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La cámara de combustión Belpaire es un tipo de cámara de combustión utilizada en locomotoras de vapor . Fue inventado por Alfred Belpaire de Bélgica en 1864. Hoy en día generalmente se refiere a la forma de la carcasa exterior de la cámara de combustión, que es aproximadamente plana en la parte superior y cuadrada en sección transversal, indicada por las crestas longitudinales en los lados superiores. Sin embargo, es la cámara de combustión interior de sección transversal cuadrada similar la que proporciona las principales ventajas de este diseño, es decir, tiene una mayor superficie en la parte superior de la cámara de combustión donde el calor es mayor, mejorando la transferencia de calor y la producción de vapor, en comparación con una cámara de combustión redonda . -plena forma .
La parte superior plana del hogar haría más difícil soportar la presión (p. ej. mediante vigas o tirantes) en comparación con una parte superior redonda. Sin embargo, el uso de una carcasa exterior de caldera cuadrada de forma similar permite utilizar tirantes perpendiculares más simples entre las carcasas. [1] Sin embargo, el hogar exterior Belpaire es más complicado y caro de fabricar que una versión con parte superior redonda.
Debido al mayor gasto que implica la fabricación de esta carcasa de caldera, sólo dos ferrocarriles importantes de EE. UU. adoptaron la cámara de combustión Belpaire: el Pennsylvania y el Great Northern. [2] En Gran Bretaña la mayoría de las locomotoras emplearon este diseño después de la década de 1920, excepto en particular las del LNER .
En las calderas de vapor, la cámara de combustión está revestida por una camisa de agua en cinco lados (delantero, trasero, izquierdo, derecho y superior) para garantizar la máxima transferencia de calor al agua. Los tirantes se utilizan para soportar las superficies contra la alta presión entre la pared exterior y la pared interior de la cámara de combustión, y parcialmente para conducir el calor al interior de la caldera. [3]
En muchos diseños de calderas, la parte superior de la caldera es cilíndrica sobre la cámara de combustión, coincidiendo con el contorno del resto de la caldera y resistiendo naturalmente la presión de la caldera con mayor facilidad. En el diseño Belpaire, las láminas exteriores superiores de la pared de la caldera son aproximadamente paralelas a las láminas planas superiores de la cámara de combustión, lo que le da una forma más cuadrada. La ventaja era una mayor superficie de evaporación y una menor susceptibilidad a la formación de espuma, que implicaba la entrada de agua en los cilindros, en comparación con el espacio superior cada vez más estrecho de una caldera cilíndrica clásica. Esto permitió a GJ Churchward , el ingeniero mecánico jefe del Great Western Railway , prescindir de una cúpula de vapor para recoger vapor. Churchward también mejoró el diseño de Belpaire, maximizando el flujo de agua en un tamaño determinado de caldera al estrechar la cámara de combustión y el cilindro de la caldera hacia afuera hasta el área de mayor producción de vapor en la parte delantera de la cámara de combustión.
La forma del hogar Belpaire también permite una colocación más sencilla de los compases de la caldera , porque quedan en ángulo recto con las láminas.
A pesar de estas supuestas ventajas, otras calderas de locomotoras como las LNER Engine Pacific tenían cámaras de combustión interiores de parte superior plana con carcasas exteriores de tapa redonda y con un rendimiento térmico tan bueno como el tipo Belpaire, sin sufrir mayores problemas al permanecer entre las carcasas.
En los EE. UU., la cámara de combustión Belpaire fue introducida alrededor de 1882 o 83 por RPC Sanderson, quien en ese momento trabajaba para Shenandoah Valley Railroad (esencialmente una subsidiaria de Pennsylvania Railroad , ya que compartían el mismo respaldo financiero de EW Clark & Co. . ). Sanderson era un inglés (posteriormente naturalizado como ciudadano estadounidense) que había obtenido su título de ingeniero en Cassel, Alemania , en 1875.
Habiendo adquirido conocimiento de una forma especial de caldera de locomotora (la Belpaire), Sanderson le escribió a un viejo conocido de su época universitaria que trabajaba en la fábrica de locomotoras Henschel en Cassel. Le envió a Sanderson un calco de la última caldera Belpaire de Henschel. Cuando se le mostró el diseño, Charles Blackwell , Superintendente de Fuerza Motriz del Ferrocarril del Valle de Shenandoah , quedó muy satisfecho con el diseño y realizó un pedido a Baldwin and Grant Locomotive Works de dos locomotoras de pasajeros, luego numeradas 94 y 95, y cinco locomotoras de carga. , luego numerados 56, 57, 58, 59 y 60. Eso marcó el comienzo del uso de la caldera de locomotora tipo Belpaire en los Estados Unidos. [4] El ferrocarril de Pensilvania utilizó cámaras de combustión Belpaire en casi todas sus locomotoras de vapor. La distintiva forma cuadrada del revestimiento de la caldera en el extremo del hogar de las locomotoras se convirtió prácticamente en una marca registrada de "Pennsy", ya que, por lo demás, sólo Great Northern utilizaba hogares Belpaire en cantidades significativas en los EE. UU.
