presión de la caldera, y una bomba accionada por el movimiento de la propia locomotora solo funciona cuando esta se mueve. En el modelo, el inyector mantiene por sí solo el tubo cerca de tres cuartos de su capacidad mientras está activado el control «Inyector», con una pequeña pérdida de presión, porque el agua fría que entra enfría un poco la caldera.

Desactiva el inyector mientras la locomotora trabaja intensamente y el nivel bajará. Si desciende lo suficiente para dejar descubierto el cielo del hogar, este se queda sin nada que lo enfríe. La protección es un tapón fusible: un tapón en el cielo con un núcleo de metal que se funde a una temperatura inferior a la de la chapa. Science Museum Group conserva tres tapones fusibles de 1862 y explica que, si el nivel de agua baja demasiado, el tapón queda expuesto, el metal se funde y el vapor sale hacia el hogar, avisando a la tripulación.

En el modelo, con el inyector desactivado y la Pashi trabajando intensamente con 400 t, el tapón se funde al cabo de unos seis minutos. El vapor apaga el fuego, la presión cae y la locomotora deja de funcionar. Un informe de US National Transportation Safety Board sobre un fallo del hogar en Pensilvania en 1995 señala que, una vez fundido un tapón fusible, la locomotora debe ir al taller para repararse, y que los ferrocarriles tenían distintos criterios sobre su instalación.

La presión y las válvulas de seguridad

Mientras el fuego hace hervir el agua, el vapor se acumula en el espacio superior y la presión sube. El manómetro de la cabina la muestra, y la barra de la lectura la compara con la línea roja, la presión a la que están ajustadas las válvulas de seguridad. Al llegar a la línea roja, las válvulas se levantan y el vapor sale de ellas con un rugido hasta que la presión baja un poco. Ese es el rugido que oyes cuando una locomotora permanece en una estación con un buen fuego.

Una caldera que descarga por las válvulas está desperdiciando carbón: el fuego produce más vapor del que se utiliza. Un buen fogonero mantiene la presión justo por debajo de la línea roja, reforzando el fuego antes de una subida y dejando que se consuma antes de una parada. Una de las tareas del laboratorio pide exactamente eso: subir la presión del 80% al 95% de la máxima y mantenerla ahí durante 30 segundos sin que se levanten las válvulas.

Las presiones del modelo se expresan en bar y en libras por pulgada cuadrada. La Pashi y la Mika trabajan a unos 14 a 15 bar (aproximadamente de 200 a 220 psi), Mallard a 17,2 bar (250 psi), Big Boy a 20,7 bar (300 psi) y Rocket a 3,4 bar (50 psi). Salvo cuando una fuente las proporciona, son valores del modelo para una locomotora típica de cada clase, y la página los identifica como tales.

Del regulador a los cilindros

El vapor que llega a los cilindros se toma del punto más alto de la caldera, normalmente dentro de un domo, para que arrastre la menor cantidad posible de agua. Allí se encuentra la válvula del regulador, y el maquinista la acciona desde la cabina mediante una palanca larga. En el modelo, el control «Regulador» representa esa palanca: cerrado, no llega nada a los cilindros; completamente abierto, el vapor circula casi a la presión total de la caldera. Después el vapor avanza por la tubería principal hasta la caja de humos.

En las locomotoras posteriores del modelo pasa por el sobrecalentador durante el recorrido: tuberías pequeñas que retroceden por los grandes conductos de humos, donde el gas caliente seca el vapor y lo calienta muy por encima de su punto de ebullición. El vapor sobrecalentado realiza más trabajo por kilogramo, porque puede expandirse más antes de empezar a condensarse. En el modelo, las locomotoras con sobrecalentador utilizan, en peso, aproximadamente tres cuartas partes del vapor que las de vapor saturado, Rocket y la 4-4-0, necesitan para llenar de igual manera los cilindros.

Desde la caja de humos, las tuberías de vapor bajan hasta las cajas de distribución situadas encima de los cilindros. En la caldera abierta puedes seguir las tuberías de cobre desde el domo hasta la parte delantera, y desde allí hacia abajo hasta los cilindros.

