El tubo de escape forma parte del sistema de escape de una locomotora de vapor , que descarga el vapor de escape de los cilindros a la cámara 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 medio para proporcionar tiro a través del fuego es motivo de cierta controversia; Ahrons (1927) dedicó gran atención a este asunto. El escape de los cilindros de la primera locomotora de vapor, construida por Richard Trevithick , se dirigía hacia la chimenea, y en ese momento notó su efecto en el aumento del tiro a través del fuego. En Wylam, Timothy Hackworth también empleó un tubo explosivo en sus primeras locomotoras, pero no está claro si se trató de un descubrimiento independiente o de una copia del diseño de Trevithick. Poco después de Hackworth, George Stephenson también empleó el mismo método y, una vez más, no está claro si se trató de un descubrimiento independiente o de una copia de alguno de los otros ingenieros. Goldsworthy Gurney fue otro de los primeros exponentes, cuyo reclamo de primacía fue defendido enérgicamente por su hija Anna Jane. [1] [2]
Las locomotoras de la época empleaban una caldera de un solo conducto de humos o un único conducto de retorno, con la rejilla de fuego en un extremo del conducto de humos. Debido a que un único conducto de humos tenía que ser ancho para dejar pasar el escape, un tubo explosivo podía elevar el fuego, arrastrando hollín y chispas hacia la chimenea. No fue hasta el desarrollo de la caldera multitubular que se pudo utilizar el tiro forzado de forma segura y eficaz. La combinación de caldera multitubular y chorro de vapor se cita a menudo como las razones principales del alto rendimiento del Rocket de 1829 en los Rainhill Trials .
Poco después de que se descubrió el poder del chorro de vapor, se hizo evidente que se necesitaba una caja de humo debajo de la chimenea, para proporcionar un espacio en el que los gases de escape que emergen de los tubos de la caldera pudieran mezclarse con el vapor. Esto tenía la ventaja adicional de permitir el acceso para recoger las cenizas extraídas a través de los tubos de combustión por la corriente de aire. El tubo de explosión, desde el cual se emite el vapor, estaba montado directamente debajo de la chimenea en la parte inferior de la cámara de humo.
El chorro de vapor se autorregula en gran medida: un aumento del consumo de vapor por los cilindros aumenta el chorro, lo que aumenta el tiro y, por tanto, la temperatura del fuego. Las locomotoras modernas también están equipadas con un soplador , que es un dispositivo que libera vapor directamente en la cámara de humo para usarlo cuando se necesita un mayor tiro sin que pase un mayor volumen de vapor a través de los cilindros. Un ejemplo de esta situación es cuando el regulador se cierra repentinamente o el tren pasa por un túnel. Si un túnel de una sola línea está mal ventilado, una locomotora que entre a alta velocidad puede provocar 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 cámara de combustión está abierta en ese momento. Por este motivo, en estas situaciones se suele encender el ventilador para contrarrestar el efecto de compresión.
Poco desarrollo de los principios básicos del diseño de cajas de humo tuvo lugar hasta 1908, cuando WFM Goss de la Universidad Purdue llevó a cabo 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 explosión con parte superior de puente que controlaba el área del tubo de explosión a diferentes velocidades de vaporización para maximizar la eficiencia.
El objetivo de la modificación del tubo de explosión es obtener el máximo vacío en la cámara de humo con una mínima contrapresión en los pistones. La modificación más simple es una doble chimenea con dos tubos de explosión, pero se han probado muchas otras disposiciones. 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 las explosiones Giesl , Lemaître y Lempor .
