Caldera tipo lanzadera

Una caldera multitubular horizontal de tipo lanzadera , cañonera o de tipo lancero ^{[ 1 ]} es una forma de caldera de vapor pequeña . Consiste en una carcasa horizontal cilíndrica con un horno cilíndrico y tubos de fuego en su interior.

Su nombre deriva del uso popular que se les daba antiguamente a las pequeñas embarcaciones de vapor, como yates y lanchas . También se utilizaron en algunos destructores torpederos de la Armada de los primeros tiempos .

El hogar cilíndrico se ajusta completamente dentro de la carcasa exterior de la caldera. A diferencia de la caldera de locomotora , no hay una rejilla de hogar que sobresalga por debajo de la caldera principal. La caldera presenta similitudes tanto con la caldera de locomotora (los múltiples tubos de fuego pequeños) como con la caldera marina escocesa (el hogar cilíndrico corto). Al ser una caldera de tubos de fuego, cuenta con una amplia superficie de calentamiento, lo que la convierte en una caldera de vapor eficiente. La construcción del hogar también es más sencilla y, por lo tanto, más económica que la del hogar de la locomotora. Dado que el hogar circular se sostiene en gran medida por sí mismo frente a la presión de la caldera, no requirió los extensos y costosos soportes de la caldera de locomotora. Esto también permitió fabricar la caldera con una junta atornillada en la carcasa exterior, de modo que todo el hogar y el conjunto de tubos pudieran retirarse para su inspección y mantenimiento.

El hogar es de tamaño limitado y, a diferencia de la caldera de la locomotora, no puede expandirse más allá del tamaño de la carcasa de la caldera. Esto limita la producción sostenida posible. ^{[ 2 ]} La parrilla y el cenicero también son de tamaño limitado; la parrilla es un conjunto de barras que se extienden parcialmente a lo largo del tubo del horno y el cenicero es el espacio restringido debajo de esta. Estas características limitan la capacidad de la caldera para quemar carbón bituminoso duro y requieren un suministro de carbón de vapor galés , o similar, en su lugar. La combustión con leña o biomasa era difícil. La capacidad del hogar está aún más restringida por el espacio utilizado para el cenicero y también por el horno de cámara seca. ^{[ 2 ]} El pequeño cenicero también restringe su capacidad de generar vapor durante largos períodos.

Una desventaja de la caldera era el gran diámetro del hogar en relación con la carcasa, y por lo tanto, el pequeño espacio para el vapor sobre la parte superior del hogar. Esto hacía que las calderas fueran propensas a la autoencendido , especialmente en mares agitados, donde el agua podía filtrarse a la tubería de vapor.

Un peligro aún más grave era la limitada reserva del nivel de agua, ya que bastaba con que este descendiera ligeramente por descuido para que la bóveda del horno quedara expuesta, con el consiguiente riesgo de sobrecalentamiento y explosión de la caldera. La caldera era segura cuando se encendía correctamente, pero no podía dejarse sin supervisión. Estas restricciones del nivel de agua se volvían aún más problemáticas cuando la caldera se inclinaba, incluso por una pendiente tan pronunciada como la de una vía férrea. Se ha atribuido a esta causa un índice de desgaste inusual y un número elevado de hornos de repuesto suministrados para las locomotoras Heywood. ^{[ 2 ]}

La caldera tuvo cierta popularidad en Europa continental, como caldera para pequeños motores portátiles . Una caldera similar, pero con tubos de retorno de fuego, se construyó en Estados Unidos con el nombre de caldera Huber .