El vapor empuja un pistón, primero por un lado y después por el otro

Cada cilindro está cerrado por ambos extremos. El vapor entra por un extremo y empuja el pistón hacia el otro; después se deja salir y entra vapor por el otro extremo, que empuja el pistón de vuelta. Por tanto, cada cilindro da dos empujes por cada vuelta de las ruedas. El vástago del pistón sale por la parte trasera del cilindro hasta una cruceta que se desliza entre barras guía, y una biela motriz une la cruceta con un muñón de manivela de la rueda motriz principal. Las bielas de acoplamiento unen los muñones de todas las ruedas motrices de ese lado, de modo que giran juntas.

Los dos lados están desfasados un cuarto de vuelta. Cuando un pistón está al final de su carrera, donde su empuje no puede hacer girar la rueda, el otro se encuentra en mitad de la suya. Así, la locomotora puede arrancar cualquiera que sea la posición en la que se detuvo. En el modelo, las tres manivelas de Mallard están separadas un tercio de vuelta, con el tercer cilindro entre los largueros del bastidor.

Abre los cilindros con «Ver el interior» y podrás observarlo. El rojo es vapor fresco que entra; el naranja es vapor que se expande detrás del pistón después de cerrarse el distribuidor; el azul es vapor usado que sale hacia el escape, y el morado es el poco vapor que queda atrapado y se comprime al final de la carrera de retorno.

El distribuidor: recubrimiento, avance, corte y apertura del escape

Encima del cilindro, en la caja de distribución, un distribuidor de pistón se desliza de un lado a otro sobre su propio vástago. Sus dos cabezas abren y cierran las lumbreras de cada extremo del cilindro, primero al vapor de la caldera y después al escape. El distribuidor debe estar sincronizado con el pistón: tiene que abrir la lumbrera al vapor justo cuando el pistón empieza su carrera, cerrarla durante el recorrido y abrirla al escape antes de que termine la carrera.

Dos pequeñas dimensiones hacen que esto funcione. El recubrimiento es el solapamiento de cada cabeza del distribuidor sobre su lumbrera cuando el distribuidor está en el centro de su recorrido; gracias a él, puede cerrar la entrada de vapor mucho antes de terminar la carrera. El avance es cuánto está ya abierta al vapor la lumbrera cuando el pistón se encuentra en el extremo de su carrera, para que la presión completa esté esperando cuando inicia el retorno. El modelo utiliza un avance de 0,18 veces el recubrimiento.

Mientras giran las ruedas, cada extremo del cilindro pasa por los mismos seis sucesos en orden: entrada de vapor, corte (el distribuidor se cierra y el vapor se expande), apertura del escape (el distribuidor abre al escape un poco antes del final de la carrera), escape (el pistón expulsa el vapor usado al regresar), compresión (el distribuidor cierra el escape y el vapor restante se comprime) y nueva entrada de vapor. El laboratorio tiene una tarea para ordenarlos, y la tabla bajo el diagrama indicador da la posición del pistón en cada suceso con el ajuste actual del inversor de marcha.

La distribución Walschaerts y el inversor de marcha

El distribuidor lo mueve el mecanismo de distribución. Las locomotoras mayores del modelo llevan la distribución Walschaerts por fuera, y por eso puedes verla. Suma dos movimientos. Uno procede de una contramanivela sobre el muñón principal, desfasada un cuarto de vuelta respecto a la manivela, y llega por la biela excéntrica al pie de una corredera curva ranurada que oscila de un lado a otro. Un dado se desliza por esa corredera, y la barra de radio lleva su movimiento hacia delante hasta una palanca de combinación. El otro movimiento procede de la propia cruceta, a través de una bieleta de unión conectada a la parte inferior de la palanca de combinación. La palanca suma ambos y acciona el vástago del distribuidor.

El maquinista sube y baja el dado por la corredera con el inversor de marcha. Con el dado en un extremo de la corredera, el distribuidor recorre su mayor distancia y la locomotora avanza; en el otro extremo, el movimiento se invierte y la locomotora retrocede. Cerca del centro, en punto muerto, el movimiento de la corredera apenas llega al distribuidor, que se mueve únicamente por el recubrimiento y el avance procedentes de la cruceta. Science Museum Group conserva modelos seccionados de distribución Walschaerts fabricados para demostraciones.

