miércoles, 22 de octubre de 2014

Las locomotoras sin hogar y su uso en los tranvías de vapor

Recientemente se ha abierto un hilo de debate en la página Forotrenes sobre las locomotoras sin hogar en España. Creemos que se trata de una buena excusa para hablar de este tipo de locomotoras y sus posibles aplicaciones en los tranvías de vapor, pues por sus principales características (falta de emisión de chispas, etc., tal y como establecía la legislación vigente), eran, teóricamente, muy adecuadas para este tipo de ferrocarriles.

Siguiendo lo expuesto en uno de los maravillosos y exhaustivos tratados de finales de siglo sobre tranvías, el titulado La traction mecánique des tramways. Étude des différents systèmes, comparaison et prix de revient, del ingeniero francés Raymond Godfernaux, de 1898, los tranvías con tracción mecánica se pueden dividir en tres categorías según el origen de la fuente de tracción:
  • «Tranvías en que la energía se produce directamente en el carruaje mismo». Incluye básicamente la tracción vapor, excepto aquellos vehículos sin hogar.
  • «Tranvías en que se toma la energía de una estación central y se almacena en el vehículo, de modo que éste pueda efectuar cierto trayecto, al cabo del cual tiene que volver á la fábrica para renovar su provisión de energía». Incluye los tranvías sin hogar, los de aire comprimido, los de gas y los eléctricos de acumuladores.
  • «Tranvías en las que la energía se produce en una estación central, pero se distribuye á los coches por medio de conductores, á medida de las necesidades». De este tipo son los tranvías funiculares y todos los eléctricos, independientemente del modo en que el fluido eléctrico es trasladado (cable aéreo, subterráneo, etc.).

Si nos centramos en el segundo tipo de locomotoras descrito, uno de los diseños con mayor éxito a la hora de reducir o eliminar completamente la emisión de humos y chispas fue el uso de locomotoras sin hogar («sans foyer» en francés), diseño debido al ingeniero estadounidense Edouard Lamm. Se trataba, básicamente de unidades sin caldera para la producción de vapor, a las que se inyectada agua a gran temperatura, procedente de una caldera de vapor fija, para la generación de vapor en la propia locomotora, la cual, obviamente, tenía una autonomía limitada. 


Esquema de una locomotora sin hogar, tipo Francq-Lamm. Archivo autor


El principio físico en el que se basa este tipo de locomotoras es el siguiente:

Cuando la presión á la que se somete una masa de agua en ebullición disminuye sucesivamente, se produce un desprendimiento de vapor que puede accionar sobre motores.

La locomotora diseñada por Lamm se experimentó por primera vez en la línea de St. Austin-Neuilly de Nueva Orleans en 1871. Tras la muerte de éste, acaecida poco después, la introducción de su locomotora en Europa y su perfeccionamiento se debe al ingeniero francés M. Léon Francq, que en 1875 patentó su propio diseño.

Esquema de una locomotora sin hogar, tipo Francq-Lamm. Archivo autor

Entre las ventajas de dichas locomotoras, el propio inventor relacionaba las siguientes: a) la producción de vapor a bajo precio en calderas fijas, utilizando el carbón ya que proviene de las minas, b) la reducción de peso muerto, ya que la máquina no tiene combustible, c) el uso de una fuerte presión para subir las rampas, d) la reducción de personal, pues un hombre basta para conducir y controlar la locomotora, pudiendo prescindir de la figura del fogonero. La teórica economía que se deriva del uso de este tipo de locomotoras se puede cuantificar en los siguientes términos:

El gasto de jornales y material consumido en las locomotoras sin fuego es menos de 25 céntimos de peseta por kilómetro, y en las locomotoras de tranvías ordinarios asciende á 34 céntimos, ó sea un 36 por 100 más caro. Y sin embargo de ser el capital necesario para establecer una línea con locomotoras sin fuego tan sólo el 75 por 100 del que se precisa para las otras, las utilidades de las líneas cuyo sistema describimos son de cuarenta á cincuenta por ciento mayores que las obtenidas por el sistema ordinario.

