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As Locomotivas a Vapor compõem-se de três partes principais: a caldeira, a máquina a vapor propriamente dita e o veículo. O calor é produzido pela queima de carvão ou de óleo combustível em uma fornalha. O calor transforma a água em vapor dentro de uma caldeira, e o vapor penetra nos cilindros. Nestes a pressão produzida pelo vapor comanda barras de aço denominadas êmbolos. Os êmbolos estão ligados às hastes de êmbolo (bielas), hastes mestras e hastes laterais, que movem as rodas. Uma locomotiva a vapor possui um vagão-reboque chamado tender que transporta o combustível e a água necessários à alimentação da máquina. As locomotivas a vapor possuem muitas desvantagens. Apesar do progresso dos demais tipos de locomotivas, ainda são utilizadas em alguns países. Uma locomotiva a vapor necessita de vigilância permanente, especialmente para manter aceso o fogo na fornalha. Transcorre algum tempo para acender o fogo e aquecer a caldeira para produção do vapor. As locomotivas a vapor não mantêm a mesma velocidade média das locomotivas diesel ou elétricas. Não têm boa eficiência de combustível. Uma locomotiva a vapor precisa queimar grande quantidade de combustível para produzir energia, embora apenas pequena parte do calor produzido seja usado para fazê-la mover-se. A quantidade restante não é aproveitada.
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