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Hogares.
Calderas.
551. Partes de un hogar.
Un hogar se compone de la rejilla, en la que se quema el combustible;
del cenicero, que recibe los residuos de la combustión, y que
es además por donde el aire entra para alimentarla; de un espacio
por el que pasa la llama y el aire caliente para aprovechar su calor; y finalmente,
de la chimenea. Si el aire que ha de alimentar la combustión
pasase solo por encima del combustible estaría muy poco en contacto
con este, y por tanto debería ser en mucha cantidad, lo que baria
perder una porción de calor considerable, y la combustión no
se haría bien; pero si el espacio donde se hace la combustión
está dispuesto de manera que el aire que la ha de alimentar entre por
la parte inferior y tenga que atravesar el combustible, este aire se encontrará
mas en contacto con él, perderá la mayor cantidad posible de
oxígeno, y necesitará ser mucho menos. Resulta, pues, que el
combustible debe quemarse á una cierta altura del suelo para que haya
el espacio suficiente para dar entrada al aire, y además debe quemarse
sobre una superficie que permita el paso á este aire, tomado debajo
de ella: nada llena estas condiciones como una porción de barras de
hierro colocadas á la conveniente distancia entre sí, y suspendidas
sólidamente á una cierta altura del suelo, colocadas en un
espacio, cerrado sobre ellas para que el aire entre solo por debajo y no
por encima. Sobre esta rejilla estará colocado el cuerpo que debe
calentarse, á una distancia que permita colocar la cantidad necesaria
de combustible y desarrollar su llama si la tiene; asi recibe el cuerpo mucha
parte del calor radiado: pero los gases resultantes de la combustión,
á una elevada temperatura se llevarían una porción muy
grande del calor si salieran en seguida á la chimenea; por esta causa
se les hace pasar por un conducto que rodea el cuerpo que se ha de calentar,
y en este conducto dejan por su contacto con el cuerpo, una cantidad de calor
que se aprovecha para el efecto de calentar; enfriado ya el aire convenientemente
encuentra un conducto mas ó menos largo, que le dirije á una
salida vertical llamada chimenea, que le hace pasar al esterior. Un
hogar completo para caldera de vapor está representado en la figura
251. A es el cenicero por donde entra el aire bajo de la rejilla
B, en que está el combustible; este radia su calor
á la caldera C, y el aire de la combustión pasa
al conducto de humo D y de aquí á la chimenea
F; encima de la rejilla hay una puerta H para
introducir el combustible, pero que debe estar cerrada para que no entre aire
por ella. Los conductos del humo tienen delante otras puertas bien tapadas
con ladrillos, que se abren para limpiar el hollin que se forma en ellos.
Fig. 251.
Todas las diferentes partes que componen un hogar están
subordinadas en sus dimensiones á la cantidad de combustible que haya
de quemarse, pues se concibe bien que una dimensión cualquiera no
puede producir el efecto de quemar el combustible necesario, sino que podrá
quemarse mas ó menos; pero como el combustible necesita una cantidad
determinada de aire, la cual se convierte en otra mayor según sabemos
(548), se deduce que si la chimenea tiene el diámetro conveniente,
dejará salir el aire que deba resultar solamente, y por lo tanto no
podrá entrar en el hogar mas que el correspondiente al que sale, y
no se quemará sino el combustible que se haya calculado; vemos según
esto que la parte principal es la chimenea, y en ella su diámetro.
552. Chimeneas.
El efecto de una chimenea, esto es, la mayor ó menor cantidad de
aire que deja salir, depende: l.° de su altura, 2.° de la temperatura
del aire en ella, y 3.º de su diámetro en la parte mas estrecha.
1.° La altura inlluye, y es fácil convencerse de ello; supongamos
(fig. 252) un tubo encorvado ABC lleno de un gas y
abierto por sus estremos A y C, sobre los que
pesa la atmósfera; figurémonos que el gas que llena el brazo
A, sea de una densidad diferente del que llena el brazo
C; resultará que en una sección B
del tubo en su parte inferior, la presión será la del peso
de la columna de gas en A, mas la atmósfera en un lado,
y la del peso de la columna do gas C, mas la atmósfera
en el otro lado; y siendo el peso de la atmósfera el mismo en A
y C, resulta que la columna mas pesada hará mayor presión,
y por tanto impelerá á la otra á salir con una fuerza
correspondiente á la diferencia de sus pesos; si, por ejemplo, la
columna A pesa 5 kil. y la C solo 2, esta
será impelida por una fuerza como 3 kil. y saldrá por C
el gas que contiene: supongamos ahora que se hace doble la longitud de las
dos columnas; los pesos del gas que contienen también se harán
dobles: en este caso la columna A pesa 10 kilogramos y 4
la C, siendo la diferencia 6, en lugar de 3 que antes era,
de modo que si la presión es mayor ahora, el gas saldrá por
C con mas velocidad.
Fig. 252.
Así sucede en una chimenea: la columna
A es el aire esterior contando desde la altura de la boca
de la chimenea en su parte superior hasta la parte inferior de ella en la
entrada del hogar, y la columna C es el aire caliente contenido
en la chimenea; por tanto, una mayor altura producirá mayor velocidad
de salida.
