Chimenea (locomotora) - Chimney (locomotive)
La chimenea ( chimenea o chimenea en inglés estadounidense y canadiense ) es la parte de una locomotora de vapor a través de la cual sale el humo de la caldera . Los sistemas de escape de las locomotoras de vapor normalmente ventilan el escape del cilindro a través de la chimenea para mejorar el tiro a través de la caldera. Las chimeneas están diseñadas para llevar el vapor de escape y el humo fuera de la línea de visión del conductor mientras permanecen lo suficientemente cortas como para despejar las estructuras aéreas. Algunas chimeneas incluían características para evitar la dispersión de chispas.
Función
La chimenea generalmente se ubicaba en el extremo delantero de la locomotora, encima de la caja de humo , más lejos de la cabina del conductor y la caja de fuego . Las primeras chimeneas de las locomotoras eran típicamente lo suficientemente altas como para sostener una corriente de diferencia de densidad inducida por la temperatura a través de una caldera de tubo de fuego mientras la locomotora estaba estacionaria. Sin embargo, siguiendo el ejemplo de la primera locomotora de Richard Trevithick en 1804, la mayoría de los diseños desviaron el escape del cilindro de vapor hacia arriba a través de la chimenea para crear un vacío en la caja de humo, acelerando así el flujo de aire a través de la cámara de combustión mientras la locomotora estaba en movimiento.
Las chimeneas altas en locomotoras con reposapiés bajos tenían la ventaja adicional de mantener el humo y el vapor condensado por encima del campo de visión del conductor del motor. Las limitaciones de pendiente de los ferrocarriles a través de terrenos montañosos requirieron túneles y puentes elevados que imponían un ancho de carga que limitaba la altura de las chimeneas. El aumento de la velocidad del escape de vapor tendía tanto a acelerar el flujo de aire a través de la cámara de combustión como a elevar el humo más arriba del final de la chimenea. En la década de 1830, el escape de vapor se dirigía a través de una boquilla contraída llamada tubo de explosión , para lograr la velocidad deseada a través de la chimenea. La caída de presión a través de la boquilla del tubo de explosión se restó de la presión de la caldera disponible para los pistones de vapor. Robert Stephenson estima algunas locomotoras perdido la mitad de su energía a través de blastpipe contrapresión .
A medida que el diseño de la caldera mejoró la eficiencia de transferencia de calor , los diámetros de las tuberías de explosión aumentaron para reducir la contrapresión y las tuberías de explosión se acortaron, descargando debajo de la chimenea en lugar de dentro de ella. Ross Winans colocó "tubos de enagua" cónicos sobre los tubos de explosión alrededor de 1848 para formar la parte convergente de un tubo venturi , con la chimenea formando la parte divergente. Una mejor comprensión del flujo compresible fomentó diseños más sofisticados de conductos de ventilación y chimeneas venturi. George Jackson Churchward , que trabajaba en Swindon en el Great Western Railway , formuló una ecuación simple para calcular las dimensiones ideales de las chimeneas, que funcionó bien durante los primeros años del siglo XX, pero que quedó obsoleta a medida que aumentaba la potencia de los motores. André Chapelon en Francia continuó trabajando en las dimensiones de las chimeneas y las estudió junto con las dimensiones de los tubos de escape , como un sistema de escape completo . Eso llevó a su famoso sistema Kylchap , que se instaló en muchas clases de locomotoras en todo el mundo. Incluso después del fin del vapor comercial en la mayor parte del mundo desarrollado, el ingeniero argentino Livio Dante Porta continuó trabajando en el desarrollo de sistemas de escape para locomotoras de vapor, incluyendo ecuaciones de refinamiento para dar mejores dimensiones de la chimenea.
