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Una chimenea doble (o double stack, double smokestack en inglés) es un tipo de chimenea para locomotoras de vapor , en la que se duplica la abertura simple convencional, junto con el tubo de escape debajo de ella. Aunque las aberturas internas forman dos círculos, el aspecto exterior suele formar un único óvalo alargado.
El diseño clásico de los escapes de las locomotoras de vapor comenzó con la invención del tubo de escape por parte de Hackworth , 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 humos circular con parche de tambor , con una única boquilla de tubo de escape que conducía a una chimenea con un tubo de enagua ensanchado debajo. A partir del trabajo de teóricos como WFM Goss de la Universidad de Purdue , y más tarde SO Ell de Swindon , [1] se desarrollaron pautas en cada fábrica de locomotoras, que describían cómo debían ser proporcionadas. [2]
Se reconoció que se necesitaría un diámetro particular de chimenea y tubo de escape para la capacidad de generación de vapor de cada caldera, y también que la conicidad desde el tubo de escape hasta la chimenea no podía ser demasiado pronunciada. A medida que las calderas se volvieron más potentes, no solo el diámetro de la chimenea debía ser mayor, sino que también la altura mínima para la chimenea se estaba haciendo más larga, al igual 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 el mínimo 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 chimenea doble, lo que permitió disponer de una sección transversal adecuada para el flujo de aire, al tiempo que se reducía el diámetro de cada una de ellas y, por lo tanto, la altura mínima necesaria para lograr una conicidad aceptablemente suave. [3] [ii]
Un desarrollo simultáneo fue el tubo de escape Kylchap , que combinaba el esparcidor Kylälä del ingeniero finlandés Kyösti Kylälä y un tubo de estrangulamiento de humos adicional añadido por el ingeniero francés André Chapelon . Esto dividió el área del tubo de escape en cuatro boquillas más pequeñas y la inducción de tiro vertical a través de tres venturis apilados . Aunque el área total del tubo de escape permaneció constante, su perímetro, y por lo tanto el área para mezclarse con los gases de escape, se duplicó. Las enaguas adicionales también mejoraron la efectividad del tubo de escape para inducir un tiro.
Aunque no hay ninguna razón por la que un enfoque, ya sea la chimenea doble o el tubo de explosión de Kylchap, dependa del otro, el interés en ambos era generalmente simultáneo y por eso a menudo ambos se instalaban juntos.
Los primeros 50 Ivatt 4MT 2-6-0 de la clase se construyeron con chimeneas dobles, pero su rendimiento fue deficiente y se los consideró barcos de vapor de baja calidad. Los trabajos en la planta de pruebas estáticas de Rugby descubrieron que la chimenea doble no ofrecía ninguna ventaja y que su diseño inicial había sido deficiente. Cuando se modificó la instalación con una chimenea simple y se mejoró el flujo de gas en la caja de humos, su velocidad de vapor aumentó de 9000 lb/hora con una chimenea doble a 17000 lb/hora con una chimenea simple, aunque todavía estaba por debajo del límite teórico, restringido por el tamaño de la parrilla, de 19000 lb/hora. [4]
Una desventaja menor podría ser un escape más "suave" con el fin de levantar el humo externo y dejarlo fuera del campo de visión del conductor. Cuando a fines de los años 50 se equiparon los A3 de la clase LNER con chimeneas dobles, tuvieron problemas con el humo que oscurecía la vista desde la cabina. [iii] La solución a esto fue instalar pequeños deflectores de humo tipo Witte de modelo alemán.
Muchas instalaciones de chimeneas dobles, al menos en el Reino Unido, se realizaron como conversiones experimentales en la década de 1930, en lugar de como nuevas construcciones.