En el modelo, la posición del distribuidor es la suma de una parte procedente de la contramanivela, ajustada según la posición del inversor, y otra procedente de la cruceta que proporciona recubrimiento y avance en los puntos muertos. Con el inversor en su posición extrema, el modelo corta el vapor al 75% de la carrera. En punto muerto, el distribuidor sigue abriendo lo correspondiente al avance alrededor de cada punto muerto, lo que por sí solo admitiría vapor durante aproximadamente el 9% de la carrera; pero la abertura es tan pequeña, y se produce cuando la manivela apenas puede hacer girar la rueda, que no hay empuje. Pruébalo en la tarea del laboratorio: inversor en el centro, regulador medio abierto y nada se mueve.

El corte: conseguir que el vapor trabaje dos veces

El inversor de marcha no solo elige el sentido. Al determinar en qué punto de la carrera se cierra el distribuidor, fija el corte, y esa es la principal forma en que el maquinista controla una locomotora una vez en movimiento.

Con el inversor en su posición extrema, se admite vapor durante tres cuartas partes de la carrera. Eso da el empuje más fuerte, necesario para arrancar un tren pesado, pero la mayor parte del vapor sale del cilindro todavía a alta presión. Lleva el inversor de vuelta hacia el centro, reduciendo la admisión, y el distribuidor se cerrará antes. El vapor entra durante, por ejemplo, un cuarto de la carrera y después se expande durante el resto, empujando todo el tiempo con una presión decreciente. El empuje es menor, pero cada kilogramo de vapor realiza mucho más trabajo.

El diagrama indicador lo muestra. El modelo traza la presión en un extremo de un cilindro frente a su volumen mientras giran las ruedas, y el área interior del ciclo es el trabajo de una carrera. Con el inversor en su posición extrema, el ciclo es ancho; al reducir la admisión se estrecha, con una larga línea inclinada donde el vapor se expande. Al arrancar desde parado con presión completa, la presión media de la Pashi durante la carrera es de 12,9 bar con un corte del 75%, el 85% de la presión de la caldera, y de 6,0 bar con un corte del 25%, el 40% de ella.

El ahorro existe en el modelo. A 60 km/h, la Pashi ejerciendo la misma fuerza con un corte del 25% y el regulador abierto consume 2,1 kg de vapor por segundo; con un corte del 60% y el regulador reducido para igualar el esfuerzo consume 2,8 kg por segundo. Eso supone una cuarta parte menos de vapor y, por tanto, una cuarta parte menos de agua y carbón para el mismo trabajo. La tarea de reducción de admisión del laboratorio pide mantener 80 km/h con 400 t y un corte del 25% o menos.

El ritmo del escape aviva el fuego

El vapor usado sale de cada cilindro por las lumbreras de escape, sube por una tobera en la caja de humos, la tobera de escape, y sale por la chimenea. Cada escape es un golpe, el resoplido que oyes. Con dos cilindros hay cuatro golpes por cada vuelta de las ruedas motrices; con tres, seis. A su velocidad récord de 126 mph, las ruedas de 2032 mm de Mallard giraban casi nueve veces por segundo, lo que en el modelo equivale a unos 53 golpes por segundo, demasiado rápido para distinguirlos uno a uno.

El chorro hace un segundo trabajo, y es aquel por el que se recuerda el diseño de Rocket. Cada chorro de vapor que sube por la chimenea arrastra consigo el gas de la caja de humos y reduce allí la presión. Eso succiona los gases del fuego por los tubos y aire fresco hacia arriba a través de la parrilla. Por tanto, cuanto más trabaja la locomotora, más aviva su propio fuego: más vapor consumido, más escape, más aire, más calor, más vapor. En el modelo, el fuego solo arde tan deprisa como lo alimenta el fogonero cuando el escape genera tiro; estando parada, el soplador proporciona un tiro más suave y disminuye la evaporación que puede mantener el fuego.

Science Museum Group conserva un modelo a escala de un sexto de una caja de humos y una tobera de escape, y National Railway Museum menciona el sistema de escape Kylchap de Mallard entre las innovaciones que la hicieron candidata al récord de velocidad.

Tres límites del esfuerzo de tracción

¿Con cuánta fuerza puede tirar una locomotora? El artículo sobre trenes de Encyclopedia of Korean Culture da una respuesta clara. Nombra tres fuerzas de tracción: la fuerza de adherencia, el agarre de las ruedas motrices sobre los carriles antes de patinar; la fuerza de los cilindros, que aumenta con su tamaño y disminuye con el tamaño de las ruedas; y la fuerza de la caldera, lo que esta puede sostener con su producción de vapor. El esfuerzo real queda limitado por la menor de las tres. Que el tren acelere, reduzca su velocidad o la mantenga depende de si ese esfuerzo es mayor, menor o igual a la resistencia debida a la velocidad, las pendientes y las curvas.

