GFO Bergamo

UN POCO DI TECNICA

a cura di Francesco Bonomi

Rotaie e binari: le ragioni di un successo.

Le ragioni del duraturo successo della ferrovia come mezzo di trasporto sono legate al fatto che, grazie al ridottissimo attrito tra ruota in acciaio e rotaia in acciaio, le ferrovie sono il mezzo terrestre che sposta la maggior quantità di merce (o persone) con il minimo investimento energetico. Per fare un esempio, un treno merci da 1200 tonnellate lorde (900 tonnellate di carico utile) viene trainato da una locomotiva dalla potenza di circa 1.000kW. Per trasportare la stessa quantità di merce su camion (assumendo per ogni camion una portata utile di 30t ed una potenza di 400kW) servirebbero 50 camion, che impiegherebbero ben 20.000kW di potenza (e inquinerebbero anche di più). Infatti il camion consuma gasolio con basso rendimento (25% circa) mentre i motori elettrici hanno rendimento superiore al 90%.

Mezzo di trasporto N° passeggeri o
carico merci (t)
Potenza Peso (t) Velocità max.
km/ora
Elettrotreno 500 6.000 700 700
Boeing 747 350 40.000* 140 970**
Nave da crociera 4.000 50.000 80.000 60
Autobus 60 200 15 100
Treno merci 2.000 3.000 3.000 100
Petroliera 60.000 50.000 100.000 40
TIR + rimorchio 30 400 40 100
* non viene espressa in unità comparabili
** a più di 9000 m di quota

Locomotive e locomotori

La locomotiva a Vapore è stata la macchina usata per i primi cento anni della trazione ferroviaria. Il carbone (o la nafta) vengono bruciati in un "focolare"; i gas caldi, generati dalla combustione, nel percorso di scarico, passano all'interno di tubi nello scambiatore di calore della caldaia, portando l'acqua ad ebollizione per generare il vapore. Il vapore viene raccolto in alto (in una cupola detta "duomo") ed inviato ai cilindri. Qui aziona i pistoni, che mettono in moto le bielle, ed infine le ruote. Poiché il numero di corse avanti e indietro dei pistoni è limitato, se si vuole realizzare una macchina ad alta velocità occorre farla con ruote grandi, mentre se occorre una macchina che esprima grande potenza di trazione, a scapito della velocità, occorre che abbia ruote piccole. Ciò rende semplice distinguere le macchine a vapore per treni veloci (a ruote grandi fino a più di due metri), dalle macchine per treni merci o per manovre (con ruote di circa un metro). Carbone ed acqua di scorta sono su un carro apposito, sempre agganciato alla locomotiva, detto "tender", o sulla locomotiva (locotender).

La locomotiva elettrica è la protagonista del moderno trasporto ferroviario in tutta Europa. Dopo le prime sperimentazioni e la realizzazione di prototipi a terza rotaia, ad accumulatori, a trazione trifase, si ricorre ormai solo al sistema basato su un'unica linea di contatto e sulle rotaie come conduttore di ritorno. Diverse sono però le tensioni di alimentazione. In Italia e in parte della Francia si usa la corrente continua (1.500-3.000V), che non richiede la presenza a bordo di pesanti trasformatori. In Germania, Svizzera ed Austria si usa la corrente alternata (da 15.000 a 25.000 V), con pesi maggiori, ma con la possibilità di installare potenze maggiori. Tram e filovie funzionano a 600V continui, mentre la Ferrovia della Valle Brembana (1906-1966) era l'unica linea italiana a corrente alternata monofase (6.000V). Una macchina elettrica è molto affidabile: può percorrere 1.000.000 di km prima della revisione…

Le Locomotive Diesel presentano il vantaggio di non dover dipendere ne' dalla linea aerea (molto costosa), ne' dal rifornimento d'acqua (che limita l'autonomia della macchina a vapore). Sono diffuse in particolare in Inghilterra e fuori Europa. In quasi tutte queste macchine un motore Diesel di tipo navale (fino a 80.000 di cilindrata e a più di 4.000kW, in alcune macchine americane!!!) aziona un generatore elettrico, che produce la corrente necessaria a far funzionare i motori elettrici che fanno girare le ruote (trasmissione diesel-elettrica). Solo le macchine da manovra, di limitata potenza, e le automotrici utilizzano la trasmissione diretta (con un cambio ad ingranaggi) o la trasmissione idraulica (cambio automatico).

Elettrotreni ed automotrici sono invenzioni italiane. L'idea di applicare un motore (prima a benzina, poi Diesel) ad una carrozza passeggeri nacque negli anni '30. Il nome "littorine", dato in quegli anni ai primi prototipi di automotrice, viene ancora usato. Gli elettrotreni sono convogli in cui più di una carrozza porta motori elettrici, tutti comandati dalle cabine di guida poste alle estremità del treno. La linea estetica dei primi esemplari, realizzati a metà degli anni '30, è ancora valida oggi. Questi treni vennero usati per convogli di prestigio, quali il "Settebello" o l'"Arlecchino", e sono i progenitori dei moderni "Pendolini", in cui un sistema di inclinazione idraulica della cassa riduce il disagio dei passeggeri.
Da notare che l’intera famiglia degli ETR 500 “Frecciarossa” - il treno più moderno e veloce delle FS, in servizio dal 2000 - non sono elettrotreni e neanche "Pendolini", ma treni a composizione bloccata con due locomotive, poste rispettivamente in testa e in coda al treno, mentre sono elettrotreni (con motori su ogni carrello) i treni articolati della NTV (i carrelli sono condivisi da due carrozze) meglio noti con il nome “Italo”, entrati in servizio nel 2012.

I sistemi di sicurezza

I sistemi di sicurezza si sono evoluti anch'essi, al crescere della velocità e della potenza delle locomotive e della densità della circolazione ferroviaria. Mentre ai tempi del vapore bastava il "bastone pilota", che i macchinisti si scambiavano al momento degli incroci fra treni, oggi si ricorre principalmente a due sistemi di "blocco automatico". Il più semplice è basato su un contatore meccanico del numero di assi: tanti ne passano su un primo sensore, tanti ne devono passare su un secondo, posto dopo il primo. Se il conto non torna, i segnali si dispongono al rosso.
Il più versatile sistema attualmente in uso è invece il "circuito di binario". In questo sistema, si immettono nelle rotaie delle correnti alternate a bassa frequenza, che vengono "sentite" da un sensore posto sulle locomotive. Se c'è un treno sui binari, esso provoca la scomparsa di queste correnti: il segnale precedente la sezione occupata viene messo al rosso, e l'assenza delle correnti nel binario ("assenza codice", nel gergo dei ferrovieri) provoca l'arresto automatico della locomotiva senza alcun intervento del personale. Con questo sistema è anche possibile limitare la velocità dei convogli, prima di provocarne l'arresto, in modo da rendere questo tempestivamente possibile; ricordiamoci che un normale convoglio passeggeri lanciato a 180km/h richiede circa 2km per fermarsi (circa 6km se la velocità fosse di 320km/h).

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