thumb|Locomotora 41 018 de la Deutsche Reichsbahn thumb|Locomotora de vapor británica. thumb|Locomotora Henschel Arganda, año 1925. Es una locomotora de vapor-carbón, que funciona en un ferrocarril turístico en la Comunidad de Madrid, España.
Una locomotora a vapor es un tipo de locomotora impulsada por la acción del vapor de agua. Era la forma dominante de tracción en los ferrocarriles, hasta que a mediados del fueron reemplazadas por las locomotoras diésel y eléctricas.
Origen thumb|Dibujo de la locomotora de Trevithick de 1802.
Los primeros ferrocarriles empleaban caballerías para arrastrar carros sobre rieles. Cuando se desarrollaron las máquinas de vapor, se trató de aplicarlas al ferrocarril. Los primeros intentos tuvieron lugar en Gran Bretaña; así, por ejemplo, Richard Trevithick construyó una locomotora en 1804, 22 años antes de la máquina de George Stephenson.
Esta máquina tenía un solo cilindro, disponía de un volante de inercia y la transmisión de fuerza a las ruedas se realizaba por engranajes. La locomotora de Trevithick no fue incorporada al ferrocarril debido a que los raíles de hierro fundido no soportaron el peso de la máquina y se dañaron en los tres viajes de prueba realizados entre las minas de hierro de Penydarren y el canal Methry-Cardiff. thumb|right|190px|La Salamanca, primera locomotora de cremallera de John Blenkinsop
Se continuó utilizando la fuerza animal para el arrastre de los vagones, hasta que la escasez de caballos y sus altos costos a consecuencia de las guerras napoleónicas obligó a volver la mirada otra vez hacia las locomotoras. En 1811 John Blenkinsop patentó el sistema de cremallera para locomotora. Finalmente en 1812 Matthew Murray diseñó y construyó la locomotora Salamanca en los talleres Feton, Murray and Wood.
La locomotora disponía por primera vez de dos cilindros y montaba el sistema de cremallera patentado por John Blenkinsop, solucionando el problema de peso de la máquina. Si la locomotora era demasiado ligera no tenía suficiente adherencia, sus ruedas motrices patinaban y no conseguía arrastrar la carga. Por el contrario, si la máquina pesaba demasiado, mejoraba la adherencia pero dañaba los raíles. La Salamanca solucionaba estos inconvenientes.
thumb|Locomotora The Rocket, preservada en el Museo de Ciencias de Londres
En 1826 se inició la construcción de la primera línea férrea del mundo entre dos ciudades: el Ferrocarril de Liverpool y Mánchester. El proyecto de la línea se encargó a George Stephenson, que tenía experiencia en el diseño de ferrocarriles de minas. En 1829 todavía no se había decidido el tipo de tracción de los vagones. Las locomotoras empleadas en las minas eran lentas y poco fiables, con frecuentes explosiones. Esa fue la razón de que inicialmente se propusiera el proyecto de disponer de 30 máquinas fijas repartidas a lo largo del recorrido, una por cada kilómetro, que por medio de sogas arrastrarían los vagones.
El 6 de octubre de 1829 se realizó un concurso en Rainhill para determinar si las locomotoras eran adecuadas para la tracción en la nueva línea. El ganador se llevaría 500 libras esterlinas y un lugar en la historia. Muchos proyectos como el "Cycloped" (un artilugio de tracción animal construido por Thomas Shaw Brandreth) o la locomotora "Perseverance" de Timothy Burstall (que no alcanzó la velocidad mínima exigida), tuvieron una presencia testimonial en la prueba.
Finalmente compitieron tres locomotoras, la "The Rocket" de George y Robert Stephenson (padre e hijo), la "Sans Pareil" de Timothy Hackworth y la "Novelty" del sueco John Ericsson y del británico John Braithwaite. La ganadora fue la "Rocket" porque sus rivales no consiguieron terminar la prueba por avería en las máquinas, como la "Sans Pareil" que tenía un cilindro defectuoso construido en los talleres de Stephenson. A pesar de esta anomalía, la "Sans Pareil" fue más rápida que sus competidoras. De esta manera la "Rocket" pasó a la historia no por ser la primera o la mejor, sino por ganar las pruebas de Rainhill.
