viernes, 27 de abril de 2012

CALENTADORES, RECALENTADORES Y PRECALENTADORES

Montaje de elementos del recalentador de vapor de la locomotora Euskadi del Museo Vasco del Ferrocarril

En los últimos tiempos se puede observar en la literatura ferroviaria cierta confusión en la utilización del término «recalentador», el cual se emplea indistintamente para calificar, tanto a los aparatos cuya función es la de incrementar la temperatura del vapor en su camino desde la caldera hacia los motores, como a los equipos cuyo propósito es el de calentar el agua con el que se alimenta la propia caldera. Ambas son operaciones completamente diferentes, por lo que no parece conveniente denominarlas del mismo modo, algo por otra parte relativamente reciente, ya que, en el pasado, sí que se establecía una clara diferencia entre los aparatos precalentadores y los recalentadores. ¡La presencia o ausencia de esa modesta «p» resulta fundamental para evitar equívocos!

En efecto, si utilizásemos un símil culinario, cuando preparamos una sopa, calentamos el agua necesaria. Si esa sopa se enfría, la podemos «recalentar», es decir, volver a calentar, para tomarla. Asimismo, aunque lo normal es preparar la sopa con agua a temperatura ambiente, se puede intentar acelerar el proceso de cocción empleando en lugar del agua fría del grifo, agua caliente procedente del calentador eléctrico o de gas, es decir, agua calentada previamente al proceso de elaboración de la sopa y, por tanto, precalentada.

Salvando las distancias, en las locomotoras de vapor también se pueden realizar tres procesos similares. Para producir el vapor necesario para la marcha, se calienta el agua en la caldera. Aunque el vapor generado de este modo se puede utilizar directamente, el denominado vapor saturado, si queremos incrementar el rendimiento de la locomotora sin aumentar por ello el consumo, podemos «recalentar» ese vapor, con lo que se incrementa de forma notable su temperatura, su volumen y capacidad expansiva y, sobre todo, eludimos el grave problema que genera la condensación del vapor a baja temperatura. Dado que el vapor de la caldera ya está caliente, el nombre adecuado para denominar a los aparatos utilizados en el proceso es el de recalentador (literalmente, volver a calentar), como es el caso del más común en nuestros ferrocarriles; el Schmidt, que consiste en un grupo de serpentines alojados en el interior de los tubos de humo y, por tanto, en contacto directo con los gases calientes de la combustión. Al pasar el vapor por su interior, éste experimenta un notable aumento de temperatura. En concreto, en una locomotora timbrada a 16 kg/cm², el vapor, que ha salido de la caldera a 203 grados, ve incrementada su temperatura al pasar por el recalentador hasta los 350 grados centígrados.
 Locomotora serie 4.000 de la Compañía del Norte, en la que se aprecia la aparatosa bomba de alimentación de agua precalentada sistema Worthington. Foto, Xavier Santamaría

Cosa muy distinta es la función de los aparatos diseñados para preparar el agua con el que se va a alimentar la caldera. En principio, al introducir el agua del ténder, que se encuentra a temperatura ambiente, en la caldera, ésta se enfría y  la presión tiende a disminuir. Este hecho, en principio es inevitable y resultaba sumamente problemático, por ejemplo, cuando era imprescindible inyectar en plena rampa, precisamente donde se requiere que la potencia de la locomotora no desfallezca. Para ello se diseñaron diversos sistemas para poder elevar la temperatura del agua antes de introducirla en la caldera, aparatos que, por tanto, la calientan previamente. Estos aparatos, que en la literatura ferroviaria moderna son denominados «recalentadores», en realidad deberían llamarse, tal y como se hacía en el pasado, «precalentadores», ya que no calientan agua que previamente ya había estado caliente, sino que actúan sobre agua que se encuentra en el ténder a temperatura ambiente.

Locomotora Renfe 241-2106, ex MZA 1806, en cuya bancada se aprecia la bomba de alimentación de agua precalentada, en este caso del sistema ACFI. Foto, Xavier Santamaría

En realidad, existen diversas formas de «precalentar» el agua de alimentación de la caldera. El más simple era el de enviar vapor de la caldera al ténder, cerrando el grifo de purga del inyector, pero este procedimiento era únicamente válido cuando se trabajaba a bajas temperaturas y su eficacia era muy limitada. Por ello, a lo largo del siglo XX se desarrollaron diversos sistemas que aprovechaban para el precalentamiento del agua el calor residual del vapor del escape, el que suelta la locomotora por la chimenea, bien sea mediante intercambiadores de calor, tipo Caille y Ponttonié o Knorr, o bien con precalentadores de mezcla, como el Worthington, el ACFI o el DABEG, en los que el agua del ténder se mezcla con el del escape, al cual previamente se le ha hecho pasar por un separador de aceite. Dado que los precalentadores de mezcla reaprovechan parte del vapor de escape, lo que por tanto reduce el consumo de agua, este tipo de precalentadores también eran denominados «economizadores».
 Locomotora Renfe 241-2085, ex MZA 1785, en cuya bancada se aprecia la bomba de alimentación de agua precalentada, en este caso del sistema DABEG. Foto, Xavier Santamaría