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Nigel Gresley , el CME de la LNER , era un ferviente seguidor de la práctica francesa en materia de locomotoras, en particular del trabajo de André Chapelon y de las Nord 'Superpacifics' 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 chimenea doble con tubos de escape Kylchap . Inicialmente se construyeron dos P2, la 2001 Cock O' The North y luego la 2002 Earl Marischal , ambas en 1934. También siguiendo la práctica francesa, la 2001 se construyó con válvulas de asiento y, a modo de comparación, la 2002 mantuvo las válvulas de pistón convencionales. Para evitar problemas con el humo que oscureciera la visión del conductor, ambas se construyeron con tapas en cuña en su caja de humos y placas de ala en los lados superiores de la misma, como se había utilizado para la 10000 . Con el escape más agudo del modelo 2001 equipado con válvulas de asiento, esto fue un éxito y el humo se proyectaba hacia arriba, sin pasar por las ventanas de la cabina. Sin embargo, el modelo 2002 tenía un escape más suave y dio problemas, hasta que se reconstruyó con deflectores de humo adicionales , espaciados aproximadamente 18 pulgadas en paralelo a las placas de ala existentes. Ambas locomotoras se consideraron exitosas, pero la 2002 tenía la ventaja en eficiencia, atribuida a los volúmenes más pequeños dentro del cofre de válvulas. [v] Cuando se construyeron los siguientes miembros de la clase P2, siguieron a la 2002 con válvulas de pistón y deflectores de humo adicionales. [5]
Los primeros A4 volvieron a utilizar una única chimenea y un tubo de escape convencional. En general, prestaban la máxima atención al flujo de gases, tanto en la entrada como en el escape. En los P2, había una tendencia a un exceso de tiro, cuando se trabajaba duro en un corte largo, suficiente para avivar el fuego. Para evitarlo, los A4 utilizaban un "puente superior" en su tubo de escape, un anillo suelto que se elevaba bajo la influencia de un chorro de aire fuerte, aumentando el diámetro efectivo de la boquilla y reduciendo así el efecto de tiro de la explosión. Este dispositivo no se podía aplicar ni a una chimenea doble ni a un tubo de escape Kylala, pero no está claro si esa era la única razón para el tubo de escape simple simplificado. [6]
El 4468 Mallard, el 28.º de los A4, se construyó con una chimenea doble y tubos de escape Kylchap en 1938. 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 Pacific A2 de Peppercorn se construyeron después de la guerra con tubos de explosión Kylchap dobles similares.
Cinco miembros de la clase LMS Jubilee fueron equipados experimentalmente con chimeneas dobles en diferentes momentos. El primero fue el 5684 Jutland , una chimenea doble con enaguas Kylchap en 1937. [9] Esto mejoró tanto la capacidad de vapor como también redujo el consumo de carbón, aunque se eliminó después de un año debido a problemas con el tiro excesivo que causaba chispas en la chimenea y una acumulación de exceso de ceniza en la caja de humo. [10] El 5742 Connaught y el 5553 Canada fueron equipados con chimeneas dobles simples en 1940, que se retiraron de Canadá después de un corto tiempo, pero que el Connaught mantuvo hasta 1955. [9]
Como parte de los experimentos en la planta de pruebas de Rugby, la 45722 Defence fue equipada con una chimenea doble de 1956 a 1957. [11] En 1961, se instaló un escape doble en la 45596 Bahamas , que la llevó a través de la retirada y la conservación. [11] Dos locomotoras más, la 5735 Comet y la 5736 Phoenix, fueron reconstruidas con una caldera cónica 2A y una chimenea doble en 1942. [12] Debían haber sido un prototipo para la reconstrucción de toda la clase pero, al final, las únicas Jubilee que se trataron así. Toda la clase Royal Scot se reconstruyó siguiendo líneas similares, al igual que muchas de las locomotoras Fowler Patriot.