2.º La temperatura hace también variar la cantidad de gas que
sale, pues cuanto mas caliente se encuentre, será mas ligero; sin
embargo, no crece la velocidad proporcionalmente á la temperatura,
y aun resulta, calculándo la que corresponde á las diferentes
temperaturas, una en que esta velocidad es la mayor, y después decrece
aumentando aquella: este valor máximo es variable con la temperatura
esterior, pero como esta última no tiene grandes diferencias, puede
fijarse que la velocidad mayor de la salida del aire en una chimenea es á
la temperatura de 300°; será pues conveniente enfriar el humo
para que salga á esta temperatura, y diremos de paso que el cálculo
hace ver que la velocidad decrece poco aunque se haga bastante menor este
número; por ejemplo, entre 200° y 300º no es grande la diferencia,
y por tanto, podremos aprovechar el calor bajando la temperatura sin tener
por esto muy disminuida la velocidad del aire que sale. En una chimenea de
mucha altura, el humo se enfria desde su parte inferior hasta su salida,
y por eso entenderemos por temperatura del humo en ella la temperatura media,
que conoceremos midiendo la de la parte superior é inferior y tomando
la mitad de la suma.
3.° La cantidad de humo que sale por una chimenea depende de la velocidad
y de la sección, pues cuanto menor sea la última tiene que
ser mayor la primera para que salga una cantidad en un tiempo dado; pero
como acabamos de ver que la velocidad es dependiente de la altura de la chimenea
y de la temperatura del humo en ella, para determinar la sección
debemos fijar según las circunstancias particulares la altura y la
temperatura, y buscar la sección con arreglo á ellas; de este
modo queda el cálculo reducido á buscar solamente la sección:
varios son los métodos que se han propuesto para determinarla, y
existen también fórmulas complicadas para este objeto; por
nuestra parte, en vista de muchos datos tomados en chimeneas que funcionan
perfectamente, y de acuerdo también con los resultados que dan las
fórmulas tenidas por mas exactas, hemos fijado la regla práctica
siguiente: en chimeneas hasta 5 metros de altura, para quemar 10 kil. de
hulla por hora, saliendo el aire á 100º, y suponiendo que este
no tiene que pasar desde la rejilla á la chimenea por un circuito
mas largo que 10 metros, se dará 0m,2 de lado á
la sección superior de la chimenea cuadrada; siendo mayores estas
cantidades, se añadirán 0m,05 por cada 10 kil.
de hulla que se aumenten, y 0m,01 por cada 10 metros que tenga
mas el circuito que ha de recorrer el humo hasta el pie de la chimenea,
siempre que sea menos de 60 kil. la cantidad de hulla que se queme por hora,
pues llegando á esta cantidad, se desprecia la longitud del circuito
á no ser que fuera escesiva; al número que resulta se quitarán
0m,04 por cada 100º mas de temperatura que se dé
al aire, que no debe pasar nunca do 400°, y se quitará además
0m,01 por cada 5 metros de altura que se aumenten á la
chimenea; por ejemplo, se trata de calcular la sección de una chimenea
de 20 metros de altura, para quemar 40 kil. de hulla por hora, saliendo
el aire á 200° y siendo la longitud del circuito de humo desde
el hogar al pie de la chimenea 30 metros; según hemos dicho, habrá
que añadir por la hulla que se ha de quemar, que escede á
10 kil. en 30 ó sea en 3 x 10, la cantidad 0m,05 x 3 =
0m,15; además hay que añadir por el circuito de
30 metros que escede en 20 ó en 2 x 10 á los 10 metros, 0,01
x 2 = 0,02, y resultará todo 0,2 + 0,15 + 0,02 = 0,37; á esto
hay que quitar por 100º que escede la temperatura á los 100 fijados
0,04, y por 15 metros ó sea 3 x 5 de mayor altura de la chimenea,
0,01 x 3 = 0,03; luego resultará 0,37 - 0,04 - 0,03 = 0m,30;
este será el lado de la chimenea cuadrado en su parte superior. Otro
ejemplo: una chimenea para quemar 100 kil.de hulla por hora, que tenga de
altura 30 metros, saliendo el aire á 300º; en este caso no tendremos
en cuenta la longitud del circuito, y según lo dicho añadiremos
por 90 kil. de hulla en esceso 9 x 0,05 = 0m,45, y quitaremos por
200 de esceso de temperatura 2 x 0,04 = 0,08 y por 25 metros de altura mayor
5 x 0,01 = 0m,05, y tendremos 0,2 + 0,45 - 0,08 - 0,05 = 0m,52;
este será el lado de la sección. Se ha dado como regla práctica
también, y podrá tenerse en cuenta para comparar, que la sección
de la chimenea ha de ser 30 veces menor que la superficie de la caldera espuesta
al contacto del aire caliente, que es lo que se llama superficie de caldeo;
pero puede esta variar de modo que no sea cierta la regla. Si es otro combustible
el que se ha de quemar, puede calcularse lo mismo la sección de la
chimenea, porque si bien es cierto que la madera necesita menos aire para
arder, también se hacen mas pequeñas las rejillas y además
arde mas de prisa, y por tanto hay compensación; de manera que si
varia el combustible en un hogar, no hay mas que variar la rejilla.
553. Chimenea para varios hogares.
Cuando en un establecimiento hay varios hogares se hace una sola chimenea
para todos ellos, dándola por seccion la suma de las que corresponden
á cada hogar, pues aunque así resulta algo grande no sería
fácil apreciar las circunstancias particulares de este caso: entendamos
que la suma no será de los lados que resultan para las secciones, sino
de las superficies de estas secciones. Debe tenerse presente que es necesario
dirigir verticalmente el humo cuando entra en la chimenea, pues de lo contrario
podría el que viniera de un hogar no dejar paso al humo de otro; se
da la dirección poniendo unos pequeños muros A
{fig. 253), ó también planchas de hierro.
fig. 253.
