La trazione ferroviaria. I sistemi a guida vincolata PDF
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Fabrizio Marignetti (a cura di) LA TRAZIONE FERROVIARIA I sistemi a guida vincolata Questo volume è stato pubblicato con il contributo del Dipartimento di Ingegneria Astronautica Elettrica ed Energetica dell’Università degli Studi di Roma “La Sapienza” ISBN 978-88-7488-859-7 Prima edizione: Giugno 2018 Responsabile produzione: Alessandro Parenti Redazione: Carlotta Lenzi e Laura Tondelli Le fotocopie per uso personale (cioè privato e individuale, con esclusione quindi di strumenti di uso collettivo) possono essere effettuate, nei limiti del 15 % di ciascun volume, dietro pagamento alla S.I.A.E del compenso previsto dall’art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n. 633. Tali fotocopie possono essere effettuate negli esercizi commerciali convenzionati S.I.A.E. o con altre modalità indicate da S.I.A.E. Per le riproduzioni ad uso non personale (ad esempio: professionale, economico o commerciale, strumenti di studio collettivi, come dispense e simili) l’editore potrà concedere a pagamento l’autorizzazione a riprodurre un numero di pagine non superiore al 15 % delle pagine del volume. CLEARedi - Centro Licenze e Autorizzazioni per le Riproduzioni Editoriali Corso di Porta Romana, n. 108 - 20122 Milano e-mail: [email protected] - sito: http://www.clearedi.org. 40131 Bologna - Via U. Terracini 30 - Tel. 051-63.40.113 - Fax 051-63.41.136 www.editrice-esculapio.it Ringrazio in particolare i Professori Regina Lamedica ed Enrico Pagano per aver lanciato l'idea del testo e averne iniziato la stesura. Senza i loro preziosi consigli e il loro supporto, il mio lavoro non sarebbe mai nemmeno decollato. AUTORI Cap. 1 Gabriele Malavasi Sapienza - Università di Roma Cap. 2 Richard Bartoni♠, Alfonso Capasso♣, Fabio Garzia♣, Massimo Guarascio♣, Mara Lombardi♣, Giuliano Rossi♣ ♣Sapienza - Universita di Roma; ♠Salini Impregilo S.p.A. Cap. 3 Regina Lamedica♣, Stefano Quaia♠, Dario Zaninelli♦ ♣Sapienza - Università di Roma; ♠Università degli Studi di Trieste; ♦Politec- nico di Milano Cap. 4 Luca Esposito, Eugenio Fedeli RFI - Rete Ferroviaria Italiana S.p.A. Cap. 5 Diego Iannuzzi Università di Napoli ‘Federico II’ Damiano D’Aguanno♣, Fabrizio Marignetti♣, Paolo Masini♠, Cap. 6 Enrico Pagano♦ ♣Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale, ♠Trenitalia S.p.A, ♦Università di Napoli ‘Federico II’ Cap. 7 Massimo Ceraolo Università di Pisa Cap. 8 Alessandro Ruvio Sapienza - Università di Roma VI La trazione ferroviaria i sistemi a guida vincolata Cap. 9 Regina Lamedica♠, Paolo Masini♣, Enrico Mingozzi♦ ♠Sapienza - Università di Roma; ♣Trenitalia S.p.A.; ♦Ferrovie dello Stato Cap. 10 Paolo Masini, Salvatore Rizzo Trenitalia S.p.A. Cap. 11 Giovanni Molinari Sapienza - Università di Roma Cap. 12 Enrico Pagano♣, Luigi Piegari♠ ♣Università di Napoli ‘Federico II’, ♠Politecnico di Milano PREFAZIONE La rete ferroviaria europea, considerata nella sua totalità, con i suoi quasi 250’000 km di lunghezza, è una delle più estese al mondo, essendo seconda solo a quella degli Stati Uniti, seppure per poche migliaia di chilometri. Si- curamente, tuttavia, l’Europa detiene il primato della lunghezza delle linee ferroviarie elettrificate. La transnazionalità della rete ferroviaria europea, che ne costituisce l’in- trinseca ricchezza, pone diversi problemi che si traducono in altrettante sfide tecnologiche. I diversi standard presenti nei Paesi europei, in termini sia infrastrutturali che di sistema elettrico, sono il risultato di evoluzioni locali e, quindi, la stessa composizione della rete ferroviaria europea pone serie problematiche di interoperabilità, con particolare riferimento al segna- lamento, ai livelli di tensione, alle sagome, all’armamento. Mentre i sistemi di alimentazione e i relativi livelli di tensione sono stati normati a partire dal 2008 mediante lo standard EN50388, solo recentemen- te è stato intrapreso, e successivamente portato a compimento, lo sviluppo delle Technical specifications for interoperability (TSIs) ad opera della Eu- ropean Union Agency for Railways (ERA). Uno dei compiti dell’ERA è quel- lo di normalizzare i sistemi di segnalamento e di controllo dei treni, che si sono sviluppati solo a livello nazionale, specialmente a beneficio delle linee ad alta velocità, a partire dagli anni ’90. Uno dei risultati più importanti di questa normazione è oggi il sistema europeo di controllo dei treni (ETCS). L’ECTS è la componente di segna- lazione e controllo del sistema europeo di gestione del traffico ferroviario (ERTMS). Essa sostituisce i vecchi sistemi di protezione dei treni ed è pro- gettata per sostituire i numerosi sistemi di sicurezza incompatibili