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Caldera marina escocesa

Ejemplo alemán. Nótese la cúpula de vapor , un elemento típicamente alemán, y también los hornos corrugados . Una caldera marina "escocesa" (o simplemente caldera escocesa ) es ...

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Ejemplo alemán. Nótese la cúpula de vapor , un elemento típicamente alemán, y también los hornos corrugados .

Una caldera marina "escocesa" (o simplemente caldera escocesa ) es un diseño de caldera de vapor conocido principalmente por su uso en barcos.

Diagrama seccional de una caldera de "parte trasera húmeda".

La disposición general es la de un cilindro horizontal corto. Uno o más hornos cilíndricos grandes se ubican en la parte inferior de la caldera. Encima de estos hay numerosos tubos de fuego de pequeño diámetro . Los gases y el humo del horno pasan a la parte posterior de la caldera y luego regresan a través de los tubos pequeños y salen por la chimenea. Los extremos de estos tubos múltiples están rematados por una caja de humos , ubicada fuera de la caldera. [ 1 ]

La caldera escocesa es una caldera de tubos de fuego , en la que los gases calientes de combustión pasan a través de tubos ubicados dentro de un tanque de agua. Como tal, es descendiente de la antigua caldera Lancashire y, al igual que esta, utiliza varios hornos separados para proporcionar una mayor superficie de calentamiento para una capacidad de horno determinada. Se diferencia de la Lancashire en dos aspectos: se utilizan muchos tubos de pequeño diámetro (normalmente de 75 o 100 mm cada uno) para aumentar la relación entre la superficie de calentamiento y la sección transversal. En segundo lugar, la longitud total de la caldera se reduce a la mitad al plegar el conducto de gases sobre sí mismo. 

Cámara de combustión

Dentro de la cámara de combustión, mirando hacia arriba a la placa tubular.
Vista posterior de la caldera del remolcador de vapor Mayflower , donde se aprecian los tirantes que sostienen las cámaras de combustión.

El extremo más alejado del horno es una caja cerrada llamada cámara de combustión , que se extiende hacia arriba para conectarse con los tubos de fuego.

La pared frontal de la cámara de combustión se sostiene contra la presión del vapor gracias a los propios tubos. La cara posterior se sujeta mediante tirantes que atraviesan la parte trasera de la caldera. Sobre la cámara de combustión y los tubos hay un espacio abierto para la recogida de vapor. Unos tirantes largos y de mayor tamaño recorren la caldera a través de este espacio, sosteniendo los extremos de la carcasa.

Con varios hornos, cada uno tiene su propia cámara de combustión. Algunas calderas pequeñas los conectaban en una sola cámara, pero este diseño es menos resistente. Un problema más grave es el riesgo de que se invierta el tiro, ya que los gases de escape de un horno podrían salir disparados hacia el horno contiguo, poniendo en peligro a los fogoneros que trabajan frente a él.

Orígenes

Caldera 'Wilberforce' en la sección

La primera caldera registrada de forma comparable se utilizó en una locomotora de ferrocarril, la clase 'Wilberforce' de Hackworth de 1830. [ 2 ] Esta tenía una larga carcasa cilíndrica similar a su anterior ' Royal George ' con conducto de retorno , pero con el conducto de retorno reemplazado por varios tubos de fuego pequeños, como Stephenson había demostrado tan eficazmente con su ' Rocket ' un año antes. Se utilizó la novedosa característica de una cámara de combustión completamente interna. Sin embargo, a diferencia de la caldera escocesa posterior, esta se autosostenía mediante sus propios tirantes, en lugar de utilizar tirantes a través de las paredes de la carcasa de la caldera. Esto permitía extraer todo el conjunto de la placa tubular exterior, el tubo del hogar, la cámara de combustión y los tubos de fuego de la carcasa de la caldera como una sola unidad, simplificando la fabricación y el mantenimiento. Aunque era una característica valiosa, esto se volvió poco práctico para cámaras de mayor diámetro que requerirían el soporte de la carcasa.

Variantes

Número de hornos

Lo habitual en los barcos era que cada caldera tuviera dos hornos. Las calderas más pequeñas podían tener solo uno, mientras que las más grandes solían tener tres. La limitación en el tamaño de la caldera radicaba en la cantidad de trabajo que cada fogonero podía realizar, al tener que encender un horno por persona. [ 1 ] Los barcos más grandes (es decir, cualquiera de mayor tamaño que el más pequeño) tendrían muchas calderas.

