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 0^m,2 de lado á la sección superior de la chimenea cuadrada; siendo mayores estas cantidades, se añadirán 0^m,05 por cada 10 kil. de hulla que se aumenten, y 0^m,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 0^m,04 por cada 100º mas de temperatura que se dé al aire, que no debe pasar nunca do 400°, y se quitará además 0^m,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 0^m,05 x 3 = 0^m,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 = 0^m,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 = 0^m,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 = 0^m,05, y tendremos 0,2 + 0,45 - 0,08 - 0,05 = 0^m,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 = l^m,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, 7^m,50 de diámetro esterior en la base y 2^m,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.

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 0^m,9 de diámetro que ha de contener vapor á una presión de 6 atmósferas, se calculará el grueso multiplicando 18 x 0^m,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.

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 l^k,033, esto nos dará la carga en kil.; en el ejemplo anterior sería el peso 4 x l3,85 x 1,033 = 57^k,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 = 5^k,7228.

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 4^Cm,19 : 30 = 1^mm,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