Caldera de locomotora de ferrocarril

Historia de la máquina de vapor

Las primeras máquinas de vapor eran estacionarias y operaban a baja presión. James Watt mejoró el diseño de Newcomen al incorporar un condensador separado y continuó desarrollando diseños más potentes y eficientes, como motores de vapor transportables. A medida que mejoraba la construcción de calderas, especialmente con la llegada de la caldera móvil, Watt experimentaba con vapor a una presión de vapor más alta, que podía activar un pistón directamente y allanó el camino para motores más compactos que pudieran proporcionar potencia locomotora. Watt mismo obtuvo una patente para una locomotora de vapor en 1794.

Antes del uso de la energía de vapor, se sabía que los caballos podían tirar de cargas más pesadas a lo largo de rieles fijos de madera, que las cargas que se podían transportar sobre vías con superficies irregulares. Dichos rieles empezaron a ser colocados, por ejemplo, alrededor de las minas. Por eso, los caballos pronto fueron reemplazados por las nuevas máquinas de vapor. Aunque inicialmente dicho transporte se había desarrollado para facilitar el transporte de materias primas y bienes manufacturados, los ferrocarriles también se hicieron inesperadamente populares entre el público para el transporte de pasajeros. El Reino Unido vio una rápida expansión de las locomotoras ferroviarias durante la primera mitad del siglo XIX; en la década de 1830, había menos de 100 millas de vías, y en 1860, ya había más de 10 000 millas.

Hasta el día de hoy el tiempo ha transcurrido muy deprisa, y se han producido varios vehículos de carretera a vapor, como rodillos de vapor o apisonadoras, pero también motores de tracción e incluso barcos de vapor. Sin embargo, estos otros vehículos de carretera a vapor no han sido tan populares como la locomotora a vapor.

¿Cómo funciona una caldera de locomotora?

El diseño básico de las calderas de las locomotoras se mantuvo constante a lo largo de la era de la máquina de vapor, mientras que las modificaciones en la estructura y sus características adicionales aumentaron su eficiencia y mejoraron la seguridad de la misma. Las calderas de locomotora tienen un diseño del tipo de caldera de tubo.

Gases de escape calientes

Esto significa que el fuego crea gases de escape calientes que pasan a través de una serie de tubos de fuego horizontales de la caldera (de ahí el término eje horizontal del tambor) y transfieren calor al agua circundante dentro de la carcasa de la caldera. El vapor de escape se forma dentro de la caldera de la locomotora y sube a la parte superior, donde la válvula reguladora regula su flujo hacia los cilindros.

Vapor de escape

Después de mover los pistones, el vapor de escape restante pasa y escapa a la caja de humos, y luego a través del tubo de escape. Entonces, el tubo de escape empuja el vapor hacia afuera. Esto crea un vacío parcial que atrae aire a través de la caja de combustión para propiciar la combustión.

Originalmente, la caldera de vapor de la locomotora funcionaba mediante un combustible sólido, principalmente carbón, que se introducía con palas en la caja de combustión (o caja de humo). Más tarde, se introdujeron los sistemas de abastecimiento automático. El suministro de agua a la caldera de la locomotora se mantiene mediante inyectores que funcionan a base de inyectar el vapor de escape. Se inyecta un chorro de vapor en el agua, lo cual proporciona la fuerza suficiente para que el vapor entre en la caldera de la locomotora a través de una válvula reguladora unidireccional.

Para el área del piso de la caja de combustión o caja de humo, puede usar nuestro Recrecido de Mortero Vitcas (Heatproof Screed).

Tubos de caldera

Las primeras máquinas de vapor funcionaban produciendo vapor saturado que se acumulaba en la parte superior de la caldera de la locomotora y se alimentaba directamente a los cilindros a través de la tubería de vapor principal.

Posteriormente se cambió el diseño para que este vapor saturado se calentara nuevamente para eliminar el agua y aumentar su temperatura. Este proceso se llama sobrecalentamiento.

Motor de vapor sobrecalentado

Los sobrecalentadores se introdujeron en los primeros años del siglo XX, lo que revolucionó la máquina de vapor. El sobrecalentador consta de un cabezal de sobrecalentador, el domo de vapor, los tubos de los elementos del sobrecalentador y algunos tubos de fuego adicionales.

El cabezal del sobrecalentador recibe el vapor producido por la tubería de vapor principal, mientras que los tubos adicionales toman el vapor a través de tubos del elemento del sobrecalentador para calentarlo aún más y aumentar la salida del vapor sobrecalentado producido. El vapor sobrecalentado vuelve a entrar en las tuberías de vapor.

Los últimos trenes de vapor se retiraron del servicio general en 1967, cuando se introdujo el motor diesel, pero el vapor está lejos de estar muerto. Miles de entusiastas, muchos de ellos voluntarios, continúan apoyando, restaurando y operando ferrocarriles de vapor tradicionales en todo el país. En 2008, una locomotora de vapor llamada Tornado, que se construyó desde cero con el apoyo de A1 Steam Locomotive Trust, completó sus pruebas y fue aprobada para su uso en Network Rail. Aunque se basó en un diseño de la década de 1950, la caldera de la locomotora tenía que cumplir con los estándares de seguridad modernos establecidos por la Directiva de equipos a presión de la UE. Ningún fabricante británico se consideró adecuado, por lo que se construyó en Meiningen Steam Locomotive Works en Alemania, que se ha convertido en un centro para la restauración de locomotoras de vapor, donde se celebra un festival anual de máquinas de vapor cada septiembre.

Ventajas de la caldera de locomotora

Una de las ventajas de la caldera de locomotora es que es una caldera rentable y tiene una alta tasa de generación de vapor.

Desventajas de la caldera de locomotora

Una de las principales desventajas de la caldera de locomotora es la necesidad de mantener una presión de vapor de trabajo segura que es monitoreada por un manómetro, a la vez que se evita el exceso de presión de la caldera que provoca la apertura de la válvula de seguridad.

Cuando la caldera de la locomotora está operando de modo intenso, las partículas de combustible sólido quemado pueden ser expulsadas a través de la tubería de escape hacia fuera de la chimenea. Esto conlleva el peligro de incendios a lo largo de las vías.

Otra desventaja de la caldera de locomotora, particularmente en áreas de agua dura, es el problema de la corrosión y la formación de incrustaciones.

Materiales refractarios utilizados en una caldera de locomotora

Los materiales refractarios juegan un papel vital en la construcción y mantenimiento de la caldera de la locomotora. Estos son algunos de los refractarios que puede necesitar, los cuales se analizan a continuación.

Arco de ladrillo refractario

El arco de ladrillos refractarios está colocado por encima del fuego y sirve para evitar que las partículas de combustible quemado entren directamente en los tubos de fuego. Este arco de ladrillos refractarios puede construirse con ladrillos refractarios y mortero refractario o bien puede formarse in situ a partir de un molde refractario. A veces, el arco de ladrillos refractarios se funde en secciones de refractario moldeable y luego se ensambla con mortero refractario.

Aislamiento de calderas de locomotoras

Para aislar la caldera de la locomotora, puede usar una manta de fibra cerámica para envolver el barril de la caldera y luego cubrirlo con las láminas de revestimiento.

Rodamientos

Para verter en rodamientos de metal blanco, use nuestro Premium 1P con el fin de sellar y actuar como un compuesto de cementación.

Más productos refractarios que puede encontrar en la sección de Ferrocarriles históricos.