Como hemos afirmado en la introducción, a causa de sus características, entre las que destacan la reducción de ruido y de chispas así como la emisión de humos, y su relativa corta autonomía, hizo de estas locomotoras un modelo ideal para el uso en las redes tranviarias, de trazados por zonas urbanas de no muy largo recorrido. Así, las pruebas de la locomotora primitiva de Francq se desarrollaron en el trazado del tranvía parisino de Saint-Augustin al boulevard Binea, de unos 4 kilómetros de longitud y, aunque no fueron muy exitosas —a causa de la fuga de gran cantidad de vapor—, el desarrollo posterior de dicho modelo tuvo cierto cierta difusión en la líneas tranviarias francesas, pues varias unidades fueron usadas en las redes de París (desde 1877), Lille (1878), Lión (1888) y Marsella (1893).


Dos vistas de locomotgoras sin hogar circulando por las calles de París. Fuente: wikipedia

Los constructores de dicho modelo fueron los fabricantes franceses Cail y Fives Lille, que construyeron una treintena de locomotoras de dos ejes, con un diámetro de ruedas de 762 milímetros y cuyos ejes estaban separados por una distancia de 1.300 mm, lo que permitía la inscripción de la locomotora en curvas de hasta 15 metros de radio.

Locomotora sin hogar tipo Francq-Lamm construida por Fives Lille. Fuente: wikipedia

La influyente Gaceta de los Caminos de Hierro publicó el año 1881 un interesante artículo en el que se detallan las características de estas locomotoras y que reproducimos a continuación:

Los proyectos para la construcción de tranvías hechos durante el último decenio han ocasionado también muchos para la de locomotoras destinadas á servir especialmente para la tracción de los coches de esos mismos tranvías en las calles de las poblaciones.

Para evitar los inconvenientes del fuego ordinario en las máquinas de los tranvías, se han hecho nuevos experimentos, y algunos de ellos que han dado resultados bastante satisfactorios. De todos los sistemas ensayados, resultan de valor el aire comprimido y el que toma el vapor de una caldera fija, para almacenarlo en el depósito de la locomotora. Los ingenieros Francq y Lamm, de París, han construido locomotoras de este segundo sistema, que están prestando servicio en los tranvías de París (entre Marly [Rueil] et Marly le Roi) y en Lille, cuya explotación está dando los resultados más satisfactorios.

La locomotora consiste en un depósito de forma cilíndrica, hecho de planchas de acero, que sirve de caldera, y el mecanismo de la máquina está colocado entre las dos gualderas longitudinales de un modo muy parecido en la construcción á la de las locomotoras ordinarias.

Antes de la salida del tren, se llena el dicho depósito de agua y se pone en comunicación con el tubo de vapor de una caldera fija establecida en la estación, ó en una casilla especial construida exprofeso para la colocación de esta caldera; y, por medio de una presión proporcionalmente alta, se calienta el agua muy pronto á una elevada temperatura. Después, se quita el tubo de vapor perteneciente á la caldera fija, y la locomotora está lista para hacer servicio. La presión disminuye poco á poco, y se forma el vapor que sirve para el movimiento de la locomotora. La uniformidad de la presión se regula de una manera muy ingeniosa, de modo que tenga 16 atmósferas al tiempo de salir y 3 al llegar á su destino. De esta manera, se regula la presión, para que tenga siempre 3 atmósferas detrás del émbolo de los dos cilindros de vapor. Pero si hay pendientes en el trayecto de la línea el maquinista puede mover la palanca y, con un solo movimiento, toda la presión se acumula en el émbolo. La disminución del calor es extraordinariamente pequeña, pues si la temperatura del aire es de 0 grados (punto de hielo) y la máquina está parada en esta temperatura cuatro horas, la disminución del calor no resulta más que de una sola atmósfera. El vapor no se escapa al aire, sino que es precipitado en un condensador de aire formado por 600 tubos aproximadamente.

