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Una caldera multitubular horizontal , cañonera o de tipo lancha [1] es un tipo de caldera de vapor pequeña . Consiste en una carcasa cilíndrica horizontal con un horno cilíndrico y tubos de humos en su interior.
Su nombre deriva del uso popular que se le dio a la caldera en una época para pequeños yates de vapor y lanchas . También se han utilizado en algunos de los primeros destructores de torpederos navales .
El horno cilíndrico o caja de fuego encaja completamente dentro de la carcasa exterior de la caldera. A diferencia de la caldera de locomotora , no hay una rejilla de la caja de fuego que emerja debajo de la caldera principal. La caldera tiene similitudes con la caldera de locomotora (los múltiples tubos de fuego pequeños) y la caldera marina escocesa (el horno cilíndrico corto). Como caldera de tubos de fuego, tiene un área de calentamiento generosa y, por lo tanto, es un vaporizador eficaz. La construcción de la caja de fuego también es más simple, por lo tanto más barata, que la de la caja de fuego de la locomotora. Como el horno circular es en gran parte autoportante contra la presión de la caldera, no requirió los extensos y costosos soportes de la caldera de locomotora. Esto también permitió que la caldera se hiciera con una junta atornillada en la carcasa exterior y, por lo tanto, todo el horno y el nido de tubos se pudieran retirar para inspección y mantenimiento.
Sin embargo, la caja de fuego tiene un tamaño limitado y, a diferencia de la caldera de la locomotora, no puede expandirse más allá del tamaño de la carcasa de la caldera. Esto limita la producción sostenida que es posible. [2] La parrilla y el cenicero también tienen un tamaño limitado, la parrilla es un conjunto de barras que atraviesan parcialmente el tubo del horno y el cenicero el espacio restringido debajo de este. Estas características limitan la capacidad de la caldera para quemar carbón bituminoso duro y requieren un suministro de carbón de vapor galés o similar. La combustión con combustibles de madera o biomasa era difícil. La capacidad de la caja de fuego está restringida aún más por el espacio utilizado para el cenicero y también por el horno de secado. [2] El pequeño cenicero también restringe su capacidad para producir vapor durante períodos prolongados.
Una desventaja de la caldera era el gran diámetro del horno en relación con la carcasa de la caldera y, por lo tanto, el pequeño espacio para el vapor sobre la corona del horno. Esto hacía que las calderas fueran propensas a cebarse , especialmente en mar agitado, donde el agua podía ser arrastrada hacia la tubería de vapor.
Un peligro más grave era la reserva limitada del nivel del agua, que sólo tenía que bajar un poco debido a la falta de atención antes de que la corona del horno quedara expuesta, con el probable sobrecalentamiento y el riesgo de explosión de la caldera. La caldera era segura cuando se encendía correctamente, pero no podía dejarse desatendida. Estas restricciones del nivel del agua se volvían aún más problemáticas cuando la caldera se inclinaba, incluso en una pendiente mínima. Se ha atribuido a esta causa una tasa de desgaste inusual y una cantidad inusual de hornos de repuesto suministrados para las locomotoras Heywood. [2]
La caldera alcanzó cierta popularidad en Europa continental como caldera para pequeños motores portátiles . En Estados Unidos se construyó una caldera similar, pero con tubos de retorno de humos, llamada caldera Huber .
Para reducir las limitaciones del horno pequeño, se desarrolló una forma más grande. El área de la carcasa de la caldera junto al horno se agrandó en diámetro, pero permaneció circular. Esto permitió que se instalara un horno de mayor diámetro. La sección de la carcasa que corresponde a la caja de fuego se desplazó hacia abajo, de modo que el nido de tubos de la parte superior del horno se encontraba en la parte más baja, llena de agua, de la carcasa. Como las placas seguían siendo cilíndricas, no necesitaban soportes, pero es posible que hubiera algunos soportes de varilla pequeños para sostener la parte plana de la placa de garganta entre las dos secciones de la carcasa. [3]
Este diseño de caldera se utilizó para motores semiportátiles a partir de la década de 1860. Como la parrilla más ancha permitía la quema de combustibles pobres, como paja o desechos de caña de azúcar, se prefería para uso agrícola y era ampliamente conocido como el tipo "colonial". Marshalls construyó muchas de estas y patentó el diseño como su caja de fuego "Britannia". [4] También se ofreció en una forma alargada como un horno para quemar leña, particularmente para su uso en Australia y África, donde se talaban tierras forestales para la agricultura. [5]
Las calderas de lanzamiento completamente circulares (en lugar de las calderas de locomotoras) no se usaban mucho en Gran Bretaña, donde abundaba el carbón, aparte de estos tipos agrandados. A veces se las conocía como calderas "marinas", aunque esta forma agrandada no era la preferida para uso marítimo debido a su centro de gravedad elevado.