El LMS 'Black 5' 4767 se completó el último día de la LMS, el 31 de diciembre de 1947. Era único entre los 842 miembros de la clase, ya que presentaba un movimiento de enlace Stephenson externo además de otras características experimentales; una chimenea doble, cojinetes de rodillos Timken en todas partes e iluminación eléctrica. [13] Estas modificaciones fueron parte de una serie de experimentos de George Ivatt para mejorar el ya excelente Black 5 diseñado por Stanier. La chimenea doble se eliminó en 1953, debido al rendimiento ya bueno de la chimenea estándar y a los problemas con la ráfaga más suave de la chimenea doble que no despejaba el humo de la cabina tan bien. [14] 4765 y 4766 también habían probado una chimenea doble similar, pero con el mecanismo de válvulas Walschaerts estándar. [14]
Algunas de las primeras Black 5 construidas por BR se construyeron con mecanismo de válvulas Caprotti . Se construyó un lote de veinte, 44738-44757 , de los cuales los tres últimos también tenían chimeneas dobles. 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 se organizaron con las válvulas de admisión de 6,25 pulgadas (159 mm) en el exterior, alimentadas por tuberías de vapor grandes y prominentes, y las válvulas de escape de 7 pulgadas (180 mm) en el interior. El gran volumen de espacio libre que era inevitable dentro del cofre de válvulas de las válvulas de asiento del Caprotti tenía un efecto similar a un largo paso en el ajuste de la válvula. A diferencia del motor Stephenson, [vi] esto hizo que estos motores tuvieran un buen rendimiento a alta velocidad, pero mal para subir. Aunque la intención de probar el mecanismo de válvulas Caprotti había sido reducir el mantenimiento, el consumo de carbón seguía siendo importante. Se pensaba que estas máquinas consumían más carbón que las habituales, ya que el agudo rugido del escape afectaba al tiro de la cámara de combustión. Sin embargo, los modelos de doble chimenea tenían un rugido más suave y, por lo tanto, consumían menos. [15]
En 1951 se probó una segunda tanda de dos motores más equipados con Caprotti, los 44686 y 44687. Estos tenían un diseño diferente, con un accionamiento mecánico mejorado para las cajas de levas, y ambos con chimeneas dobles. Para reducir el volumen de "espacio muerto" dentro del cofre de válvulas, las válvulas de escape se redujeron de tamaño para que ahora fueran iguales a las de admisión. El diseño de accionamiento mecánico 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 la 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 notaba que su escape aún entrecortado no tenía problemas para levantar el humo de la cabina. [16]
En septiembre de 1955, la clase 6015 King Richard III de GWR King fue equipada con una chimenea doble para realizar pruebas. Las pruebas tuvieron éxito, por lo que toda la clase fue equipada con ellas. Algunas de las locomotoras de la clase Castle fueron reacondicionadas de manera similar. Las pruebas con un vagón dinamométrico durante el transporte del Cornish Riviera en 1956 no mostraron un aumento evidente en el rendimiento, pero sí mostraron 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 la reducción de la contrapresión del escape del motor, indicada por algunas otras pruebas. [17]
Los BR Standards se habían diseñado desde el principio con un diseño basado en el trabajo anterior de SO Ell. A pesar de esto, algunas de las clases navegaban mal, en particular la Clase 4 4-6-0 . En 1957, la 75029 fue equipada con éxito con una chimenea doble, lo que llevó a su adopción en muchas de las clases. [18]
Al mismo tiempo, también se propuso probar un eyector Giesl en el 9F [vii]. Posiblemente como comparación, el 92178 se construyó con una chimenea doble. La chimenea doble tuvo tanto éxito [20] que se adoptó como estándar para todos los 9F construidos a partir del 92183 en adelante, [viii] incluidos los tres equipados con un alimentador mecánico . [22]
La clase 8 de la BR Standard, la Duke of Gloucester, fue la última de las locomotoras de la clase BR Standard que se diseñó, ya que inicialmente se había rechazado la necesidad de construir más locomotoras de pasajeros exprés de ese tamaño. Esto la llevó a ignorar uno de los principios de diseño de las clases Standard y, en lugar de dos cilindros con válvulas Walschaerts externas, utilizó tres cilindros y válvulas Caprotti , con válvulas de asiento accionadas por leva. Las válvulas de Caprotti se abrían completamente más rápido que las válvulas de pistón, lo que producía un sonido de escape agudo. La compañía Caprotti había recomendado el uso de un tubo de escape Kylchap para contrarrestar los efectos adversos de esto, pero esto se había ignorado a favor de una chimenea doble 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 escape relativamente pequeño, con una chimenea doble de proporciones igualmente pequeñas. [25]
En servicio, el Duke of Gloucester tuvo un rendimiento notoriamente deficiente, con una reputación de mala capacidad de vapor. 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 dedicar esfuerzos para resolver este problema. [23] [25]