554. Dimensiones de las chimeneas.
Las chimeneas se construyen de ladrillo, cuadradas ó circulares,
mas anchas por la parte inferior, y también mas gruesos sus muros
abajo; pueden calcularse las dimensiones de toda la chimenea por la sección
superior del modo siguiente: al diámetro superior se le añade
1/40 de la altura para diámetro inferior; el grueso superior es 1 decímetro,
ó sea el ancho de un ladrillo, y para el inferior se añade
también de grueso 1/40 de la altura: por ejemplo, si el diámetro
superior interior es 0,52 y la altura 30 metros, en el segundo propuesto
(552) será el diámetro interior inferior 0,52 + 30 : 40 = lm,27,
y el grueso inferior 0,1 + 30 : 40 = 0,m85. Se construyen generalmente
haciendo por la parte interior la disminución del grueso en escalones
ó resaltos A (fig. 254), y se coloca una puerta B
en la parte inferior para entrar á limpiar: la figura representa una
chimenea completa. No puede ponerse revestimiento dentro ni fuera, porque
el calor le hace caer al instante. Las chimeneas pequeñas se hacen
de hierro. La mayor chimenea que se ha construido hasta el dia es una en
Manchester de 125 metros de altura, 7m,50 de diámetro esterior
en la base y 2m,70 en la parte superior, habiendo empleado para
su construcción, según dicen, 4 millones de ladrillos. En el
dia no se construyen chimeneas de muy grandes dimensiones.
Fig. 254.
555. Registros.
En toda chimenea deben ponerse registros, que son unas planchas de hierro
colocadas en cualquier punto de ella ó del circuito de humo: los registros
se abren ó se cierran para variar la sección según sea
necesario, y en tal caso no importa hacerla un poco mayor. Si las chimeneas
son de varios hogares, hay que ponerlos indispensablemente, para arreglar
la sección según los hogares que están encendidos. La
figura 255 representa algunas formas de registros; el A
se sostiene por un contrapeso B en la posición conveniente;
el C se mueve con un manubrio; el D entra en
una caja abierta en las paredes de la chimenea; el E se adapta
á los tubos circulares de estufas ó pequeñas chimeneas,
y también en las grandes añadiéndole un manubrio esterior
H que le sostiene en la posición necesaria. Los registros
deben ajustar bien á los conductos, pues de lo contrario quedarán
rendijas por donde pasará el aire, y no se le podrá interceptar
completamente. Son preferibles los registros que se pueden sacar como A
y D, para mudarlos si se deterioran, pues los C
y E no se pueden cambiar sin demoler la fábrica.
Fig. 255.
556. Posición
de las chimeneas.
Si la chimenea está colocada encima de la rejilla de modo que el aire
llegue á ella muy dilatado, podrá tener suficiente fuerza para
impeler toda la columna de aire que pueda haber hasta la salida al esterior,
aun cuando se enfrie completamente; si, por ejemplo, el aire caliénte
se eleva por un conducto ó chimenea vertical de 4 á 5 metros,
y después pasa á enfriarse á otro conducto unido al
primero, podrá dejar todo su calor en el segundo y salir por el impulso
del nuevo aire caliente que se eleva en el tubo vertical.
557. Hogar sin chimenea.
Puede ponerse á la boca de una chimenea un ventilador (262), y en
este caso se podrá tomar todo el calor al aire, puesto que el ventilador,
calculado convenientemente, sacará el aire al esterior produciendo
el efecto que resultaria del calor que se le ha quitado; en esto caso la
chimenea puede suprimirse enteramente poniendo el ventilador al estremo de
un tubo que conduzca el aire.
558. Cenicero.
Determinadas ya las dimensiones de la chimenea, veamos cuáles son
las de todas las demás partes. El cenicero se hace de una dimensión
cualquiera, siempre que su entrada sea por lo menos la sección de
la chimenea, pero suele resultar mucho mayor por la altura que se da á
la rejilla para comodidad del que ha de cuidar el fuego, ó sea del
fogonero.
559. Rejilla.
La rejilla debe tener lo menos un tercio de su superficie en claro entre
las barras para poder dar paso al aire, y este claro debe ser bastante mayor
que la sección de la chimenea, pues mucha parte se obstruye con el
combustible.
Fig. 256.
La dimensión total es generalmente 1 decímetro
cuadrado por cada kil. de hulla que se ha de quemar por hora, y en las que
se ha de quemar madera, la mitad. Se construyen las rejillas con barras de
forma igual en toda su estension, y si son muy largas se refuerzan en su
centro (fig. 256), unas pequeñas partes salientes hacen que
estas barras estén á la distancia conveniente entre sí.
560. Altura del combustible.
La capa de combustible sobre la rejilla no debe pasar de 1 decímetro
de altura para hulla, y de 2 á 3 para cok ó madera.
561. Distancia al cuerpo que se ha de calentar.
Entre el combustible y el cuerpo que se ha de calentar debe quedar suficiente
espacio para que se desarrolle la llama y se pueda arreglar bien el combustible:
teniendo en cuenta el grueso de la capa de este que se debe poner (560),
se dará una distancia desde la rejilla al cuerpo calentado de 3 á
4 decímetros para hulla, 6 para cok y 7 á 8 para madera. Esta
capacidad cerrada, cuyo fondo es la rejilla, y en la que se hace la combustión,
es la que generalmente se llama el hogar.