La caja de fuego circular ampliada también fue utilizada por WG Bagnall para locomotoras de vía estrecha, a partir de 1890. [3]
Una de las últimas locomotoras de vapor industriales de vía estrecha que se construyó para su uso en el Reino Unido fue la Monarch , una locomotora articulada construida para un ferrocarril industrial en Kent en 1953. Esta fue una de un lote construido para ferrocarriles de plantaciones de azúcar de 2 pies en Sudáfrica, aunque es un poco más grande, con 2 pies 6 pulgadas en sí misma. Estas estaban articuladas al diseño Meyer modificado de Bagnall . La locomotora Meyer original usaba dos bogies articulados debajo de un bastidor de locomotora de tanque que transportaba la caldera y los tanques de agua. Esto limitaba el espacio disponible para la caja de fuego, una desventaja que se podía evitar, para locomotoras pequeñas, mediante el uso de la caldera de Bagnall con una caja de fuego circular completamente sobre los bastidores.
Las calderas de tipo lanzamiento rara vez se usaron para locomotoras de ferrocarril , aunque fueron utilizadas notablemente por Sir Arthur Heywood a partir de 1874 para sus ferrocarriles de ancho mínimo de 15 pulgadas ( 381 mm ) en Duffield Bank y Eaton Hall . [6]
Otros ferrocarriles de ancho mínimo, en particular los ferrocarriles de ancho de 18 pulgadas ( 457 mm ) de Crewe , Horwich y la fábrica de cerveza Guinness en Dublín, también utilizaban calderas de tipo lanzamiento, debido al espacio limitado entre los bastidores para una caja de fuego convencional.
Una limitación de este diseño para las locomotoras de vapor era la necesidad de colocar el fuego, la parrilla y el cenicero dentro del tubo circular del horno. Esto limitaba la superficie de calentamiento radiativo del horno y, por lo tanto, la potencia inmediata de la caldera para generar vapor. Se observó que tardaban más en encenderse cuando estaban frías que las convencionales. [7] Como el espacio del cenicero debajo de la parrilla era pequeño, las locomotoras solo podían funcionar durante un corto tiempo antes de tener que vaciarlo. En una línea principal, esto habría requerido regresar al depósito de locomotoras. [3] En las líneas pequeñas de vía estrecha de los contratistas, la ceniza simplemente se arrojaba donde fuera conveniente, por lo que esto era un inconveniente mucho menor.
En 1888, la fábrica de locomotoras Hohenzollern entregó las dos primeras locomotoras de vía estrecha de 600 mm ( 1 pie 11 pulgadas ).+5 ⁄ 8 in)LocomotorasFeldbahnejército prusiano. Estas utilizaban un desarrollo cónico de la caldera de lanzamiento. Una placa posterior de diámetro agrandado y una placa de tubos de caja de humos muy reducida se ajustaron en una carcasa cónica pronunciada. Esto se instaló con el borde superior[i]del cono horizontal. El propósito de la forma cónica era aumentar la profundidad del agua sobre el horno, la parte más caliente de la superficie de evaporación. El horno y los tubos se movieron a la parte inferior de la carcasa, con los tubos corriendo hacia arriba paralelos al borde inferior del cono. Una dificultad fue la falta de espacio para vapor de la caldera, lo que requirió una cúpula agrandada, de casi tanta capacidad como la carcasa principal.[8]Como una de las principales virtudes de la caldera de lanzamiento es la simplicidad de su construcción, laminar una carcasa cónica y colocar una cúpula grande representó un aumento considerable en su complejidad y costo.