El laboratorio dibuja las tres frente a la velocidad para la locomotora de la escena. La línea de adherencia es horizontal: el peso sobre las ruedas motrices multiplicado por un coeficiente de fricción, 0,25 sobre carril seco en el modelo y 0,33 con arena. La línea de los cilindros es máxima en parado y baja conforme acelera la locomotora, porque el vapor tiene menos tiempo para atravesar las lumbreras. La línea de la caldera cae fuertemente con la velocidad: la caldera solo puede proporcionar cierta potencia, y la potencia es fuerza por velocidad. Una línea discontinua señala la menor de las tres. Donde cruza la línea azul, la resistencia del tren que has elegido en la pendiente ajustada, está la mayor velocidad que puede alcanzar la locomotora.

A baja velocidad suele decidir el límite de adherencia, y aplicar más fuerza a las ruedas solo hace que patinen. A alta velocidad decide la caldera. Entre ambas, deciden los cilindros y la elección del maquinista del corte y el regulador.

El esfuerzo de tracción según la fórmula aproximada

Los ingenieros clasificaban una locomotora por su esfuerzo de tracción de arranque, calculado a partir de sus dimensiones. Para dos cilindros: 0,85 por la presión de la caldera por el cuadrado del diámetro interior del cilindro por la carrera, dividido por el diámetro de la rueda motriz. El 0,85 tiene en cuenta la presión perdida entre la caldera y el pistón. Para tres cilindros se multiplica por 1,5; para cuatro, por 2.

Con los tres cilindros de Mallard de 18,5 por 26 pulgadas, 250 psi y ruedas de 80 pulgadas, la fórmula da 35 455 libras fuerza (157,7 kN). Con los cuatro cilindros de Big Boy de 23,75 por 32 pulgadas, 300 psi y ruedas de 68 pulgadas, da 135 375 libras fuerza (602 kN). La cifra propia del modelo, calculada a partir del diagrama indicador con el inversor en su posición extrema y a plena presión, queda a menos del 2% de la fórmula en las seis locomotoras.

Hay una comprobación con una cifra publicada. Korea Heritage Service describe la Mika n.º 304, conservada en Jeju, con ruedas motrices de 1450 mm de diámetro, un peso de 90,65 t y un esfuerzo de tracción de 15 430 kg. La Mika del modelo, con cilindros de 530 mm de diámetro interior y 660 mm de carrera y una presión de 13,73 bar, da 15 216 kg, un 1,4% menos. Esos tamaños de cilindro y esa presión son valores del modelo. El laboratorio tiene una tarea para que calcules por tu cuenta la cifra de la Mika.

Si divides el peso sobre las ruedas motrices entre el esfuerzo de tracción, obtienes el factor de adherencia. Si es demasiado bajo, la locomotora patina cada vez que se le exige mucho; si es demasiado alto, se transporta un peso que podría haberse dedicado a cilindros mayores. En el modelo resulta de 3,9 a 4,5 para las cinco locomotoras posteriores, y de 6,9 para Rocket, que tiene mucho peso sobre su único eje motor en relación con el tamaño de sus cilindros.

El patinaje de las ruedas y la arena

Abre completamente el regulador en un tren pesado y los cilindros pueden empujar más de lo que las ruedas pueden agarrarse. Las ruedas patinan, la locomotora deja de tirar y las bielas giran a toda velocidad. En el modelo también se aceleran las ruedas, saltan chispas de los carriles y la barra de esfuerzo de la lectura se vuelve roja.

La primera tarea de conducción del laboratorio lo muestra. La Mika lleva 1000 t de vagones en una subida de 1 en 100. Sostener ese tren en la pendiente requiere 112,5 kN, y ponerlo a rodar exige otros 15 kN aproximadamente por la resistencia de los vagones. La adherencia de las 60 t sobre sus ruedas motrices es de 147 kN en carril seco. Con el regulador completamente abierto, los cilindros empujan con 149 kN, un poco más que la adherencia, y las ruedas patinan. Con el regulador apenas abierto no hay empuje suficiente y nada se mueve.