562. Conductos de humo.
Los conductos de humo, y en general todos aquellos por donde haya de pasar
el aire caliente ó frio desde que entra para dirijirse al combustible
hasta que sale por la chimenea, deben tener la sección de esta por
lo menos.
563. Materiales.
Los materiales deben ser ladrillo refractario unido con arcillas también
refractarias en todas las partes en donde la temperatura sea elevada, como
en el interior del hogar, y los conductos de humo hasta la chimenea; y si
esta se halla cerca, también la parte interior.inferior de ella: el
resto de la fábrica se construye con buen ladrillo común y
buen mortero. Un hogar con las dimensiones que hemos indicado y las modificaciones
que ocurren en cada caso particular, podrá servir para producir vapor
en una caldera, ó para trasmitir el calor de un combustible en cualquiera
otro uso á que sea necesario destinarle, variando solo la forma del
vaso que ha de estar sobre el combustible.
564. Calderas.
Cuando se ha de calentar un cuerpo líquido, sea con el objeto que
quiera, es necesario un vaso que le contenga, el cual está fijo para
recibir por debajo el calor del combustible y contener en su interior el
cuerpo que se ha de calentar: estos vasos, que toman en general el nombre
de calderas, se destinan á muchos usos; pero como no podemos
entrar en detalles particulares á cada fabricación, vamos á
ocuparnos do la construcción de calderas de vapor, lo primero porque
son las mas complicadas por los muchos aparatos accesorios que necesitan,
lo segundo porque son las mas importantes por la frecuencia con que se usan,
y finalmente, porque lo que de ellas digamos será aplicable á
otras, para usos diferentes.
565. División.
Las calderas de vapor en que tiene este la fuerza ó tensión
igual á 1 atmósfera poco mas ó menos, se llaman de baja
presión; si el vapor tiene una tensión de 2 ó 3 atmósferas,
se las llama de media presión, y si pasa de esta fuerza, son de alta
presión.
566. Metales.
Los metales que reúnen las condiciones de resistencia y baratura son
solo el hierro en chapa, el fundido y el cobre; también se hacen algunas
calderas de acero, y rara vez son de otros metales; en la concentración
del ácido sulfúrico son de platino. Las leyes francesas prohiben
que las calderas de los barcos de vapor sean de hierro fundido.
567. Formas de las calderas.
Las formas pueden variar según el uso á que se destinan, pero
si son para producir vapor, que es de lo que nos ocupamos, se hacen do tumba,
ó cilindricas; las primeras (fig. 257) se han empleado cuando
el vapor no debe tener mas presión que la atmosférica, y aun
en este caso llevan, para que no se deformen, unos tirantes A
sujetos como se marca en B.
Fig. 257.
Las cilíndricas son las que se usan en el dia,
porque resisten mejor y son mas fáciles de construir; se terminan
con hemisferios en sus dos estremos, y generalmente se las añaden
unos tubos llamados hervidores unidos al cuerpo principal por medio
de otros pequeños: estos hervidores se encuentran espuestos á
la radiación del combustible, aumentando la superficie de caldeo,
estando, como es fácil comprender, llenos completamente de agua; son
por lo regular solo dos, y hasta estos últimos tiempos nunca se ponían
mas, pero en el dia se ponen tres y aun cinco, en cuyo caso hay tres espuestos
á la radiación y dos dentro de los conductos de humo (fig.
258).
Fig. 258.
Las calderas se construyen colocando planchas sobrepuestas
por sus bordes, y pasando desde dentro afuera clavos del mismo metal llamados
redoblones, que se remachan en la parte esterior, generalmente en
forma de conos (fig. 259).
Fig. 259.
Si las calderas son completamente cerradas, como sucede
á todas las de vapor, necesitan una abertura bastante grande para
que pueda por ella entrar un hombre á limpiar la caldera en el interior;
esta abertura se llama agujero de hombre. Cuando se necesita aprovechar
el espacio y producir mucho vapor se ponen los hogares dentro de las mismas
calderas; y en las locomotoras el hogar está rodeado de agua, y el
humo se va por una gran cantidad de tubos colocados en el agua del interior
de la caldera, y que atraviesan desde el hogar, llamado en este caso la caja
de fuego, hasta el otro estremo, donde hay una capacidad llamada caja
de humo, en la cual se encuentra la chimenea.
568. Grueso de las calderas.
Será fácil calcular el grueso de las calderas sabiendo la resistencia
que puede sufrir un grueso dado del metal, y teniendo presente que las calderas
cilindricas se rompen en dirección de su longitud, pues se demuestra
que en esta dirección es en la que presentan menos resistencia; pero
en algunos paises la ley marca el grueso que han de tener las calderas según
su radio y su presión interior: en Francia marca la ley de 22 de mayo
de l843 el grueso en la forma siguiente: se multiplica por 18 el diámetro
medido en metros y fracciones de él, y se multiplica el producto por
el número de atmósferas menos 1 que tiene de presión
el vapor en el interior de la caldera; el resultado se divide por 10 y al
cociente se le añaden 3: la suma es el grueso en milímetros;
así resulta mas de 10 veces mayor que el teóricamente necesario
para resistir: por ejemplo, para una caldera de 0m,9 de diámetro
que ha de contener vapor á una presión de 6 atmósferas,
se calculará el grueso multiplicando 18 x 0m,9 = 16,2;
este producto se multiplica por 6 - 1 = 5 atmósferas, y es 5 x 16,2
= 81; se divide por 10 y es 81 : 10 = 8,l, que añadiendo 3 da 11,1
milímetros para el grueso. La misma ley manda que ninguna caldera
tenga un grueso mayor de 15 milímetros, lo que limita la presión
ó el diámetro. Para las calderas de cobre sirve la misma fórmula
que para las de hierro, pero si el resultado no fuera según se ha
dicho mayor que el necesario, deberia darse mas grueso á las de cobre,
por ser este metal de menor tenacidad (152).