Para la construcción y venta de este tipo de locomotoras D. Francq constituyó la «Compagnie continentale d’explotation des locomotives sans foyer», representada en España por el ingeniero Otto Peine.

En varias de las fuentes bibliográficas consultadas se ha afirmado, erróneamente, que algunos de los tranvías de vapor de Barcelona —especialmente la línea de San Andrés— usaron locomotoras «sans foyer» de este tipo. Desconocemos el origen de la confusión, sin duda trasmitida de autor a autor, pero lo cierto es que todas las locomotoras de vapor usadas en los tranvías de la Ciudad Condal ―y en España― eran de tipo convencional, con hogar.


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Para más información sobre este tipo de locomotoras, recomendamos la lectura de la obra FRANCQ, Léon (1892), La locomotora sin hogar. Estudio comparativo de los diversos sistemas de locomotora propuestas para la tracción de los ferrocarriles vecinales y tranvías, que se conserva en la biblioteca del Palacio Real de Madrid.

viernes, 10 de octubre de 2014

Constructores (2): Merryweather & Sons (Londres, Reino Unido)

Tras la entrada que en su día dedicamos al constructor belga Saint Léonard, retomamos la serie de posts destinados a conocer algo más sobre los fabricantes de locomotoras de vapor con el presente artículo, dedicado al constructor británico Merryweather & Sons.  

Se trata, en realidad, de un constructor con poca presencia en nuestro país ―pauta general, por otro lado, de la mayoría de constructores de este tipo de locomotoras, dado el escaso número de tranvías de vapor que existieron en España con relación a otros países―, pues únicamente suministró quince locomotoras para el tranvía de Barcelona a Sant Andreu del Palomer, más otra unidad que estuvo realizando pruebas en Bilbao en vista de implantar este tipo de tracción en la red de la capital vizcaína. 


Historia de la empresa

Los orígenes de la firma Merryweather & Sons se remontan hacia 1690 cuando Nathaniel Hadley estableció en Londres una fábrica de bombas y aparatos de extinción de incendios. Durante un tiempo la empresa se llamó «Hadley-Simpkin» y, tras la unión en 1791 con Henry Lott, «Hadley, Simpkin & Lott». En algún momento Lott asumió el control total de la empresa y cuando se jubiló lo entregó a su sobrino por matrimonio, Moisés Merryweather (1791-1872). Merryweather tenía tres hijos, que se incorporaron a la empresa en la segunda mitad del siglo XIX, entre ellos James (1839-1877), quien fue responsable de la promoción de sus productos a nivel internacional, obteniéndose una fama mundial.

Aparato para la extinción de incendios fabricado por Merryweather & Sons en 1862. Fuente: The Engineer


Fue en esa misma época que se optó por diversificar la producción con la fabricación en serie de locomotoras de vapor, a partir de 1875 —había construido, a título experimental un primer automotor de vapor en 1872, bajo las indicaciones del ingeniero John Grantham—, especializándose en el suministro de pequeñas unidades para tranvías. Así, entre 1872 y 1892 la factoría construyó 174 locomotoras de vapor, la mayoría para el mercado europeo (británico, principalmente) pero con algunas notables exportaciones a antiguas colonias europeas como Nueva Zelanda, India o Birmania. 



Actualmente Merryweather & Sons sigue siendo un importante y acreditado constructor de material de extinción de incendios.

La producción inicial de locomotoras de vapor para tranvías de Merryweather incluía la construcción de tres modelos diferentes, según sus dimensiones:
  • Locomotoras «pequeñas», con cilindros de 152×229 mm. Su peso en vacío era de 3.302 kg y en servicio de 4.064 kg. Podían remolcar un coche de viajeros de 7.112 kg en rampas de 1/30.
  • Locomotoras «medianas», con cilindros de 178×278 mm. Su peso en vacío era de 5.486 kg y en servicio de 6.096 a 6.604 kg. Su capacidad de carga era de un coche de viajeros de 7.112 en rampas de 1/18 o dos coches de las mismas características en rampas de 1/30.
  • Locomotoras «grandes», con cilindros de 190×305 mm. Su peso en vacío era de 6.604 kg y en servicio de 7.620 a 8.128 kg. Podían remolcar dos coches de viajeros en rampas de 1/16 o tres en rampas de 1/20.

