El sistema de escape de la locomotora de vapor consiste en aquellas partes de una locomotora de vapor que juntas descargan el vapor de escape de los cilindros para aumentar el tiro a través del fuego. Por lo general, consta de tubo de escape (o boquilla de primera etapa), caja de humo y chimenea , aunque los diseños posteriores también incluyen boquillas de segunda y tercera etapa.
Historia
La primacía del descubrimiento del efecto de dirigir el vapor de escape hacia arriba de la chimenea como un medio de proporcionar tiro a través del fuego es objeto 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 dirigió hacia la chimenea y notó 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 explosivo en sus primeras locomotoras, pero no está claro si se trataba de un descubrimiento independiente o una copia del diseño de Trevithick. Poco después de Hackworth, George Stephenson también empleó el mismo método, pero nuevamente no está claro si fue un descubrimiento independiente o una copia de un diseño de uno de los otros ingenieros.
Las locomotoras en ese momento empleaban una sola caldera de humos o un solo conducto de retorno , con la rejilla de fuego en un extremo del conducto. Para las calderas de este diseño, la explosión de un tubo de explosión con orificio contraído era demasiado fuerte y levantaría el fuego. No fue hasta el desarrollo de la caldera multitubo que el tubo de escape con orificio contraído y colocado en el centro se convirtió en estándar. La combinación de caldera multitubo y chorro de vapor a menudo se cita como las principales razones del alto rendimiento del Rocket de 1829 en los Rainhill Trials .
Descripción
Poco después de que se descubrió el poder de la explosión 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 puedan mezclarse con el vapor. Esto tenía la ventaja adicional de permitir el acceso para recolectar la ceniza extraída por los tubos de fuego por el tiro. El tubo de escape, desde el que se emite vapor, se montó directamente debajo de la chimenea en la parte inferior de la caja de humo.
La ráfaga de vapor se autorregula en gran medida: un aumento en la tasa de consumo de vapor de los cilindros aumenta la ráfaga, 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 humo para usar cuando se necesita un tiro mayor sin que un mayor volumen de vapor pase a través de los cilindros. Un ejemplo de tal 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 ingresa 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 cámara de combustión está abierta en ese momento. Por esta razón, el soplador a menudo se enciende en estas situaciones para contrarrestar el efecto de compresión.
Desarrollo posterior
El objetivo del desarrollo del sistema de escape es obtener el máximo vacío de la caja de humo con una mínima contrapresión en los pistones.
Poco desarrollo de los principios básicos del diseño de la caja de humo tuvo lugar hasta 1908, cuando WFM Goss de la Universidad de 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 Churchward , y luego desarrollados por Samuel Ell en la década de 1950 utilizando la planta de prueba estacionaria GWR (entonces nacionalizada bajo BR). Ell pudo duplicar la velocidad máxima de vaporización de la clase GWR Manor mediante alteraciones aparentemente menores en el diseño de la parte delantera, y más que duplicó la velocidad para un LNER V2.
Andre Chapelon hizo una mejora significativa con su escape Kylchap que incorporó un esparcidor Kyala (boquilla de segunda etapa) y una cubierta de tercera etapa entre el tubo de escape (boquilla de primera etapa) y la chimenea. Esto se hizo popular al final de la era del vapor (principios y mediados del siglo XX) y se utilizó en el Mallard de Nigel Gresley , que ostenta el récord mundial oficial de velocidad para locomotoras de vapor. Otros diseños contemporáneos incluyen los escapes Giesl y Lemaître que logran el mismo objetivo por diferentes medios.
El amigo de Chapelon, Livio Dante Porta , continuó el desarrollo, quien desarrolló los sistemas de escape Kylpor , Lempor y Lemprex , y también desarrolló modelos matemáticos sofisticados para optimizar su uso para locomotoras específicas.
Con la desaparición de las operaciones comerciales de vapor en los principales ferrocarriles de todo el mundo, ha habido pocos fondos para un mayor desarrollo de la tecnología de locomotoras de vapor, a pesar de los avances en la tecnología de materiales y las técnicas de modelado por computadora que podrían haber permitido mejoras adicionales en la eficiencia.
Referencias
- Semmens, PWB; Jilguero, AJ (2003). Cómo funcionan realmente las locomotoras de vapor . OUP. ISBN 0-19-860782-2.
- Rolt, LTC (1978). George y Robert Stephenson: La revolución ferroviaria . Pelícano. ISBN 0-14-022063-1.
- Ahrons, EL (1927). La locomotora británica del ferrocarril de vapor 1825-1925 .