Locomotivas:
As primeiras idéias para utilização do vapor para movimentação de veículos datam do século XVII, sendo construído por Richard Trevithick no País de Gales somente em 1804 um carro a vapor sobre trilhos. Em 1814 o inglês Geoge Stephenson apresentou a locomotiva “Blucher”, e em 1825 fundou com outros sócios a firma Robert Stephenson & Co., primeira fábrica de locomotivas do mundo.
Desta fábrica sairam a locomotiva “Locomotion” para a Stockton & Darlington Railway, primeira ferrovia pública do mundo, e a famosa “Rocket”, vencedora do concurso de de Rainhill para a Liverpool & Manchester Railway em 1829, que pelas suas características se firmaria como o ponto de partida das futuras locomotivas a vapor.
Daí em diante vários países seguiram o exemplo construindo ferrovias, incluisive o Brasil, que inaugurou por iniciativa do empresário Irineu Evangelista de Souza em 30 de abril de 1854 a Imperial Companhia de Navegação a Vapor – Estrada de Ferro de Petrópolis, mais conhecida como Estrada de Ferro Mauá, sendo utilizada para tracionar o trem inaugural a locomotiva 2-2-2T número 1, fabricada por William Fairbain & Sons na Inglaterra. A locomotiva ganhou o nome “Baroneza”, em homenagem à esposa de Irineu Evangelista de Souza, que nesta ocasião recebeu o título de Barão de Mauá, e atualmente está preservada como a peça mais importante do Museu do Trem, no Rio de Janeiro.
Locomotivas a vapor:
As locomotivas a vapor utilizam o vapor sob pressão para acionar os êmbolos que transmitem o movimento por puxavantes e braçagens às rodas. A energia para produção do vapor na caldeira vem da fornalha localizada mais atrás, queimando combustível – carvão, lenha ou óleo – que fica armazenado no tender, junto com a água para reabastecimento constante da caldeira.
A caldeira é basicamente um tanque de aço resistente a altas pressões cheio d’água e com tubos interligando a fornalha à caixa de fumaça na parte da frente, por onde passa a chama para o aquecimento e produção do vapor.
Na parte superior um conjunto de válvulas colhe o vapor e o distribui para os cilindros onde vai acionar os êmbolos, escapando depois por um tubo Venturi dentro da caixa de fumaça para a chaminé e com isto aumentando a tiragem para manter intensa a chama na fornalha. Sendo a locomotiva equipada com superaquecedor o vapor, ao sair da caldeira, passa por uma serpentina de tubos em contato com a chama para aumentar sua temperatura e pressão, melhorando o rendimento.
De acordo com o arranjo das rodas guias, motrizes e portantes, as locomotivas têm uma classificação, sendo mais comum a Whyte, adotada na Inglaterra, os EUA e também no Brasil.
Nos EUA e na Europa outros tipos de locomotivas a vapor foram também desenvolvidos, com a utilização de turbinas para acionamento das rodas via engrenagens ou geradores e motores elétricos, mas acabaram sendo abandonados devido à complexidade e altos custos, principalmente depois do desenvolvimento das modernas locomotivas diesel.
Locomotivas elétricas
Durante a realização da Exposição Industrial de Berlim, em 1879, uma locomotiva elétrica circulou pela primeira vez, apresentada pelo engenheiro alemão Werner Von Siemens. Rapidamente vários países europeus adotaram a novidade eletrificando suas ferrovias.
No Brasil a tração elétrica foi empregada pela primeira pela Companhia Ferro Carril do Jardim Botânico, no Rio de Janeiro em 1892, e pela E. F. do Corcovado em 1910. Em 1922 iniciou-se a eletrificação da Companhia Paulista de Estradas de Ferro, e em 1937 da Central do Brasil, nas linhas de subúrbios no Rio de Janeiro.
Embora estendida a várias ferrovias brasileiras, a tração elétrica foi aos poucos sendo desativada devido à obsolescência dos equipamentos existentes e aos altos custos de manutenção dos equipamentos fixos, ficando restrita atualmente aos sistemas de transporte metropolitano nas principais capitais. A única linha de carga atualmente em operação é a cremalheira da MRS entre Piassaguera e Paranapiacaba, na serra do Mar em São Paulo.
De uma forma geral as locomotivas elétricas captam a energia da rede aérea por um pantógrafo, ou do terceiro trilho por uma sapata lateral, e através de equipamentos de controle alimenta os motores de tração localizados nos truques. O mesmo princípio se aplica aos trens unidade de passageiros utilizados nos sistemas de transporte metropolitano.
No Brasil a maioria dos sistemas de eletrificação com rede aérea opera com corrente contínua a 3.000 V, e com terceiro trilho com corrente contínua a 750 V. Na E. F. do Corcovado a corrente é alternada trifásica, a 750 V.
Locomotivas diesel-elétricas:
Embora inventados desde o final do século XIX respectivamente por Nikolaus A. Otto e Rudolph Diesel os motores a gasolina e diesel de início não tiveram aplicação comercial na tração ferroviária, devido principalmente ao tamanho e peso excessivos e também pela dificuldade de transmissão do movimento e do torque às rodas.
Somente em 1925 foi apresentada pela General Electric associada à Ingersoll-Rand uma locomotiva diesel-elétrica de manobras, fabricada para a Central of New Jersey Railroad. A partir daí a tração diesel-elétrica se tornou um sucesso, especialmente nas ferrovias de transporte pesado de cargas dos EUA, praticamente eliminando o vapor a partir da década de 1950. No Brasil a primeira ferrovia a ter locomotivas diesel-elétricas foi a Viação Férrea Federal Leste Brasileiro, na Bahia, recebendo 3 locomotivas 1-B-B1 fabricadas pela English Electric em 1938, e a primeira ferrovia a dar início efetivo à dieselisação foi a E. F. Central do Brasil, a partir de 1943.
Nas locomotivas diesel-elétricas o motor diesel aciona um gerador que produz a energia elétrica destinada aos motores de tração localizados nos truques e acoplados às rodas motrizes por engrenagens. Especialmente a partir da década de 1970 passou-se a utilizar o alternador, produzindo corrente alternada a ser retificada e enviada aos motores de tração de corrente contínua, sendo amplamente utilizada no Brasil desde então. Uma tecnologia mais recente é a dos motores de tração a corrente alternada, já comum em diversas ferrovias da América do Norte, mas ainda não utilizada no Brasil.
Paralelamente foi sendo desenvolvida na Europa, especialmente na Alemanha, a tração diesel-hidráulica, onde o motor diesel aciona um conversor de torque hidráulico acoplado aos eixos de dada truque. Principalmente entre as décadas de 1950 e 70 tivemos no Brasil vários exemplos de utilização deste tipo de locomotiva, estando atualmente limitado a algumas unidades de manobras em indústrias.
De acordo com o arranjo das rodas nos truques as locomotivas têm uma classificação, atribuindo-se letra às rodas motrizes e número às rodas livres sem tração. Esta classificação também se aplica às locomotivas elétricas.