En los tres casos el rodaje era 020Tr con un diámetro de ruedas de 610 mm y el timbre de caldera de 8 atmósferas. Las locomotoras iban dotadas de una caldera horizontal del tipo Field —patentado por el ingeniero Edward Field— y aunque en algunas fuentes consultadas se comenta que eran del tipo «sans foyer», la verdad es que se trataba de locomotoras de vapor totalmente convencionales.


2. Las locomotoras Merryweather en España

El tranvía de Barcelona a Sant Andreu de Palomar

El único tranvía de vapor español que usó de manera regular locomotoras de la firma Merryweather fue el que enlazaba la ciudad de Barcelona con el entonces municipio independiente (hoy integrado en la ciudad) de Sant Andreu del Palomar, bajo el impulso de Alejo Soujol y explotada inicialmente por la «Sociedad Anónima Tranvía de Barcelona al Clot y San Andrés» (TBSA).

La inauguración oficial de la línea, de ancho métrico, se produjo el 19 de diciembre de 1877 y su entrada en servicio el día siguiente. Aunque las diversas fuentes consultadas no coinciden en afirmar que desde esa fecha la línea llegara hasta Sant Andreu —algunas retrasan la apertura de la totalidad de la línea hasta 1879—, creemos correcta la fecha indicada como la de la puesta en servicio de todo el trazado, ya que la fecha de 1879 coincide con la fecha en que se completa la vía doble en todo el trazado (solicitada en enero de 1878).

Según leemos en escritos de la época, Soujol examinó el mercado para conocer cuál era el tipo de locomotoras que mejor se adaptaba a las necesidades de la línea. Lo cierto es que en el momento de la puesta en servicio de estas locomotoras en Barcelona, únicamente circulaban unidades en las siguientes redes:
  • París, desde el 2 de diciembre de 1875. En la capital francesa llegaron a circular hasta 46 unidades de ancho internacional, construidas en varios lotes entre 1875 y 1877, y que fueron, en realidad, las primeras locomotoras de vapor tipo tranvía que circularon en el continente europeo.
  • Wantage Road (Berkshire, Reino Unido), donde circularon dos unidades —un automotor a vapor y una locomotora— de ancho internacional.
  • Viena, desde el 21 de junio de 1876. La red tranviaria de la capital austriaca contaba con una sola unidad, para ancho internacional, construida en 1874 y que a juicio por su número de fábrica, se trataba de la segunda unidad construida por el fabricante.
  • Kassel (Alemania), desde el 9 de julio de 1877. En concreto, se trataba de seis unidades para una línea de unos 5,6 km de longitud y ancho de vía de 1.435 mm.
Para la inauguración de la línea, Soujol adquirió un lote de cinco locomotoras Merryweather (números de fábrica 46-50), que transfirió a la TBSA tras su constitución en abril de 1877. Según su numeración de fábrica, dichas locomotoras se encontraban intercaladas entre dos lotes de 18 unidades para los tranvías de París.

Las locomotoras adquiridas por el tranvía barcelonés correspondían al primer tipo reseñado, de 3 metros de altura, 1,80 de anchura y otros 3 metros de longitud. En su excepcional tratado sobre tranvías, Clark nos ofrece una descripción pormenorizada de estas locomotoras:

Los cilindros tienen un diámetro de 0,152, con una carrera de 0,229; Ias cuatro ruedas tienen 0,61 de diámetro. La parrilla es de 0,2787 superficie. El cuerpo cilíndrico de la caldera mide 0, 686 de diámetro, y en su interior aloja 96 tubos de humo, de 0,044 en el diámetro y 0,914 de largo. La superficie de calefacción de la caja de fuego es de 4,864; en lo tubos de 9,5407 y en total, de 11, 0271. La capacidad de los depósitos es de 1.363 litros de agua fría para condensar el vapor.