El Duke of Gloucester fue rescatado del depósito de chatarra de Barry y se requirió una restauración extensa. Durante esta restauración, se examinaron tanto el tiro de la caldera como el suministro de aire del cenicero y se descubrió que eran inesperadamente restrictivos. Se asumió que estas eran las causas fundamentales del bajo rendimiento, lo que se confirmó con el rendimiento mejorado después de que se remediaron ambos. [25] Aunque el tamaño del estrangulador de las chimeneas era proporcional al tubo de escape, su tamaño total era una fracción de las calderas de tamaño comparable en los Pacific de la Marina Mercante y los Pacific A2 . La restauración implicó la construcción de un par de tubos de escape Kylchap y estranguladores de humos de chimenea. Además de mejorar el tiro, estos tubos de escape también redujeron la contrapresión en los cilindros, mejorando aún más la eficiencia. [25]
Varios diseños de la era tardía de la locomotora de vapor de Union Pacific Railroad , particularmente aquellos diseñados durante la época de Otto Jabelmann como jefe de mecánicos del ferrocarril, usaban chimeneas dobles. Las FEF-3, la tercera y última iteración de la serie FEF de Union Pacific, se construyeron todas nuevas con chimeneas dobles. Al igual que sus contemporáneas británicas, las chimeneas dobles causaban problemas al crear enormes cantidades de humo que podían bloquear la vista del ingeniero, por lo que las FEF-3 pronto fueron equipadas con deflectores de humo estilo oreja de elefante. [26] Más tarde, se colocarían deflectores de humo en todas las demás locomotoras FEF, incluidas las que no tenían chimeneas dobles. Una de las FEF-2 del ferrocarril, la n.° 831, estaba equipada con una chimenea triple experimental. [27] [28]
Otros diseños de Union Pacific que obtuvieron chimeneas dobles fueron las locomotoras articuladas de última era construidas para el ferrocarril, incluido el grupo final de locomotoras Challenger de Union Pacific construidas en 1942 y toda la serie de locomotoras Big Boy de Union Pacific . [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 equipadas con chimenea doble fueron desviadas al Denver and Rio Grande Western Railroad , desde donde luego servirían en el Clinchfield Railroad . Las locomotoras operativas del moderno Programa de Vapor de Union Pacific, UP 844, UP 4014 y la ahora retirada UP 3985, conservaron sus chimeneas dobles.
Las chimeneas dobles eran una característica común en varias de las clases de locomotoras dúplex de PRR y otros diseños experimentales en la era tardía del vapor. La clase S1 de Pennsylvania Railroad, un prototipo solitario 6-4-4-6, usaba una chimenea doble, así como las dúplex 4-4-6-4 de Pennsylvania Railroad clase Q2 , de las que se construyeron un total de 26 locomotoras. La clase T1 de Pennsylvania Railroad, de la que se produjeron 52 locomotoras, también llevaba chimeneas dobles. La clase S2 de Pennsylvania Railroad usaba un sistema único de chimenea cuádruple como parte de su diseño experimental de turbina de vapor. Esta locomotora única, introducida en 1944, fue desechada en 1952.
Actualmente, el T1 Steam Locomotive Trust está construyendo la Pennsylvania Railroad 5550, una nueva locomotora basada en la clase T1. A partir de 2021, se está construyendo la caldera de la locomotora y, cuando esté completa, contendrá una chimenea doble como las locomotoras originales. [30]
Varias de las locomotoras más grandes de Southern Pacific Railroad, como la clase AC-9 de Southern Pacific y la clase AC-12 de Southern Pacific, usaban sistemas de doble chimenea. Estas también estaban equipadas con "divisores de chimenea", una característica de diseño que se remonta a las Mallet de chimenea simple de Southern Pacific que reducían la velocidad del escape para evitar dañar los techos de los cobertizos para nieve. [31] Varias de estas locomotoras se construyeron con un diseño de cabina delantera 4-8-8-2 , colocando la cabina de la locomotora en la parte delantera de la locomotora para evitar la asfixia durante los largos segmentos del túnel y del cobertizo para nieve en la Southern Pacific. [32] La Southern Pacific 4294, la única sobreviviente de las locomotoras con cabina delantera de Southern Pacific, se conserva en Sacramento, California, en el Museo del Ferrocarril del Estado de California .
La locomotora experimental Argentina de ancho de vía 1 metro diseñada por Livio Dante Porta fue una reconstrucción de 1948 de una antigua 4-6-2 transformada en una 4-8-0 . [33] La locomotora incorporaba una chimenea doble además de otras mejoras destinadas a mejorar el flujo de vapor y el consumo de combustible. Los diseños de escape de Porta finalmente evolucionaron hacia 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 la Argentina . En la década de 1970, Porta diseñó una locomotora grande para adaptarse al ancho de carga de la Placa C de América del Norte que se basaba en el diseño de Argentina , incluidas las chimeneas dobles. [34] Esa locomotora nunca se construyó. 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 desguazada.
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Siguiendo la metodología de diseño del 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 de productor de gas para mejorar la eficiencia. [35]
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