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Una chimenea doble (o doble chimenea, doble chimenea en inglés americano) es una forma de chimenea para una locomotora de vapor , donde se duplica la abertura única convencional, junto con el tubo de explosión debajo de ella. Aunque las aberturas internas forman dos círculos, la apariencia exterior suele formar un único óvalo alargado.
El diseño de escape clásico para una locomotora de vapor comenzó con la invención de Hackworth del tubo de explosión , colocado centralmente dentro de una chimenea alta. Los desarrollos victorianos redujeron la altura de la chimenea, de modo que el tiro natural ya no era significativo. El diseño estándar era entonces una caja de humo de parche circular , con una única boquilla de chorro que conducía a una chimenea con un tubo de enagua acampanado debajo. A partir del trabajo de teóricos como WFM Goss de la Universidad Purdue , y más tarde SO Ell de Swindon , [1] se desarrollaron directrices en cada fábrica de locomotoras, describiendo cómo debían ser proporcionadas. [2]
Se reconoció que se necesitaría un diámetro particular de chimenea y tubo de explosión para la capacidad de elevación de vapor de cada caldera, y también que la conicidad cónica desde el tubo de explosión hasta la chimenea no podía hacerse demasiado pronunciada. A medida que las calderas se hacían más potentes, no sólo era necesario aumentar el diámetro de la chimenea, sino que también la altura mínima de la misma se hacía más larga, del mismo modo que el tamaño cada vez mayor de las calderas restringía la altura libre disponible dentro del gálibo de carga . Una altura de chimenea [i] de al menos 24 pulgadas se consideró la mínima viable. [1] En la década de 1930, era cada vez más difícil proporcionar tal altura y se buscaron otras soluciones.
Una solución a este límite fue adoptar una doble chimenea. Esto permitió un área de sección transversal adecuada para el flujo de aire, al tiempo que redujo el diámetro de cada uno y, por lo tanto, la altura mínima necesaria para una conicidad aceptablemente suave. [3] [ii]
Un desarrollo simultáneo fue el tubo de explosión Kylchap , que combina el esparcidor Kylälä del ingeniero finlandés Kyösti Kylälä y otro tubo de estrangulamiento añadido por el ingeniero francés André Chapelon . Esto dividió el área del tubo de explosión en cuatro boquillas más pequeñas y la inducción de tiro vertical en tres venturis apilados . Aunque la superficie total de los tubos de explosión se mantuvo constante, su perímetro y, por tanto, la superficie de mezcla con los gases de escape se duplicó. Las enaguas adicionales también mejoraron la eficacia de la explosión para provocar corrientes de aire.
Aunque no hay ninguna razón por la que un enfoque, ya sea la doble chimenea o el tubo de explosión Kylchap, dependa del otro, el interés en ambos fue generalmente simultáneo y, por lo tanto, ambos se instalaron a menudo juntos.
Los primeros 50 ejemplares de la clase Ivatt 4MT 2-6-0 se construyeron con chimeneas dobles. Sin embargo, estos tuvieron un desempeño deficiente y fueron considerados malos vaporizadores. Durante los trabajos en la planta de pruebas estáticas de Rugby se descubrió que la doble chimenea no aportaba ninguna ventaja y además su diseño inicial estaba mal. Cuando se revisó con una sola chimenea y un flujo de gas mejorado en la caja de humos, su tasa de vaporización se elevó de 9,000 lb/hora con una doble chimenea a 17,000 lb/hora con una sola chimenea, aunque todavía estaba por debajo del límite teórico, restringido por la rejilla de fuego. tamaño, de 19.000 lb/hora. [4]
Una desventaja menor podría ser una explosión de escape "más suave" con el fin de alejar el humo externo de la visión del conductor. Cuando a finales de los años 50 los LNER A3 fueron equipados con chimeneas dobles, sufrieron problemas porque el humo oscurecía la vista desde la cabina. [iii] La solución a esto fue instalar pequeños deflectores de humo tipo Witte del modelo alemán.
