tubo de escape

Un tubo de escape es un tubo cónico de hierro fundido montado dentro de la caja de humos de una locomotora de vapor, colocado directamente debajo de la chimenea. Recibe vapor de escape de los cilindros a presiones entre 140 y 180 psi, descargándolo como un chorro de alta velocidad hacia arriba en la chimenea. Esto crea un vacío parcial en la caja de humos, aspirando los gases de combustión de la caja de fuego a través de los tubos de la caldera más rápidamente de lo que permitiría la convección natural por sí sola. El resultado es un tiro más fuerte, un fuego más caliente y una mayor generación de vapor, convirtiendo lo que de otro modo sería un escape de desecho en una fuerza motriz productiva.

El diseño físico es simple pero crítico. El vapor entra al tubo de escape desde dos o cuatro tubos ramales conectados al puerto de escape de cada cilindro. El tubo se estrecha de aproximadamente 4 a 5 pulgadas de diámetro en la entrada a 2 a 3 pulgadas en la boquilla de descarga, concentrando el flujo. La boquilla se proyecta en la caja de humos, a veces ensanchándose ligeramente, con una holgura de 1 a 2 pulgadas por debajo de la abertura de la chimenea. Las locomotoras más antiguas usaban boquillas fijas; los diseños posteriores incorporaron boquillas ajustables o múltiples chorros para permitir que las tripulaciones de la cabina ajustaran la intensidad del tiro sin detenerse.

El rendimiento del tubo de escape es inseparable del diseño de la caja de fuego y la caldera. Una locomotora con una boquilla de tubo de escape demasiado grande creará un tiro débil y una baja eficiencia de combustible; una demasiado pequeña genera una contrapresión excesiva en los cilindros, desperdiciando potencia y sobrecalentando los puertos de escape. El equilibrio depende del área de la superficie de la caldera, el tamaño de la parrilla y la carga prevista. Los diseñadores calculan el diámetro de la boquilla empíricamente o por prueba, sabiendo que un cambio del 10 por ciento en el área de la boquilla puede alterar el consumo de combustible entre un 15 y un 20 por ciento.

Los puntos de falla comunes incluyen la erosión de la boquilla de hierro fundido por el chorro de vapor de alta velocidad, lo que lleva a un agrandamiento y un tiro debilitado con el tiempo. El agrietamiento ocurre cuando el estrés térmico excede la resistencia de la fundición, especialmente en aleaciones de hierro más antiguas. El arrastre de humedad de los cilindros puede causar una evaporación instantánea explosiva en la salida de la boquilla, dañando las superficies internas. La incrustación y el óxido dentro de los tubos del tubo de escape restringen el flujo y deben limpiarse química o mecánicamente durante la revisión.

El tubo de escape no fue inventado por una sola persona, sino que evolucionó gradualmente a lo largo de las décadas de 1830 y 1840, convirtiéndose en estándar en la década de 1850. Los primeros ingenieros descubrieron que descargar el vapor de escape por la chimenea intensificaba el efecto de tiro mucho más que la simple ventilación lateral. El término se origina en el chorro forzado de vapor, que es tanto su función como su carácter. En la cabina, el rugido del tubo de escape es audible incluso por encima del traqueteo del cilindro, y el comportamiento de su columna de humo les dice a los miembros experimentados de la tripulación si el fuego está tirando correctamente.