Caja de humo

Una caja de humo es una de las partes básicas más importantes del sistema de escape de una locomotora de vapor. El humo y los gases calientes pasan desde la cámara de combustión a través de tubos por donde pasan el calor al agua circundante en la caldera. Luego, el humo ingresa a la caja de humo y se expulsa a la atmósfera a través de la chimenea (o embudo). Las primeras locomotoras no tenían cámara de humo y dependían de una chimenea larga para proporcionar tiro natural para el fuego, pero pronto se incluyeron cámaras de humo en el diseño por dos razones específicas. En primer lugar y lo más importante, la ráfaga de vapor de escape de los cilindros, cuando se dirige hacia arriba a través de una cámara de humos hermética con un diseño apropiado de boquilla de escape, aspira efectivamente gases calientes a través de los tubos y conductos de humos de la caldera y, en consecuencia, aire fresco de combustión hacia la cámara de combustión. En segundo lugar, la cámara de humo proporciona un cómodo punto de recogida de cenizas y carboncillos ("char") aspirados a través de los tubos de la caldera, que se pueden limpiar fácilmente al final de la jornada laboral. Sin una caja de humos, todo el carbón debe pasar por la chimenea o se acumulará en los tubos y conductos de humos, bloqueándolos gradualmente.

La caja de humo parece ser una extensión delantera de la caldera, aunque no contiene agua y es un componente independiente. Las cajas de humo suelen estar hechas de placas de acero remachadas o soldadas y el piso está revestido con concreto para proteger el acero del carbón caliente y el ácido o del ataque del agua de lluvia.

Sopladora

Para facilitar el paso del humo y los gases calientes, se suele utilizar un soplador. Se trata de un tubo que termina en un anillo que contiene orificios del tamaño de un alfiler, lo que crea un "anillo" de chorros de vapor. El vapor expulsa el humo y atrae más gases a través de los tubos. Esto, a su vez, hace que el aire pase a través de la rejilla y el orificio del fuego, lo que hace que el fuego arda más.

Explosión

Cuando la locomotora está en movimiento, el vapor de escape pasa a través del tubo de explosión, que se encuentra dentro de la cámara de humo. El vapor es expulsado por la chimenea, atrayendo nuevamente el fuego. El blastpipe es lo que produce el característico "chuff" sonido.

Las dimensiones del tubo de explosión y la chimenea son fundamentales para la capacidad de generación de vapor de la locomotora y su economía de combustible, ya que existe un equilibrio natural entre un chorro de vapor de alta velocidad que genera una fuerte atracción del fuego y un retorno -presión en el escape. Pequeños cambios en este "frontal" El diseño puede tener un impacto dramático. Los diseños de escape más complejos, como Kylchap, Lempor y Giesl, pueden lograr mejores resultados que la simple disposición del tubo de explosión y la chimenea.

Puerta caja de humos

Las cenizas y el hollín que pueden estar presentes en el humo suelen depositarse en la caja de humos. El frente de la caja de humos tiene una puerta que se abre para retirar estos depósitos al final de la jornada laboral de cada locomotora. Las manijas deben apretarse completamente para evitar fugas de aire, lo que reduciría la intensidad del fuego y también puede permitir que cualquier carbón no quemado en el fondo de la caja de humo se incendie allí.

Algunas puertas para cámaras de humo tienen una sola manija en forma de rueda; muchas locomotoras fabricadas en Gran Bretaña, en particular los tipos GWR y BR Standard, tienen un par de manijas de puerta con caja de humo que se asemejan a las manecillas de un reloj; También existen otros diseños. El tipo con un par de manijas tiene una barra horizontal a través de la caja de humo dentro de la puerta, un orificio en el que se introduce un "dardo" unido al interior de las dos manijas cuando está a las 12 o 6 en punto, utilizándose la manija exterior para bloquear la interior. Midland Railway y LMS utilizaron en particular abrazaderas separadas alrededor de la circunferencia de la puerta, lo que permitió que su característica placa con el número de caja de humo estuviera ubicada centralmente en la puerta.

