Una caldera de tubo de campo (también conocida como tubo de bayoneta [1] ) es una forma de caldera de tubo de agua donde los tubos de agua son de un solo extremo. Los tubos están cerrados en un extremo y contienen un tubo interior concéntrico. De este modo, el flujo se separa en el flujo interno más frío que baja por el tubo y el flujo caliente hacia arriba a través del manguito exterior. Como los tubos de campo dependen, por tanto, del flujo de termosifón dentro del tubo, por lo tanto, siempre deben tener cierta altura vertical para estimular el flujo. En la mayoría de los diseños, se montan casi verticalmente para fomentar esto.
Llevan el nombre de Edward Field, [2] su inventor, y fueron desarrollados originalmente para motores de bomberos a vapor donde la velocidad de elevación del vapor era importante. Más recientemente, las calderas de tubo de campo han sido las más utilizadas por los fabricantes franceses, ya sea para pequeñas calderas verticales o como calderas marinas. También se ha investigado el uso de este tipo de tubo de campo para la transferencia de calor de reactores nucleares , [3] condensadores de vacío e intercambiadores de calor . [1]
La caldera de tubo dedal tiene algunas similitudes, ya que sus tubos de agua también son de un solo extremo. El tubo dedal más simple no tiene el tubo interior del tubo de campo, por lo tanto, su flujo es mixto, turbulento y depende de una ebullición aleatoria. Por esta razón, los tubos de dedal solo pueden ser cortos, por lo que se utilizan en grandes cantidades y, por lo general, de forma horizontal, ya que su flujo no es lo suficientemente coherente como para beneficiarse de un gradiente de gravedad. Sin embargo, los tubos de campo son más complejos y costosos de fabricar. Por lo tanto, las calderas de tubo de campo utilizan menos tubos y más largos (dando la misma área de calentamiento para un número reducido de tubos).
Los tubos de campo siempre están sumergidos , es decir, el extremo superior del tubo está montado en la caldera por debajo del nivel del agua; de lo contrario, el flujo hacia el lado frío del tubo no se puede reponer.
La principal ventaja de las calderas Field-tube es que no existen los problemas de expansión que se presentan en las calderas con tubos simples. En segundo lugar, como los tubos de campo están conectados desde un solo extremo, su reemplazo y mantenimiento es más sencillo. [1]
Un inconveniente del tubo de campo es la tendencia a que el lodo y las escamas se acumulen en el fondo del tubo, bloqueando potencialmente la circulación. Los extremos de los tubos cerrados también son difíciles de lavar . Proporcionar un espacio muerto excesivo allí como un depósito de lodo tendría una mala circulación, con el riesgo de sobrecalentamiento local. Por lo tanto, se deben hacer esfuerzos para garantizar que todos los tubos se calienten por igual y que todos tengan una circulación fuerte dentro de ellos, fomentando un flujo suficiente para limpiar los tubos sin lodos.
Tubos de campo como sifones térmicos
Cuando una caldera vertical simple requiere una superficie de calentamiento adicional, particularmente cuando está directamente expuesta al horno para elevar el vapor más rápidamente, se pueden instalar tubos de campo en el techo de la cámara de combustión , casi hasta el nivel de la cama de fuego . [4] Por tanto, actúan como una forma de sifón térmico . Como solo están montados en un extremo y pueden expandirse libremente con el calor, se evitan muchos de los problemas de expansión habituales de los sifones térmicos. Sin embargo, para fomentar una circulación adecuada, los tubos no deben estar a menos de 30 ° de la horizontal, y es posible que los tubos más largos tengan que ser más empinados que esto. [4]
Caldera De Poray
La caldera De Poray es de origen francés. Su característica definitoria es su doble cámara de combustión patentada, destinada a aumentar la eficiencia de la combustión, reduciendo así los costos de combustible y las emisiones de humo. La cámara secundaria está montada adyacente a la primera y consta de un anillo refractario de diámetro reducido a la primera cámara de combustión. Este anillo se calienta por radiación de la combustión primaria, manteniendo así una temperatura elevada. Los gases de combustión no quemados que salen de la primera cámara se calientan mediante este anillo incandescente y, junto con el suministro de aire secundario, se estimulan a encenderse. [5]
En la forma vertical de la caldera De Poray, la superficie de calentamiento principal está compuesta por tubos de campo verticales en esta cámara de combustión secundaria. Una campana de radiación de acero se cuelga en el centro de la cámara, debajo de la salida de humos, y los gases de combustión se dirigen a pasar sobre ella calentándola. El calentamiento de los propios tubos es en parte por convección de los gases, en parte por re-radiación indirecta de esta campana calentada. Esto permite una temperatura de funcionamiento más baja para los tubos, también un calentamiento más uniforme. Los fabricantes afirman que esto fomenta una ebullición más uniforme dentro del tubo y, por lo tanto, un aumento de vapor más rápido. [5]
Una característica inusual de esta caldera es que los tubos de campo no están unidos rígidamente a la carcasa de la caldera, sino simplemente sellados en su lugar. Los extremos engrosados de los tubos se forman en un ahusamiento y los orificios de la placa del tubo se escarian para que coincidan. Una junta de papel es suficiente para sellar la junta. De este modo se simplifica la inspección o extracción para su reemplazo. [5] Como la caldera está siempre a mayor presión que la atmósfera, los tubos se auto-aprietan bajo presión y evitan fugas. Obviamente, la caldera nunca debe colocarse al vacío, por lo que puede ser necesario proporcionar una válvula de vacío .
