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Note di trazione elettrica. Storia e tecnologia della trazione in serie

LA LINEA DI VIA FLAMINIA A ROMA

Alcuni dati sulla linea Cattori della via Flaminia*:

• lunghezza della linea 2800 m circa;
• linea aerea costituita da quattro fili in bronzo fosforoso posti all'altezza di 6 metri circa;
• trolley bipolare;
• alimentazione da una dinamo Slatter a corrente costante 52 A, tensione massima 850 V.

L'insolita altezza della linea aerea sarebbe stata richiesta per permettere il passaggio delle processioni sotto i fili. La linea è a binario unico con cinque raddoppi di precedenza e due raddoppi terminali; la linea aerea è a doppio filo per ogni senso di marcia secondo lo schema sotto riportato, che equivale elettricamente a due linee indipendenti, una per ogni senso di marcia, collegate in serie tra loro, con il generatore e con le due motrici, ognuna delle quali percorre il proprio binario nei due sensi, instradandosi sul binario di sinistra sui raddoppi, con la propria presa di corrente bipolare impegnata in una o l'altra coppia di fili., disposizione dovuta evidentemente alla pratica impossibilità di costruire scambi aerei sui raddoppi, nonostante le varie invenzioni e i numerosi brevetti presentati (ved. ad es. M. Cattori. Raddoppi di precedenza).

Abbiamo il caso singolare di una linea a binario unico sulle rotaie e a doppio binario sulla linea aerea.

Linea aerea Cattori; schema e disposizione costruttiva.
L'elemento di sospensione è utilizzato sia per l'ancoraggio dei fili ai pali (a), sia come distanziatore (b).

Ma anche dal punto di vista dell'esercizio la linea sarebbe problematica; basti pensare che, giunta una vettura ad uno dei due capolinea tronchi, la stessa, per invertire la marcia, dovrebbe staccare momentaneamente il trolley dal filo per girarlo, aprendo il circuito di linea ed arrestando di conseguenza anche l'altra motrice, oltre a provocare, con il funzionamento a vuoto della dinamo, un aumento della tensione di linea che dovrà essere ridotto con qualche automatismo. Non potendo installare dei capolinea ad anello che ai cuori e agli aghi degli scambi sui fili avrebbero dato luogo ad interruzioni dei circuiti, l'unica soluzione sembra poter essere quella di cortocircuitare le coppie di fili, durante la manovra dei trolley, mediante interruttori a comando manuale (se il Cattori avesse inventato anche il pantografo, presa di corrente bidirezionale...).

Come avrebbe dovuto funzionare il sistema Cattori (da Scientific American, gennaio 1899)

Sistema di trazione elettrica. Michelangelo Cattori, Roma, Italia.
Il sistema di trazione inventato dall'autore permette l'utilizzazione di un binario quale che sia il sistema sullo stesso precedentemente utilizzato [dovrebbe significare che potrebbe utilizzarsi, per es., il binario di una linea a cavalli]. La ferrovia è dotata di due conduttori paralleli sezionati costituenti due circuiti. In ogni circuito è incluso un proprio generatore. Un polo di ogni generatore può essere collegato, mediante interruttori, al corrispondente terminale di ogni conduttore dello stesso circuito. A mezzo di interruttori l'altro polo di ogni generatore può essere collegato all'altra estremità di ogni conduttore dello stesso circuito.

Anche se si capisce poco, il sistema dovrebbe essere quello del brevetto US 526963 del 2-X-1894, alimentazione da due sorgenti.

Motrici

Da varie fonti sono state trovate diverse immagini delle motrici di via Flaminia, che appaiono però per molti aspetti tra loro contraddittorie. L'immagine sotto riportata a sinistra è un disegno presente in un opuscolo del Cattori, che non si accorda però con le fotografie ufficiali della presentazione dei rotabili e della linea reperibili in più parti per una diversa scansione dei finestrini, che passano da 8 a 7, e la presenza di due motori, anzichè di uno. Si deve ritenere che sia una delle usuali mistificazioni dell'autore e inventore, trattandosi forse di una motrice Short dell'impianto di Denver.

Motrice della linea del Cattori a Roma.
La motrice è sempre la 1, che però appare con il controller ad una leva a sinistra e a due leve a destra.

