En una máquina de vapor , la cámara de combustión es la zona donde se quema el combustible , produciendo calor para hervir el agua en la caldera . La mayoría tienen forma de caja, de ahí el nombre. Los gases calientes generados en la cámara de combustión son aspirados a través de una rejilla de tubos que atraviesa la caldera. [1] [2]
En las calderas pirotubulares estándar de locomotoras de vapor , el hogar está rodeado por cinco lados por un espacio de agua. El fondo de la cámara de combustión está abierto a la presión atmosférica, pero cubierto por rejillas (combustible sólido) o una bandeja de combustión (combustible líquido). Si el motor quema combustible sólido, como madera o carbón, hay una rejilla que cubre la mayor parte del fondo de la cámara de combustión para contener el fuego. Un cenicero, montado debajo de la cámara de combustión y debajo de las rejillas, atrapa y recoge brasas calientes, cenizas y otros desechos sólidos de la combustión a medida que caen a través de las rejillas. En una locomotora que quema carbón, las rejillas se pueden sacudir para limpiar las cenizas muertas del fondo del fuego. Se sacuden manualmente o (en locomotoras más grandes) mediante un agitador de parrilla motorizado. Las locomotoras de leña tienen parrillas fijas que no se pueden sacudir. La ceniza de madera es generalmente polvo que cae a través de las rejillas sin necesidad de más agitación que las vibraciones de la locomotora rodando por la vía. Las rejillas del fuego deben reemplazarse periódicamente debido al calor extremo que deben soportar. El aire de combustión (aire primario) ingresa por la parte inferior de la cámara de combustión y el flujo de aire generalmente se controla mediante puertas de compuerta sobre el bolsillo de recolección de cenizas del cenicero. Una locomotora que quema combustible líquido (normalmente fueloil "Bunker C" o petróleo pesado similar) no tiene parrillas. En cambio, tienen una bandeja de cocción de metal pesado atornillada firmemente contra el fondo de la cámara de combustión. La bandeja de cocción está cubierta con ladrillo refractario y la cámara de combustión tiene un revestimiento de ladrillo refractario, normalmente hasta el nivel de la puerta de la cámara de combustión, alrededor de toda la cámara de combustión. El quemador de aceite es una boquilla que contiene una ranura para que el aceite fluya hacia un chorro de vapor que atomiza el aceite en una fina niebla que se enciende en la cámara de combustión. La boquilla del quemador de gasóleo suele montarse en la parte delantera de la cámara de combustión, protegida por una campana de ladrillo refractario y dirigida a la pared de ladrillo refractario debajo de la puerta de la cámara de combustión. Las compuertas controlan el flujo de aire hacia el incendio de petróleo.
Hay un gran arco de ladrillo (hecho de ladrillo refractario ) adherido a la pared frontal (placa de garganta de la caldera) de la cámara de combustión, inmediatamente debajo de los tubos de combustión. Éste se extiende hacia atrás desde el tercio delantero hasta la mitad del lecho de fuego. Se apoya sobre tubos de arco, sifones térmicos o circuladores. El arco de ladrillo dirige el calor, las llamas y el humo sobre el fuego hacia la parte trasera de la cámara de combustión. El humo visible contiene partículas de carbón combustible no quemados y gases combustibles. El objetivo de esta redirección es provocar una combustión más completa de estas partículas y gases, lo que hace que la locomotora sea más eficiente y provoca que la chimenea emita menos humo visible. Sin el arco, las llamas y el humo visible serían aspirados directamente hacia los tubos de combustión sin haberse quemado por completo, lo que provocaría que se emitiera humo visible en la chimenea. La invención del arco de ladrillo permitió a las locomotoras quemar carbón más barato (que contiene sustancias volátiles) en lugar de coque, ya que desde el principio era un requisito legal que las máquinas "consumieran su propio humo". El arco de ladrillo y sus soportes (tubos de arco, sifones térmicos y circuladores) requieren reemplazo periódico debido al calor extremo que soportan. El arco de ladrillo también desvía el aire "frío" que ingresa a través de la puerta de la cámara de combustión para que no golpee directamente la placa del tubo trasero de la caldera y la enfríe cuando la caldera está caliente.
