El sistema de recalentamiento del vapor
Después de
que, a mediados del siglo XIX, la locomotora de vapor adquiriera su
configuración definitiva, la introducción del sistema de recalentamiento del
vapor fue el logro más importante. El recalentamiento posibilita que la
potencia de una locomotora se vea incrementada en hasta un 25%, con el ahorro
equivalente de carbón y de agua, comparada con las máquinas sin sistema de
recalentamiento. Su implantación a partir de 1910 supuso un nuevo avance en el
diseño de las locomotoras de vapor, coincidiendo con la demanda de los
empresarios ferroviarios de trenes más pesados que fueran arrastrados a
velocidades superiores.
Los principios básicos
El vapor que
se genera en una caldera a una presión y temperatura determinadas se llama
vapor saturado, y, debido a que está en contacto con el agua, tiene un alto
grado de humedad. Al añadirle más calor, ese vapor se recalienta. En una
locomotora, el vapor pasa a través de la válvula del regulador, las
conducciones principales del vapor y las válvulas de distribución hasta los
cilindros, donde su presión se aplica a los pistones.
El
contacto con las superficies metálicas de las tuberías y de los cilindros hace
que el vapor se enfríe, lo cual ocasiona la formación de gotas de agua,
rozamientos en el movimiento de los pistones y pérdida de presión. Todos estos
factores reducen potencia.
Cuando
se aplica el recalentamiento suficiente al vapor saturado, la humedad de éste
se convierte en vapor adicional, y, si su temperatura sube lo suficiente, se
mantendrá por encima del punto de saturación durante todo el ciclo de trabajo,
hasta que sea descargado por la tobera de soplado de la caja de humos. Ello
elimina la pérdida de potencia por condensación.
La
otra gran ventaja del recalentamiento es que el vapor se aproxima a la condición
de gas perfecto, expandiendo su volumen progresivamente a medida que absorbe
más calor. El calor que se absorbe en los elementos recalentadores reduce
ligeramente el ritmo de producción de vapor saturado de la caldera, pero éso es
mucho menos importante que el aumento de volumen del vapor y de la potencia
conseguida por el recalentamiento.
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| El recalentador Schmidt es el tipo más comúnmente utilizado en las locomotoras. La válvula del regulador permite que el vapor saturado pase desde el domo a la tubería principal de vapor. Desde aquí, el vapor pasa al distribuidor del recalentador; después, sigue por los elementos del recalentador en el interior de los grandes tubos de salida de humos del hogar, donde el vapor saturado se calienta y se convierte en vapor recalentado. Luego, el vapor vuelve al distribuidor del recalentador y se dirige a los cilindros a través de las tuberías de vapor. Click en la imagen para ver en mayor tamaño. |
Su historia
La idea de
recalentar el vapor saturado data de principios del siglo XIX. El primer
diseño de un recalentador de locomotora capaz de originar un grado aceptable
de recalentamiento, a diferencia del vapor seco, que sólo aumenta un poco su
temperatura para superar la humedad inicial, se presentó en 1850.
El
ingeniero francés Montcheuil propuso que el vapor saturado de la caldera pasara
a través de unos tubos en forma de U, recorriendo el armazón de la caldera en
uno y otro sentido por uno o más tubos, para después pasar a las válvulas y
cilindros.
Pasaron
casi 50 años antes de que el desarrollo de la metalurgia y de los aceites
lubricantes, incapaces de resistir las agresiones del vapor recalentado, permitiera
que los recalentadores se convirtieran en una proposición práctica. Al final
se consiguió alcanzar el éxito gracias, en gran parte, al trabajo del doctor
Wilhelm Schmidt, conocido por sus amigos como “Willie vapor caliente”, ayudado
por el doctor Robert Garbe, ingeniero mecánico de los ferrocarriles estatales
de Prusia y por J.B. Flamme, de los ferrocarriles de Bélgica.
¿Por
qué el recalentamiento?
El
recalentamiento convierte la humedad que contiene el vapor en vapor adicional. Esto
hace que no se pierda potencia por condensación. El vapor se enfría al pasar
por las diferentes conducciones y superficies metálicas de su circuito. Al
enfriarse se producen gotas de agua, lo que origina resistencia al movimiento
de los pistones con pérdida de presión y de potencia.
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