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Le macchine del Titanic - Le caldaie

Questa pagina, insieme a quelle collegate, cerca di illustrare, in maniera semplice e chiara, il sistema di propulsione del Royal Mail Steamer Titanic.
(la foto a sinistra mostra il modello del Titanic, descritto in questo sito, in un fotomontaggio eseguito da Stefano Corbetta, http://www.grafica-corby.com)

Le altre pagine che completano questo argomento:
Guarda anche il VIDEO "Le Macchine del Titanic"
Descrizione generale
 Le motrici alternative
 La turbina di bassa pressione
 		I macchinari ausiliari

Come si vede nella “descrizione generale del sistema di propulsione”, sul Titanic erano installate 29 caldaie a ritorno di fiamma.
Cinque di queste erano monofronte, le altre ventiquattro erano bifronte.
Si trattava di caldaie cilindriche note come “caldaie scozzesi”.
Erano alimentate a carbone ed avevano una pressione di esercizio di 215 PSI (libbre per pollice quadrato) che corrisponde a 15 kg/cmq.
Tutte avevano un diametro di 15’ e 9”, ovvero 4.800,6 mm.
Quelle monofronte erano lunghe 11’ 9”, ovvero 3.581,4 mm.
Quelle bifronte erano lunghe 20’, ovvero 6.096 mm.
Su ogni fronte c’erano tre forni, per un totale di 159 forni.


Le immagini a destra mostrano, schematicamente, una caldaia monofronte ed una bifronte
Come si vede dagli schemi, nella parte inferiore ci sono i forni le cui pareti, ondulate, sono in grado di assorbire le dilatazioni termiche.
All’interno di ogni forno c’è una griglia sulla quale il fuochista distribuisce il carbone. I componenti della griglia poggiano sulla “soglia”, all’imboccatura del forno, sulla “traversa centrale” e, all’estremità posteriore, sull’ “altare”.
La cenere cade sotto la griglia e viene asportata attraverso un apposito sportello.
Il Titanic era dotato di un sistema che consentiva lo smaltimento della cenere, fuori bordo, attraverso una tramoggia attraversata da un flusso di acqua di mare.
Dopo il forno, verso la parete posteriore, c’è la “cassa a fuoco” mentre, nella parte anteriore, c’è la “cassa a fumo”.
Fra la cassa a fuoco e la cassa a fumo c’è il fascio tubiero che ha lo scopo di aumentare la superficie di scambio del calore.
I forni, le casse a fuoco e i fasci tubieri sono immersi nell’acqua.
Il vapore prodotto si raccoglie nella parte superiore da dove viene prelevato per essere inviato alla motrici.
Nella figura a sinistra i colori mostrano il funzionamento della caldaia
Le 29 caldaie installate sul Titanic erano distribuite in 6 compartimenti numerati a partire dal primo locale attiguo alla sala macchine (il numero 6 è quello più vicino alla prua).
Nel locale n. 1 c'erano le cinque caldaie monofronte.
Nei locali n. 2, n. 3, n. 4 e n. 5 c'erano cinque caldaie bifronte.
Nel locale n.6, dove lo scafo cominciava a restringersi, c'erano soltanto 4 caldaie bifronte.
La sistemazione, in pianta e in sezione, si trova sulla “descrizione generale del sistema di propulsione”.
La figura a destra mostra una sezione della nave nella quale si vede un gruppo di cinque caldaie.

L'aria necessaria per la combustione veniva immessa nei forni grazie ad un "sistema a camere chiuse" : l'aria, aspirata dall'esterno da grossi ventilatori, veniva spinta nei locali caldaie che, essendo ermeticamente chiusi, non fornivano altre vie d'uscita che non fossero le portelle dei cenerari. Da qui l'aria, ovvero l'ossigeno in essa contenuto,  attraversava le griglie e alimentava la combustione.