El vapor, después de ser liberado en los cilindros, se envía a un dispositivo similar a un eyector, que se encuentra en la parte inferior de la máquina; el agua se reúne con el vapor, se condensa y cae a por una tubería de ida y vuelta. El agua se calienta, evidentemente, de una manera gradual, pero la condensación es completa: no vemos ningún vapor hasta que la temperatura del agua llega al punto de ebullición. Un depósito lleno de agua fría asegura la condensación de vapor de salida durante dos horas, es decir, a una distancia de más de 16 km. La cantidad de combustible consumido es de 1.410 por km, suponiendo que 1 kg de combustible evapora 7 kg de agua, la cantidad de vapor generado será de 9.870 kg por kilómetro (1,410×7). [...] Para los casos donde esto sería útil, también previmos un tubo de soplador que enviaba el vapor a la chimenea; tenemos los medios de disminuir el área del orificio con la ayuda de un tapón cónico movido por un engranaje a cremallera. Una tobera colocada en el centro del tubo soplador permite tener también un chorro de vapor a voluntad. Dos conos truncados están colocados uno por encima del otro, por encima el tubo soplador y abajo la chimenea; el vapor dirigido verticalmente hacia arriba los atraviesa.

El tranvía de Barcelona ha sido abierto en noviembre de 1877. Las máquinas remolcan cada una dos carruajes cargados sobre rampas de 1,30. El tráfico aumentó tan rápidamente que las máquinas suplementarias que deben abastecer los mismos constructores tendrían cilindros de 0,178 de diámetro y la misma potencia que las últimas a las que se construyó para los tranvías de París.

Locomotoras 1-5 del tranvía de Sant Andreu (1877)

Como en el resto de locomotoras tipo tranvía, el aspecto de la máquina se asemejaba a la de un coche de viajeros por la protección lateral de una marquesina que cubría el rodaje, «destinadas á separar los obstáculos que haya en la vía». Al mismo tiempo,

[...] Unos delantales de hierro cubren las ruedas por delante y por detrás, y unas piezas, también de hierro, bajan perpendicularmente sobre los rails, con el doble objeto de limpiar la vía de todo cuerpo que pudiese entorpecer la machar y de separar al que estuviese en peligro de ser atropellado por la máquina.

El parque original formado por únicamente cinco locomotoras enseguida se quedó corto, por lo que la compañía cursó varios pedidos para la adquisición de nuevas locomotoras al mismo fabricante. Así, al año siguiente de la inauguración del tranvía, Alejo Soujol remitió una carta al director general de Obras Públicas, Comercio y Minas solicitando la autorización para la puesta en servicio de dos unidades más, de mayor potencia y esfuerzo de tracción, correspondientes al tipo mediano del constructor. Tras el correspondiente informe positivo del Inspector general de Obras Públicas de la provincia, emitido el 29 de octubre de 1878, la puesta en servicio de las dos nuevas unidades ―numeradas 6-7― quedó autorizada por R. O. del 14 de noviembre siguiente.

Dicha ampliación no fue, nuevamente, suficiente para hacer frente al aumento de tráfico del tranvía, de modo que en 1883 tenemos constancia de la solicitud realizada el mes de septiembre de 1883 para la autorización de la puesta en servicio de ocho nuevas locomotoras. De las dichas unidades, cuatro eran idénticas a las adquiridas en 1878 y, al parecer, las otras cuatro, de mayor tamaño y peso (8 toneladas y media). Su puesta en servicio quedó autorizada por R. O. del 17 de octubre de 1883. 

