Caldera Johnson

La caldera Johnson es una caldera de tubos de agua utilizada para la propulsión de barcos. ^{[ 1 ]}

El diseño Johnson fue desarrollado por el ingeniero británico J. Johnson a finales de la década de 1920. ^{[ 2 ]} Se concedió una patente en 1931, ^{[ 3 ]} y una de estas calderas se instaló en el RMS Empress of Britain  . ^{[ 2 ]} En aquella época, las calderas de tubos de agua se estaban adoptando en buques de turbina rápidos , como buques de guerra y transatlánticos. También se produjo un cambio hacia la combustión de petróleo en lugar de carbón . El petróleo tenía varias ventajas para un buque rápido, en particular para un buque de guerra que necesitaba combinar la eficiencia para un largo alcance con la capacidad de generar alta potencia bajo demanda cuando se requería máxima velocidad. El petróleo requería menos fogoneros y una tripulación más pequeña requería menos espacio a bordo destinado a comedores. El repostaje también era más rápido y limpio con petróleo que con carbón. ^{[ 4 ]}

La caldera Johnson fue la primera de las calderas tipo O , una clase de calderas de tubos de agua caracterizadas por tambores de vapor y agua individuales dispuestos verticalmente uno encima del otro, con tubos de agua verticales curvados a los lados que forman un volumen cilíndrico general. No hay parrilla en la base de este espacio del horno, por lo que se alimentan con quemadores de combustible líquido, en lugar de un horno de combustible sólido que produce cenizas . ^{[ 4 ]}

La gran superficie de calentamiento radiante disponible permite una tasa de combustión, para un volumen de horno dado, de aproximadamente el doble que la de una caldera contemporánea, como la Yarrow . ^{[ 5 ]} Las paredes de los extremos del horno pueden ser paredes de agua con más tubos o bien simples ladrillos refractarios. La escasa cantidad de ladrillos necesarios para el diseño Johnson, sin requerir una base para el horno, fue considerada una ventaja por la Armada. ^{[ 5 ]}

La Royal Navy probó una caldera Johnson en 1936, cuando el destructor de clase H HMS Hyperion  se construyó con dos calderas Admiralty de 3 tambores y una Johnson, en lugar de las tres Admiralty utilizadas para el resto de la clase. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Esta caldera tenía una pared de agua en el extremo opuesto al de combustión. El diseño inicial tenía una mala circulación hasta que se añadieron bajantes fríos externos, lo que aumentó el peso en un 10 %. ^{[ 5 ]}

El Babcock-Johnson es una versión mejorada del diseño Johnson, construida por Babcock . Las paredes de los extremos del horno son tubulares y cuenta con grandes bajantes externos . ^{[ 7 ]}

La caldera y su conducto de escape están encerrados en un conducto de aire descendente general, alimentado a través de un precalentador de aire en la chimenea de escape. ^{[ 7 ]}

Las primeras versiones de este diseño utilizaban un grueso conjunto de tubos, dividido en dos capas, con el sobrecalentador colocado entre tubos paralelos axialmente. ^{[ 7 ]}

Los diseños posteriores presentaban nidos de tubos más delgados, de solo cuatro filas, con el sobrecalentador ubicado en la entrada al embudo. Las condiciones de funcionamiento serían de '850/850', con una presión de trabajo de 850 libras por pulgada cuadrada (59 bar) y una temperatura del vapor de 850 °F (454 °C) . ^{[ 7 ]} El sobrecalentador se ubicaría en un lado de la entrada, y un recalentador entre las turbinas de alta y baja presión se ubicaría en el otro. ^{[ 7 ]}   

La caldera Fairfield-Johnson es un desarrollo posterior del tipo Babcock-Johnson. La presión de trabajo de la caldera se reduce de aproximadamente 58 bar a 30 bar, pero la temperatura del vapor después del sobrecalentador permanece igual en aproximadamente 825 °F (441 °C) . ^{[ 8 ]}  

La modificación de ingeniería para estas calderas consiste en reducir el trabajo realizado en los tubos generadores de vapor, a favor de un mayor sobrecalentamiento. El calentamiento radiante de los tubos de la caldera es el mismo, pero hay menos transferencia de calor por convección, lo que resulta en una temperatura de entrada del gas sobrecalentador más alta. ^{[ 8 ]}