Al igual que con la caldera de Lancashire , el horno a menudo se corrugaba para mayor resistencia. Varios fabricantes tenían sus propios métodos particulares para hacer estas corrugaciones, lo que llevó a su clasificación para fines de mantenimiento bajo los nombres generales de Leeds , Morrison, Fox , Purves o Brown. [ 3 ]

Espalda mojada y espalda seca

Sección transversal y longitudinal de una caldera de cuatro hornos.

El diseño típico es el de "parte trasera húmeda", donde la cara posterior de la cámara de combustión está revestida con agua para que actúe como superficie de calentamiento.

La variante de "parte trasera seca" tiene la parte posterior de la cámara de combustión como una caja abierta, respaldada o rodeada únicamente por una camisa de chapa metálica revestida de ladrillo. [ 4 ] [ 5 ] Esto simplifica la construcción, pero también pierde mucha eficiencia. Se utiliza solo para calderas pequeñas donde el costo de capital supera los costos de combustible. Aunque la caldera escocesa rara vez es hoy en día el generador de vapor principal en un barco, todavía se encuentran diseños pequeños de parte trasera seca como el Minipac [ 6 ] , para satisfacer demandas secundarias mientras está atracado en puerto con las calderas principales frías.

Una variante interesante del diseño de parte trasera seca ha sido una patente para la combustión de combustibles propensos a generar cenizas. [ 7 ] La parte posterior de la cámara de combustión se utiliza como punto de acceso para un separador de cenizas, que elimina las cenizas antes de los tubos de pequeño diámetro.

Doble extremo

El diseño de doble extremo coloca dos calderas espalda con espalda, eliminando la pared posterior de la carcasa. Las cámaras de combustión y los tubos de fuego permanecen separados. Este diseño ahorra algo de peso estructural, pero también hace que la caldera sea más larga y más difícil de instalar en un barco. Por esta razón, no se usaban comúnmente, aunque sí eran frecuentes las disposiciones espalda con espalda de varias calderas de un solo extremo. [ 4 ]

Inglés

La modificación " Inglis " [ 8 ] añade una cámara de combustión adicional donde un conducto de humos grande adicional regresa desde la parte trasera a la parte delantera de la caldera. El flujo a través de los múltiples tubos se produce, por lo tanto, de adelante hacia atrás, y así la salida de gases se encuentra en la parte trasera. Varios hornos compartirían una sola cámara de combustión. [ 4 ]

La principal ventaja de la caldera Inglis reside en la superficie de calentamiento adicional que proporciona, para un volumen de carcasa comparable, de aproximadamente un 20 %. [ 9 ] Sorprendentemente, esto no se debe a la cámara de combustión adicional, sino al alargamiento de los estrechos tubos de fuego. Estos ahora pueden recorrer toda la longitud de la carcasa de la caldera, en lugar de limitarse a la distancia, bastante más corta, que va desde la cámara de combustión interna hasta la placa tubular frontal. A pesar de esta ventaja, rara vez se utiliza.

Uso en barcos

Anuncio de Willamette Iron and Steel Works que destaca los grandes pedidos de calderas de Emergency Fleet Corporation.

La caldera marina escocesa alcanzó un uso casi universal durante el apogeo de la propulsión a vapor, especialmente en los motores de pistón más avanzados, como los de triple expansión . Su uso se extendió desde el final de las calderas de baja presión tipo "haystack " a mediados del siglo XIX hasta principios del siglo XX, con la llegada de las turbinas de vapor con calderas de tubos de agua de alta presión, como la Yarrow .

Los barcos grandes o rápidos podían requerir una gran cantidad de calderas. El Titanic tenía 29 calderas: 24 de doble extremo y 5 más pequeñas de un solo extremo. Las calderas más grandes tenían 4,80 m ( 15 pies 9 pulgadas ) de diámetro y 6,1 m (20 pies) de largo, mientras que las más pequeñas tenían 3,58 m ( 11 pies 9 pulgadas ) de largo. Todos los extremos tenían tres hornos Morrison corrugados de 1,14 m ( 3 pies 9 pulgadas ) de diámetro, 159 hornos en total, y una presión de trabajo de 1480 kPa (215 libras por pulgada cuadrada; 14,6 atm) . [ 10 ]            

Algunos buques a motor , propulsados ​​por motores de combustión interna, también llevaban calderas escocesas. Las llamadas calderas de gases de escape se calentaban con los gases de escape calientes de los motores principales. Un ejemplo son los buques de pasajeros de la clase Monte, propulsados ​​por diésel, construidos en Alemania en la década de 1920 y equipados cada uno con dos calderas. El vapor generado se utilizaba para la maquinaria auxiliar. [ 11 ]

Ejemplos prácticos a bordo de buques

En 2010, numerosos barcos todavía utilizaban calderas escocesas, y se podían construir nuevas para reemplazar las que habían llegado al final de su vida útil. Algunos ejemplos de barcos de vapor conservados que empleaban calderas escocesas son:

Dentro de la caldera escocesa Daniel Adamson
  • El remolcador/barco de vapor Daniel Adamson, construido en 1903, fue restaurado completamente y navega por el río Weaver en Cheshire y por el canal de navegación de Manchester. Cuenta con una caldera escocesa alimentada con carbón y tres hornos. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
  • Remolcador de vapor Mayflower , Museo Industrial de Bristol
  • Baltimore , de 1906, en el Museo de la Industria de Baltimore , es el remolcador de vapor en funcionamiento más antiguo de los EE. UU. [ 15 ]
  • El buque de vapor Shieldhall, con base en Southampton , Reino Unido, está en pleno funcionamiento y cuenta con dos calderas escocesas alimentadas con petróleo. [ 16 ]
  • El rompehielos Stettin , propulsado por vapor y que funciona con dos calderas de carbón.
  • El draga a vapor Lydia Eva , con base en Lowestoft o Great Yarmouth, cuenta con una caldera escocesa de carbón totalmente operativa. [ 17 ]
  • El remolcador de vapor Kerne, construido en 1913. Operado desde Liverpool por la Sociedad para la Preservación del Remolcador de Vapor Kerne. Una caldera marina escocesa de doble hogar alimentada con carbón y dos hornos. Presión máxima de trabajo: 180 libras por pulgada cuadrada (1200 kPa) . [ 18 ] 
  • El buque de vapor Trafik fue construido en 1892 en Estocolmo, Suecia, por Bergsunds Mekaniska Verkstad como buque de pasajeros y carga en el lago sueco Vättern , con puerto base en Hjo . La maquinaria y su caldera son las originales fabricadas para el buque en Estocolmo. [ 19 ]
  • El remolcador de vapor Canning , propulsado por petróleo , fue construido en 1954. Inicialmente tuvo su base en Liverpool, pero trabajó en los muelles de Swansea desde 1966 y ahora forma parte del Museo Nacional del Frente Marítimo de dicha localidad.

Referencias

  1. 1 2 Manual del fogonero (  edición de 1912). Almirantazgo , vía HMSO, vía Eyre & Spottiswoode. 1901.
  2. ↑ Snell, JB (1971). Ferrocarriles: Ingeniería mecánica . Longman. págs. 55–56 . ISBN  978-0582127937.
  3. ↑ Malek, Mohammad A. (2004). Diseño, inspección y reparación de calderas de potencia . McGraw Hill Professional. pág. 261. ISBN  978-0071432023.
  4. 1 2 3 K.N. Harris (1974). Calderas modelo y fabricación de calderas . MAP. ISBN 978-0852423776.
  5. ↑ Malek, Calderas de potencia , pág. 244
  6. ↑ Práctica de ingeniería naval marina . Vol. 1. Royal Navy , vía HMSO . 1971 [1959]. pág. 11. ISBN   978-0117702233.
  7. ↑ US 5558046 , Schoppe, Fritz y Pröstler, Josef, "Caldera de tubos de fuego", publicado el 24 de septiembre de 1996, asignado a Fritz Schoppe. 
  8. ↑ "Negocios e historia – John Inglis Co. Limited" . Universidad de Western Ontario. Archivado del original el 12 de enero de 2010.
  9. ↑ Milton, JH (1961) [1953]. Calderas de vapor marinas (2.ª ed.). Newnes. 
  10. ↑ McCluskie, Tom (1998). Anatomía del Titanic . Londres: PRC. pág. 65. ISBN  978-1856484824.
  11. ↑ "Ley de Marina Mercante de 1894, Informe del Tribunal (n.º 7933)" (PDF) . Archivo Digital Marítimo y de Historia Local, Ayuntamiento de Southampton. 27 de junio de 1954. Consultado el 20 de abril de 2018 .
  12. ↑ Brown, Paul (2010). Barcos históricos: Los supervivientes . Stroud, Gloucestershire: Amberley. ISBN 9781848689947LCCN 2010525184. Consultado el 26 de junio de 2020 . 
  13. ↑ "Daniel Adamson" . National Historic Ships UK. 2018. Consultado el 26 de junio de 2020 .
  14. ↑ "El Danny: Historia completa" . Sociedad para la Preservación de Daniel Adamson. 2020. Consultado el 26 de junio de 2020 .
  15. ↑ "Remolcador de vapor Baltimore " .
  16. ↑ "SS Shieldhall" .
  17. ↑ "Lydia Eva" .
  18. ↑ "s/s KERNE" .
  19. ↑ "S/S Tráfico Hjo" .