La identificación de estas diez últimas locomotoras inglesas del tranvía de San Andrés plantea algunas dudas: si bien la lectura de las citadas solicitudes para su puesta en servicio parecería indicar que las dos primeras fueron adquiridas ―y supuestamente, fabricadas― en 1878 y las ocho restantes en 1883, las listas de fábrica del constructor, reproducidas en la bibliografía sobre el tema, afirman que en 1878 se construyeron cinco unidades (números de fábrica 69-73) y entre 1879 y 1882, las cinco restantes (número de fábrica 134-137 y una sin identificar). Sin embargo, las noticias aparecidas en prensa de la época nos hacen pensar que las primeras llegaron hacia 1881 y que el lote se completó en 1882, en vistas a las ampliaciones de la red que por aquella época planeaba la compañía (a Sabadell y a Badalona).

Una de las locomotoras del tranvía de Sant Andreu en pruebas en Gran Bretaña

La respuesta a esta diferencia de las fechas de construcción es un enigma, ya que existen tres posibles explicaciones: a) los datos bibliográficos reseñados no son ciertos ―tampoco parecen del todo correctos los datos técnicos señalados para los distintos lotes adquiridos―; b) tres unidades adquiridas en 1879 permanecieron largo tiempo (hasta 1883) esperando la autorización para su puesta en servicio; y c) en caso contrario, dichas unidades y las adquiridas posteriormente circularon desde su fecha de construcción de forma irregular hasta 1883, cuando su uso quedó autorizado de manera formal. 

Sea como fuera, las locomotoras adquiridas se numeraron a continuación de las existentes, por lo que recibieron los números 8-15. 




Las quince locomotoras formaron el grueso del parque motor de la compañía, pues únicamente fueron complementadas en 1883 por dos unidades más, las números 16 y 17, que fueron las primeras construidas por la Maquinista Terrestre y Marítima.

Las locomotoras Merryweather estuvieron en servicio hasta 1902, cuando la línea fue inaugurada. Igualmente, hay que hacer constar que muy probablemente algunas unidades circularon por la línea de la Sagrera a Horta, de la que Soujol y su empresa se hizo cargo tras la fallida de la sociedad concesionaria original.


Las pruebas de una locomotora Merryweather en Bilbao 

En una entrada anterior de este blog ya se hizo una referencia a las pruebas que tres locomotoras de vapor estuvieron realizando durante la primavera de 1878 en Bilbao con el fin de valorar la implantación de este sistema de tracción en la red de la ciudad.

En concreto, las locomotoras procedían de las firmas Merryweather, Henry Hughes y Stephen Lewin, todas de Gran Bretaña. Desgraciadamente es escasa la información que disponemos sobre la identidad, las características y el destino final de la locomotora probadas en Bilbao, aunque en las siguientes líneas apuntamos algunos datos para su identificación.

En efecto, no conocemos con certeza cuál de las locomotoras Merryweather construidas hasta aquel momento pudo ser la que realizó las pruebas en Bilbao. Sin embargo, el investigador británico James W. Lowe nos da un dato revelador: es posible que se tratase de la unidad con el número de fábrica 9, de 1876, que en la lista de fábrica aparece como entregada al Wantage Tranway con la nota «For trial purposes returned to markers 1878 to Denmark?» (la interrogación es del autor).

Por otro lado, sabemos que en la isla de Guernsey ―destino de la locomotora Lewin probada en Bilbao―, circularon dos locomotoras Merryweather, con los números de fábrica 84 y 85 del año 1879 y del mismo modelo que algunas de las adquiridas por el tranvía de Sant Andreu de Palomar (aunque las catalanas, como sabemos, de ancho métrico). Como afirma Juanjo Olaizola, si las Merryweather eran de 1879 ninguna de ellas puede ser la bilbaína, aunque, sin embargo, habría la posibilidad que una de ellas fuera la probada en Bilbao y que la fecha de fabricación no fuera correcta. Este error se comete a menudo con locomotoras que se han utilizado como máquinas de demostración, ya que finalmente suele figurar como fecha de construcción (en realidad es la fecha de venta) la del año en que entró en servicio en la red que la adquirió definitivamente.

Como siempre, cualquier dato que permita aclarar las dudas que aquí se plantean será muy bienvenido.