Hay dos formas de resolverlo. Abre el regulador suavemente, para que el empuje quede entre lo necesario y lo que admite el carril. O pulsa «Arena»: la arena que cae delante de las ruedas motrices aumenta la adherencia del modelo a 194 kN y la locomotora arranca. En el modelo, el arenero se encuentra encima de la caldera, con tubos que bajan hasta el carril por delante de las ruedas.

Las pendientes y el peso del tren

La resistencia de un tren procede de los cojinetes, de las ruedas sobre los carriles y del aire, y en una pendiente también de la gravedad. El modelo utiliza la fórmula que W. J. Davis publicó en General Electric Review en 1926: una parte que depende del peso sobre cada eje, otra que crece con la velocidad y una parte aerodinámica que crece con el cuadrado de la velocidad, con un coeficiente aerodinámico mayor para el vehículo de cabeza que para el resto del tren. Los ferrocarriles siguen utilizando versiones de ella.

La gravedad pronto supera al resto. La Pashi con 400 t de coches encuentra 28 kN de resistencia a 100 km/h en llano; una subida de 1 en 100 añade 54,8 kN, casi el doble de la resistencia en llano. La tabla de supuestos del laboratorio da la velocidad máxima que la locomotora de la escena puede mantener con presión completa y un corte del 45%, para cuatro pesos de tren y cinco pendientes, e indica cuándo no puede sostener el tren en absoluto.

El récord de Mallard es el caso más claro. Con el tren del récord de 240 t a 200 km/h, la resistencia del modelo es de 43,9 kN; en un descenso de 1 en 200, la gravedad le devuelve 19,9 kN de esa resistencia. En el modelo, partiendo a 120 km/h por esa bajada con el regulador abierto y un corte del 40%, Mallard supera 200 km/h, como National Railway Museum dice que hizo la real en Stoke Bank. En llano con el mismo tren, el modelo alcanza unos 176 km/h.

Contar ruedas: la notación Whyte

Las locomotoras se denominan según sus ruedas. En la notación Whyte, que US National Park Service expone en su estudio de la colección de Steamtown, se cuentan las ruedas de ambos lados por grupos desde delante: las ruedas portadoras del bogie delantero, las ruedas motrices y las ruedas portadoras traseras. Rocket es 0-2-2: ninguna rueda delantera, un par de ruedas motrices y un par de ruedas traseras. Mallard es 4-6-2. Big Boy, con dos grupos de ruedas motrices, es 4-8-8-4.

En Estados Unidos las disposiciones tenían nombres. La 4-4-0 era American, la 4-6-2 Pacific y la 2-8-2 Mikado. Corea utilizó los mismos tipos con nombres japoneses abreviados. Railroad Museum de Uiwang explica que Pashi viene de Pacific y Mika de Mikado, y que la Pashi fue la locomotora de viajeros expresos entre Seúl y Busan desde aproximadamente 1922, mientras que la Mika llegó alrededor de 1919 para mercancías entre Busan y Sinuiju.

Las ruedas delanteras guían la locomotora en las curvas, y las traseras soportan el peso de un hogar demasiado grande para caber entre las ruedas motrices. Más ruedas motrices ponen más peso sobre el carril para obtener adherencia, lo que conviene a mercancías; unas ruedas motrices mayores giran menos veces por minuto a una velocidad dada, lo que conviene a los trenes de viajeros. El laboratorio tiene un cuestionario con dieciséis disposiciones dibujadas de lado: identifica tres seguidas.

John Bull y la estadounidense 4-4-0

National Museum of American History del Smithsonian conserva John Bull, construida en Inglaterra por Robert Stephenson & Co. en 1831 como una 0-4-0 normal del tipo Planet para Camden and Amboy Railroad. La montó en Nueva Jersey Isaac Dripps, un joven mecánico de barcos de vapor que, según el museo, nunca había visto una locomotora. En las vías estadounidenses irregulares descarrilaba continuamente, así que Dripps añadió un par de ruedas guía en un bastidor por delante. El museo dice que ese bogie guía se adoptó prácticamente en todas las locomotoras de vapor estadounidenses salvo las de maniobras de patio. John Bull circuló durante 35 años; en 1981 volvió a funcionar, como la locomotora más antigua existente que aún podía hacerlo.

