Caldera vertical

Una caldera vertical es un tipo de caldera pirotubular o acuotubular en la que el cuerpo de la caldera está orientado verticalmente en lugar de la orientación horizontal más común. Las calderas verticales se utilizaban para una variedad de vehículos a vapor y otras máquinas móviles, incluidas las primeras locomotoras de vapor .

Consideraciones de diseño

Disposiciones de tubos

Se han utilizado muchos tipos diferentes de tubos. Algunos ejemplos son:

Tubos de fuego

Tubos de agua

Ventajas

Las principales ventajas de una caldera vertical son:

Tamaño reducido: cuando las limitaciones de ancho y largo son críticas, el uso de una caldera vertical permite el diseño de una máquina más pequeña.
Tolerancia del nivel de agua: el nivel de agua en una caldera horizontal debe mantenerse por encima de la corona (parte superior) de la caja de fuego en todo momento, o la placa de corona podría sobrecalentarse y doblarse, causando una explosión de la caldera . Para una aplicación en un vehículo que se espera que atraviese colinas, como una locomotora de ferrocarril o un vagón de vapor , mantener el nivel de agua correcto cuando el vehículo en sí no está nivelado es una tarea especializada y que ocupa gran parte del tiempo del bombero. En una caldera vertical, el agua se asienta toda en la parte superior de la caja de fuego, y la caldera tendría que tener muy poca agua antes de que una pendiente pudiera causar un riesgo al descubrir la parte superior de la caja de fuego.
Mantenimiento más sencillo (mayor): una caldera vertical suele estar montada sobre un bastidor en el vehículo, lo que permite un reemplazo sencillo. Las calderas horizontales, como las de las locomotoras de ferrocarril y los motores de tracción , forman parte integral del vehículo (el vehículo está literalmente construido alrededor de la caldera) y, por lo tanto, su reemplazo requiere el desmantelamiento de todo el vehículo.

Desventajas

Un tractor de vapor "Best" de 1905 con caldera vertical

Burro de vapor Empire (?) de 12 x 14 en el bosque de investigación Malcolm Knapp de la UBC , Maple Ridge, BC, Canadá

Tres barcos de vapor fluviales con calderas verticales

Las principales desventajas de una caldera vertical son:

Tamaño: los beneficios de un espacio reducido se ven comprometidos por la altura mucho mayor requerida. ^[1] La presencia de puentes limita la altura de los vehículos a vapor y esto, a su vez, restringe el tamaño (y, por lo tanto, la producción de vapor) de la caldera. ^[2]
Área de la rejilla: está limitada al espacio que ocupa la caldera, lo que restringe la cantidad de vapor que se puede producir. ^[2]
Tubos cortos: los tubos de la caldera deben ser cortos para minimizar la altura. Como resultado, gran parte del calor disponible se pierde a través de la chimenea, ya que esta tiene muy poco tiempo para calentar los tubos. ^[2]
Sedimentos: los sedimentos pueden depositarse en la placa del tubo inferior (la placa que se encuentra sobre la caja de fuego), aislando el agua del calor y permitiendo que la placa se queme. ^[2]

Aplicaciones

Locomotoras de ferrocarril

Varios fabricantes produjeron una cantidad significativa de locomotoras con caldera vertical. Entre ellas, cabe destacar:

Alexander Chaplin & Co. de Glasgow, que produjo una gama de productos industriales impulsados por vapor que incluían grúas de vapor, polipastos, locomotoras, motores de bombeo y bobinado, motores de cubierta de barco y aparatos de destilación de agua de mar. Entre 1860 y 1899, entregó 135 locomotoras de caldera vertical similares a la East London Harbour 0-4-0VB a clientes de todo el mundo. ^[3]
De Winton de Caernarfon , que produjo al menos 34 locomotoras de vía estrecha , principalmente para su uso en las canteras de pizarra de Gales . ^[4]
Sentinel Waggon Works de Shrewsbury , que fabricó una gran cantidad de vagones de maniobras utilizando sus calderas verticales de alta presión . Estas se utilizaron principalmente en ferrocarriles industriales en Gran Bretaña.
La sociedad anónima John Cockerill produjo 891 locomotoras de maniobras de ancho estándar entre 1867 y 1942 utilizando un diseño estándar con cinco tamaños. ^[5]

Camiones de vapor

Sentinel Waggon Works también produjo una gama de camiones de carretera ( vagones de vapor ) basados en sus calderas verticales de alta presión.

