La locomotiva diesel è una delle macchine più trasformative della storia industriale moderna. Sostituendo vapore con combustione interna, rimodella l'economia fondamentale del trasporto merci, consentendo più lunghi mezzi, maggiori tonnellate, e un livello di predisposizione operativa che il vapore non poteva mai raggiungere.

Origini dei Locomotivi Diesel

La nascita della locomotiva diesel risale all’invenzione del motore a compressione nel 1890, mentre Diesel aveva immaginato che il suo motore fosse in grado di alimentare tutto dalle piccole fabbriche alle navi, le applicazioni ferroviarie catturarono rapidamente l’immaginazione degli ingegneri. I primi tentativi di montare un motore diesel su rotaie dimostrarono di essere impigliati da ostacoli tecnici: i motori primi erano troppo pesanti per le strutture esistenti e non avevano un pratico sistema di trasmissione per fornire treni.

Una svolta molto più significativa è arrivata in Russia sovietica nel 1924 con l'E el-2, una locomotiva diesel-elettrica da 1.200 cavalli progettata da Yuri Lomonosov. Questa unità ha usato un motore diesel per guidare un generatore che alimentava motori di trazione elettrica, la stessa architettura fondamentale che domina l'industria oggi.

Sviluppo e adozione

Gli anni '30 e '40 segnarono la transizione del diesel dall'esperimento allo strumento principale. Varie forze allineate per accelerare l'adozione. In primo luogo, la Grande Depressione costrinse le ferrovie per cercare qualsiasi mezzo per ridurre i costi operativi, e la maggiore efficienza termica del diesel, spesso al di sopra del 30 per cento rispetto al 6-8 per cento del vapore, che ha un enorme potere di riduzione del carburante.

Negli Stati Uniti, la Electro-Motive Corporation (in seguito EMD) FT dimostratrice del 1939 divenne diesel per il trasporto merci. Imbarcandosi in un leggendario tour di 83.000 miglia di ferrovie americane, trainando treni in tutte le condizioni e dimostrando che il gasolio potrebbe corrispondere e superare le prestazioni di locomotive a vapore contemporaneo, mentre la manutenzione fumante.

Avanzamenti tecnologici

Trasmissione elettrica diesel e trazione AC

La configurazione diesel-elettrica è diventata lo standard globale perché ha risolto il problema della trasmissione elegantemente. Un generatore o alternatore accoppiato direttamente al motore diesel produce elettricità, che viene poi portato dai cavi ai motori di trazione sugli assi. Per decenni, i generatori di corrente continua e i motori di trazione DC hanno dominato.

Turbocharging, Aftercooling e Engine Evolution

Il progetto del motore si è evoluto sostanzialmente. I primi diesel sono stati spesso aspirati o utilizzati supercharging modesto. L'adozione diffusa di turbocharging e dopocooling radicalmente aumentato densità di potenza ed efficienza. I motori EMD a due tempi hanno dominato il Nord America per decenni, mentre i progetti a quattro tempi di GE, Caterpillar, e MTU hanno trovato favore in tutto il mondo.

Controllo e Telemetria computerizzati

Forse il più profondo progresso è stato l'integrazione di sistemi di controllo basati su microprocessore. Le locomotive moderne monitorano continuamente centinaia di parametri — la temperatura del motore, la velocità della ruota, la posizione del freno, la corrente del motore di trazione—per ottimizzare la consegna del carburante, regolare l'uscita di energia e prevenire lo scivolamento della ruota.

Locomotivi Diesel e la trasformazione dei trasporti di merci

I guadagni operativi sbloccati dalla potenza diesel non possono essere sovrastati. Poiché i diesel non richiedono fermate frequenti per l'acqua e possono essere riforniti in pochi minuti, hanno permesso la creazione di lunghe distanze, orari di trasporto ad alta velocità che erano precedentemente impossibili.

I treni delle unità, dedicati, sono costituiti da un unico prodotto, sono un segno distintivo di efficienza diesel. Le locomotive diesel, grano, ferro, petrolio e e etanolo si muovono in treni di ben oltre 100 auto, trainate da due o tre locomotive ad alta potenza. Il bacino del fiume Powder in Wyoming vede decine di treni di carbone carichi carichi carichi carichi al giorno, ognuno spostando oltre 15.000 tonnellate con un unico equipaggio.