Supresores de chispas
Las locomotoras construidas en Gran Bretaña , donde el coque era el combustible más común, a menudo usaban chimeneas de hierro fundido , porque duraban más que las chimeneas fabricadas con láminas de metal . Las primeras locomotoras norteamericanas solían utilizar leña, lo que provocaba que un gran número de brasas incandescentes pasaran a través de la caldera y fueran expulsadas de la chimenea por el vapor de escape a alta velocidad. Los supresores de chispas se convirtieron en una característica común de las chimeneas de locomotoras de leña para reducir el número de incendios iniciados por las brasas escapadas. La dificultad de fundir supresores de chispas complejos alentó la fabricación de chimeneas de chapa metálica para locomotoras de leña.
Los primeros supresores de chispas eran simplemente pantallas de alambre de hierro instaladas dentro de la pila. Sin embargo, esta pantalla redujo la velocidad a la que el humo y el vapor podían escapar de la caldera. Además, las brasas atrapadas por la pantalla redujeron aún más el espacio disponible para el paso del vapor, y el humo y el calor generados por las brasas encendidas derritieron rápidamente la pantalla de alambre. Los diámetros de la parte superior de la chimenea se ampliaron para aumentar el área de la superficie de la pantalla y reducir la velocidad del humo a través de la pantalla, de modo que las brasas puedan caer de la pantalla a las tolvas de recolección. En respuesta a una reclamación de infracción de patente de 1857, Baldwin Locomotive Works compiló un diagrama que ilustra 57 diseños diferentes de chimeneas parachispas.
El diseño más popular fue una chimenea de capó. El capó era un cono de chapa metálica en forma de embudo colocado sobre una chimenea cilíndrica convencional. La parte inferior del cono, de pequeño diámetro, servía como tolva de recogida de las brasas que caían. La parte superior del cono ocultaba un cono interior en la parte superior de la chimenea cilíndrica, que desviaba el vapor, el humo y las brasas que escapaban hacia el exterior contra las paredes interiores del cono exterior. Se esperaba que las brasas más pesadas cayeran en la tolva de abajo, mientras que el vapor y el humo más livianos pasaban hacia arriba a través de una malla de alambre sobre el extremo superior de gran diámetro del cono exterior. La deflexión de las brasas generalmente limitaba la vida útil de la pantalla a tres o cuatro semanas. Algunas de esas chimeneas incluían disposiciones para dejar caer las brasas recolectadas en una parte de la caja de humo llamada sub-tesoro. Los diseños sofisticados, como Radley & Hunter, incorporaron varios deflectores de separación centrífuga en el capó. A medida que el carbón reemplazó al combustible de madera, el capó se redujo a una simple pila de diamantes que albergaba el cono deflector interno (con o sin la malla de alambre superior) pero sin tolva de recolección.
Estética
La chimenea del capó se convirtió en una de las características más distintivas que aportaron, con el gran faro rectangular de aceite , un aire de grandeza frontal a las locomotoras estadounidenses del siglo XIX. Muchos diseñadores o compañías ferroviarias tenían su propio estilo distintivo, como la chimenea "Stovepipe" de William Adams en el LSWR del siglo XIX , o las chimeneas cubiertas de cobre en el Great Western Railway .
A medida que las calderas de las locomotoras crecieron, el espacio disponible para las chimeneas se redujo, ya que aún tenían que caber dentro del mismo gálibo de carga . Esto redujo su efectividad para mantener los gases de escape lejos de la línea de visión del conductor y, como resultado, las locomotoras tuvieron que equiparse con dispositivos como deflectores de humo .
Notas
Fuentes
- Phillips, Lance (1965). Allá viene el tren . Cranberry, Nueva Jersey: AS Barnes and Company. ISBN 0-498-06303-8 .
- Sears, Francis Weston; Zemansky, Mark W. (1964). Física Universitaria (Tercera ed.). Reading, Massachusetts: Addison-Wesley Publishing Company.
- White, John H., Jr. (1979). Una historia de la locomotora estadounidense (Dover ed.). Nueva York: Publicaciones de Dover. ISBN 0-486-23818-0 .