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Una caldera pirotubular vertical o caldera multitubular vertical es una caldera vertical donde la superficie de calentamiento está compuesta por múltiples tubos de fuego pequeños , dispuestos verticalmente. [1]
Estas calderas no eran comunes debido a los inconvenientes que presentaba el desgaste excesivo durante el servicio. La forma más común de caldera vertical, [2] que era muy similar en apariencia externa, utilizaba en cambio un solo conducto de humos y tubos transversales llenos de agua . Otra forma utilizaba tubos de humos horizontales , incluso cuando esto añadía complejidad, como la caldera Cochran .
Cuando se requería una capacidad de evaporación alta y sostenida (es decir, potencia), se utilizaban tubos verticales, pero rara vez. Estos casos se aplicaban principalmente a locomotoras, ya fueran locomotoras de ferrocarril o vagones de vapor para carretera .
En cualquier caldera, uno de los lugares más propensos a que se produzcan pérdidas de calor en los tubos y las placas es alrededor del nivel del agua, donde la agitación y la ebullición son más activas. Esto es particularmente así cuando este nivel también es parte de la superficie calentada, donde la ebullición es más intensa (los diseños de calderas acuotubulares también intentan sumergir su superficie calentada directamente debajo del nivel del agua, por la misma razón).
En este diseño de caldera, la zona de erosión afectada se encuentra a mitad de camino de los tubos de humos. Aunque estos tubos suelen estar diseñados para poder reemplazarse fácilmente, [nota 1] su vida útil es relativamente corta.
Los tubos de humo horizontales son, por lo demás, más eficientes que los verticales. [3] Por esa razón, y para evitar los problemas de erosión de los tubos con los tubos verticales expuestos, muchas de las calderas verticales multitubulares se dispusieron con los tubos en posición horizontal. Estos podían ser en hileras paralelas, como la caldera Cochran , o radiales, como la Robertson .
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Para evitar el problema de los tubos de humos expuestos por encima del nivel del agua, se puede utilizar la caldera multitubular sumergida . La carcasa superior de la caldera se extiende hacia arriba en un anillo anular, de modo que siempre se mantenga sumergida toda la longitud de los tubos. Se utiliza en vagones de vapor y similares, donde el nivel del agua puede verse alterado cuando el vehículo sube una colina.
Los relativamente raros vagones de vapor Fowler usaban una caldera de esta forma. [4] El cañón principal de la caldera contenía un nido de tubos de humos curvados entre la caja de fuego sin tirantes y un gran espacio abierto que formaba una caja de humos que contenía un sobrecalentador de tubos en espiral de cinco vueltas . Ambas placas de tubos estaban abovedadas hacia adentro, lo que las hacía lo suficientemente fuertes como para no requerir tirantes. Los tubos de humos estaban curvados para "provocar remolinos en los gases calientes a medida que suben", [4] para permitir la libre expansión con el calor y también para permitir una unión perpendicular entre el tubo y la placa de tubos.
Una correa externa de una placa de canal remachada alrededor del exterior de la carcasa a nivel de la placa de tubos superior formaba un espacio adicional para vapor y agua, conectado por debajo del nivel del agua mediante orificios perforados a través de la carcasa. El nivel de agua de funcionamiento de la caldera siempre se mantenía dentro de este espacio de la correa, manteniendo los tubos completamente sumergidos. [4] Las desventajas de este sistema eran que el área de la superficie del agua se reducía, lo que generaba un mayor riesgo de cebado y también la necesidad de mantener cuidadosamente el nivel de agua de la caldera; la relación entre el volumen y la altura se hacía más pequeña en la región de la correa, y un cambio relativamente pequeño en el volumen de agua producía un gran cambio en el nivel.
Un enfoque similar puede verse en el bulto superior alrededor de la caldera vertical del motor ferroviario GWR reconstruido . [5]
Este diseño también se ha sugerido para su uso en ingeniería de modelos . [6] En este caso, la correa se formó dentro de la carcasa de la caldera, con una placa tubular de diámetro reducido colocada en su interior.
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Algunos automóviles de vapor , incluidos el Stanley y el Chelmsford, [7] utilizaban calderas verticales de múltiples tubos, siendo particularmente conocido el diseño de Stanley [8] .
La caldera Stanley está construida con una carcasa de tubo de cobre sin costura, 13+1 ⁄ 2 pulgadas (340 mm) de diámetro y 1 ⁄ 16 pulgadas (1,6 mm) de espesor. Los numerosos tubos de 1 ⁄ 2 pulgada (13 mm) están densamente empaquetados, dejando un volumen de agua muy pequeño entre ellos y una alta relación de superficie de calentamiento a volumen, para una rápida generación de vapor. La construcción de la caldera es inusual, ya que las placas de tubos de acero simplemente se mantienen en su lugar por fricción y los tubos solo se expanden ligeramente en ellas con una deriva cónica. Alrededor del exterior de la carcasa de la caldera hay tres anillos de acero termorretráctiles, cuya tensión de compresión retiene la placa de tubos. Para mayor resistencia, la carcasa de la caldera está envuelta en una capa helicoidal de alambre de piano . Como la caldera se enciende con un quemador de combustible líquido plano, no se requiere una caja de fuego cerrada.
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