Caldeira de uma locomotiva a vapor

História da máquina a vapor

As primeiras máquinas a vapor eram estacionárias e funcionavam a baixa pressão. James Watt aperfeiçoou o projeto de Newcomen ao introduzir um condensador separado e desenvolveu soluções mais potentes e eficientes, como as máquinas a vapor portáteis. Com a melhoria da construção das caldeiras, sobretudo após a introdução da caldeira móvel, experimentou vapor a pressão mais elevada, capaz de acionar diretamente o pistão, abrindo assim caminho a máquinas mais compactas capazes de fornecer tração às locomotivas. O próprio Watt obteve, em 1794, uma patente para uma locomotiva a vapor.

Mesmo antes da utilização da força do vapor, já se sabia que os cavalos podiam puxar cargas mais pesadas sobre carris robustos de madeira do que em estradas irregulares. Em alguns locais, estes carris já estavam em uso, sobretudo em zonas mineiras, e os cavalos foram rapidamente substituídos pelas novas máquinas a vapor. Os caminhos de ferro, inicialmente desenvolvidos para facilitar o transporte de matérias-primas e produtos acabados, conquistaram inesperadamente também o público como meio de transporte de passageiros. No Reino Unido, na primeira metade do século XIX, as locomotivas ferroviárias tiveram um desenvolvimento rápido: na década de 1830 existiam menos de 100 milhas de linhas, enquanto em 1860 já eram mais de 10.000.

No mesmo período foram construídos numerosos veículos rodoviários a vapor, como cilindros compactadores, locomóveis e até embarcações a vapor. No entanto, estes outros veículos rodoviários a vapor nunca atingiram a mesma popularidade da locomotiva a vapor.

Como funciona a caldeira de uma locomotiva?

A estrutura básica das caldeiras de locomotivas manteve-se praticamente inalterada durante toda a era da máquina a vapor, embora alterações de conceção e elementos adicionais tenham aumentado a sua eficiência e melhorado a segurança. As caldeiras de locomotivas são caldeiras de tubos de fumo.

Gases quentes de combustão

Isto significa que o fogo gera gases quentes de combustão, que atravessam um sistema de tubos de fumo horizontais da caldeira, daí a designação de eixo horizontal do corpo cilíndrico, e transferem calor para a água envolvente no corpo da caldeira. Na caldeira da locomotiva produz-se vapor, que sobe para a parte superior, onde uma válvula reguladora controla o seu fluxo para os cilindros.

Vapor de escape

Depois de realizar trabalho sobre os pistões, o vapor residual de escape passa para a caixa de fumo e depois através do tubo de escape. O tubo de escape expulsa então o vapor para o exterior. Desta forma, cria-se uma depressão parcial que aspira ar através da fornalha e favorece a combustão.

Originalmente, a caldeira a vapor da locomotiva era alimentada com combustível sólido, principalmente carvão, carregado manualmente com uma pá na fornalha ou na caixa de fumo. Mais tarde foram introduzidos sistemas de alimentação automática. A alimentação de água na caldeira da locomotiva é assegurada por injetores que funcionam segundo o princípio da admissão do vapor de escape. Um jato de vapor é impulsionado para a água, gerando força suficiente para fazer entrar o vapor na caldeira da locomotiva através de uma válvula reguladora unidirecional.

Para a superfície do pavimento da fornalha ou da caixa de fumo, pode utilizar a nossa betonilha resistente ao calor.

Tubos da caldeira

As primeiras máquinas a vapor funcionavam produzindo vapor saturado, que se acumulava na parte superior da caldeira da locomotiva e era conduzido diretamente para os cilindros através da tubagem principal de vapor.

Mais tarde, o projeto foi alterado para que este vapor saturado fosse novamente aquecido, eliminando a água e aumentando a sua temperatura. Este processo chama-se sobreaquecimento.

Máquina a vapor com vapor sobreaquecido

Os sobreaquecedores foram introduzidos no início do século XX e representaram uma alteração fundamental para a máquina a vapor. Um sobreaquecedor é composto por um coletor do sobreaquecedor, uma cúpula de vapor, tubos dos elementos sobreaquecedores e vários outros tubos de fumo.

O coletor do sobreaquecedor recebe o vapor produzido pela tubagem principal de vapor, enquanto os tubos suplementares conduzem o vapor através dos tubos dos elementos sobreaquecedores para um aquecimento adicional, aumentando a potência do vapor sobreaquecido produzido. O vapor sobreaquecido regressa então à tubagem de vapor.

Os últimos comboios a vapor foram retirados do serviço regular em 1967, quando foram substituídos pela tração diesel, mas o vapor certamente não desapareceu. Milhares de entusiastas, muitos deles voluntários, continuam a apoiar, restaurar e operar caminhos de ferro históricos a vapor por todo o país. Em 2008, uma locomotiva a vapor chamada Tornado, construída de raiz com o apoio da A1 Steam Locomotive Trust, concluiu os ensaios e foi autorizada a circular na rede Network Rail. Embora se baseasse num projeto da década de 1950, a caldeira da locomotiva tinha de cumprir as normas modernas de segurança previstas na diretiva da UE relativa aos equipamentos sob pressão. Nenhum fabricante britânico foi considerado adequado, pelo que a caldeira foi construída nas oficinas Meiningen Steam Locomotive Works, na Alemanha, que se tornaram um centro de restauro de locomotivas a vapor e acolhem, todos os meses de setembro, um festival dedicado às máquinas a vapor.

Vantagens da caldeira de locomotiva

Uma das vantagens da caldeira de locomotiva é o seu baixo custo e a elevada rapidez de produção de vapor.

Desvantagens da caldeira de locomotiva

Uma das principais desvantagens da caldeira de locomotiva é a necessidade de manter uma pressão de funcionamento do vapor segura, controlada através de manómetro, evitando ao mesmo tempo uma pressão excessiva na caldeira, que provocaria a abertura da válvula de segurança.

Quando a caldeira da locomotiva funciona a alta potência, partículas de combustível sólido queimado podem ser expelidas através do tubo de escape e da chaminé. Isto implica o risco de incêndios ao longo da linha ferroviária.

Outra desvantagem da caldeira de locomotiva, sobretudo em zonas com água dura, é o problema da corrosão e da formação de calcário.

Materiais refratários utilizados na caldeira de uma locomotiva

Os materiais refratários desempenham um papel fundamental na construção e manutenção da caldeira de uma locomotiva. Seguem-se alguns materiais refratários de que poderá precisar.

Arco refratário da fornalha

O arco em tijolos refratários encontra-se por cima do fogo e serve para impedir que as partículas de combustível queimado entrem diretamente nos tubos de fumo. Este arco pode ser construído com tijolos refratários e argamassa refratária, ou formado no local com betão refratário. Por vezes, o arco é vazado em secções com betão refratário e posteriormente montado com argamassa refratária.

Isolamento da caldeira da locomotiva

Para isolar a caldeira da locomotiva, pode utilizar uma manta de fibra cerâmica, envolvendo-a em torno do corpo da caldeira e cobrindo-a depois com chapas de revestimento.

Chumaceiras

Para a fundição de chumaceiras em metal branco, utilize o nosso produto Premium 1P para vedar e como mástique de vedação.

Outros produtos refratários estão disponíveis na secção Caminhos de ferro históricos