Muchas instalaciones de doble chimenea, al menos en el Reino Unido, se realizaron como conversiones experimentales en la década de 1930, en lugar de construcciones nuevas.
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Nigel Gresley , CME del LNER , era un entusiasta seguidor de la práctica locomotora francesa, en particular el trabajo de André Chapelon y los 'Superpacifics' del Norte de Marc de Caso . Cuando Gresley diseñó su clase P2 como sucesora de sus A3 , [iv] tuvo en cuenta este trabajo francés y también utilizó una doble chimenea con explosiones Kylchap . Inicialmente se construyeron dos P2, Cock O' The North de 2001 y luego Earl Marischal de 2002 , ambos en 1934. También siguiendo la práctica francesa, el 2001 se construyó con válvulas de asiento y, a modo de comparación, el 2002 mantuvo las válvulas de pistón convencionales. Para evitar problemas con el humo que oscurece la visión del conductor, ambos se construyeron con partes superiores encajadas en su caja de humo y placas de ala en los lados superiores, como se había usado para 10000 . Con el escape más agudo del modelo 2001 equipado con válvula de asiento, esto tuvo éxito y el humo se proyectó hacia arriba, lejos de las ventanas de la cabina. Sin embargo, el modelo 2002 tenía un escape más suave y dio problemas, hasta que fue reconstruido con deflectores de humo adicionales , espaciados aproximadamente 18 pulgadas paralelos a las placas de ala existentes. Ambas locomotoras se consideraron exitosas, pero la del año 2002 tuvo la ventaja en términos de eficiencia, gracias al menor volumen dentro de la caja de válvulas. [v] Cuando se construyeron los demás miembros de la clase P2, siguieron en 2002 con válvulas de pistón y deflectores de humo adicionales. [5]
El primero de la clase A4 volvió a tener una sola chimenea y un cañón de explosión convencional. En general, prestaron la mayor atención al flujo de gas, tanto en el lado de entrada como en el de escape. Con los P2, había una tendencia a un exceso de tiro, cuando se trabajaba duro en un corte largo, suficiente para encender el fuego. Para evitar esto, los A4 utilizaron un 'jumper top' en su cañón, un anillo suelto que se elevaba bajo la influencia de un fuerte chorro, aumentando el diámetro efectivo de la boquilla y reduciendo así el efecto de aspiración de la explosión. Este dispositivo no se pudo aplicar ni a una chimenea doble ni a un tubo de explosión Kylala, pero no está claro si esa fue la única razón para el tubo de explosión simple simplificado. [6]
El 4468 Mallard, el número 28 de los A4, se construyó con una doble chimenea y explosiones Kylchap en 1938. Esto se consideró un éxito, por lo que los tres últimos de la clase, construidos unos meses más tarde, también se construyeron con ellos. [7] Toda la clase fue reacondicionada de manera similar en la década de 1950, junto con algunos de los A3 . [7] [8]
Los pacíficos A2 de Peppercorn se construyeron, en la posguerra, con explosiones Kylchap dobles similares.
Cinco miembros de la clase LMS Jubilee fueron equipados experimentalmente con chimeneas dobles en diferentes momentos. La primera fue 5684 Jutlandia , una doble chimenea con enaguas de Kylchap en 1937. [9] Esta mejoró tanto la capacidad de vapor como también redujo el consumo de carbón, aunque fue retirada al año por problemas con el tiro excesivo que provocaba el lanzamiento de chispas del chimenea y acumulación de exceso de cenizas de la cámara de humo. [10] 5742 Connaught y 5553 Canada fueron equipados con chimeneas dobles simples en 1940, que fueron retiradas de Canadá al poco tiempo, pero que Connaught mantuvo hasta 1955. [9]
Como parte de los experimentos en la planta de pruebas de Rugby, 45722 Defense fue equipado con una chimenea doble de 1956 a 1957. [11] En 1961 se instaló un escape doble en 45596 Bahamas que lo llevó a su retiro y conservación. [11] Otros dos motores, el 5735 Comet y el 5736 Phoenix , fueron reconstruidos en 1942 con una caldera cónica 2A y doble chimenea. [12] Debían haber sido un prototipo para la reconstrucción de toda la clase, pero al final fueron los únicos. Jubileos para ser tratados. Toda la clase Royal Scot fue reconstruida siguiendo líneas similares a muchas de las locomotoras Fowler Patriot.
