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Una caldera multitubular horizontal de tipo lancha , cañonera o [1] es una forma de pequeña caldera de vapor . Consiste en una carcasa cilíndrica horizontal con un horno cilíndrico y tubos de combustión en su interior.
Su nombre deriva del uso popular de la caldera en un momento para pequeños yates de vapor y lanchas . También se han utilizado en algunos de los primeros destructores de torpederos navales .
El horno o cámara de combustión cilíndrica encaja completamente dentro de la carcasa exterior de la caldera. A diferencia de la caldera de locomotora , debajo de la caldera principal no emerge ninguna parrilla del hogar. La caldera tiene similitudes tanto con la caldera de locomotora (los múltiples tubos de fuego pequeños) como con la caldera marina escocesa (el horno cilíndrico corto). Como caldera pirotubular tiene una gran superficie de calentamiento y, por lo tanto, es un eficaz vaporizador. La construcción del hogar también es más sencilla y, por lo tanto, más económica que la del hogar de locomotora. Como el horno circular es en gran medida autoportante frente a la presión de la caldera, no fue necesario el costoso y extenso soporte de la caldera de locomotora. Esto también permitió que la caldera se fabricara con una junta atornillada en la carcasa exterior, de modo que todo el horno y el conjunto de tubos pudieran retirarse para su inspección y mantenimiento.
Sin embargo, el hogar tiene un tamaño limitado y, a diferencia de la caldera de 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 es el espacio restringido debajo de este. Estas características limitan la capacidad de la caldera para quemar carbón bituminoso duro y, en su lugar, requieren un suministro de carbón vapor galés o similar. Era difícil quemar leña o combustibles de biomasa . La capacidad del hogar está aún más limitada por el espacio utilizado para el cenicero y también por el horno de secado. [2] El pequeño cenicero también restringe su capacidad de vaporizar durante largos períodos.
Un inconveniente de la caldera era el gran diámetro del horno en relación con la carcasa de la caldera y, por tanto, el pequeño espacio de vapor sobre la corona del horno. Esto hacía que las calderas fueran propensas a cebarse , especialmente en mares agitados, donde el agua podía fluir hacia la tubería de vapor.
Un peligro más grave era la reserva limitada del nivel del agua, donde el nivel del agua sólo tenía que bajar una pequeña cantidad debido a la falta de atención antes de que la corona del horno quedara expuesta, con probable sobrecalentamiento y riesgo de explosión de la caldera. La caldera era segura cuando se encendía correctamente, pero no se podía dejar desatendida. Estas restricciones del nivel del agua se volvieron aún más problemáticas cuando la caldera estaba inclinada, incluso en una línea de ferrocarril empinada. A esta causa se ha atribuido un ritmo inusual de desgaste y un número inusual de hornos de repuesto suministrados para las locomotoras Heywood. [2]
La caldera tuvo cierta popularidad en Europa continental, como caldera para pequeños motores portátiles . En América se construyó una caldera similar, pero equipada con tubos de retorno, como caldera Huber .
Para reducir las limitaciones del horno pequeño, se desarrolló una forma ampliada. El área de la caldera junto al horno aumentó en diámetro, pero permaneció circular. Esto permitió instalar un diámetro de horno mayor. La sección de la cámara de combustión de la carcasa se desplazó hacia abajo, de modo que el nido de tubos de la parte superior del horno se encontraba en la parte más baja de la carcasa, llena de agua. Como las placas todavía eran cilíndricas, no requerían tirantes, pero es posible que hubiera algunos pequeños tirantes para sostener la parte plana de la placa de garganta entre las dos secciones del caparazón. [3]
Este diseño de caldera se utilizó para motores semiportátiles a partir de la década de 1860. Como la parrilla más ancha permitía quemar combustibles pobres, como paja o desechos de caña de azúcar, se favoreció para uso agrícola y fue ampliamente conocida como el tipo "colonial". Marshalls construyó muchos de estos y patentó el diseño como su cámara de combustión 'Britannia'. [4] Esto también se ofreció en una forma alargada como horno de leña, particularmente para su uso en Australia y África, donde se talaban tierras forestales para la agricultura. [5]
Las calderas de lanzamiento totalmente circulares (en lugar de las calderas de locomotoras) no se utilizaban mucho en Gran Bretaña, rica en carbón, aparte de estos tipos ampliados. A veces se las conocía como calderas "marinas", aunque esta forma ampliada no era la preferida para uso marino debido a su centro de gravedad elevado.
WG Bagnall también utilizó la cámara de combustión circular ampliada para locomotoras de vía estrecha, a partir de 1890. [3]
Una de las últimas en construirse, la última locomotora de vapor industrial de vía estrecha que se construyó para su uso en el Reino Unido, fue Monarch , una locomotora articulada construida para un ferrocarril industrial en Kent en 1953. Este fue uno 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 en sí mismo. Estos se articularon al diseño Meyer modificado de Bagnall . La locomotora Meyer original utilizaba dos bogies articulados debajo de un bastidor de locomotora cisterna que transportaba la caldera y los tanques de agua. Esto limitaba el espacio disponible para la cámara de combustión, una desventaja que podría evitarse, para locomotoras pequeñas, mediante el uso de la caldera de Bagnall con una cámara de combustión circular completamente encima de los marcos.
Las calderas de tipo lanzamiento rara vez se usaban para locomotoras ferroviarias , 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 fábrica de ancho de 18 pulgadas ( 457 mm ) en Crewe , Horwich y la cervecería Guinness en Dublín, también utilizaron calderas de lanzamiento, debido al espacio limitado entre los marcos para una cámara de combustión convencional.
