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giovedì 5 marzo 2015

Almanacco quotidiano, a cura di #MarioBattacchi

Buongiorno, oggi è il 5 marzo.
Il 5 marzo 1872 George Westinghouse brevettò i freni ad aria compressa, che rappresentarono quasi una rivoluzione nel panorama ferroviario, e a distanza di 140 anni, nonostante i treni siano passati da una velocità di 50 km/h a quella di oltre 500, sono ancora la soluzione universalmente adottata da tutti i costruttori di treni del mondo.
Prima dell'introduzione dei freni ad aria compressa, fermare un treno era una cosa complicata. Nei primi giorni, quando i treni erano formati da una o due cabine e le velocità erano basse, fermare un treno consisteva nell'inversione del flusso di vapore nei cilindri, così che la locomotiva stessa agisse come freno. Tuttavia, quando i treni diventarono più lunghi, più pesanti, più veloci e cominciarono ad operare in territori montani, si rese necessario far sì che ogni carrozza potesse frenare, dato che la locomotiva non era più in grado di fermare il treno con uno spazio di frenata ragionevole.
Introdurre i freni nelle carrozze comportò l'utilizzo di personale aggiuntivo, gli addetti ai freni, che corressero da carrozza a carrozza e azionassero o liberassero i freni quando udivano una determinata sequenza di segnali sonori. Quando i segnali non venivano uditi, o venivano interpretati in modo errato, deragliamenti e collisioni tra treni non fermati in tempo erano frequenti.
Per attivare i freni occorreva azionare una grande ruota posta alla fine di ogni carrozza. La ruota manuale spingeva delle pinze contro le ruote del treno, rallentandole. Era necessaria una forza considerevole per creare un forte attrito sulle ruote, pertanto gli addetti ai freni si aiutavano con una sorta di pezzo di legno, detto clava, per fare leva ed agire in modo più efficace.
Mentre il lavoro di un addetto ai freni di un treno passeggeri non era troppo duro, potendo passare da vagone in vagone attraverso i corridoi, e restando al caldo quando il suo lavoro non era richiesto, l'addetto ai freni dei treni merci al contrario aveva un lavoro durissimo: sia perchè i vagoni erano molti di più, sia perchè doveva camminare sul tetto dei vagoni per arrivare al freno, e quindi saltare sul vagone successivo; inoltre, era soggetto alle intemperie. Morire sotto il treno non era un evento così improbabile.
Inoltre in territori montani il peso del treno a volte era tale che la forza degli addetti ai freni non era sufficiente per diminuire la velocità in discesa, causando dunque incidenti disastrosi.
Quando fu adottato, il sistema Westinghouse diede un impulso vigoroso alla sicurezza ferroviaria. Non era più necessario rischiare la vita degli addetti ai freni, e il macchinista inoltre aveva il totale controllo del freni dell'intero convoglio, eliminando così le imcomprensioni nel comandare la frenata. Ciò consentì di far viaggiare treni più lunghi e più pesanti a velocità maggiori.
Nella forma più semplice di freno ad aria compressa, l'aria spinge un pistone in un cilindro. Il cilindro è collegato meccanicamente alle ganasce dei freni che sfregano sulle ruote, usando l'attrito per rallentare il treno. In forme più complesse il collegando meccanico è tale da consentire ad ogni singolo pistone di frenare fino a 8 o 12 ruote.
L'aria compressa da un compressore nella locomotiva viene inviata alle carrozze da una linea di tubi che alla fine di ogni carrozza viene collegata alla carrozza successiva.
Per limitare la perdita di pressione nell'aria dovuta al passaggio tra una carrozza e l'altra, Westinghouse inventò un sistema per cui ad ogni giunzione era presente un pistoncino di aria di riserva e una valvola tripla, detta valvola di controllo.
La valvola è detta tripla perchè compie tre azioni: caricare l'aria in un contenitore per poterla utilizzare in seguito, azionare i freni e rilasciarli.
Se la pressione nella linea è inferiore di quella nella riserva, la valvola chiude il passaggio dell'aria dalla linea e manda l'aria della riserva per azionare il freno. Ciò continua fin quando si raggiunge un equilibrio tra la pressione della riserva e quella della linea (che nel frattempo si sta ricaricando dato che il passaggio è chiuso). Quando la pressione della linea torna ad essere superiore, la valvola riapre il flusso e contemporaneamente ricarica l'aria compressa nella riserva, per un uso futuro.
La totale sicurezza del sistema frenante Westinghouse è data inoltre dalla cosiddetta "sicurezza attiva", vale a dire che il sistema deve essere in funzione non per frenare, ma per impedire la frenata: questa si ottiene riducendo la pressione dell'aria nei cilindri, mentre il rilascio dei freni si ottiene aumentandola. In questo modo eventuali malfunzionamenti del sistema, o persino la rottura in due tronconi del convoglio, comporta l'immediata frenata di emergenza, dato che la mancanza di pressione dell'aria nel sistema frenante fa sì che le ganasce si attacchino alle ruote con la massima forza.
Sebbene con gli anni siano migliorati i sistemi frenanti dei treni, soprattutto grazie all'utilizzo di materiali più performanti e a valvole più piccole e più affidabili, l'idea originale concepita 140 anni da Westinghouse è tuttora la più affidabile per fermare i treni di tutto il mondo, e lo sarà ancora per tantissimo tempo.

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