El LMS 'Black 5' 4767 se completó el último día del LMS, el 31 de diciembre de 1947. Era único entre la clase de 842 personas porque presentaba movimiento de enlace externo a Stephenson además de otras características experimentales; Doble chimenea, rodamientos Timken en todas partes e iluminación eléctrica. [13] Estas modificaciones fueron parte de una serie de experimentos realizados por George Ivatt para mejorar el ya excelente Black 5 diseñado por Stanier . La doble chimenea se eliminó en 1953, debido al ya buen rendimiento de la chimenea estándar y a problemas con la más suave. El soplo de la doble chimenea no elimina tan bien el humo de la cabina. [14] 4765 y 4766 también habían probado una chimenea doble similar, pero con el equipo de válvulas estándar de Walschaerts. [14]
Algunos de los primeros Black 5 construidos por BR se construyeron con válvulas Caprotti . Se construyó un lote de veinte, 44738-44757 , de los cuales los tres últimos también contaban con doble chimenea. Las calderas de los motores Caprotti se elevaron 2 pulgadas, lo que redujo aún más el espacio libre para la altura de la chimenea. Las cajas de válvulas Caprotti estaban dispuestas con las válvulas de entrada de 6,25 pulgadas (159 mm) en el exterior, alimentadas por grandes y prominentes tuberías de vapor, y las válvulas de escape de 7 pulgadas (180 mm) en el interior. El gran espacio libre que era inevitable dentro de la caja de válvulas de las válvulas de asiento de Caprotti tuvo un efecto similar a un largo avance en el ajuste de la válvula. A diferencia del motor Stephenson, [vi] esto hizo que estos motores funcionaran bien a velocidad pero mal en ascenso. Aunque la intención al probar el engranaje de válvulas Caprotti era reducir el mantenimiento, el consumo de carbón seguía siendo importante. Se consideraba que estos motores tenían más hambre de carbón de lo habitual, ya que el ruido agudo del escape influía en el tiro de la cámara de combustión. Sin embargo, los ejemplos de doble chimenea tenían una corteza más suave y por lo tanto consumían menos. [15]
En 1951 se probó un segundo lote de dos motores más equipados con Caprotti, 44686 y 44687 . Estos eran de un diseño diferente, con un accionamiento mecánico mejorado a las cajas de levas, y ambos con chimeneas dobles. Para reducir el volumen del "espacio muerto" dentro de la caja de válvulas, se redujo el tamaño de las válvulas de escape para que ahora sean las mismas que las de entrada. El diseño de la transmisión mecánica se consideró exitoso y se copió para los pocos motores Caprotti posteriores construidos para las clases BR Standard. Sin embargo, el comportamiento de buen rendimiento a alta velocidad pero con falta de potencia con cortes bajos fue el mismo que el de los otros motores. Todos los motores Caprotti mantuvieron sus chimeneas dobles y se notó que su escape todavía entrecortado no tuvo problemas para sacar el humo de la cabina. [dieciséis]
En septiembre de 1955, el GWR King clase 6015 King Richard III fue equipado con una chimenea doble para pruebas. Estos tuvieron éxito y toda la clase fue reequipada con ellos. Algunos de la clase Castle fueron reacondicionados de manera similar. Las pruebas con un carro dinamómetro en el transporte por la Riviera de Cornualles en 1956 no mostraron un aumento evidente en el rendimiento, pero sí una mejora del 8% en la eficiencia del consumo de carbón. El consumo de agua se mantuvo constante, lo que indica que se trataba de una mejora en la combustión y la transferencia de calor, en lugar de una reducción en la contrapresión del escape del motor, indicada por algunas otras pruebas. [17]
Las Normas BR se diseñaron desde el principio y su redacción se basó en el trabajo anterior de SO Ell. A pesar de esto, algunas clases funcionaron mal, en particular la Clase 4 4-6-0 . En 1957, al 75029 se le equipó con éxito una doble chimenea, lo que llevó a su adopción en muchos modelos de su clase. [18]