Para reducir las limitaciones del horno pequeño, se desarrolló una forma ampliada. El área de la carcasa de la caldera junto al horno se amplió en diámetro, pero mantuvo su forma circular. Esto permitió instalar un horno de mayor diámetro. La sección del hogar de la carcasa se desplazó hacia abajo, de modo que el conjunto de tubos de la parte superior del horno quedó en la parte inferior, llena de agua, de la carcasa. Como las placas seguían siendo cilíndricas, no requerían tirantes, pero es posible que se utilizaran algunos tirantes de varilla pequeños para sostener la parte plana de la placa de garganta entre las dos secciones de la carcasa. ^{[ 3 ]}

Este diseño de caldera se utilizó en máquinas semiportátiles desde la década de 1860. Debido a que la parrilla más ancha permitía la combustión de combustibles de baja calidad, como paja o residuos de caña de azúcar, se prefería para uso agrícola y se la conocía como el tipo «colonial». Marshalls construyó muchas de estas calderas y patentó el diseño como su hogar «Britannia». ^{[ 4 ]} También se ofrecía en una versión alargada como horno de leña, especialmente para su uso en Australia y África, donde se talaban los bosques para la agricultura. ^{[ 5 ]}

Las calderas circulares para lanchas (en lugar de las calderas para locomotoras) no se usaban mucho en Gran Bretaña, rica en carbón, salvo estos tipos de mayor tamaño. A veces se las conocía como calderas «marinas», aunque esta forma ampliada no era la preferida para uso marítimo debido a su centro de gravedad elevado.

Locomotoras ferroviarias Bagnall

La caja de fuego circular ampliada también fue utilizada por WG Bagnall para locomotoras de vía estrecha, a partir de 1890. ^{[ 3 ]}

Una de las últimas de estas locomotoras en ser construida, la última locomotora de vapor industrial de vía estrecha construida para su uso en el Reino Unido, fue Monarch , una locomotora articulada construida en 1953 para el ferrocarril papelero de Bowaters en Kent. Originalmente fue construida para los ferrocarriles de plantaciones de azúcar de 2  pies en Sudáfrica, pero se modificó su ancho de vía a 2  pies  y 6  pulgadas . Estas fueron articuladas según el diseño Meyer modificado de Bagnall . La locomotora Meyer original utilizaba dos bogies articulados debajo de un bastidor de locomotora tanque que sostenía la caldera y los tanques de agua. Esto limitaba el espacio disponible para el hogar, una desventaja que podía evitarse, para locomotoras pequeñas, mediante el uso de la caldera de Bagnall con un hogar circular completamente sobre los bastidores.

Las calderas tipo lanzadera se usaban raramente para locomotoras de ferrocarril, aunque Sir Arthur Heywood las usó notablemente a partir de 1874 para sus ferrocarriles de ancho mínimo de 15  pulgadas ( 381  mm ) en Duffield Bank y Eaton Hall . ^{[ 6 ]}

Otros ferrocarriles de vía estrecha, en particular los ferrocarriles industriales de vía estrecha de 457 mm (18 pulgadas) en Crewe , Horwich y la  fábrica de cerveza Guinness en Dublín , también utilizaban calderas de tipo lanzadera, debido al espacio limitado entre los bastidores para una caja de fuego convencional. 

Una limitación de este diseño para locomotoras de vapor era la necesidad de alojar el fuego, la parrilla y el cenicero dentro del estrecho tubo circular del horno. Esto limitaba la superficie de calentamiento por radiación del horno y, por lo tanto, la potencia inmediata de generación de vapor de la caldera. Se observó que tardaban más en encenderse en frío que las convencionales. ^{[ 7 ]} Como el espacio del cenicero debajo de la parrilla era pequeño, las locomotoras solo podían funcionar durante un corto tiempo antes de tener que vaciarlo. En una línea ferroviaria principal, esto habría requerido regresar al depósito de locomotoras. ^{[ 3 ]} En las pequeñas líneas de vía estrecha de contratistas, la ceniza simplemente se depositaba donde fuera conveniente, por lo que esto era mucho menos problemático.