Posiblemente, el sistema más singular de precalentamiento de agua para la alimentación de la caldera haya sido el denominado Franco-Crosti, ¡tan singular que en España solo ha existido una locomotora con este tipo de generador! Sin embargo, a diferencia de los anteriores, en los que se aprovecha el vapor del escape, en este caso se empleaban los gases de la combustión para incrementar la temperatura del agua.
Locomotora 743.015 de la Ferrovie dello Stato, dotada de precalentador Franco-Crosti situado en un lateral de la caldera

En cualquier locomotora de vapor, lo ideal sería que los gases de la combustión salieran por la chimenea a una temperatura próxima a la ambiental. Esto significaría que los gases generados en la combustión del carbón han cedido todo su calor a las partes metálicas de la caldera en su recorrido desde el hogar hasta la caja de humos y que éstas, a su vez, lo han transferido al agua de la caldera. Sin embargo, en la práctica esto no era posible, pese a la introducción de elementos como la bóveda refractaria, con los que se pretendía incrementar el recorrido de los gases y, por tanto, mejorar la capacidad de intercambio de calor. Pese a ello, el humo era expulsado por la chimenea a temperaturas próximas a los 350º.
Locomotora  743.433 de la Ferrovie dello Stato, dotada de precalentador Franco-Crosti situado, igual que en la Renfe 140-2.438, debajo de la caldera principal, aunque en este caso el escape se verificaba por una tobera lateral

Para intentar aprovechar este calor residual, los ingenieros italianos Attilio Franco y Piero Crosti, diseñaron una caldera secundaria situada en un lateral o debajo de la principal, aunque también hubo locomotoras que, para no incrementar en exceso el gálibo, tenían dos calderas secundarias, más pequeñas, situadas en los laterales, por las que se recirculaban los gases del escape. En esta caldera o calderas secundarias, se calentaba el agua del ténder con el calor residual de los gases de escape, agua que, a su vez, había sido introducida mediante un sistema precalentador de aprovechamiento del vapor de escape. El escape, por lo general, se realizaba mediante toberas laterales a la caldera situadas delante de la cabina de conducción.

Si con los sistemas precalentadores mediante el aprovechamiento del vapor de escape se lograba alimentar la caldera con una temperatura próxima a la de la ebullición del agua, cerca de los 100º, con las calderas Franco-Crosti, era posible hacerlo a temperaturas superiores a los 150º, sin que ello supusiera un gasto adicional de combustible o agua, por lo que el rendimiento de la locomotora se incrementaba de forma considerable, hasta un 18,9%. El mayor inconveniente se encontraba en que la baja temperatura de los gases de combustión, sobre todo si se empleaban carbones de baja calidad, provocaba una concentración de anhídrido sulfuroso (dióxido de azufre) y ácido sulfúrico que generaba graves problemas de corrosión.
Vista de los dos laterales de la Renfe 140-2.438 (ex-Norte 4.883) en la que se observa la inexistencia de toberas laterales de escape para el precalentador Franco-Crosti. En cambio, se puede apreciar en el centro de la parte superior de la caldera el chapitel de la chimenea

En España, la única aplicación del sistema de precalentamiento Franco-Crosti fue la transformación realizada sobre la locomotora Renfe 140-2.438 (ex-Norte 4.883), aunque en un principio, según informaba la prestigiosa revista Railway Gazette en su número de abril de 1948, estaba prevista la modificación de  una máquina de la serie 1.400 de MZA. La única Franco-Crosti Española fue dotada de una caldera con el precalentador situado debajo de la caldera, no a un costado, por lo que la altura del conjunto era considerable. Además, lo más llamativo es que el escape se emplazó en el centro de la caldera, atravesando el cuerpo cilíndrico, en lugar de hacerlo en un lateral, que era la práctica común en las locomotoras Franco-Crosti y era también la disposición inicialmente prevista para la transformación de una locomotora 1.400 de MZA.
Proyecto de adaptación de una caldera con precalentador Franco-Crosti a una locomotora 1.400 de MZA publicado en Railway Gazette. Archivo Histórico Ferroviario, Fundación de los Ferrocarriles Españoles

1 comentario:

  1. hola
    Cual era la diferencia entre los precalentadores,Worthington,ACFI y DABEG?.
    un saludo.

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