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Una caldera vertical con tubos de humos horizontales es un tipo de caldera vertical pequeña , utilizada para generar vapor para maquinaria pequeña. Se caracteriza por tener muchos tubos de humos estrechos , que discurren horizontalmente.
Calderas como ésta han sido ampliamente utilizadas en barcos como calderas auxiliares o de apoyo . [i] Ejemplos más pequeños, particularmente el tipo Robertson, se han utilizado para vagones de vapor .
Las calderas de tubos paralelos disponen todos sus tubos de humos en un único grupo paralelo, que corre de un lado al otro de la carcasa de la caldera. El diseño más conocido es el de Cochran.
La caldera Cochran fue fabricada por Cochran & Co. de Annan , Escocia. [2] Se utiliza ampliamente en la práctica marina, ya sea alimentada directamente con carbón o combustibles de petróleo, o bien utilizada para la recuperación de calor del escape de grandes motores diésel. [3] Cuando una caldera de este tipo puede calentarse ya sea con los gases de escape de la planta de propulsión principal, o bien encenderse por separado cuando está en el puerto (generalmente con petróleo en lugar de carbón), se la denomina caldera compuesta . [4]
La caldera es un tambor cilíndrico vertical para agua con una parte superior abovedada hemisférica . Esta forma abovedada es lo suficientemente resistente como para no requerir sujeción . La caja de fuego es otra cúpula hemisférica, remachada al anillo de cimentación de la base para crear un espacio angosto para el agua.
Los tubos de humos están dispuestos en un único grupo horizontal por encima de éste, montados entre dos placas verticales planas que están insertadas en el cuerpo de la caldera. La primera de estas placas forma una cámara de combustión poco profunda y está conectada a la caja de fuego por un cuello diagonal corto. La cámara de combustión tiene forma de "parte posterior seca" y está cerrada por una placa de acero y ladrillo refractario, en lugar de una camisa de agua. El escape de los tubos de humos se realiza en una caja de humos externa y un conducto de humos vertical . Para el acceso de mantenimiento a los tubos, se proporciona una boca de acceso en la cúpula hemisférica.
Una caldera Cochran típica, como se ilustra, [5] podría tener 15 pies (4,57 m) de alto y 7 pies (2,13 m) de diámetro, lo que da una superficie de calentamiento de 500 pies cuadrados (46,45 m 2 ), y un área de rejilla de 24 pies cuadrados (2,23 m 2 ). La presión de trabajo está entre 100 y 125 psi (6,9 y 8,6 bar; 690 y 860 kPa).
Cuando se utiliza la combustión compuesta, [4] existen varias disposiciones posibles para los gases de calentamiento. [6] La mayoría utiliza una disposición de tubos de doble paso donde otra cámara de combustión trasera seca dirige los gases desde un banco de tubos para que regresen a través del otro. Algunas disposiciones utilizan un banco de tubos separado para los gases de escape de recuperación de calor o los gases de combustión directa, otros pasan los gases de escape a la parte superior de la caja de fuego (apagada). Una caldera de recuperación de calor pura puede no tener caja de fuego en absoluto, excepto una placa abovedada poco profunda para mayor resistencia. [6]
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Cochran también ofrece un tubo de humos "Sinuflo" modificado , que se afirma que ofrece una mejor transferencia de calor de los gases. Este tubo está curvado en una serie de ondas sinusoidales horizontales, en lugar de ser recto. [6]
La caldera Cochran no se aplicó a las locomotoras, sino que se utilizó para un par de motores de vapor experimentales construidos para la GNSR por Andrew Barclay en 1905. [7] Estos no tuvieron éxito y se desecharon después de unos años, aunque una carrocería sobrevive en mal estado. [8]
La caldera Clarke Chapman es similar al tipo Cochran, con la diferencia de que la parte superior de la carcasa de la caldera es una cúpula poco profunda en lugar de una semiesfera. Esta forma de cúpula sigue siendo lo suficientemente fuerte como para soportar la presión, pero ahora hay una esquina aguda entre la carcasa y la placa superior. Esta esquina requiere el apoyo de tirantes de refuerzo .