569. Tamaño de las calderas.
El tamaño de las calderas está determinado por el vapor que
deben producir, teniendo presente que el grueso y naturaleza del metal no
influyen en la cantidad del vapor formado, y sí solo la superficie
que recibe el calor radiado por el combustible y la que está en contacto
con el aire caliente en los conductos de humo, á cuyas superficies,
según ya hemos dicho, se da el nombre de superficie de caldeo. Las
calderas construidas con todas las buenas condiciones posibles dan 16 á
18 kilogramos de vapor en cada hora por metro cuadrado de superficie de caldeo,
ó 6 á 7 de vapor por cada kilogramo de hulla quemado; deberemos
pues tomar para los cálculos un medio entre estos números,
contando sin embargo que por lo menos la mitad de superficie de caldeo ha
de recibir el calor radiado por el combustible: por ejemplo, una caldera
que deba producir 100 kilogramos de vapor en cada hora contando 17 kilogramos
por metro cuadrado, tendrá 100 : 17 = 5,88, ó sean 6 metros
cuadrados de superficie de caldeo, repartida de modo que 3 metros estén
sobre el combustible y otros 3 en los conductos de humo. Fijado el diámetro,
se tantea con estos datos la longitud de la caldera para que tenga la superficie
calculada, y si tiene tubos hervidores, contando su superficie como recibiendo
el calor radiado ó el contacto del aire caliente, según estén
colocados.
570. Incrustaciones en las calderas.
El agua al convertirse en vapor deposita en la caldera los cuerpos que tiene
en disolución, los cuales se adhieren al fondo y la hacen quemar,
porque recibe y retiene el calor que pasaría al agua si estuviera
en contacto con ella. Muchos medios se han propuesto para evitar estas incrustaciones
tan perjudiciales, ó para hacer que no se adhieran fuertemente: lo
mejor para disminuir los depósitos es alimentar con el agua que ha
salido en vapor, después que se condensa; pero cuando esto no es posible,
ó aun siéndolo, para evitar que el depósito se adhiera
con mucha fuerza, se echan en la caldera patatas ó salvado, y mejor
que esto arcilla muy bien desleída en el agua, para que no forme poso;
estos cuerpos interpuestos en el depósito formado, disminuyen su adherencia
y se puede estraer con facilidad, para lo cual se introduce un hombre en
la caldera y la limpia y registra al mismo tiempo, lo que debe hacerse cuando
se crea oportuno según la calidad del agua. Se ve por lo dicho la
necesidad de buscar aguas lo mas puras posible para alimentar las calderas.
571. Aparatos que acompañan á
las calderas.
Una caldera de vapor necesita varios aparatos, tanto para funcionar como
para evitar los peligros de una esplosion: estos aparatos varían mucho
en sus formas; pero en la imposibilidad de presentar todos los usados, pues
esto seria objeto de un tratado especial y de mucha estension, indicaremos
los mas a propósito, para dar idea exacta de su uso y modo de funcionar.
Fig. 260.
572. Aparato de alimentacion.
El primero y mas importante aparato en una caldera es el de alimentación,
ó sea el destinado á introducir el agua en su interior para
que se convierta en vapor; y como el desprendimiento de este suele ser continuo,
es preciso que la entrada del agua lo sea, ó por lo menos que las
intermitencias sean cortas, para que no varie mucho el nivel en la caldera,
en las de baja presión son sencillos los aparatos. Suponiendo el depósito
del agua mas alto que la caldera, un simple tubo que se abre y cierra con
una llave hará entrar el agua para alimentar. Otro aparato mejor que
este tubo, porque alimenta por sí solo, consiste (fig. 260)
eu un flotador A, sostenido por la varilla B
que atraviesa la caldera, y viene á engancharse en el estremo de una
palanca C que tiene un contrapeso D en el otro
estremo; esta palanca va unida á una llave N que se
abre ó cierra con los movimientos del flotador; cuando baja el nivel
se abre la llave y entra el agua que viene por H; cuando el
nivel sube, se cierra la llave y el agua no entra. En las calderas de alta
presión es necesario bombas impelentes, ó aparatos en que se
haga una presión sobre el líquido, que venza la que tiene el
vapor; la figura 261 es una bomba que produce buen efecto; al elevar
el émbolo A la válvula B se abre,
y pasa el agua aspirada por C á llenar el espacio D
y demás conductos; al bajar el émbolo A, la válvula
B se cierra, y abriéndose la E, pasa
el agua por F á la caldera; las dos cubiertas N
están sujetas con los tornillos H de presion, para poder
registrar facilmente las válvulas, y el émbolo se mueve en
una caja de estopas P. Esta caja de estopas se emplea mucho,
y por tanto la daremos á conocer con algunos detalles: unida al aparato,
sea el que quiera, hay una caja R de mayor capacidad que el
émbolo ó la pieza que por ella ha de pasar; en el fondo de
esta caja en P se colocan trenzas de estopa, y encima entra
la pieza anular S, terminada en su parte inferior en ángulo
para que comprima mejor la estopa; entre las golas de las piezas R
y S pasan fuertes tornillos T con sus tuercas,
que comprimen tanto como sea necesario: así el émbolo se mueve
frotando en las estopas y el vapor no sale; si las cajas son pequeñas,
puede entrar á tornillo la pieza S en la R,
y así se supone en M de la fig. 260.
