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Meccanica tranviaria e ferroviaria

LA TRAZIONE TERMO-PNEUMATICA SISTEMA ZARLATTI
SULLA  FERROTRANVIA ROMA-VITERBO

Nell'ultimo decennio del secolo XIX ebbe una certa diffusione, specialmente in Francia, il sistema di trazione ad aria compressa, ad opera del Mekarski, per i rotabili tramviari: un sistema non scevro da inconvenienti e costi di esercizio elevati, adottato per necessità in mancanza di meglio, la trazione a vapore essendo adatta più alla trazione ferroviaria che a quella tramviaria e quella elettrica trovandosi ancora un uno stadio più o meno sperimentale. In seguito, le macchine tramviarie ad aria compressa sparirono all'affermarsi della trazione elettrica, in generale entro il primo decennio del secolo XX, e al momento il sistema fu dimenticato.

Ma, come spesso è avvenuto e seguita ad avvenire tutt'oggi, passato un certo lasso di tempo, spunta qualcuno che vuole rispolverare un vecchio principio, fidando che con l'attuale e avanzata tecnologia si possano eliminare i difetti del sistema, presentando lo stesso come l'ultimo ed eccezionale ritrovato all'altezza dei tempi: una pia illusione nella maggior parte dei casi, che porterà a spreco di energie e di capitali.

Nella fattispecie, all'inizio degli anni Venti, un inventore, Fausto Zarlatti (¹), presenta un suo sistema di trazione ferroviaria che potremo chiamare termo-pneumatica, che adotta cioè un motore termico come motore di trazione primario e una trasmissione alle ruote a mezzo dell'aria compressa, la differenza sostanziale rispetto ai sistemi di fine ottocento essendo nel fatto che mentre in quelli i rotabili dovevano essere periodicamente riforniti di aria compressa, qui la stessa aria è prodotta da un compressore azionato dal motore termico; ma anche il Zarlatti, inevitabilmente, si scontrerà con ciò che complicò enormemente le vecchie macchine, cioè l'abbassamento di temperatura conseguente all'espansione dell'aria compressa e, ancora come allora, dovrà ricorrere all'unico mezzo disponibile, la somministrazione di calore all'aria prima dell'espansione.

L'idea base del Zarlatti era in realtà di proporre un sistema per riutilizzare le vecchie locomotive a vapore oramai, per le loro caratteristiche, inadatte all'esercizio, in generale presenti in numero notevole presso le reti ferroviarie: secondo l'idea dell'inventore, il carro della locomotiva completo di rodiggio, cilindri, bielle, distribuzione e quant'altro necessario alla marcia sarebbe rimasto immutato e solo il fluido motore sarebbe passato da vapore, saturo o surriscaldato, ad aria compressa prodotta localmente. La disposizione del Zarlatti, oltre alla riutilizzazione delle vecchie macchine, avrebbe condotto ad un rotabile caratterizzato da un rendimento energetico ben maggiore di quello delle macchine tramviarie di fine Ottocento: mentre in quelle, avvenendo la produzione di aria compressa al di fuori del rotabile, tutto il calore svolto nel motore primo e nel compressore era completamente perduto, qui la presenza di motore e compressore sulla locomotiva avrebbe permesso il recupero dello stesso al fine di preriscaldare e saturare di vapore l'aria compressa.

L'idea, ottima in linea di principio, si rivelerà problematica nella pratica applicazione sia per motivi di peso e di ingombro del macchinario, sia perchè, come può rendersi conto chiunque abbia nozioni anche elementari di termodinamica e di funzionamento delle macchine a vapore, trattare con l'aria compressa è ben diverso che avere a che fare con il vapore acqueo.

Del sistema Zarlatti troviamo varie versioni che differiscono in dettagli costruttivi di non secondaria importanza; la seguente descrizione si riferisce ad un brevetto del 1924 per una locomotiva a scartamento ridotto che con tutta probabilità è quella che circolò, in prova, sulla ferrotramvia Roma-Civitacastellana-Viterbo e della quale esistono alcune immagini fotografiche.

La figura riporta lo schema termico della macchina. Il motore termico (ad es. un diesel) 2 aziona direttamente il compressore 1; l'aria compressa, attraverso la tubazione 4, è portata nella parte inferiore del serbatoio principale S costituito dalla caldaia della locomotiva, nel quale è presente acqua fino ad un certo livello e in tal modo l'aria è portata a gorgogliare attraverso l'acqua mescolandosi a vapore e raccogliendosi nello spazio vuoto superiore del serbatoio. Successivamente l'aria, prelevata dalla tubazione 5, passa nel saturatore 3 costituito anch'esso da un recipiente contenente acqua, traversato dal tubo di scappamento 6 del motore termico, e gorgoglia nell'acqua saturandosi definitivamente di vapore. E' da notare che una certa quantità di vapore è già presente nell'aria all'uscita dal compressore: infatti, volendo in quest'ultimo una compressione isotermica ossia a temperatura pressocchè costante, i cilindri sono tenuti in una camicia d'acqua in circolazione, una piccola parte della quale è periodicamente iniettata al loro interno. Tutte queste somministrazioni di vapore hanno due finalità: aumentare la temperatura dell'acqua fornendole direttamente il calore necessario ed aumentarne il calore latente, quello corrispondente alla stato aeriforme che verrà poi liberato nel cilindro all'atto della condensazione conseguente all'abbassamento della temperatura in fase di espansione. Si nota che il processo è esattamente lo stesso che, con disposizioni poco diverse, faceva il Mekarski nelle sue macchine tramviarie. Dalla parte alta del riscaldatore si preleva il vapore da inviare ai cilindri motori della macchina, graduato a messo del rubinetto di espansione R.

