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Paolo Bocchiardo
Classe 4° I
Anno scolastico 2002/2003
NASCITA DELLE
FERROVIE E DELLE
LOCOMOTIVE A
VAPORE
Storia delle ferrovie:
La nascita della ferrovia è stata condizionata dal contemporaneo sviluppo
della strada ferrata e della trazione meccanica grazie alla macchina a vapore.
La strada ferrata non ha però riferimenti cronologici precisi per ciò che
riguarda la nascita: già tra gli Egizi ed i Greci si possono trovare tracce della
sperimentazione di questo nuovo tipo di “strada”, in grado di ridurre
considerevolmente l’attrito e facilitare così lo scorrimento dei carri. Notizie
certe sull’introduzione delle rotaie le si hanno intorno al 1550, grazie alle
citazioni di Sebastiano Munster nella sua “Cosmographia Universalis”, opera
in cui si ha un riferimento all’uso di rotaie di legno sulle quali scorrevano i
vagoncini che si addentravano nelle miniere Leberthal in Alsazia.
L’uso delle rotaie si sviluppò in quasi tutele miniere ma non si pensò ancora
all’ipotesi di adottarle anche per affiancare le strade. Questo perché il
materiale usato era il legno, che oltre a non sopportare gravosi carichi era
anche facilmente deteriorabile.
La sostituzione delle rotaie in legno con quelle in ferro fu causata quasi per
caso: i proprietari delle miniere, avendo parecchia materia prima inutilizzata
per il calo delle vendite del ferro pensarono di utilizzarlo per sostituire le
tavole di legno deteriorate. I risultati furono soddisfacenti: i vagoncini
scorrevano meglio e la forza necessaria per spostarlo diminuì
considerevolmente.
Sia le rotaie in legno che quelle in ferro erano percorse da vagoni trainati da
forza animale e consentivano solamente il trasporto dei prodotti minerari.
Solo negli ultimi anni del ‘700 (1794) il parlamento inglese diede per primo
l’autorizzazione ad utilizzare una strada ferrata per il trasporto di persone.
Sempre nel Regno Unito nel 1803 venne attrezzata una linea sulla quale ogni
cittadino poteva far scorrere il proprio veicolo. La linea si snodava tra
Wandswort e Coraydon.
Nello stesso periodo si stavano compiendo passi da gigante nello sviluppo
della trasmissione meccanica , poiché si era intuita la possibilità disfruttare la
pressione del vapore acqueo portato ad alta temperatura. Watt e Cugnot
furono i primi a sperimentare questa nuova possibilità senza però ottenere
risultati di rilievo. Il primo che riuscì a ad allestire una carrozza a vapore fu
Trevithick.Egli riuscì anche a creare la prima locomotiva che compì un
tragitto di sei miglia in cinque ore trainando però la considerevole massa di
dieci tonnellate di ferro.
Questa brillante esperienza non convinse però del tutto l’opinione pubblica a
causa di alcuni problemi incontrati quali la scarsa aderenza causata dalla
forte disparità di peso fra la locomotiva a il carico trainato.
Ma alcuni industriali dell’epoca intuirono la possibilità di miglioramento di
questo nuovo mezzo di trasporto e decisero di finanziare la ricerca,
trascurando i problemi di gioventù che affliggevano la locomotiva. In
particolare Lord Ravensworth decise di finanziare un suo operaio, George
Stephenson, che gli propose lo sviluppo e la costruzione di una locomotiva.
Dopo un primo progetto molto modesto, costruì la locomotiva Mylord che
venne via via perfezionata. Ma la vera rivoluzione arrivò con un’altra sua
creatura, la locomotiva “Locomotion” che nel 1825 trainò un convoglio di 6
vagoni di ferro, ventuno carrozze passeggeri e trentacinque diligenze ad una
velocità impressionante per l’epoca e per un tragitto notevole: percorse infatti
sessanta chilometri alla velocità media di 20 km/h. Questo mezzo fu il
capostipite di altre locomotive, che ne riprendevano i punti di forza e venivano
ulteriormente sviluppati e modificati cercando di ottenere prestazioni
maggiori. Un esempio di questi accorgimenti è visibile nel maggior numero di
route accoppiate, sei invece che quattro. Il parlamento inglese, nel vedere i
progressi e intuendo le notevoli possibilità di questo nuovo mezzo di
locomozione, decise di deliberare la costruzione di una nuova linea tra
Manchester e Liverpool. Una volta ultimata la strada ferrata si scelse di
adottare la locomotiva “The Rocket” di Robert Stevenson,il figlio di George.
Qessta locomotiva fu il frutto di studi approfonditi e ricerche anche all’estero
che permisero di costruirla il più performante possibile.
Locomotiva a vapore:
La locomotiva a vapore si compone di tre parti principali: la caldaia, il
meccanismo motore e i dispositivi di frenatura.
La caldaia : E’ uno degli elementi principali di una locomotiva perché deve
immagazzinare l’energia termica prodotta dalla combustione del carbone per
poi produrre vapore, necessario per il movimento del mezzo. Maggiore è la
dimensione di questo elemento e più si può allargare il focolaio, favorendo
così una maggior produzione di calore.
La caldaia è ulteriormente suddivisibile in alcune parti: il forno. La griglia e il
cenerario, il focolaio e il portafocolaio, il corpo cilindrico, i tubi bollitori, i
surriscaldatori, la camera a fumo lo scappamento, i preriscaldatori, gli
iniettori.