Fig. 261.
573. Indicador de nivel.
Un aparato necesario en las calderasd es el indicador del nivel que
el agua tiene en ellas, pues si está bajo, la parte de caldera que
se encuentra sin agua se halla en contacto con el aire caliente en los conductos
de humo y se quema ó deteriora pronto, y además puede haber
una formacion rápide de vapor al hacer entrar el agua que falta, y
resultar una esplosion. La ley francesa que antes hemos citado (568) manda
que el nivel del agua se encuentre lo menos 1 decímetro sobre el borde
superior del conducto del humo; también tiene inconvenientes el que
esté demasiado llena la caldera, pues en este caso queda poco espacio
para el vapor, y además se lleva este mas agua arrastrada mecánicamente.
El aparato de nivel mas sencillo consiste (fig. 262) en dos tubos
A y B que entran en la caldera; el A
termina un poco mas arriba de donde ha de llegar el nivel y el B
un poco mas abajo; abriendo la llave C debe salir vapor, de
lo contrario el nivel está alto, y abriendo la H debe
salir agua, pues si no, está bajo: no es á propósito
este método para alta presión, pues el agua sale con mucha
fuerza y quema al que va á registrar.
Fig. 262.
El aparato fig. 260, que se ha modificado de
muchos modos, indica también el nivel; y además, sustituyendo
al tubo de alimentación un soporte cualquiera, queda solo para indicador
de nivel, La figura 263 es otro nivel, que consiste en un tubo de cristal
A en comunicación con la caldera por sus dos estremos
y por medio de los tubos metálicos B y C;
el agua se coloca en el tubo A al mismo nivel, pues el vapor
y el agua pasan al tubo con la misma presión que tienen.
Fig. 263.
Cuando son las calderas de alta presión, se
pone una varilla desdo el tubo B al C sujeta
con tuercas, para que impida que se desuna el tubo A de los
B y C con la presion y se salga el vapor. Como
es importante que el nivel del agua no baje en la caldera, se han inventado
aparatos que advierten cuándo esto sucede, si por algún incidente
la alimentación se entorpece: uno de estos aparatos es el de la figura
264: consiste en un flotador D sostenido en la varilla B,
la cual cierra una salida C; el contrapeso N,
por medio de la palanca A, mantiene cerrada esta salida C;
si baja el nivel del agua, pesa mas el llotador D, y venciendo
á N baja la varilla B y abre la salida
C; en este caso el vapor sale á un espacio en que
encuentra los agujeros R, por los cuales se reparte, y sale
después por un pequeño canal circular; encima de este canal
se encuentra el borde de una campana S, que el vapor hace vibrar,
y produce un silbido mas ó menos agudo, advirtiendo que el nivel está
bajo.
Fig. 264.
Otro aparato moderno semejante al anterior es el que
representa la fig. 265: un flotador A, hace subir ó
bajar la varilla B, en cuyo centro se halla una barra de imán
C; todo esto se encuentra en una caja cerrada por la válvula
H, que tiene una espiga en su parte inferior que la une á
la palanca S H D, y su punto de apoyo está en S;
por la parte superior tiene también la válvula otra varilla
que sale al esterior, y que está sujeta con un resorte colocado dentro
de la caja N, que mantiene la válvula cerrada: si el
nivel sube ó baja, la pieza C se mueve dentro del aparato
y hace mover en la parte esterior, con su fuerza como imán, una pequeña
aguja que señala en una plancha de cobre numerada, y cubierta con
un cristal, el nivel del agua en la caldera; esta plancha se representa de
frente al lado de la figura: si baja el nivel tanto que llegue al límite
del que no debe pasar, la pieza C se engancha en la palanca,
en una espiga saliente D, y venciendo la fuerza del resorte
N, abre la válvula y deja pasar al vapor, que encuentra
una salida F cuyo borde vibra y produce el sonido de un silbato:
si el nivel sube demasiado, una pieza unida á la barra B
por la parte opuesta á C, tropieza en S
con la palanca H, y también se abre la válvula
produciendo el silbido; si es necesario producirle por cualquier
causa, no hay mas que comprimir en N y se abre la válvula.
La ley francesa manda que las calderas tengan un aparato de los que indican
con un silbido cuándo baja el nivel hasta el límite á
que debe llegar.
Fig. 265.
574. Presion.
Es necesario saber la presión del vapor en la caldera, y para ello
se emplean manómetros, pero ya los hemos dado á conocer con
toda la estensión necesaria (247).
575. Aparatos de seguridad.
Todos los aparatos que hemos indicado son necesarios para que la vaporización
se produzca con regularidad, pero ademas necesitamos otros de seguridad,
pues la fuerza elástica del vapor aumentada por cualquiera causa hasta
llegar á ser mayor que la resistencia de la caldera, la hará
romper, produciendo la dilatación instantánea del vapor, una
fuerza que arrojará los pedazos con violencia, haciendo también
que el edificio sufra los funestos efectos de la esplosion. Ocupémonos
pues de la parte de seguridad.