Tractores de vapor

La Best Manufacturing Company de San Leandro en California produjo una gama de tractores de vapor que utilizaban calderas verticales.

Rodillos de vapor

Algunos diseños de apisonadoras de vapor se apartaban del estilo convencional de motor de tracción con una caldera horizontal con un motor montado encima. Las apisonadoras con caldera vertical se construían alrededor de un chasis de estructura de vigas sustancial, con la caldera montada en una posición baja entre las apisonadoras delanteras y traseras. Estos diseños no eran comunes en el Reino Unido.

Burros de vapor

La forma tradicional del burro de vapor (como un torno móvil utilizado en la industria maderera) combinaba una caldera vertical con una máquina de vapor sobre una base rígida equipada con patines para su movilidad. Dado que el terreno que se atravesaría sería accidentado y rara vez llano, el diseño tolerante al nivel del agua de la caldera vertical era una opción obvia.

Palas de vapor y grúas

Los equipos de construcción, como las grúas de vapor y las palas mecánicas, utilizaban calderas verticales con buenos resultados. Sobre una base giratoria, el peso de la caldera ayudaba a contrarrestar la carga suspendida del balde de la pala o del brazo de la grúa, montados en el lado opuesto del pivote de la caldera. La huella compacta de la caldera permitía diseños más pequeños que los que habrían sido en el caso de un tipo horizontal, lo que permitía su uso en lugares de trabajo más pequeños; la altura adicional de una caldera vertical era menos crítica para una máquina generalmente tan alta.

Aplicaciones marinas

Algunos barcos de vapor , en particular los de menor tamaño, como las lanchas fluviales, se diseñaron en torno a una caldera vertical. El reducido tamaño de la caldera permitió diseños más pequeños y con mayor eficiencia de espacio, en los que menos superficie útil del buque estaba ocupada por los medios de propulsión en lugar de por la carga útil.

Aplicaciones estacionarias

Los tipos verticales, como la caldera Cochran, proporcionaron soluciones compactas y útiles para muchas aplicaciones estacionarias, incluida la calefacción de procesos y espacios.

Notas

^ Edward N. Dickerson (21 de mayo de 1864). "Las calderas de Martin y la Junta de Ingenieros". The New York Times .
^ abcd White, John H. (1979). Una historia de la locomotora estadounidense: su desarrollo, 1830-1880. Courier Dover Publications. pág. 95. ISBN 978-0-486-23818-0.
^ Abbott, Rowland AS (1989). Locomotoras y motores de rieles con calderas verticales construidos en Gran Bretaña . Oakwood Press. ISBN 0 85361 385 0
^ Boyd, James IC (1990). Ferrocarriles de vía estrecha en el norte de Caernarvonshire, volumen 1: el oeste (2.ª ed.). The Oakwood Press. ISBN 0-85361-273-0.
^ Clingan, KW (diciembre de 1965). "El shunter 0-4-0 hervido vertical francés". El récord del ferrocarril industrial (8). Sociedad de Ferrocarriles Industriales: 161–171 . Consultado el 12 de diciembre de 2018 .

Referencias

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Calderas verticales .

Rowland AS Abbott (1989). Locomotoras de calderas verticales . Oakwood Press. ISBN 0-85361-385-0.
Ian Allan, ABC de las locomotoras de los ferrocarriles británicos . Ian Allan. 1948.