Caldera Niclausse
La caldera Niclausse es otro diseño francés, utilizado tanto para uso terrestre como marino. Utiliza tubos de campo largos colocados en un ángulo poco profundo con respecto a la horizontal, según la caldera Babcock & Wilcox . [6] Estos tubos de campo están conectados en conjuntos verticales por encabezados en su extremo superior. Este encabezado es un tubo doble, con dos secciones que unen los espacios acuáticos internos y externos por separado. Por encima de la caldera y fuera del recinto de gases de combustión, un tambor de vapor y agua une estos cabezales. [7]
Se usó notablemente en algunos de los últimos acorazados anteriores al acorazado (circa 1900) de las marinas francesa, [8] italiana, rusa [9] y británica [10] .
Aunque el rendimiento de esta caldera ha sido bueno, el lavado es difícil y la acumulación de lodos puede ser un problema. Con un diseño cuidadoso y un mantenimiento regular, el tipo ganó reputación por su confiabilidad y el reemplazo rápido de un tubo defectuoso, [11] lo que lo hizo adecuado para la práctica naval, menos para uso comercial. Las calderas Niclausse producían un bajo consumo de combustible cuando se combinaban con turbinas que funcionaban a baja velocidad, además de grandes cantidades de humo y chispas. Como tal, cayeron en desgracia para la construcción naval una vez que las turbinas de vapor se convirtieron en algo común (ver el acorazado clase Danton, por ejemplo).
Caldera Dürr
Un tipo muy similar, utilizado en los buques de guerra alemanes, fue la caldera Dürr . [12] Esto no usó encabezados seccionales, sino cámaras individuales.
En 1901, la Royal Navy había ordenado ocho calderas Dürr de Alemania, para ser instaladas como prueba a bordo del crucero clase Marathon HMS Medusa . [13]
Ver también
- Caldera de tubo dedal Clarkson
Referencias
- ↑ a b c Norman L Hurd (diciembre de 1946). "Diferencia de temperatura media en el campo o tubo de bayoneta". Química Industrial y de Ingeniería . 38 (12): 1266–1271.
- ^ "Una breve historia de la máquina de vapor", Cambridge University Press Archive
- ^ Yu. E. Bagdasarov (abril de 1966). "Cálculo de la remoción de calor en un canal con un tubo de campo". Revista de Ingeniería Física y Termofísica . 10 (4): 276-279.
- ^ a b Harris, KN Model Boiler and Boilermaking . págs. 39–40.
- ^ a b c Milton. Calderas de vapor marinas . págs. 66–70.
- ^ "La caldera naval del futuro: No IV" (PDF) . El ingeniero : 427–429. 5 de mayo de 1899. OCLC 5743177 . Consultado el 15 de febrero de 2017 .
- ^ Harris, Model Boilermaking , págs. 63,65
- ^ Jean Bart
- ^ Clase Varyag
- ^ "Niclausse Boilers en la Marina; debates de los Comunes" . Debates parlamentarios (Hansard) . 121 . Cámara de los Comunes. 28 de abril de 1903. col. 647.
Informe sobre ensayos de HMS Sheldrake , HMS Seagull (1889) , HMS Espiégle y HMS Fantome .
- ^ "Temas del Times: comparaciones de calderas con respecto a los Estados Unidos Maine" . The New York Times . 23 de abril de 1903 . Consultado el 2 de mayo de 2010 .
- ^ "La caldera marina Dürr Water-Tube" . La Sala de Calderas.
- ^ William Allan MP (22 de abril de 1901). "Calderas de tubo de agua Dürr" . Debates parlamentarios (Hansard) . 92 . Cámara de los Comunes. columna. 907.
Se han pedido a Alemania ocho calderas tubulares de agua del tipo Durr. El costo total de las calderas es £ 19,450. Esto es exclusivo de repuestos y montaje a bordo. Las calderas se colocarán a bordo del HMS "Medusa". Han sido garantizados por el fabricante para dar 155.000 libras. vapor seco por hora del agua de alimentación a 80 grados. F., con una presión de aire de 1½ pulgadas; 104.000 libras por hora con una presión de aire de ½ pulgada (la que se usa para el vapor continuo); y 80.000 libras. por hora con tiro natural.