Seguridad en calderas de vapor. Timbre y Válvulas.

Las calderas de vapor, a finales del siglo XIX ya eran una tecnología lo suficientemente experimentada para no producir accidentes por explosiones. A la experiencia adquirida le ayudaba la utilización de sistemas de seguridad los cuales vamos a ver en los siguientes artículos.

El timbre de la caldera

Las calderas de las locomotoras recién construidas o cuando acababan de sufrir una gran reparación, por ejemplo renovación del hogar en todo o en parte, habían de someterse a prueba por medio de presión hidráulica y en presencia del ingeniero mecánico de la División de ferrocarriles que para dar fe de dicha prueba. 

Se disponía la caldera de manera que estaba completamente descubierta en todas sus partes, y las válvulas de seguridad cargadas de modo que no dejasen salir el agua, tan solo debían hacerlo pasado el límite de la presión de prueba, la cual era una vez y media la máxima a que la caldera solía trabajar, así, si la caldera era de 5 atmósferas se probaba a 7,5, si era de 10 se probaba a 15, etc…

Para ello se llenaba previamente de agua la caldera hasta el punto más alto de la cúpula, se ejercería por medio de una bomba hidráulica presión hasta llegar a 1,5 veces su nominal de funcionamiento, se mantenía un tiempo la presión y si la caldera no perdía agua por ninguno de sus puntos, se daba por buena la prueba. Verificada la prueba, bajo la venia del ingeniero mecánico que la había presenciado, se descargaba la caldera abriendo la llave correspondiente. 

La presión máxima a la que debía de trabajar una locomotora quedaba expresada por medio de un timbre, que es un disco de cobre fijado en la placa la puerta o encima de dicha puerta, en las inmediaciones del cristal que marca el nivel del agua. Dicho disco llevaba grabada una cifra de gran tamaño, que expresa el número de atmósferas a la que la caldera podía trabajar y otras cifras más pequeñas que expresaban el día, mes y año en que se hizo la prueba. 

Siendo el objeto éste marcar la presión máxima aquella caldera podía trabajar, debían montarse las válvulas seguridad de manera que a dicha presión sus resortes se correspondían con toda exactitud con dicho timbre, a fin de que alcanzada la presión que éste indique, se perdiera el vapor por dichas válvulas en cuanto se pasase de dicho límite.

Las válvulas de seguridad. Sistema de balanzas o romana. 

Se da el nombre de válvula de seguridad a un disco de bronce que cerraba herméticamente un orificio abierto en la caldera; pero estaba dispuesto de modo que cuando presión del vapor excedía del timbre, bajo la acción de un contrapeso o de un resorte, el tapón se levantaba y dejaba, escapar el exceso de vapor. 

En las calderas de las locomotoras siempre era un resorte el que ejercía la acción sobre la válvula, porque trabajando el vapor en dichas máquinas a una presión muy alta, la colocación de pesos, no era recomendable. 

Los sistemas generalmente aplicados eran dos, los de carga indirecta, constituyendo las llamadas balanzas o romana en que los resortes trabajaban en el extremo de una palanca, y los de carga directa, en el que el resorte iba directamente aplicado sobre la válvula. Este último sistema, el más ventajoso, prácticamente hablando. era el llamado Ramsbottom, que trataremos mas adelante.

La fig.11 representa una válvula de seguridad montada bajo el sistema primitivo de balanzas, y la fig.12 al sistema más moderno llamado de Ramsbottom, por ser éste el nombre de su inventor. En el sistema balanzas (fig.11), la válvula iba colocada, por lo regular, en la parte superior de la cúpula; y cuando no sucedía así, iba en una cúpula menores dimensiones encima la caja de fuego o en sitio próximo a la misma. 

Dicha válvula iba apretada contra su asiento por medio de la palanca o romana C que llevaba un astil D, cuyo extremo inferior, en forma de punzón, encajaba con el centro que llevaba practicado el disco, en su parte superior taponandolo. El punto de apoyo de la romana es O, y su extremo E terminaba en una especie de plano que, cuando la válvula por la fuerza del vapor se levantaba y hacía girar ligeramente la palanca, dicho extremo E tropezaba con un tope que llevaba fijo el plato del domo, con lo cual se lograba que la abertura de la válvula no fuera excesiva. El otro extremo G llevaba un orificio atravesado por una espiga roscada H cuya espiga terminaba en la parte inferior en un tubo de latón o campana B y, al mismo tiempo, iba sujeta a un resorte puesto en el interior de dicho tubo; y el resorte por el otro extremo iba sujeto a la regla A, que, a la vez, iba sujeta en un soporte puesto en la parte superior del cuerpo cilíndrico de la caldera.

Con esta disposición se lograba que, apretando la tuerca H se comprimiese el resorte y, por lo mismo, se apretaba con la palanca la válvula, contrarrestando la fuerza del vapor; y cuando éste era mayor que la tensión del resorte, la válvula y la palanca se levantaban, el vapor escapaba, y al disminuir dicha presión, la fuerza elástica del resorte volvía la palanca a su punto y otra vez quedaba la válvula cerrada. En la regla A estaba graduada por atmósferas o por libras inglesas la tensión del resorte que equilibraba la del vapor, y, por lo mismo; se podía saber la presión a la que trabajaba éste si el manómetro se inutilizaba, ya que, apretando o aflojando la tuerca, se aumentaba o disminuía la tensión, según la cual el vapor se escapaba por la válvula.

Las válvulas de seguridad. Sistema Ramsbottom.

La de sistema Ramsbottom (fig.12) consistía también en un resorte espiral sujeto a una palanca; pero ésta actuaba a la vez sobre dos válvulas cuya línea de unión de los dos centros se hallaba en dirección de la longitud de la locomotora. Un mismo resorte servía también para ambas válvulas y estaba construido ya con la tensión correspondiente al timbre de la caldera. Si el vapor en ésta pasa de la presión máxima, ambas válvulas, y con ellas la palanca, se levantaban dejaban escapar el vapor.

La ventaja de la válvula Ramsbottom es que si se apretaba  la palanca por un extremo, la válvula más próxima se cerraba, pero la otra se abría; y, por lo mismo, era mas segura a la hora de manipulaciones fraudulentas.

El objeto de las válvulas seguridad es impedir que la presión del vapor en la caldera traspase el número de atmósferas que marca el timbre, , lo que la tensión del resorte ha de ser proporcional al peso que el vapor ejerce sobre la válvula bajo dicha presión máxima. En el sistema de balanzas, en que la tensión de resorte se aumenta apretando la palanca por medio de la tuerca H (fig. 11), se suele poner un tornillo de metal en el trozo inferior a la palanca, que impide a ésta bajar más allá del punto correspondiente al timbre, sin lo cual se evita sobrecargar la tensión de los resortes.

Para lograr que la presión del vapor fuese excesiva, habían de construirse las válvulas de manera que cada una de por sí dé salida a una cantidad de vapor suficiente para que dicha presión no tomase incremento, sea cual fuere la temperatura de vaporización y sea cual fuere también el grado de presión según la cual se hallaba dispuesta. 

En muchas locomotoras, fueron instaladas ambos sistemas de seguridad, aunque cuando fallaban, el resultado era la explosión de la caldera, aunque dicho fallo, no era la unica causa por la que había explosiones de calderas.

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