Los tubos de combustión están fijados a una pared de la cámara de combustión (la pared frontal en una caldera longitudinal, la parte superior en una caldera vertical) y transportan los productos gaseosos calientes de la combustión a través del agua de la caldera, calentándola, antes de que escapen a la atmósfera. Los tubos pirotubulares cumplen el propósito adicional de mantener las láminas del tubo plano (delantero y trasero) de modo que solo la parte superior de la lámina frontal y la parte inferior de la lámina trasera deben sujetarse por separado.
Las paredes metálicas del hogar se denominan normalmente láminas , las cuales están separadas y sostenidas por tirantes . Los tirantes sostienen y refuerzan las "láminas" (placas) contra la presión. Idealmente, deberían ubicarse en ángulo recto con respecto a las láminas, pero dado que la lámina exterior (lámina de envoltura) suele ser redondeada y la parte superior de la cámara de combustión (lámina de corona) es relativamente plana en comparación, tal relación con ambas láminas es imposible. La ubicación real de las estancias es un compromiso. Dado que la rotura del tirantes queda oculta, los tirantes tienen perforados unos agujeros longitudinales, llamados testigos , que expulsarán agua y vapor, revelando si están rotos. Una caldera con más de 5 estancias rotas, o dos juntas, deberá ser puesta fuera de servicio y sustituidas las estancias. Los tapones fusibles , normalmente situados en la parte más alta de la chapa de la corona, tienen un núcleo de aleación de metal blando que se funde si el nivel del agua en la caldera baja demasiado. El vapor y el agua que soplan hacia la cámara de combustión alertan a la tripulación de la locomotora sobre el nivel bajo de agua y ayudan a apagar el fuego. No todas las locomotoras están equipadas con bujías fusibles. Además, los tapones fusibles deben reemplazarse a intervalos regulares, aproximadamente cada tres meses para una locomotora en servicio regular, porque el núcleo de aleación de metal blando se derretirá lentamente con el tiempo incluso si el agua de la caldera se transporta a los niveles adecuados. Los "agujeros de barro", o tapones de lavado, permiten el acceso al interior de la caldera para lavar y raspar el lodo y las incrustaciones de la caldera .
Las láminas de la izquierda y la derecha se denominan "láminas laterales", mientras que la lámina situada en la parte delantera de la cámara de combustión es la lámina de humos. La "hoja de humos delantera" se encuentra en la parte delantera de la caldera y en la parte trasera de la cámara de humos. La "hoja trasera" está en la parte trasera de la cámara de combustión y tiene la puerta que se abre. La lámina de la corona es la parte superior de la cámara de combustión. La lámina de la corona debe estar cubierta de agua en todo momento. Si el nivel del agua cae por debajo de la lámina de la corona, se sobrecalentará y comenzará a derretirse y deformarse, generalmente combándose entre los tirantes de la corona . Si la condición continúa, la presión en la caldera eventualmente expulsará la lámina de la corona de los soportes de la corona, lo que provocará una explosión de la caldera. Esta condición, generalmente causada por error humano o falta de atención, es la principal causa de explosión de una caldera de locomotora. [ cita necesaria ]
Normalmente la parte superior de la caldera (lámina envolvente) sobre la cámara de combustión es radial para coincidir con el contorno de la caldera; sin embargo, debido al problema de colocar los tirantes en ángulo recto tanto con la lámina envolvente como con la lámina superior (ver arriba), se desarrolló la cámara de combustión Belpaire . En el diseño Belpaire, la lámina envolvente está aproximadamente paralela a las láminas de la cámara de combustión para permitir una mejor colocación de los tirantes. Esta disposición le da al extremo de la caldera una forma más cuadrada y generalmente se hace lo más grande posible dentro del gálibo de carga , para ofrecer la mayor superficie de calentamiento donde el fuego es más caliente. El usuario más notable de la cámara de combustión Belpaire en los Estados Unidos fue el Ferrocarril de Pensilvania. Otros ferrocarriles, como Great Northern e Illinois Central, tenían locomotoras con cámaras de combustión Belpaire. Illinois Central 4-6-0 #382, el motor de Casey Jones, tenía una cámara de combustión Belpaire. El vapor generalmente se recolecta en las esquinas frontales de una cámara de combustión Belpaire, lo que permite una caldera sin techo. La parte superior del hogar, en lugar de ser horizontal, es visiblemente más alta en la parte delantera que en la trasera para reducir el riesgo de que el agua se arrastre con el vapor.