Calderas cónicas

En 1888, la fábrica de locomotoras Hohenzollern entregó las dos primeras locomotoras Feldbahn de vía estrecha de 600  mm ( 1  pie 11 + 5/8 pulgadas ) para el   ejército prusiano . Estas utilizaban una versión cónica de la caldera de lanzamiento. Una placa trasera de mayor diámetro y una placa tubular de la caja de humos considerablemente reducida se instalaron en una carcasa de forma cónica pronunciada. Esta se instaló con el borde superior ^{[ i ]} del cono en posición horizontal. El propósito de la forma cónica era aumentar la profundidad del agua sobre el horno, la parte más caliente de la superficie de evaporación. El horno y los tubos se trasladaron a la parte inferior de la carcasa, con los tubos discurriendo hacia arriba paralelos al borde inferior del cono. Una dificultad fue la falta de espacio para el vapor de la caldera, lo que requirió una cúpula ampliada, de casi tanta capacidad como la carcasa principal. ^{[ 8 ]} Dado que una de las principales virtudes de la caldera de lanzamiento es la simplicidad de su construcción, enrollar una carcasa cónica y colocar una gran cúpula representó un aumento considerable en su complejidad y costo.

Estas locomotoras, y sus calderas, fueron un completo fracaso. Eran demasiado pequeñas y tenían poca potencia para la tarea, con ruedas diminutas propensas a descarrilar en vías irregulares y (en el caso de la primera locomotora 2-2-2) con una adherencia limitada debido a su única rueda motriz. A pesar de haber sido algunos años después de Heywood y la publicación de su obra Minimum Gauge Railways , ignoraron casi todos sus principios. Las calderas carecían de capacidad de evaporación y no podían soportar un funcionamiento continuo. ^{[ 8 ]}

Ferrocarril de Lancashire y Yorkshire

El ferrocarril de Lancashire y Yorkshire sufrió problemas con los tirantes del hogar , lo que provocó la explosión de una caldera en una 'Clase 30' 0-8-0 cerca de Knottingley en 1901 ^{[ 11 ] [ 12 ]} Su ingeniero mecánico jefe, Henry Hoy , buscó evitar por completo los problemas del hogar con tirantes y, por lo tanto, desarrolló una caldera y un hogar alternativos. Este utilizaba un horno tubular corrugado y un hogar exterior cilíndrico, como el de Lentz. ^{[ 10 ]} Dichos hornos corrugados ya se utilizaban ampliamente en la zona, con las calderas estacionarias de Lancashire y Galloway de las fábricas de algodón de Lancashire y los fabricantes locales ya tenían varios diseños disponibles. El horno también era de acero, en lugar del cobre utilizado para los hogares en ese momento. ^{[ 10 ]} La participación de Hoy fue irónica, ya que una de las principales causas del accidente original había sido la invención de Hoy de una nueva aleación de latón para los tirantes del hogar, una aleación inelástica que resultó tener serios inconvenientes. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Una locomotora Clase 30, la 396 , fue reconstruida en 1903 y otras 20 fueron construidas nuevas con esta caldera. ^{[ 12 ]}

Las calderas presentaban varios inconvenientes en su funcionamiento. Tardaban en calentarse tras el encendido, y el espacio limitado del cenicero restringía su tiempo de funcionamiento fuera del cobertizo. Ambos problemas se debían a que la zona de calentamiento del horno estaba en gran parte oculta por la rejilla. Se ha sugerido que habrían tenido más éxito con la combustión de petróleo, ^{[ ii ]} ya que esto habría permitido utilizar todo el diámetro del horno y habría evitado la acumulación de cenizas. ^{[ 7 ]}

El nuevo diseño de caldera no duró mucho en servicio y las locomotoras fueron reconstruidas con calderas convencionales después de diez años. ^{[ iii ] [ 12 ]} El sucesor de Hoy, George Hughes , describió estas calderas desfavorablemente en documentos leídos ante el I. Mech E. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Clase E de NZR

La única locomotora de la clase E de la NZR de 1906 era una Mallet experimental de doble expansión articulada 2-6-6-0T de Vauclain , destinada a operar en la pendiente de Rimutaka . La expansión propició la elección de una presión de caldera entonces extraordinariamente alta de 200 psi (14 bar; 1400 kPa) , lo que requirió una construcción robusta del hogar. El jefe de diseño de la NZR, G. A. Pearson, optó por un diseño de horno corrugado en una caldera cónica, similar a la de la Vanderbilt.