En muchas apisonadoras, una extensión del cuerpo de la caja de humo también alberga el cojinete que soporta el rodillo delantero. Debido a limitaciones de espacio, estos rodillos suelen tener una trampilla abatible en lugar de una puerta circular para cámara de humo.

Tuberías de vapor

La caja de humo incorpora los principales tubos de vapor del regulador (o cabezal del sobrecalentador), uno que conduce a cada caja de válvulas, que forma parte de la pieza fundida del cilindro. Estos tubos pueden atravesar la pared de la caja de humos para unirse con el cilindro (tubos de vapor exteriores) o pueden permanecer dentro del perfil de la caja de humos (tubos de vapor interiores). Las tuberías de vapor interiores no requieren revestimiento ya que la cámara de humo las mantiene calientes, pero las tuberías de vapor exteriores son más comunes en locomotoras con cilindros fuera de los bastidores. Algunas clases de locomotoras utilizaban ambos tipos dependiendo de la fecha de construcción del lote (por ejemplo, LNER Clase V2).

Retraso

Debido a que las pérdidas de calor de la caja de humos tienen pocas consecuencias, generalmente no se retrasa. En la mayoría de los casos parece tener el mismo diámetro que la caldera de la locomotora terminada, pero esto sólo debido al revestimiento de la caldera; la caldera es más estrecha. Los motores de tanque generalmente tenían sus tanques de agua parados antes de la caja de humo sin revestimiento, ya que esto podría elevar la temperatura del agua lo suficiente como para causar problemas con los inyectores.

Caja de humos autolimpiante

Las clases estándar de los Ferrocarriles Británicos utilizan este diseño, donde se incorpora una rejilla de malla robusta en la caja de humo, formando un filtro entre la placa del tubo frontal y el escape. Cualquier trozo grande de carbón que pase a través de los tubos de la caldera tiende a romperse al impactar con la malla, creando partículas más finas que son arrastradas hacia la chimenea en lugar de acumularse en el fondo de la caja de humo. Esto no elimina la necesidad de limpiar la caja de humos, pero reduce la cantidad de trabajo que hay que realizar. En el mejor de los casos, se podría evitar la limpieza de la cámara de humos entre lavados de calderas, normalmente a intervalos de dos semanas.

Disposición de la locomotora

El diseño clásico de una locomotora de vapor tiene la cámara de humo y la chimenea en la parte delantera de la locomotora, lo que se conoce como "caja de humo primero" móvil. Algunos diseños invirtieron el diseño para evitar problemas (asfixia y mala visibilidad) causados por que el escape regresara a la tripulación; estas se denominaron locomotoras de cabina delantera.

Parachispas

A menudo se instala un parachispas dentro de la caja de humo. Esto puede tomar la forma de una malla cilíndrica que va desde la parte superior del tubo de explosión hasta la parte inferior de la chimenea. El objetivo de un parachispas es evitar que fragmentos excesivamente grandes de cenizas calientes salgan al ambiente donde pueden representar un riesgo de incendio. Por esta razón, los parachispas se instalan generalmente en locomotoras que circulan por ambientes secos. No deben confundirse con los parachispas externos instalados en algunas locomotoras. La presencia de un parachispas puede tener un efecto termodinámico, distorsionando la entrada de aire sobre el fuego y reduciendo así la producción total de energía. Por tanto, su uso puede ser polémico.

Sobrecalentamiento

Las locomotoras equipadas con un sobrecalentador normalmente tendrán un cabezal de sobrecalentador en la caja de humos. Steam ingresa al encabezado como "húmedo" vapor (saturado) y luego pasa a través de un elemento sobrecalentador. Éste se realiza en forma de un tubo que pasa dos veces por un tubo de humos agrandado en la caldera. El vapor ingresa a una cámara separada en el cabezal, esta vez como vapor sobrecalentado o seco. La ventaja del sobrecalentamiento es que el vapor tiene mayores propiedades expansivas al entrar en los cilindros, por lo que se puede obtener más potencia con una menor cantidad de agua y combustible.