Al mismo tiempo, también hubo una propuesta para probar un eyector Giesl en el 9F [vii]. Posiblemente como comparación, el 92178 se construyó con una chimenea doble. La doble chimenea tuvo tanto éxito [20] que se adoptó como estándar para todos los 9F construidos a partir de 92183, [viii] incluidos los tres equipados con un fogonero mecánico . [22]
La BR Standard clase 8 Duke of Gloucester fue la última de las clases BR Standard en diseñarse, ya que inicialmente se había rechazado la necesidad de construir más locomotoras expresas de pasajeros de este tipo. Esto lo llevó a ignorar uno de los principios de diseño de las clases Estándar y en lugar de dos cilindros con válvulas Walschaerts exteriores , utilizó tres cilindros y válvulas Caprotti , con válvulas de asiento accionadas por levas. Las válvulas del Caprotti se abrieron completamente más rápidamente que las válvulas de pistón, dando un fuerte mordisco al escape. La empresa Caprotti había recomendado el uso de una explosión Kylchap para contrarrestar los efectos adversos de esto, pero esto fue ignorado en favor de una doble chimenea convencional diseñada por Swindon, basándose en su experiencia con la clase King . [23] [24] Dada la agudeza de la explosión, estos principios de Swindon habían producido un tubo de explosión relativamente pequeño, con una doble chimenea de proporciones igualmente pequeñas. [25]
En el servicio, el duque de Gloucester tuvo un desempeño notoriamente pobre, con reputación de mala navegación. Tuvo una vida útil corta, como resultado de la rápida retirada de la tracción a vapor en British Rail y también de su bajo rendimiento y la renuencia a invertir esfuerzos para resolver este problema. [23] [25]
El duque de Gloucester fue rescatado del depósito de chatarra de Barry y fue necesaria una restauración exhaustiva. Durante esta restauración, se examinaron el tiro de la caldera y el suministro de aire del cenicero y se encontró que eran inesperadamente restrictivos. Se supuso que estas eran las causas fundamentales del mal desempeño, lo que se vio confirmado por la mejora del desempeño después de que ambos fueron remediados. [25] Aunque el tamaño del estrangulador de las chimeneas era proporcional al tubo de explosión, su tamaño total era una fracción de las calderas de tamaño comparable en los Pacíficos de la Marina Mercante y los Pacíficos A2 . La restauración implicó la construcción de un par de detonadores Kylchap y estranguladores de chimenea. Además de mejorar el tiro, estas explosiones también redujeron la contrapresión en los cilindros, mejorando aún más la eficiencia. [25]
Varios diseños tardíos de la era del vapor en el Union Pacific Railroad , en particular los diseñados durante la época de Otto Jabelmann como director mecánico del ferrocarril; Chimeneas dobles usadas. El FEF-3, la tercera y última versión de la serie FEF de Union Pacific, se construyó nuevo con pilas dobles. Al igual que sus contemporáneos británicos, las chimeneas dobles causaron problemas al crear cantidades masivas de humo que podían bloquear la visión del ingeniero, por lo que los FEF-3 pronto fueron equipados con deflectores de humo estilo oreja de elefante. [26] Posteriormente se colocarían deflectores de humo en todas las demás locomotoras FEF, incluidas aquellas sin doble chimenea. Uno de los FEF-2 del ferrocarril, el n.º 831, estaba equipado con una chimenea triple experimental. [27] [28]
Otros diseños de Union Pacific para obtener pilas dobles fueron las locomotoras articuladas de última época construidas para el ferrocarril, incluido el grupo final de locomotoras Union Pacific Challenger construidas en 1942 y toda la serie de locomotoras Union Pacific Big Boy . [29] Si bien algunas locomotoras Challenger y Big Boy estaban equipadas con deflectores de humo, el humo no era tan problemático en ellas como lo era en la clase FEF debido a sus calderas mucho más largas. Un puñado de Challengers equipados con doble chimenea fueron desviados al Ferrocarril Occidental de Denver y Río Grande , desde donde luego servirían en el Ferrocarril Clinchfield . Las locomotoras operativas del moderno Programa de vapor Union Pacific, UP 844, UP 4014 y la ahora retirada UP 3985 conservaron sus chimeneas dobles.