Nel forno viene bruciato il combustibile generando così il calore necessario
per trasformare l’acqua in vapore. Per sfruttare al massimo il sistema, il forno
è circondato su cinque dei suoi sei lati mentre il restante lato è occupato dalla
griglia e dal cenerario. La griglia è data da una serie di barre in ghisa o
acciaio,solitamente inclinate per ampliarne le dimensioni e sulla quale viene
bruciato il combustibile solido che alimenta il motore. Al di sotto della griglia è
situato il cenerario, organo della caldaia destinato alla raccolta delle scorie
della combustione. Oltre a questa funzione, il cenerario è anche il
responsabile dell’ingresso dell’aria necessaria per innescare la combustione.
Proprio per questo motivo il cenerario deve essere tenuto il più possibile
sgombro dai residui per consentire il passaggio ottimale dell’aria.
Il portafocolaio forma con il focolaio una doppia scatola nella quale
intercapedine è situata gran parte dell’acqua e del vapore della caldaia
necessari per il movimento della locomotiva.
Nel corpo cilindrico dove sonocontenuti i tubi bollitori, è raccolta la rimanente
parte dell’acqua. Questo è l’elemento intermedio tra il focolaio e la camera a
fumo. Nella parte superiore è situato il duomo, l’elemento necessario a
rendere il piùsecco possibile il vapore in modo da evitare i cali di potenza
dovuti al vapore misto ad acqua. Per ovviare a ciò nel duomo è inserito un
separatore, che ha come funzione principale proprio la scissione tra acqua e
vapore. Sempre nel duomo è presente un regolatore che, regolato dal
macchinista tramite un volano dal macchinista, consente il passaggio
opportuno di vapore dalla caldaia ai cilindri.
I tubi bollitori, contenuti nel contenuti nel corpo cilindrico, sono destinati al
frazionamento e alla distribuzione del calore dei gas di scarico in ogni zona
del corpo cilindrico. Sono di dimensioni ridotte, in gran numero e la loro
lunghezza può variare tra i tre e i sei metri. Con il perfezionarsi delle
locomotive i progettisti si sono accorti del maggior rendimento del vapore
surriscaldato poiché può essere portato a temperature più elevate. Si è
inserito così un surriscaldatore, ossia un collettore in ghisa situato nella
camera a fumo e diviso in due camere, una collegata col duomo per la
raccolta del vapore e l’altra collegata con i cilindri.
Avanzando verso la parte anteriore della caldaia si trova la camera a fumo,
un serbatoio nel quale vengono raccolti i gas della combustione e poi inviati
al camino, situato nel mezzo.
Il camino è dotato di un coperchio per diminuire il tiraggio durante le fermate,
di un paravento per aumentare il tiraggio e un capitello, i cui fini sono
puramente estetici.
Per diminuire i consumi talvolta vengono inseriti dei preriscaldatori, necessari
per immettere acqua a maggior temperatura e più vicina all’ebollizione, in
modo da impiegare meno carburante. L’acqua più calda viene così inviata
nell’interno della caldaia attraverso un iniettore.
Il meccanismo motore : La macchina a vapore è caratterizzata da un cilindro
diviso in due parti da uno stantuffo, che attraverso il suo movimento forzato
dal vapore provoca una differenza di volume tra le due camere. Solitamente il
vapore viene introdotto alternativamente nell’una e nell’altra parte del cilindro
tramite valvole e provocando uno scivolamento dello stantuffo con la
produzione di energia meccanica per mettere in movimento la locomotiva.
Lo stantuffo è collegato ad una testa a croce, che a sua volta viene attaccata
alla biella, fautrice della trasformazione del moto alternativo nel moto
circolare della ruota. Per accoppiare altre ruote a quelle motrici vengono
utilizzate le bielle accoppiate, che devono essere necessariamente di uguale
lunghezza in ogni coppia, onde evitare danni al meccanismo.
Dispositivi per frenatura : In un primo tempo erano assai diffusi i freni a
pattino, rivelatisi poi con l’aumento di prestazioni molto scadenti ed inadatti a
garantire un livello di sicurezza adeguato. Si sono quindi adottati i freni a
ceppi che agiscono una pressione sul cerchione e solitamente ne sono
inseriti due per ogni ruota per garantire una frenata senza sovraccaricare un
asse piuttosto che un altro e consumare i cerchioni in modo omogeneo e
sono azionati da leve. I freni a vapore sono di diversa concezione rispetto a
quelli a ceppi ma ne riprendono il pattino: questo viene però azionato tramite
un pistone a vapore.
Più evoluti di questo tipo di freni sono i freni a vuoto nei quali il ceppo viene
azionato dallo scarico del vapore del cilindro e dello stantuffo che muovono il
treno ed i freni ad aria compressa, azionati da un serbatoio contenente aria
ad alta pressione e il cui funzionamento è regolato da un rubinetto di
comando che mette in comunicazione il serbatoio con la tubazione della
frenatura. Questo sistema è il preferito perché le tubazioni possono essere
estese dalla locomotiva anche estese ai vagoni del convoglio per garantire
una frenata omogenea.
BIBLIOGRAFIA:
AA.VV., Enciclopedia Scienze tecniche-Meccanica e mezzi di trasporto,De
Agostini,Novara1970, pp. 249-251 /293-313
J. Ruthland, Treni, Usborne,1993, pp. 3-31