El tubo de escape es parte del sistema de escape de una locomotora de vapor que descarga el vapor de escape de los cilindros en la caja de humos debajo de la chimenea para aumentar el tiro a través del fuego.
La primacía del descubrimiento del efecto de dirigir el vapor de escape hacia la chimenea como un medio para proporcionar corriente de aire a través del fuego es un tema de cierta controversia, Ahrons (1927) dedicó una atención significativa a este asunto. El escape de los cilindros de la primera locomotora de vapor, construida por Richard Trevithick , se dirigía hacia la chimenea, y observó su efecto en el aumento de la corriente de aire a través del fuego en ese momento. En Wylam, Timothy Hackworth también empleó un tubo de escape en sus primeras locomotoras, pero no está claro si se trató de un descubrimiento independiente o una copia del diseño de Trevithick. Poco después de Hackworth, George Stephenson también empleó el mismo método, y nuevamente no está claro si se trató de un descubrimiento independiente o una copia de uno de los otros ingenieros. Goldsworthy Gurney fue otro de los primeros exponentes, cuya reivindicación de la primacía fue defendida enérgicamente por su hija Anna Jane. [1] [2]
Las locomotoras de la época utilizaban una caldera de un solo conducto o un solo conducto de retorno, con la rejilla de fuego en un extremo del conducto. Como un conducto de un solo conducto tenía que ser ancho para dejar pasar el humo, un tubo de escape podía elevar el fuego, arrastrando el hollín y las chispas por la chimenea. No fue hasta el desarrollo de la caldera multitubular que se pudo utilizar un tiro forzado de forma segura y eficaz. La combinación de caldera multitubular y chorro de vapor se cita a menudo como las principales razones del alto rendimiento de la Rocket de 1829 en las pruebas de Rainhill .
Poco después de que se descubriera el poder del chorro de vapor, se hizo evidente que era necesario colocar una caja de humos debajo de la chimenea para crear un espacio en el que los gases de escape que salían de los tubos de la caldera pudieran mezclarse con el vapor. Esto tenía la ventaja adicional de permitir el acceso para recoger las cenizas que la corriente de aire arrastraba a través de los tubos de fuego. El tubo de humos, desde el que se emite el vapor, se montó directamente debajo de la chimenea, en la parte inferior de la caja de humos.
El chorro de vapor se autorregula en gran medida: un aumento en la tasa de consumo de vapor por parte de los cilindros aumenta el chorro, lo que aumenta el tiro y, por lo tanto, la temperatura del fuego. Las locomotoras modernas también están equipadas con un soplador , que es un dispositivo que libera vapor directamente en la caja de humos para su uso cuando se necesita un mayor tiro sin que pase un mayor volumen de vapor a través de los cilindros. Un ejemplo de tal situación es cuando el regulador se cierra de repente o el tren pasa por un túnel. Si un túnel de una sola línea está mal ventilado, una locomotora que entra a alta velocidad puede causar una rápida compresión del aire dentro del túnel. Este aire comprimido puede entrar en la chimenea con una fuerza considerable. Esto puede ser extremadamente peligroso si la puerta de la caja de humos está abierta en ese momento. Por este motivo, el soplador a menudo se enciende en estas situaciones, para contrarrestar el efecto de compresión.
Los principios básicos del diseño de las cajas de humo no se desarrollaron hasta 1908, cuando WFM Goss, de la Universidad de Purdue, realizó el primer examen exhaustivo del rendimiento de la generación de vapor . Estos principios fueron adoptados en el Great Western Railway por George Jackson Churchward . Un desarrollo posterior fue el llamado tubo de descarga de sobreponer , que controlaba el área del tubo de descarga a diferentes velocidades de vapor para maximizar la eficiencia.
El objetivo de la modificación de los tubos de escape es obtener el máximo vacío en la caja de humos con la mínima contrapresión en los pistones. La modificación más sencilla es una chimenea doble con dos tubos de escape, pero se han probado muchas otras configuraciones. Hacia el final de la era del vapor, el escape Kylchap era popular y se utilizaba en el Mallard diseñado por Nigel Gresley . Otros diseños incluyen los tubos de escape Giesl , Lemaître y Lempor .