E' probabile che, concluso il fallimentare esperimento di via Flaminia, una o entrambe le motrici siano passate dapprima alla linea di villa Borghese e successivamente all'impianto di Castellammare; si potrebbe quindi supporre che le motrici di via Flaminia rispondessero allo schema datoci dal Cattori per quelle di Castellammare, salvo la sostituzione della presa di corrente dalle rotaie con la presa dai trolley bipolari.

Qualche ipotesi di calcolo

E' possibile una valutazione di massima delle condizioni di funzionamento della linea, assumendo come dati di partenza una lunghezza di 2800 metri con l'alimentazione ai fili di contatto fornita all'incirca a metà del tracciato, dalla stazione generatrice di villa Massani. La situazione è quindi quella tracciata nello schema sottostante, dal quale si ricava che la massima lunghezza di filo di contatto interposto tra le due motrici è di 5600 metri circa, condizione che si verifica quando una motrice è ad un capolinea, mentre l'altra è al capolinea opposto; per altre posizioni delle due vetture la lunghezza di filo di contatto utilizzata è sempre minore di questo valore e si annulla quando si trovano entrambe a villa Massani.

Possiamo ipotizzare due casi:

1. le motrici sono dotate di un motore unico, che potremo supporre del tipo Brush 1000B da 25 CV a 350 V;
2. le motrici sono dotate di due motori Ellwell Parker da 15 CV a 175 V (quelli utilizzati nelle motrici di Northfleet).

I due casi possono essere trattati insieme, dal momento che i due motori Ellwell Parker in serie tra loro equivalgono all'incirca al motore Brush. Con ciò la potenza massima che può essere fornita al motore o alla coppia di motori, alla corrente costante di 52 A, è 350.52=18200 W=18,2 kW=25 CV circa che, supponendo un rendimento del motore pari a 0,8, corrisponde a 20 CV sull'asse, valore abbastanza diffuso nelle costruzioni dell'epoca.

Ci poniamo ora nel caso più sfavorevole con le due motrici alle estremità opposte della linea. Se è stato utilizzato un filo di contatto in rame da 8 mm di diametro, la resistenza massima della tratta di alimentazione di 5600 metri sarebbe di circa 2 ohm;, valore al quale vanno aggiunte le resistenze interne dei motori, della dinamo e le inevitabili resistenze di contatto di trolley, controller, ecc.; potremo valutare in 3 ohm la resistenza totale del circuito. Con tali valori la potenza dissipata in linea è di 3.52²=8100 W, cioè si perdono in linea circa 8 kW, sia che le motrici operino a pieno carico fornendo in totale circa 36 kW, ed in tal caso il rendimento della trasmissione sarebbe pari a 36/(36+8)=0,81, sia che le stesse siano ferme, rendimento pari a zero; si totalizzerebbero, nelle 24 ore, 192 kWh solo per mantenere la corrente costante in linea. La tensione che deve fornire l'officina generatrice deve variare da un minimo di 3.52=156 V per mantenere la corrente di linea a 52 A a vetture ferme, ad un massimo di 2.18200/52+156=856 V quando entrambe le motrici operino a piena potenza ed è un valore molto prossimo a quello prima citato di 850 V. Ci sarebbe poi da verificare il funzionamento per altre posizioni delle due motrici, in particolare di quella che vede le stesse entrambe ferme a villa Massani, situazione nella quale la dinamo dell'officina generatrice lavora pressoché su un corto circuito.

E' però facile vedere che, quando dall'impianto sperimentale con due motrici da 20 CV si passi ad un impianto reale con più motrici, magari di maggior potenza, la tensione raggiunge rapidamente valori proibitivi; ad es., se sulla stessa linea e con la stessa corrente si volessero porre in servizio sei motrici con lo stesso motore anziché due, la tensione di linea massima sarebbe di 6.18200/52+156=2256 V, valore inadatto ad una applicazione urbana (possiamo immaginare un tramviere che gira il trolley a rotella su una linea a qualche migliaio di volt, magari in un giornata di pioggia con la corda del trolley che gronda acqua?).

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* Lo storico inglese A. Winstand Bond ci indica, sulla rivista Modern Tramway (gennaio e febbraio 1972), una lunghezza di 2,5 mile ossia 4022,5 metri, valore incompatibile con la lunghezza della via Flaminia da porta del Popolo all'imbocco di ponte Milvio; indica inoltre la ditta Brush come costruttrice delle tre vetture.

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Ultimo aggiornamento: mercoledì 06 dicembre 2023