576. Edificio.
Las leyes antiguas de Francia mandaban que el recinto donde se colocaran
las calderas estuviera formado de paredes de 1 metro por lo menos de grueso,
que no tuviera una capacidad menor que 27 veces la de la caldera, y con ventanas
que se abrieran hacia fuera; la ley mas moderna, que antes hemos citado,
no dice lo mismo, pero prohibe colocar las calderas dentro de las casas y
talleres, á no ser que la presión sea pequeña, y señala
también la distancia á que deben estar colocadas de la via
pública y habitaciones según los casos: puede consultarse esta
ley, pero debe tenerse presente que el cuarto de calderas debe estar aislado,
con ventanas que se abran hacia fuera, de una capacidad lo menos de las 27
veces el volumen de la caldera, y que han de estar lo mas lejos posible de
las habitaciones y de la via pública. Una ley debiera fijar, como
en otros paises, todo lo respectivo á seguridad en este punto.
577. Válvula de seguridad.
Además del grueso mandado por la ley para las calderas, de que ya
nos hemos ocupado (568), hay otros aparatos de seguridad en que interviene
también la ley, de los que es uno la válvula de seguridad,
aplicable en otros casos, por ejemplo, en la prensa hidráulica
(282). Este aparato es una salida que tiene el vapor en la caldera, tapado
con una válvula que se abre cuando en el interior se produce una presión
determinada.
Fig. 266.
La figura 266 representa la válvula
cargada directamente con los pesos B, y por lo tanto necesita
debajo una presión algo mayor que la formada por estos pesos para
abrirse y dejar salida por A al vapor; si estos pesos equivalen
á la presión de 2 atmósferas, cuando la interior esceda
de 3, vencerá la presión del aire y la de los pesos B,
y el vapor saldrá, no pudiendo por consiguiente pasar la presión
en la caldera de este límite.
Fig. 267.
Para no poner tanto peso se dispone (fig. 267)
una palanca A, que está fija en el punto D,
estremo de la varilla N, y hace presión en H;
arreglando los brazos convenientemente, podrá con un pequeño
peso resultar la presión necesaria.
Fig. 268.
En las calderas de locomotoras suele ponerse en lugar
de peso un resorte (figura 268): el tubo A está
fijo en B y tiene dentro un resorte unido á la varilla
D por el estremo C; esta varilla termina por
la parte superior en un tornillo, y entra por un taladro que tiene en su
estremo E la palanca E F; una tuerca H
hace subir la varilla D y fuerza al resorte, que hará
mas presión cuando D salga mas del tubo A;
para conocer esta presión tiene la varilla unas señales que
se marcan sometiendo el resorte á presiones conocidas: la palanca
E comprime la válvula N. Este sistema
es mas cómodo y mejor para máquinas que se mueven, pero en
las fijas son preferibles las que antes hemos dado á conocer, porque
el resorte puede variar en su elasticidad (100), y además se puede
con facilidad aumentar la presión y resultar inconvenientes. A veces
se pone el aparato entero en cajas cerradas para que no puedan variarse los
pesos. El diámetro de la válvula para que pueda dar salida
á todo el vapor que se forma y evitar la esplosion, se calcula segun
la ley francesa de 1843 del modo siguiente: se divide la superficie de caldeo
medida en metros cuadrados, por el número de atmósferas disminuido
en 0,412; se busca después un número que multiplicado por sí
mismo nos dé el que hemos encontrado, y este último número,
multiplicado por 2,6, nos da en centímetros el diámetro de
la válvula circular que buscábamos. De este modo resulta que
si queremos encontrar la superficie del orificio en lugar del diámetro,
multiplicaremos la superficie de caldeo medida en metros cuadrados por 5,31
y dividiremos el producto por el número de atmósferas menos
0,412. Por ejemplo, en una caldera de 12 metros cuadrados de superficie de
caldeo, y en la que el vapor se encuentra á 5 atmósferas, tendríamos
para diámetro de la válvula 12 : (5 - 0,412) = 2,6155; el número
que multiplicado por sí mismo da mas próximamente este cociente
es 1,61, porque 1,61 x 1,61 = 2,5921, y otro número mayor escede bastante:
ahora 1,61 x 2,6 = 4,19, y este número es el de centímetros
que debe tener el diámetro buscado. Si queremos calcular la superficie
de la válvula será (12 x 5,31) : (5 - 0,412) = l3,85, que será
en centímetros cuadrados la superficie que buscábamos. La ley
indicada, manda que toda caldera lleve dos válvulas del diámetro
dado por la fórmula, colocando una en cada estremo de la caldera.
Determinado el diámetro, falta saber la carga que debe llevar para
no abrirse sino á la presión necesaria; para este cálculo
se multiplica el número de atmósferas de presión menos
una, por el de centímetros cuadrados de superficie, y este producto,
por el peso de 1 atmósfera sobre 1 centímetro (244), que es
lk,033, esto nos dará la carga en kil.; en el ejemplo anterior
sería el peso 4 x l3,85 x 1,033 = 57k,228. Si suponemos
una palanca como A (fig. 267) para cargar la válvula,
que sea la longitud total de 20 pulgadas y la distancia desde el apoyo D
hasta la resistencia H de 2 pulgadas, la carga al estremo de
la palanca (48) será 2 x 57,228 : 20 = 5k,7228.
Fig. 269.