Las calderas Clarke Chapman se fabrican tanto en versión "seca" (como la Cochran) como "húmeda". [9] La versión "húmeda" o "Victoria" [10] (ilustrada) tiene la cámara de combustión completamente rodeada de agua. Esto aumenta la superficie de calentamiento y reduce la pérdida de calor, pero también hace que la caldera sea más compleja de fabricar y dificulta la limpieza de los tubos.
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Las calderas de tubos radiales horizontales evitan la placa tubular plana de la caldera Cochran en favor de una caja de fuego circular, una forma que resiste mejor la presión. Tienen así sus tubos dispuestos radialmente, de modo que se asientan más fácilmente entrando en la caja de fuego perpendicularmente a la placa.
El diseño de Robertson de Fleetwood , Lancashire, se utilizó originalmente en vagones de vapor . Se utilizaba a menudo en situaciones similares a la caldera Sentinel , pero tiene tubos de humo en lugar de tubos de agua. Es más conocida por su popularidad en la ingeniería de modelos , como una caldera multitubular relativamente fácil de construir.
La caldera consta de dos tambores concéntricos con un espacio de agua entre ellos. Los tubos de humo pasan a través de este tambor, dispuestos simétricamente alrededor del diámetro. Toda la caldera está envuelta en una caja de humo cilíndrica. La parte superior del tambor interior no está encamisada con agua y solo está cerrada por una placa de acero. El tambor exterior es un cilindro paralelo, pero el tambor interior suele estar escalonado en tres diámetros: ancho alrededor de la rejilla de fuego para proporcionar la mayor superficie de rejilla y promover una ebullición rápida en su camisa de agua, la sección central lleva los extremos internos de los tubos de humo, y la sección superior se estrecha para reducir el área de superficie sin camisa y proporcionar un espacio de vapor abierto por encima de la línea de flotación. [9] [11] Este espacio superior está deliberadamente sobredimensionado para que, cuando se instale en un vehículo de carretera, cualquier inclinación durante la subida de una colina aún deje una profundidad adecuada de cobertura de agua sobre los tubos.
La placa superior no tiene revestimiento para que pueda contener una trampilla y un conducto de encendido. Cuando la caldera se utiliza para vagones de vapor, a menudo se enciende con coque con un lecho de fuego profundo, y el coque simplemente se vierte por este conducto en lugar de distribuirlo con cuidado. Este medio de encendido es aceptable con el coque, pero con el carbón daría lugar a un fuego espeso y apagado que se bloquearía con clínker . También distrae menos cuando se intenta conducir un vehículo de vapor. Evitar el carbón también reduce el riesgo de que se produzcan llamaradas de gases volátiles por el conducto de encendido cuando se abre.
La caldera a veces se sobrecalienta mediante un elemento semirradiante dispuesto como una bobina dentro de la parte superior del tambor central. [11]
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La caldera Blake tiene características de los diseños de Clarke Chapman y Robertson. La cámara de combustión está situada completamente dentro del espacio de agua para que toda ella pueda proporcionar superficie de calentamiento, y es cilíndrica para mayor resistencia. Los tubos están dispuestos radialmente en lugar de en un grupo paralelo, de modo que ingresan a la cámara de combustión perpendicularmente. Esto hace que la expansión de sus extremos sea una operación más sencilla y brinda un mejor sellado. La caja de humo es más grande y envuelve parcialmente el exterior del tambor de la caldera. [12]
La caldera "Economic" de Harris [13] es un diseño de caldera de tamaño industrial . Es similar a la de Blake, pero simétrica, con una cámara de combustión ubicada en el centro y tubos de humos alrededor de toda la circunferencia.
Riley Brothers de Stockton-on-Tees también produjo calderas similares, tanto pirotubulares según la «patente de Meredith» como acuotubulares de diseño propio, desde aproximadamente 1890 hasta la Primera Guerra Mundial. [14]