attual- mente utilizzati dalle ferrovie europee. Nel panorama tecnico-normativo, a queste problematiche si aggiunge la ricerca di velocità sempre più elevate, finalizzate a realizzare collegamenti più veloci tra i principali centri urbani, il che richiede lo studio e la messa in atto di soluzioni tecnologiche di avanguardia. Tutti questi fattori hanno stimolato la fioritura di tecniche e di specifiche molto variegate, delineando un contesto in costante e rapida evoluzione. In questo scenario, l’Italia è attualmente uno degli attori più significativi, sia per l’estensione che per la modernità della sua rete ferroviaria e del mate- riale rotabile. VIII La trazione ferroviaria i sistemi a guida vincolata L’Italia ha raccolto la sfida tecnologica derivante dal contesto altamente dinamico che si è venuto a creare e sta partecipando attivamente alla gestio- ne del quadro tecnologico e normativo. La costruzione della dorsale Torino-Lione, la galleria di base del Brenne- ro o Brenner Basistunnel (BBT) e il progetto Grandi Stazioni Rail sono solo alcuni esempi di investimenti su grandi infrastrutture ferroviarie italiane, che contribuiscono all’ampliamento delle reti di trasporto trans-europee (TEN-T). Questo testo intende fare il punto della situazione sui sistemi a guida vincolata in generale, affrontando, nei diversi capitoli, gli aspetti salienti della gestione, della progettazione meccanica ed elettrica e della modelli- stica delle linee e dei sistemi di alimentazione, di trazione e di controllo. La descrizione delle problematiche tecniche, affrontate ad ampio spet- tro, includendo anche elementi storici di rilievo, intende contribuire alla diffusione di una cultura nel settore dei sistemi a guida vincolata. Gli argomenti trattati, che riguardano sia la componentistica (convertito- ri, materiale rotabile, sistemi di accumulo, azionamenti) che i sistemi elet- trici, possono costituire un utile riferimento per ingegneri e tecnici impe- gnati a cogliere le opportunità offerte da un mercato in continua evoluzione. Fabrizio Marignetti INDICE Cap. 1. MODALITÀ DI TRASPORTO 1.1. Il fenomeno del trasporto .......................................................................1 1.2. Domanda e Offerta ..................................................................................2 1.2.1. Impostazione concettuale per lo studio della domanda e dell’offerta ..................................................................................................2 1.2.2. Analisi delle serie storiche della domanda e dell’offerta a livello nazionale ........................................................................................4 1.2.2.1. Traffico merci e passeggeri per modalità di trasporto ...........4 1.2.2.2. Trasporto ferroviario passeggeri e merci ................................6 1.2.2.3. Metropolitane e Tranvie .........................................................9 1.2.2.4. Estensione della rete stradale, ferroviaria, metropolitana, e tranviaria ..........................................................................................10 1.3. Caratteristiche e vantaggi della guida vincolata ..................................13 1.4. Sviluppo del trasporto a guida vincolata .............................................14 1.5. Riferimenti ............................................................................................16 Cap. 2. AFFIDABILITÀ E SICUREZZA 2.1. Concetti e definizioni ...........................................................................17 2.2. Ruolo dell’affidabilità nella progettazione dei sistemi per la mobilità .........................................................................................................18 2.2.1. Affidabilità del componente: il guasto .........................................19 2.2.2. Metodi di valutazione analitica dell’affidabilità di sistema ........25 2.2.3. Metodi di prova e ottimizzazione dell’affidabilità: il progetto ....28 2.2.4. Valutazione del rischio: tecniche Risk Analysis ..........................29 2.3. Sicurezza e protezione .........................................................................35 2.3.1. Gli impianti security .....................................................................36 2.3.2. Gli impianti safety ........................................................................38 2.4. Sicurezza nelle gallerie delle linee metropolitane e ferroviarie..........40 2.4.1. Introduzione .................................................................................40 2.4.2. La prevenzione incendi nelle metropolitane ...............................40 2.4.3. La sicurezza nelle gallerie ferroviarie ..........................................42
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