Añade un segundo par de ruedas motrices y un bogie de cuatro ruedas delante y tendrás la 4-4-0, que según National Park Service se hizo tan característica de Estados Unidos a mediados del siglo XIX que se llamó tipo American. La Jupiter del Smithsonian, una 4-4-0 de vía estrecha construida por Baldwin en 1876 para Santa Cruz Railroad, tiene suspensión compensada: cuando cada rueda oscila sobre una vía irregular, el peso sobre cada rueda motriz permanece casi igual. La 4-4-0 del modelo sigue la forma general de la década de 1870, con cabina de madera, domos de latón, chimenea apagachispas en forma de diamante y apartavacas; sus dimensiones son valores del modelo.

Mallard y el récord de velocidad

Mallard es una A4, una de las 35 Pacific aerodinámicas diseñadas por Sir Nigel Gresley para London & North Eastern Railway. La ficha de Science Museum Group dice que las A4 se introdujeron en 1935 y las cuatro primeras estaban pintadas de gris plateado; en 1938, el color habitual era azul garter. National Railway Museum señala que su forma se perfeccionó en un túnel de viento para atravesar el aire, haciendo posibles velocidades de 120 mph y superiores.

El 3 de julio de 1938, durante una serie de pruebas de frenos, Mallard alcanzó 126 mph en Stoke Bank, entre Grantham y Peterborough. El blog del museo dice que el recorrido se hizo bajo la apariencia de una prueba de frenos, y su relato de la marcha indica que el coche dinamométrico situado detrás de la locomotora registró 120 mph durante cinco millas en el descenso. Ese coche era un laboratorio móvil que registraba la velocidad del tren en rollos de papel. El registrador de velocidad Flaman de la cabina de Mallard, de diseño francés, sigue allí.

126 mph equivalen a unos 203 km/h, y siguen siendo el récord del vapor. No fue la primera vez que se dijo que una locomotora de vapor había superado 100 mph. Una carta de la colección de Science Museum Group trata sobre la publicación de las 102,3 mph que un cronometrador registró detrás de City of Truro el 9 de mayo de 1904; sin embargo, National Railway Museum considera a Flying Scotsman oficialmente la primera locomotora de vapor que alcanzó 100 mph, en 1934. El gráfico de récords del laboratorio marca la cifra de 1904 como no oficial.

Mallard fue retirada en 1963, se expuso en Museum of British Transport de Clapham y está en el Great Hall de National Railway Museum de York desde que este abrió en 1975.

Big Boy

Para arrastrar mercancías pesadas por las montañas, Union Pacific encargó a American Locomotive Company 25 Big Boy, 20 en 1941 y cinco en 1944. National Park Service, que conserva la n.º 4012 en Steamtown National Historic Site, dice que se construyeron para tener potencia: arrastraban trenes de 120 vagones y 3800 toneladas cortas a 40 mph por las montañas de Utah y Wyoming. Cada una tenía 16 ruedas motrices de 68 pulgadas, una parrilla de 150 pies cuadrados y más de una milla de tubos y conductos de humos; con el ténder medía 132 pies y 9 pulgadas de largo y pesaba 1 189 500 lb en servicio.

Una locomotora tan larga no podía tomar curvas cerradas con un bastidor rígido, por lo que el grupo delantero de ruedas motrices tiene su propio bastidor, articulado al resto, y cada grupo posee su propio par de cilindros. NPS atribuye la articulación al diseñador suizo Anatole Mallet y añade un dato que sorprende a la mayoría: las Big Boy no eran las locomotoras más potentes, aunque sí las más pesadas.

En el modelo, Big Boy arrastra 3447 t, el equivalente métrico de 3800 toneladas cortas, en llano hasta unos 100 km/h, y su potencia máxima resulta de unos 6300 hp frente a los 6200 hp que indica NPS. De las 25, sobreviven ocho. La n.º 4014 fue restaurada para circular en 2019 y, en julio de 2026, según informa la revista del Smithsonian, atravesó Estados Unidos por el 250.º aniversario del país.

El vapor en Corea

Los ferrocarriles coreanos empezaron con vapor. Encyclopedia of Korean Culture dice que los primeros trenes circularon por la línea Gyeongin entre Noryangjin e Incheon el 18 de septiembre de 1899, con una locomotora construida por Brooks en Estados Unidos; Korea Rail Industry Information Center la describe como una locomotora tanque del tipo Mogul. Después llegaron desde Estados Unidos locomotoras tanque del tipo Prairie y locomotoras con ténder del tipo Teou en 1905, locomotoras con ténder del tipo American en 1911, locomotoras sobrecalentadas en 1914, tipos Mika en 1919 y tipos Pashi en 1921 y 1923. En 1927, los talleres de Seúl construyeron dos locomotoras del tipo Teou, las primeras fabricadas en Corea.