Le valvole di sicurezza servono ad impedire che la pressione in caldaia superi i limiti di resistenza della caldaia stessa.
Sono riprese in queste pagine, dedicate alle macchine del Titanic, perché, su quella sfortunata nave, sono entrate in funzione tutte quelle installate sulle caldaie in servizio al momento della collisione.
Quando la Plancia ha azionato i telegrafi di macchina chiedendo l'arresto rapido della nave, la pressione in caldaia è salita repentinamente e il vapore, non più chiamato dalle macchine, si è scaricato attraverso le valvole di sicurezza.
Le caldaie a tubi di fiamma hanno, peraltro, una grande inerzia termica.
Sulle navi è obbligatorio che ogni caldaia disponga di almeno due valvole di sicurezza.
Lo schizzo a sinistra ne mostra una a doppia valvola, di uso più comune.
Sono composte da valvole tenute a posto da molle.
La taratura delle valvole si ottiene regolando il manicotto superiore, ovvero variando la pressione che la molla esercita sul piattello inferiore, solidale con l'asta che agisce sulla valvola vera e propria.
Quando, per un aumento eccessivo di pressione, la valvola si apre, la molla viene compressa con conseguente aumento della resistenza. Per ovviare a questo inconveniente la valvola è provvista di una falda sporgente che favorisce una seconda spinta che si va a sommare a quella che ha provocato l'apertura della valvola.
Attenzione. Le valvole di sicurezza si aprono automaticamente. L'affermazione che vengono aperte dal personale di macchina è una della tante bufale che girano.

Considerazioni generali sulla caldaie a tubi di fiamma.

Le caldaie di questo tipo, molto in uso nei primi anni del XX secolo, avevano un rendimento piuttosto basso, erano pesanti e richiedevano una accurata gestione dei forni.
Il carbone doveva essere disteso sulle griglie in modo da bruciare con fiamma vivida e corta. Le griglie dovevano essere mantenute pulite e i forni dovevano essere governati a intervalli regolari.
L’aria necessaria alla combustione entrava nel forno attraverso la porta del cenerario.
A regime normale la pressione in caldaia doveva rimanere pressoché costante come costante doveva rimanere anche il livello dell’acqua che entrava in caldaia attraverso la valvola di alimento.
In caso di emergenza, quando si rendeva necessario fermare rapidamente le macchine, ovvero intercettare l’arrivo del vapore dalle caldaie, la pressione in caldaia saliva bruscamente ed entravano in funzione le “valvole di sicurezza” che scaricavano il vapore in eccesso attraverso appositi tubi che, nel caso del Titanic, erano sistemati a Prvia e a Ppvia di ogni ciminiera.
In questo frangente era necessario ridurre il più possibile la combustione chiudendo, innanzi tutto, le porte dei cenerari per ridurre il comburente. Se necessario si doveva procedere anche allo scarico parziale del carbone dai forni.
L’acqua in caldaia, soprattutto per l’entrata in funzione delle valvole di sicurezza, scendeva di livello con il rischio di lasciare scoperte le parti superiori delle superfici riscaldanti. Era quindi necessario intervenire rapidamente sulla pompa di alimentazione per ripristinarne il livello corretto.
Le caldaie di questo tipo sono state successivamente sostituite da quelle a tubi d'acqua.

Considerazioni generali sui combustibili solidi e sui carbonili

Il carbone destinato all’impiego nelle caldaie marine deve avere una bassa percentuale di sostanze volatili per evitare fiamme lunghe. Inoltre bisogna preferire carboni che non diano luogo a miscele pericolose, cosa più probabile nei carboni da poco estratti dalle miniere.
Il carbone viene stivato, a bordo, in appositi carbonili posti in prossimità dei locali caldaie. In questi carbonili si possono verificare delle accensioni spontanee come, ad esempio, quando il carbonio fisso assorbe ossigeno dall’aria e la temperatura aumenta fino a produrre un inizio di combustione accidentale.
Per questo motivo i carbonili vanno tenuti sotto controllo. Allo scopo ci sono dei tubi che penetrano all’interno del deposito e nei quali devono essere inseriti, frequentemente, dei termometri per rilevare le temperature. Queste non devono mai superare gli 80-90°C.
Devono essere adottate anche altre precauzioni che, però, non è il caso di citare in queste pagine.
Nel caso in cui si manifestasse un principio di incendio, bisogna intervenire immediatamente. Bisogna introdurre, dal fondo del carbonile, del vapore o meglio, se disponibile, dell’anidride carbonica.
Se, nonostante tutto, la combustione non cessa, bisogna procedere all’allagamento del carbonile, con acqua di mare, immettendola sempre dal fondo. Inserire acqua dalla parte superiore è praticamente inutile perché incontrerebbe troppa resistenza per scendere attraverso gli strati del combustibile che, tra l’altro, tende ad agglomerarsi sopra la zona della combustione. I fenomeni di autocombustione si sviluppano, di norma, negli strati inferiori del carbonile.
I combustibili solidi sono stati successivamente sostituiti da quelli liquidi (nafta).