I modelli di cavalleria di lavoro di oggi, come il Wabtec ES44AC e Progress Rail SD70ACe-T4, incorporano tutti gli avanzamenti sopra descritti. Possono produrre più di 4.400 cavalli, mentre soddisfano i limiti di emissione rigorosi, e sono schierati in ogni continente tranne l'Antartide.

Diesel a confronto con vapore e Powertrains elettrici

Per apprezzare il motivo del vapore così completamente sfollato, è istruttivo un confronto diretto. Una locomotiva a vapore ha richiesto un pompiere e una costante attenzione al livello dell'acqua caldaia, al carbone e alla pressione del vapore. Ha richiesto ore di preparazione ogni mattina, una pulizia estesa alla fine della giornata, e pesanti costi di manutenzione periodici. La sua efficienza termica raramente ha superato l'8%. Il diesel, al contrario, potrebbe essere iniziato con la svolta di un chiave e sinistra idling per giorni moderni.

La trazione elettrica, invece, supera il diesel in efficienza, accelerazione e capacità di frenata rigenerativa, e produce zero emissioni al punto di utilizzo. Dove esiste l'infrastruttura di elettrificazione, in Svizzera, Giappone o in parte della Cina, le operazioni di raffrescamento naturalmente favoriscono le locomotive elettriche. Tuttavia, il costo di capitale staggering dei sistemi di catenaria li rende economicamente invidiabili attraverso i bassi tratti del motore diesel medio America, Australia, Australia, Australia, Australia, o Australia, il costo di energia elettrica, in Europa.

Sfide ambientali e pressioni regolatorie

L’impronta ambientale del Diesel ha attirato un crescente controllo. Locomotive gassoso contiene ossidi di azoto (NOx), materia di particolato (PM) e anidride carbonica. L’Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (EPA) ha risposto con un sistema di standard di emissione.

La conformità ha costretto una riprogettazione all'ingrosso dell'architettura del motore. I motori della serie Evolution di Wabtec utilizzano la ricircolo del gas di scarico (EGR) per raffreddare la combustione e ridurre il NOx, abbinato ad un sistema di combustibile a common-rail ad alta pressione.

Il futuro della propulsione locomotiva di Freight: alternative più pulite

L’industria ferroviaria sta attivamente esplorando più vie per decarbonizzare la trazione delle merci senza sacrificare i vantaggi operativi del diesel. Le locomotive elettriche della batteria si sono già spostate dal concetto all’implementazione pilota.Il FLXdrive di Wabtec, un’unità di batteria da 100 per cento testata con BNSF e Union Pacific, ha dimostrato un risparmio di carburante di oltre il 10 per cento quando abbinato a locomotive diesel in un ibrido consistono.

Canadian Pacific Kansas City (CPKC) sta testando una locomotiva a idrogeno a traino sviluppato dal proprio team, e Alstom sta fornendo treni a idrogeno per uso passeggero in Europa, con varianti di trasporto sul bordo del trafilamento del gas. L'idrogeno ha fornito più energia per chilogrammo di una batteria, ma la sua bassa densità volumetrica richiede un deposito ad alta pressione e un'infrastruttura completamente nuova.

L'autonomia e la precisione di marcia, mentre non le tecnologie di propulsione, si modellano su come vengono utilizzate le locomotive. Il controllo avanzato dei treni e la gestione automatizzata dei gas di scarico riducono già il consumo di carburante ottimizzando i profili di velocità. Nel corso del prossimo decennio, la raffinatezza continua della tecnologia dei sensori potrebbe consentire il funzionamento a distanza limitata o addirittura senza conducente sui corridoi di trasporto segregati, migliorando ulteriormente la sicurezza e l'efficienza.

Conclusioni

Nasce dai primi esperimenti di Sulzer, Lomonosov e General Electric, matura attraverso gli anni '30 in una sostituzione affidabile e conveniente per il vapore, e poi si evoluto attraverso turbocharging, trazione AC e controllo del microprocessore nelle macchine formidabili che attraversano deserti, montagne e praterie ogni giorno.