El 27 de diciembre de 1945, según la misma historia, la primera locomotora construida por ingenieros coreanos hizo pruebas entre Yeongdeungpo y Suwon: 2000 caballos de potencia, capaz de circular a 100 km/h con 20 coches. Las locomotoras diésel-eléctricas llegaron durante la guerra de Corea, y después del 31 de agosto de 1967 el vapor dejó de circular por las líneas principales coreanas.

Se conservan varias locomotoras como patrimonio nacional registrado, inscritas el 17 de octubre de 2008. La Pashi n.º 23, fabricada en Japón y montada en los talleres de Seúl en 1942, es la única Pashi que queda en Corea; Heritage Service indica unas ruedas motrices de 1850 mm y una altura de 4750 mm. Tras la liberación fue convertida para quemar fueloil pesado y arrastró trenes de viajeros por las líneas principales hasta la década de 1960; su conservación se completó en 2024 en Railroad Museum de Uiwang. La Mika n.º 304 de 1944 está en Samu Park, en Jeju. La Mika n.º 129, en National Cemetery de Daejeon, fue retirada del registro el 12 de junio de 2025.

Railroad Museum, inaugurado en 1988, también conserva la Teou n.º 700. Construida en 1914 y utilizada de 1919 a 1935, fue seccionada en una escuela ferroviaria y empleada durante más de 80 años para mostrar a los estudiantes cómo funciona una locomotora por dentro, de forma muy parecida a la caldera y los cilindros abiertos de esta exposición.

Dar la vuelta y tomar agua

Al final de una línea se gira una locomotora que debe regresar con la chimenea por delante. En el puente giratorio del modelo, la locomotora y el ténder se sitúan sobre una plataforma en un foso circular, y la plataforma gira sobre un pivote central con ruedas en sus extremos que recorren un carril circular. Utiliza las flechas o el control deslizante «Puente giratorio» para darle la vuelta y que mire en sentido contrario; la tarea pide 180° con un margen de un grado. Un puente giratorio tiene que ser más largo que la locomotora con ténder más larga a la que presta servicio, y el foso del modelo mide 44 m de diámetro para que quepa Big Boy.

El agua se acaba mucho antes que el carbón. En el modelo, cada kilogramo de carbón hace hervir y evaporar de seis a siete kilogramos de agua, por lo que un ténder lleva en peso varias veces más agua que carbón. El ténder de la Pashi del modelo contiene 25 000 litros, unas dos horas de producción máxima de la caldera. En la grúa de agua del andén, el brazo gira sobre la boca de llenado del ténder y la manguera de cuero llena el depósito. Con «Ver el interior» activado, puedes observar cómo sube el agua del ténder.

En qué se diferencia el modelo de las locomotoras reales

Las seis locomotoras se construyen a partir de las proporciones generales de cada tipo, no de planos de fabricantes, y no llevan números, placas de fabricante ni marcas. Cuando una fuente da una dimensión, se utiliza: las ruedas de 2032 mm y las 104,6 t de Mallard, las ruedas de 1850 mm de la Pashi, las ruedas de 1450 mm y las 90,65 t de la Mika, las ruedas de 68 pulgadas y el peso total de Big Boy. Los tamaños de cilindros, las presiones, la producción de las calderas y el resto son valores del modelo.

La caldera es un único depósito de agua caliente cuya presión sube y baja según la diferencia entre el vapor producido y el consumido. El fuego es un único número que sigue el ritmo de alimentación y queda limitado por el tiro. Las calderas reales responden más lentamente, y alimentar un fuego real es un oficio que se aprende durante años. El vapor de los cilindros se expande siguiendo una curva sencilla; los cilindros reales pierden calor por sus paredes, y las lumbreras estrangulan el vapor de formas que el modelo solo aproxima mediante un factor que aumenta con la velocidad del pistón. La resistencia del tren sigue a Davis y se omiten las curvas. La vía es recta y horizontal salvo por la pendiente que ajustes, que el modelo aplica sin inclinar la escena.

El tiempo puede ralentizarse a una décima parte para observar la distribución, o acelerarse treinta veces para recorrer una subida completa. La tripulación y la persona del andén son maniquíes lisos sin rostro.