El hogar de Wootten era muy alto y ancho para permitir la combustión de residuos de carbón de antracita . Su tamaño requería una ubicación inusual de la tripulación, por ejemplo, las locomotoras a camello .
Algunas cámaras de combustión estaban equipadas con la llamada cámara de combustión , que es un componente distinto de la cámara de combustión y los tubos: una gran extensión única del espacio de la cámara de combustión, hacia el cañón de la caldera y encima del arco de ladrillo, separada de la parrilla y el fuego. cama, esto colocó espacio adicional entre el fuego y el tubo de fuego/lámina de humos trasera.
Esto permitió una combustión más completa (reduciendo el desperdicio de combustible) y una mayor superficie de la cámara de combustión para una mayor transferencia de calor; estos factores mejoraron tanto la eficiencia de la caldera como la economía de combustible. La combustión mejorada (que reduce la expulsión de hollín) redujo la transferencia de cenizas y hollín a los tubos de combustión y a la caja de humo, reduciendo la frecuencia de limpieza requerida. La acumulación de hollín y de sarro (en el lado del agua) reducen gravemente la transferencia de calor a través de los tubos de combustión/humos, lo que reduce la generación de vapor y la eficiencia de la caldera.
La acumulación de hollín y sarro también puede provocar sobrecalentamiento y posterior falla del tubo si no se limpia adecuadamente para eliminar el hollín (con agua, aire comprimido y varillas de limpieza) y sarro con lavados de calderas y tratamiento de agua , por ejemplo, Porta Treatment (minimiza y prácticamente previene la acumulación de sarro). Lleva el nombre del maquinista argentino Livio Dante Porta , quien lo inventó.
La función del bombero en una locomotora de vapor es garantizar que el conductor tenga a su disposición en todo momento un suministro adecuado de vapor. Esto se logra manteniendo un suministro de combustible para el fuego, monitoreando el humo del fuego y controlándolo mediante el uso de aire primario a través del lecho/rejilla del fuego y aire secundario a través de la puerta de la cámara de combustión y manteniendo el nivel de agua de la caldera mediante el uso de inyectores de vapor de modo que cubra en todo momento la chapa de la corona del hogar; de lo contrario, esta última se sobrecalentará y debilitará, pudiendo provocar una explosión de la caldera . El bombero también ayuda al conductor detectando señales y vigilando bien cuando no está atendiendo la caldera. En el cobertizo, una vez finalizado el trabajo del día, el bombero llenará la caldera con agua y depositará o arrojará el fuego (es decir, extinguirá el fuego) o dejará que el fuego se apague según la política de la empresa, aplicará el freno de mano de la locomotora y, si es necesario. calce las ruedas motrices para evitar que la locomotora se mueva mientras está desatendida. [3]
Las locomotoras de carretera, como las locomotoras de tracción , normalmente tenían cámaras de combustión similares a las de las locomotoras de ferrocarril, pero hubo excepciones, como por ejemplo el vagón de vapor Sentinel , que tenía una caldera acuotubular vertical .
Había y hay muchos diseños diferentes de cámaras de combustión para calderas estacionarias. En las calderas de combustión (por ejemplo, la caldera de Lancashire ), los propios conductos de humos forman la cámara de combustión. En las calderas acuotubulares , la cámara de combustión suele ser un compartimento revestido de ladrillo refractario debajo de los tubos de agua.
En las calderas marinas también existen varios tipos de hogares. La distinción principal es, nuevamente, entre los tipos pirotubulares (por ejemplo, la caldera Scotch , con cámara de combustión interna) y los tipos acuotubulares (por ejemplo, la caldera Yarrow , con cámara de combustión externa).