Fue la primera locomotora moderna de vapor que introdujo varias innovaciones, que luego fueron empleadas en casi todas las locomotoras construidas desde entonces. Así, empleaba una caldera multitubular, que fue idea de Henry Booth, mucho más eficaz para transferir el calor de los gases de la combustión al agua. Las calderas anteriores consistían en una sola tubería rodeada de agua. También utilizaba una tobera de salida del vapor de escape para crear un vacío parcial que tirara del aire que alimentaba el fuego.
Forma básica thumb|Dos locomotoras de vapor. Pintada en verde, la máquina número 3 seccionada por el otro lado. thumb|Corte de locomotora Beyer Peacock de 1873.
La locomotora de vapor emplea una caldera horizontal cilíndrica con el hogar en la parte posterior, parcialmente dentro de la cabina que protege a los operarios de las inclemencias meteorológicas. El hogar es el lugar donde se quema el combustible. Está formado por cuatro paredes laterales y un techo al que se denomina cielo. En la base se encuentra la parrilla o quemador, sobre el que se deposita el combustible, y bajo la parrilla, una caja para recoger las cenizas o cenicero y la boca por la que entra el aire para la combustión. Los humos del hogar salen por una serie de tubos situados longitudinalmente dentro de la caldera y rodeados de agua, a la que transmiten el calor. El conjunto de tubos se denomina haz tubular, y algunos de mayor diámetro contienen en su interior otros más finos por los que discurre vapor para ser recalentado y aumentar así la potencia de la locomotora. En la parte frontal de la caldera se encuentra la caja de humos, a donde va a parar el humo tras haber pasado por los tubos del haz, antes de salir por la chimenea, que sobresale en la parte superior. El vapor se recoge en la parte más alta de la caldera, bien sea a través de un tubo perforado, situado por encima del nivel del agua, o bien en un domo (cúpula en la parte superior). El vapor sale de la caldera a través de una válvula reguladora, conocida también como "regulador". thumb|La Aurrera es una locomotora de tipo Mogul (2-6-0T) fabricada en Mánchester, Reino Unido, en 1898. thumb|Así suena el silbato de la Aurrera. Cuando el regulador está abierto, el vapor se dirige por el tubo de admisión al motor. Allí entra en primer lugar en la denominada caja del vapor o capilla de la distribución, donde una pieza móvil, la corredera, al deslizarse alternativamente a uno y otro lado, hace que el vapor se dirija, a su vez, alternativamente a uno y otro lado del pistón dentro del cilindro del vapor, en el que entra a través de las lumbreras de admisión y tras expandirse, la propia corredera lo dirige hacia la lumbrera de escape. Esto ocasiona un movimiento alternativo de vaivén del pistón, a uno y otro lado, que acciona así la rueda motriz principal a través de una barra, también llamada vástago del pistón. Este vástago está guiado por una cruceta que impide que los esfuerzos laterales recaigan sobre el pistón. A la vez el vástago se articula con el pie de biela. Esta biela va conectada en el otro extremo a una clavija excéntrica en la rueda motriz principal, a la que hace girar mediante un movimiento de manivela. La corredera, auténtica válvula de distribución del vapor en el motor, se acciona a través de un conjunto de barras articuladas: el mecanismo de accionamiento de la distribución del vapor, que es ajustable para controlar el sentido de la marcha y el corte de la admisión. El punto de corte de la admisión del vapor determina durante qué proporción del recorrido del pistón se admite vapor dentro del cilindro. Así, por ejemplo, un punto de corte al 50% indica que se admite vapor solo durante la mitad del recorrido del pistón. Durante el resto del recorrido, el pistón resulta impulsado por la fuerza expansiva del vapor que quedó dentro del cilindro. Un uso inteligente del corte de la admisión ahorra vapor y, por lo tanto, también combustible y agua. El corte de la admisión se controla desde la cabina por medio de la palanca inversora, que también sirve para cambiar el sentido de la marcha y que desempeña, en cierto modo, una función análoga a la palanca de cambios de un automóvil.
thumb|Corte del cilindro en la misma locomotora Beyer Peacock.