Una limitación de este diseño para locomotoras de vapor era la necesidad de colocar el fuego, la parrilla y el cenicero, todo dentro del tubo circular confinado del horno. Esto limitaba la superficie de calentamiento radiante del horno y, por tanto, la potencia inmediata de generación de vapor de la caldera. Se observó que tardaban más en iluminarse con el frío que los convencionales. [7] Como el espacio del cenicero debajo de la parrilla era pequeño, las locomotoras sólo podían funcionar durante un corto tiempo antes de tener que rastrillar el cenicero. En una línea ferroviaria principal, esto habría requerido regresar a la sala de máquinas. [3] En líneas de contratistas pequeñas y de vía estrecha, las cenizas simplemente se arrojaban donde fuera conveniente, por lo que esto era un inconveniente mucho menor.
En 1888, la Fábrica de Locomotoras Hohenzollern entregó los dos primeros de vía estrecha de 600 mm ( 1 pie 11+LocomotorasFeldbahn de 5 ⁄ 8 pulgadaspara elejército prusiano. Estos utilizaban un desarrollo cónico de la caldera de lanzamiento. Se colocaron una placa posterior de diámetro ampliado y una placa tubular de caja de humo muy reducida en una carcasa muy cónica. Este 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 trasladaron 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 el 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, enrollar una carcasa cónica y colocar una gran cúpula representó un aumento considerable en su complejidad y costo.
Estas locomotoras y sus calderas fueron un completo fracaso. Eran de tamaño insuficiente y con poca potencia para la tarea, con ruedas pequeñas propensas a descarrilarse en vías irregulares y (en el caso de la primera locomotora 2-2-2) una adherencia limitada por parte de su único conductor. A pesar de ser algunos años posteriores a Heywood y la publicación de sus Ferrocarriles de ancho mínimo , ignoraron casi todos los principios de Heywood. Las calderas carecían de capacidad de evaporación y no podían soportar un funcionamiento sostenido. [8]
En la primera locomotora eléctrica de vapor de Heilmann, ' La Fusée Electrique ' de 1890, se instaló una gran caldera tipo lanzadera con horno de cartón ondulado , denominada caldera Lentz. [9] El diseño de la caldera era de origen alemán. En Estados Unidos se utilizó una caldera similar, la 'Vanderbilt'. [10]
El ferrocarril de Lancashire y Yorkshire sufrió problemas con los tirantes de la cámara de combustión , lo que provocó la explosión de una caldera con un 0-8-0 'Clase 30' cerca de Knottingley en 1901 [11] [12] Su ingeniero mecánico jefe , Henry Hoy , trató de evitar los problemas de la cámara de combustión se mantuvo por completo y así desarrolló una caldera y una cámara de combustión alternativas. Al igual que en el Lentz, se utilizaba un horno de tubos ondulados y una cámara de combustión exterior cilíndrica. [10] Estos hornos de cartón corrugado ya eran de uso generalizado a nivel local, con las calderas estacionarias de 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 que se usaba para las cámaras de combustión 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 soportes de las cámaras de combustión, una aleación inelástica que resultó tener serios inconvenientes. [12] [13] Una Clase 30, 396 , fue reconstruida en 1903 y se construyeron 20 más nuevas con esta caldera. [12]
Las calderas presentaban una serie de inconvenientes en servicio. Tardaban en calentarse después de encenderlos y el limitado espacio del cenicero limitaba su tiempo de trabajo fuera del cobertizo. Ambos fueron el resultado de que el área de calentamiento del horno estaba protegida en gran medida por la rejilla que la cruzaba. Se ha sugerido que habrían tenido más éxito con la combustión de petróleo, [ii] ya que esto habría permitido utilizar todo el diámetro del horno y habría evitado la acumulación de cenizas. [7]
El nuevo diseño de 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 de manera desfavorable en artículos leídos al I. Mech E. [14] [15]
La única clase NZR E de 1906 era un mazo experimental articulado 2-6-6-0T compuesto de Vauclain , destinado a trabajar en Rimutaka Incline . La composición fomentó la elección de la entonces notablemente alta presión de la caldera de 200 psi (14 bar; 1400 kPa), que requería una construcción sólida de la cámara de combustión. El redactor jefe de NZR, GA Pearson, eligió un diseño de horno de cartón ondulado en una caldera cónica, similar al Vanderbilt.
La caldera era del tipo de lanzamiento, una carcasa cilíndrica con una cámara de combustión cilíndrica terminada en tubos. Este modelo de caldera, aunque ofrece menos superficie de calentamiento para su tamaño que el diseño de una locomotora ordinaria, tiene el gran mérito de no tener una cámara de combustión que sobresalga por debajo del cañón, lo que permite que el saliente del bastidor más allá de la distancia entre ejes se pueda igualado en cada extremo, una cuestión de primera importancia en los motores de tanques pequeños. Su bajo coste inicial y la facilidad con la que se puede mantener en orden son ventajas adicionales. Quedé tan satisfecho con el funcionamiento que en las cuatro calderas diseñadas desde entonces para mis locomotoras me he adherido al plano original, que fue copiado de algunas locomotoras de maniobras fabricadas por el señor Ramsbottom para el London and North Western Railway. Llego incluso a pensar que, sin deshacernos de una cámara de combustión dependiente, no se puede construir ninguna locomotora de tanque realmente satisfactoria para un ferrocarril de vía pequeña a menos que se introduzcan ruedas inactivas, un procedimiento que nunca puede desaprobarse demasiado. Los gradientes, que son casi invariablemente concomitantes de estas pequeñas líneas, hacen imprescindible que se utilice todo el peso disponible para la adhesión.
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: publicación periódica sin título ( enlace ){{cite journal}}: Mantenimiento CS1: publicación periódica sin título ( enlace )