Las pilas dobles eran una característica común en varias de las clases de locomotoras dúplex del PRR y otros diseños experimentales a finales de la era del vapor. Pennsylvania Railroad clase S1, un prototipo solitario 6-4-4-6, usó una pila doble, así como la clase Pennsylvania Railroad Q2, un dúplex 4-4-6-4 que tenía un total de 26 locomotoras construidas. La clase T1 del ferrocarril de Pensilvania, una clase dúplex con 52 locomotoras producidas, también llevaba pilas dobles. La clase S2 del ferrocarril de Pensilvania utilizó un sistema único de pila cuádruple como parte de su diseño experimental de turbina de vapor. Este motor único introducido en 1944 fue desguazado en 1952.
Pennsylvania Railroad 5550, una nueva construcción basada en la clase T1, está siendo construida actualmente por T1 Steam Locomotive Trust. A partir de 2021, se está construyendo la caldera del motor y, cuando esté terminada, contendrá una pila doble como las locomotoras originales. [30]
Varias de las locomotoras más grandes del Southern Pacific Railroad, como la clase AC-9 de Southern Pacific y la clase AC-12 de Southern Pacific, utilizaban sistemas de doble pila. Estos también estaban equipados con "divisores de pila", una característica de diseño que se remonta a los Mallet de pila única de Southern Pacific que reducía la velocidad del escape para evitar dañar los techos de los cobertizos para la nieve. [31] Varios de estos motores se construyeron con un diseño de cabina delantera 4-8-8-2 , colocando la cabina de la locomotora en la parte delantera del motor para evitar la asfixia durante largos segmentos de túneles y cobertizos de nieve en el Pacífico Sur. [32] Southern Pacific 4294, el único superviviente de las locomotoras delanteras de cabina de Southern Pacific, se conserva en Sacramento, California, en el Museo del Ferrocarril del Estado de California .
La locomotora argentina de vía métrica experimental de Livio Dante Porta fue una reconstrucción de 1948 de un antiguo 4-6-2 en un 4-8-0 . [33] La locomotora incorporó una doble chimenea además de otras mejoras destinadas a mejorar el flujo de vapor y el consumo de combustible. Los diseños de escape de Porta finalmente evolucionaron hasta convertirse en el eyector Lempor . La locomotora experimental fue un éxito y otras locomotoras se modificarían para incluir las mejoras de Porta, aunque no muchas recibieron chimeneas dobles como las de Argentina . En la década de 1970, Porta diseñó una locomotora de gran tamaño para adaptarse al ancho de carga de la Placa C de América del Norte que se basó en el diseño de Argentina , incluidas chimeneas dobles. [34] Esa locomotora nunca fue construida. Argentina se conservó en la estación Mate de Luna en San Miguel de Tucumán , se desconoce su estado actual y algunos informes sugieren que desde entonces ha sido desguazado.
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Siguiendo la metodología de diseño de LD Porta, el LD Porta sudafricano Clase 26 4-8-4 (más conocido por su apodo Red Devil ) fue equipado con un sistema de doble chimenea equipado con eyectores Lempor junto con un sistema de combustión productor de gas para mejorar la eficiencia. [35]
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