El vapor que escapa del cilindro después de haber impulsado el pistón, va a la caja de humos, donde se libera a través de una boquilla o tobera enfocada a la chimenea, por donde sale junto con el humo, creando un vacío al salir, que favorece el tiro del hogar. Las ráfagas sucesivas del vapor de escape son las que producen el característico sonido "chuf, chuf" de las locomotoras de vapor. Una locomotora de vapor posee normalmente dos cilindros, uno a cada lado. Las hay también que disponen de tres y de cuatro. Los cilindros actúan por parejas, existiendo un desfase de 90 grados entre el accionamiento de la rueda motriz de un lado y su homóloga del lado opuesto, proporcionando cuatro golpes de potencia en cada revolución de las ruedas. Las ruedas de la tracción están conectadas en cada lado por barras de conexión o de acoplamiento que transmiten la fuerza desde la rueda motriz principal a las otras ruedas motrices, a las que también se denomina ruedas acopladas. En las de tres cilindros, uno de ellos va en posición central, bajo la caldera, y su biela acciona uno de los ejes motrices, que ha de tener forma de cigüeñal.
La caldera descansa sobre un armazón denominado bastidor o chasis, en el que se montan también los cilindros y que a su vez descansa sobre los ejes. Los ejes motrices se montan sobre cojinetes que pueden desplazarse arriba y abajo en el bastidor. Están conectados a él por medio de ballestas o, menos frecuentemente, por suspensiones de muelles, que permiten a los ejes cierto grado de movimiento independiente para suavizar el efecto de los altibajos de la vía. Muchas locomotoras tienen carretones de cabeza o de cola denominados bogies, que son unos ensamblados de dos ejes y cuatro ruedas con su propio chasis y suspensión, que soportan el cuerpo principal de un vagón o una locomotora en cada uno de sus extremos, y permiten un cierto grado de rotación en torno a un eje vertical, para facilitar así el tránsito del vagón o locomotora por las curvas.
Cuando el bogie está formado por un solo eje, se denomina bisel, porque su invención se atribuye al estadounidense Levi Bissell en 1857. En las locomotoras medianas se utilizó un bisel delantero y en las más grandes un bogie de dos ejes. En la parte trasera era más frecuente montar un bisel que un bogie porque dejaba más espacio para el cenicero.
La mayoría de las locomotoras van acopladas a un ténder, que transporta el agua y el combustible; pero otras llevan el combustible y el agua directamente en la propia máquina, llamadas locomotoras tanque, por los prominentes tanques para el agua en la parte superior o más comúnmente en los costados de la caldera. El agua de los tanques es llevada a la caldera mediante un flujo en tubería que permite recircular el agua del tanque a la caldera .
Desde sus comienzos, el combustible predominante fue el carbón, aunque también se usó la madera en zonas rurales y en empresas madereras. El bagazo que queda después de extraer el jugo de la caña de azúcar se empleó en las empresas dedicadas al cultivo y obtención del azúcar de caña. Cuando el petróleo comenzó a utilizarse de forma habitual, se empleó el fuel oil en las locomotoras de algunas zonas.
Una locomotora de vapor se maneja con un equipo de dos personas. Una, el maquinista, que es responsable de controlar la locomotora y el tren en su conjunto; la otra, el fogonero, responsable del fuego, la presión y el agua.
Otros detalles del corte didáctico de la locomotora Beyer Peacock & Company de 1873. Mánchester, Science and Industry Museum.
Dispositivos adicionales
thumb|550px|Esquema de una locomotora de vapor.1. Hogar 2. Cenicero 3. Agua (interior de la caldera)