Un fenómeno particular se produce al salir
el vapor de la válvula de seguridad; si esta tiene un reborde A
B (fig. 269) al salir el vapor se cierra la válvula en lugar
de abrirse; este fenómeno se esplica por la dilatación que
sufre el vapor al estenderse en el anillo que forma el reborde, cuya dilatación
disminuye la presión del vapor lo suficiente para ser menor que la
de la atmósfera, por lo que vence esta y no deja elevarse la válvula:
resulta, que deberá hacerse muy pequeño el reborde para que
la válvula se abra sin dificultad; en la ley francesa se manda que
este reborde no pase de la trigésima parte del diámetro de
la válvula y en ningún caso esceda de 2 milímetros.
En el ejemplo que antes hemos propuesto, debería ser lo mas de 4Cm,19
: 30 = 1mm,39.
578. Placas fusibles.
Además de las válvulas de seguridad, se ha empleado otro medio
de precaución; consiste en hacer á la caldera una abertura,
y taparla con una plancha metálica formada de una mezcla de metales
que funde á la temperatura correspondiente al vapor á ciertas
presiones: por ejemplo, si el vapor de la caldera no debe esceder de 5 atmósferas,
como á esta presión su temperatura (421) es 153,08º, se
pone una placa que funda á esta temperatura, de modo que si llega
el vapor á las 5 atmósferas, funde la placa y se sale, disminuyendo
la presión. Las leyes francesas antiguas mandaban que además
de las válvulas llevaran las calderas 2 placas fusibles, una que fundiera
á 10 grados mas que la temperatura que toma el vapor á la mayor
presión que hubiera de tener en la caldera, y otra á 20°
mas; la ley de 1843 no dice nada de estas placas y no se usan en el dia,
por eso no entraremos en mas detalles.
579. Silbato ó pito.
Otro aparato usado en las calderas, y particularmente en las locomotoras
para hacer señales perceptibles á distancia, es el pito de
vapor, cuyo sonido se oye á pesar del ruido que naturalmente produce
un tren en movimiento. La figura 270 es el pito usado en las locomotoras,
enteramente igual en la parte que produce el sonido, al esplicado (fig.
264): abriendo la salida, el vapor viene á la caja por a
y b á chocar en el borde de la campana N,
y en este borde forma el sonido.
Fig. 270.
580. Válvula de presión esterior.
Deben llevar las calderas, y la ley francesa lo previene para las de los
barcos, una válvula que se abre de fuera á dentro para que
entre el aire cuando se apaga el fuego y se condensa el vapor en el interior,
pues la presión de la atmósfera podría deformar la caldera;
se dispone de muchos modos, y puede hacerse como indica la figura
271: una pequeña válvula A se mantiene cerrada
por el contrapeso B; la presión interior la comprime
y cierra con fuerza, pero si cesa esta presión, la de la atmósfera
abre la válvula venciendo al contrapeso y se introduce el aire en
la caldera.
Fig. 271
581. Prueba.
La ley francesa manda que antes de establecerse una caldera se pruebe por
medio de una bomba, cargando las válvulas para que sufra, cuando es
de chapa de hierro ó cobre, una presión 3 veces mayor que la
que deba sufrir ordinariamente, 5 veces mayor cuando es de hierro fundido,
y las locomotoras con una presión solo doble.
582. Tubos conductores.
Los tubos que conducen el vapor desde la caldera deben tener el diámetro
conveniente para dejar pasar solo la cantidad necesaria; puede calcularse
su diámetro, pero hay reglas prácticas de muy buenos resultados.
En las calderas de baja presión no hay inconveniente en dar á
los tubos una sección grande; hay calderas de esta especie que tienen
1 decímetro de diámetro: en las de alta presión se determinará
este añadiendo l1/2 á 35 para cada 25
kil. de vapor que deban pasar por hora; el resultado nos dará el diámetro
en milímetros: por ejemplo, para que deje pasar 300 kil. por hora
tendrá 35 + (300 : 25) x l1/2 = 53 milímetros.
Estos tubos se hacen de hierro fundido si son de mucho diámetro, y
si no, de hierro dulce ó cobre, rodeándolos en todo caso de
un cuerpo mal condue tor, cuidando también de que no tengan curvas
que por su forma den lugar á depósitos del agua que resulta
por el vapor condensado, que obstruyan el paso. Si los tubos son largos,
se ha de compensar la dilatación.
Fig. 272.
583. Caldera completa.
La figura 272 es una caldera de vapor completa: en A
se encuentra el hogar con su puerta T y el cenicero V:
el humo pasa á D, y por los conductos de humo Y,
la rodea hasta que sale á la chimenea S, que puede cerrarse
mas ó menos con ol registro R. La caldera C
comunica por los tubos E con los hervidores B
(567); tienen dos válvulas de seguridad F y P
(577); el agujero de hombre es H, en el que está la
válvula L para entrada del aire (580); en O
tiene un aparato lo mismo que el de la figura 264, para indicar cuándo
baja demasiado el nivel del agua en la caldera; además tiene el aparato
de nivel Z, como el de la figura 263; el tubo M,
es para la alimentación y el N para dar salida al vapor
hasta donde sea necesario; el pequeño tubo Q está
en comunicación con un manómetro para indicar la presión,
el cual debe hallarse colocado cerca de la caldera.
"Manual de física general y
aplicada á la agricultura y la industria" Eduardo Rodríguez
Ingeniero industrial; doctor en ciencias
y ex-catedrático de la Universidad de Madrid; ingeniero químico
de la Escuela Central de París; profesor de física general
y aplicada en el Real Instituto Industrial
Madrid, 1858
Imprenta, fundición y
librería de Don Eusebio Aguadó