Estas locomotoras y sus calderas fueron un completo fracaso. Eran demasiado pequeñas y no tenían suficiente potencia para la tarea, con ruedas diminutas propensas a descarrilarse en vías irregulares y (para la primera locomotora 2-2-2) una adherencia limitada por parte de su único conductor. A pesar de haber sido construidas algunos años después de Heywood y de la publicación de su Minimum Gauge Railways , ignoraron casi todos los principios de Heywood. Las calderas carecían de capacidad de evaporación y no podían soportar un funcionamiento sostenido. [8]
Una gran caldera tipo lanzadera con un horno corrugado , descrita como caldera Lentz , se instaló en la primera locomotora eléctrica de vapor Heilmann, ' La Fusée Electrique ', de 1890. [9] El diseño de la caldera era de origen alemán. Una caldera similar, la 'Vanderbilt', se utilizó en los EE. UU. [10]
El ferrocarril de Lancashire y Yorkshire sufrió problemas con los tirantes de la caja de fuego , lo que provocó una explosión de la caldera con una 0-8-0 'Clase 30' cerca de Knottingley en 1901 [11] [12] Su ingeniero mecánico jefe Henry Hoy , trató de evitar por completo los problemas de la caja de fuego con tirantes y, por lo tanto, desarrolló una caldera y una caja de fuego alternativas. Esta utilizaba un horno tubular corrugado y una caja de fuego exterior cilíndrica, como para el Lentz. [10] Estos hornos corrugados ya se usaban ampliamente a nivel local, con las calderas estacionarias Lancashire y Galloway de las fábricas de algodón de Lancashire y los fabricantes locales ya tenían varios diseños disponibles. El horno también era de acero, en lugar del cobre utilizado para las cajas de fuego en ese momento. [10] La participación de Hoy fue irónica, ya que una de las principales causas del accidente original había sido la invención de Hoy de una nueva aleación de latón para los tirantes de la caja de fuego, una aleación inelástica que resultó tener serios inconvenientes. [12] [13] En 1903 se reconstruyó una locomotora Clase 30, de 396 litros , y se construyeron otras 20 nuevas con esta caldera. [12]
Las calderas presentaban una serie de inconvenientes durante su funcionamiento. Se calentaban lentamente después de encenderse y el espacio limitado del cenicero limitaba su tiempo de funcionamiento fuera del cobertizo. Ambos problemas se debían a que la zona de calentamiento del horno estaba en gran parte protegida por la rejilla que lo cubría. Se ha sugerido que habrían tenido más éxito con el encendido por fueloil, [ii] ya que esto habría permitido utilizar todo el diámetro del horno y habría evitado la acumulación de cenizas. [7]
El nuevo diseño de la caldera no duró mucho en servicio y las locomotoras fueron reconstruidas con calderas convencionales después de diez años. [iii] [12] El sucesor de Hoy, George Hughes , describió estas calderas desfavorablemente en documentos leídos en el I. Mech E. [14] [15]
La única locomotora de la clase E de NZR de 1906 fue una Mallet articulada 2-6-6-0T experimental de Vauclain , diseñada para trabajar en la pendiente de Rimutaka . La combinación de componentes alentó la elección de la presión de caldera, entonces notablemente alta, de 200 psi (14 bar; 1400 kPa), que requería una construcción de caja de fuego resistente. El delineante jefe de NZR, GA Pearson, eligió un diseño de horno corrugado en una caldera cónica, similar a la Vanderbilt.
lanzamiento, una carcasa cilíndrica con una caja de fuego cilíndrica terminada en tubos. Este modelo de caldera, aunque proporciona una superficie de calentamiento menor para su tamaño que una de diseño de locomotora común, tiene el gran mérito de no tener una caja de fuego que sobresalga por debajo del cañón, lo que permite que el saliente del bastidor más allá de la distancia entre ejes se iguale en cada extremo, una cuestión de primera importancia en las locomotoras de tanque pequeñas. Su bajo costo inicial y la facilidad con la que se puede mantener en orden son ventajas adicionales. Estaba tan satisfecho con el funcionamiento que en las cuatro calderas que diseñé desde entonces para mis locomotoras me he adherido al plan original, que fue copiado de algunas máquinas de maniobras hechas por el Sr. Ramsbottom para el Ferrocarril de Londres y Noroeste. Llego a pensar que, sin deshacerse de una caja de fuego que pende, no se puede construir una máquina de tanque realmente satisfactoria para un ferrocarril de vía pequeña a menos que se introduzcan ruedas locas, un procedimiento que no se puede desaprobar demasiado. Los gradientes, que son casi invariablemente concomitantes de estas pequeñas líneas, hacen esencial que se utilice todo el peso disponible para la adhesión.
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