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 La aparición de las locomotoras diésel-eléctricas en la primera parte del Siglo XX aceleró el final de las locomotoras de vapor, no obstante, se emplearón en América del Norte y Europa hasta mediados del siglo y continuaron siendo utilizadas en otros países hasta el final del Siglo XX. Las locomotoras diésel-eléctricas consisten básicamente en dos componentes: un motor diésel que mueve un generador eléctrico, y varios motores eléctricos (conocidos como motores de tracción) que comunican a las ruedas (pares) la fuerza tractiva que mueve a la locomotora. Generalmente hay un motor de tracción por cada eje, siendo generalmente 4 o 6 en una locomotora típica. Los motores de tracción se alimentan con corriente eléctrica y luego, por medio de piñones, mueven las ruedas. Locomotoras de diésel-hidráulicas utilizan un sistema de turbinas hidráulicas acopladas entre sí. El mecanismo permite hacer llegar la potencia de forma gradual desde el motor girando permanentemente hacia las ruedas que parten de parado. El principal inconveniente de este sistema es la incapacidad de mover cargas muy grandes, por lo que se usa principalmente en automotores. Existen locomotoras diésel arrastrando trenes de viajeros capaces de superar los 250 km/h, pero el medio más indicado para una locomotora diésel clásica son las condiciones adversas: temperaturas bajo cero, fuertes pendientes y trenes de gran tonelaje.
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