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La caja de fuego Belpaire es un tipo de caja de fuego que se utiliza en las locomotoras de vapor . Fue inventada por Alfred Belpaire de Bélgica en 1864. Hoy en día, generalmente se refiere a la forma de la carcasa exterior de la caja de fuego, que es aproximadamente plana en la parte superior y cuadrada en la sección transversal, indicada por las crestas longitudinales en los lados superiores. Sin embargo, es la caja de fuego interior de sección transversal cuadrada similar la que proporciona las principales ventajas de este diseño, es decir, tiene una mayor área de superficie en la parte superior de la caja de fuego donde el calor es mayor, lo que mejora la transferencia de calor y la producción de vapor, en comparación con una forma de parte superior redondeada .
La parte superior plana de la caja de fuego dificultaría su sujeción contra la presión (por ejemplo, mediante vigas o tirantes) en comparación con una caja de fuego de tapa redonda. Sin embargo, el uso de una carcasa exterior de caldera cuadrada de forma similar permite utilizar tirantes perpendiculares más simples entre las carcasas. [1] La caja de fuego exterior Belpaire es, sin embargo, más complicada y costosa de fabricar que una versión de tapa redonda.
Debido al mayor gasto que implicaba la fabricación de esta carcasa de caldera, solo dos importantes ferrocarriles estadounidenses adoptaron la caja de fuego Belpaire: la Pennsylvania y la Great Northern. [2] En Gran Bretaña, la mayoría de las locomotoras emplearon el diseño después de la década de 1920, excepto notablemente las de LNER .
En las calderas de vapor, la cámara de combustión está revestida por una camisa de agua en cinco lados (delante, atrás, izquierda, derecha y superior) para garantizar la máxima transferencia de calor al agua. Se utilizan soportes para soportar las superficies contra la alta presión entre la pared exterior y la pared interior de la cámara de combustión, y parcialmente para conducir el calor hacia el interior de la caldera. [3]
En muchos diseños de calderas, la parte superior de la caldera es cilíndrica por encima de la caja de fuego, coincidiendo con el contorno del resto de la caldera y resistiendo naturalmente la presión de la caldera con mayor facilidad. En el diseño de Belpaire, las láminas de la pared superior exterior de la caldera son aproximadamente paralelas a las láminas planas de la caja de fuego superior, lo que le da una forma más cuadrada. La ventaja era una mayor superficie para la evaporación y una menor susceptibilidad al cebado (formación de espuma), lo que implica que el agua entre en los cilindros, en comparación con el estrecho espacio superior de una caldera cilíndrica clásica. Esto permitió a GJ Churchward , el ingeniero mecánico jefe del Great Western Railway , prescindir de una cúpula de vapor para recoger el vapor. Churchward también mejoró el diseño de Belpaire, maximizando el flujo de agua en un tamaño determinado de caldera al estrechar la caja de fuego y el cañón de la caldera hacia afuera hasta el área de mayor producción de vapor en la parte delantera de la caja de fuego.
La forma del hogar Belpaire también permite una colocación más fácil de los soportes de la caldera , ya que están en ángulo recto con las chapas.
A pesar de estas supuestas ventajas, otras calderas de locomotoras como las LNER Engine Pacific tenían cajas de fuego interiores de parte superior plana con carcasas exteriores de parte superior redondeada y con un rendimiento térmico tan bueno como el tipo Belpaire, sin sufrir grandes problemas de permanencia entre carcasas.
En los EE. UU., la caja de fuego Belpaire fue introducida alrededor de 1882 o 1883 por RPC Sanderson, quien en ese momento trabajaba para Shenandoah Valley Railroad (esencialmente una subsidiaria de Pennsylvania Railroad , ya que compartían el mismo respaldo financiero de EW Clark & Co. ). Sanderson era un inglés (posteriormente naturalizado como ciudadano estadounidense) que había obtenido su título de ingeniero en Cassel, Alemania , en 1875.
Después de haber obtenido conocimiento de un tipo especial de caldera de locomotora (la Belpaire), Sanderson le escribió a un viejo conocido de sus días universitarios que estaba trabajando en la fábrica de locomotoras Henschel en Cassel. Le envió a Sanderson un calco de la última caldera Belpaire de Henschel. Cuando se le mostró el diseño, Charles Blackwell , superintendente de fuerza motriz para el ferrocarril del valle de Shenandoah , quedó muy satisfecho con el diseño y realizó un pedido a Baldwin and Grant Locomotive Works para dos locomotoras de pasajeros, posteriormente numeradas 94 y 95, y cinco locomotoras de carga, posteriormente numeradas 56, 57, 58, 59 y 60. Eso marcó el comienzo del uso de la caldera de locomotora de tipo Belpaire en los Estados Unidos. [4] El ferrocarril de Pensilvania utilizó cajas de fuego Belpaire en casi todas sus locomotoras de vapor. La distintiva forma cuadrada del revestimiento de la caldera en el extremo de la caja de fuego de las locomotoras prácticamente se convirtió en una marca registrada de "Pennsy", ya que, de lo contrario, solo la Great Northern utilizaba cajas de fuego Belpaire en cantidades significativas en los EE. UU.