L'acqua necessaria al raffreddamento dei cilindri del motore termico e del compressore è contenuta in serbatoi ricavati nella caldaia e nelle camere di combustione e a fumo della locomotiva ed è posta in circolazione da una pompa centrifuga; una piccola quantità di acqua provvede a mantenere costante il livello nel riscaldatore, compensando l'acqua evaporata e portata via dall'aria compressa.

Le immagini superiori sono quelle allegate al brevetto inglese del 1924 (²) e da queste è stato dedotto lo schema più sopra riportato. Una certa incertezza regna sul rubinetto di ammissione, visto che nella fig. 2 si vedono due elementi 7 e sembra anche esserci un rubinetto all'uscita 5 dell'aria dal serbatoio principale, forse interconnesso meccanicamente col rubinetto in 7. Secondo l'inventore, la manovra e le prestazioni della locomotiva restano immutate passando dall'alimentazione tradizionale a carbone a quella a gasolio con trasmissione termo-pneumatica; ci permettiamo di dubitare di queste affermazioni, specie di quella concernente le prestazioni.

Due immagini della locomotiva Zarlatti in prova sulla SRFN.

Nel brevetto di cui sopra il motore termico e compressore appaiono montati sul tender della macchina, mentre nell'applicazione sulla linea SRFN, avendosi una locomotiva-tender, il macchinario è stato disposto su un carro merci stabilmente accoppiato alla macchina: la lunga tubazione visibile nelle immagini dovrebbe essere la condotta di adduzione dell'aria compresa al serbatoio principale ottenuto dalla caldaia della locomotiva, mentre il surriscaldatore avrebbe dovuto essere montato sulla macchina per evitare una seconda condotta.

* * *

Il Zarlatti fu progettista di altre analoghe macchine a trasmissione termo-pneumatica e costruttore di almeno una di esse, apparsa nel 1929 e provata dal 16 al 25 aprile di quell'anno sulla ferrovia a scartamento ordinario Roma-Ostia. Si trattò di un macchina a vapore del gr. 910 delle FS, modificata con il montaggio di un motore diesel a due tempi e sei cilindri di costruzione Fiat-S. Giorgio accoppiato ad un compressore a due stadi Winterthur con uscita a circa 8 kg/cmq. Singolarità di questa macchina era la possibilità di funzionamento sia a vapore nel modo tradizionale, sia ad aria compressa. Nonostante le usuali trionfalistiche affermazioni sui risultati delle prove, le stesse non ebbero alcun seguito, forse anche per alcuni inconvenienti meccanici verificatisi sul rotabile. Da alcune fonti sembra che la stessa macchina o una analoga sia stata in prova anche sulla ferrovia Benevento-Cancello.

Agli inizi degli anni Trenta il Zarlatti riappare con un progetto di macchina termo-pneumatica a scartamento ridotto, che avrebbe dovuto essere presentata ad un esame da parte di amministrazioni ferroviarie a La Courneuve nel 1935. Le scarse notizie disponibili danno per questa macchina l'installazione di un motore M.A.N. da 600 CV sovralimentato, accoppiato ad un compressore a due stadi che avrebbe fornito aria alla pressione di 15 kg/cmq; troviamo ancora la disposizione della macchina della SRFN, con iniezioni di acqua nei cilindri del compressore e surriscaldatori a mezzo dei gas di scarico del diesel.

Nello schema sopra riportato AP, BP sono gli stadi risp. di alta e bassa pressione del compressore, S1 e S2 due saturatori e C uno scambiatore di calore nel quale l'aria subisce un ultimo surriscaldamento ad opera dei gas di scarico del motore. E' notevole in questo rotabile un complicato sistema di comando meccanico che agisce simultaneamente sull'ammissione di aria nei cilindri motori e sulla pressione di uscita del compressore, sul quale non possiamo entrare in particolari perchè ne esistono solo un disegno approssimativo e una confusa descrizione. Anche questo progetto sembra non aver avuto alcun seguito.

Il disegno schematizza un locomotore termo-pneumatico ideato dal Zarlatti (³). Il cilindro motore ad aria compressa 1 può essere alimentato sia dalla turbosoffiante 2 azionata dal motore diesel 3, sia dal serbatoio 5 caricato dal compressore 6, anch'esso azionato dal diesel, attraverso il dispositivo 4; quest'ultimo può funzionare sia da elemento passivo di collegamento, sia da compressore azionato da una biella collegata all'adfiacente ruota motrice. L'idea dell'inventore è che in marcia normale si utilizzi il collegamento attraverso 2, mentre quello attraverso 4 potrebbe servire da sovralimentazione, se necessaria od anche da freno di recupero in lunghe discese, nel qual caso, svincolata la turbosoffiante da un innesto a frizione, il compressore 4 potrebbe caricare il serbatoio. Appare dubbio che questo complicato meccanismo possa realmente funzionare, mentre appare certo che il locomotore non potrà mai funzionare, almeno per come è descritto, non essendovi presente alcun sistema di riscaldamento dell'aria compressa per evitare la formazione di ghiaccio conseguente all'espansione.

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(¹) Non si trova nessuna biografia del Zarlatti, che nei suoi brevetti è spesso associato a Enrico Hocke, altro misterioso personaggio; fu socio, con tale Umberto Simoni, della Soc. anonima "La locomotiva Zarlatti", fondata nel 1929 e posta in liquidazione dieci anni dopo; creata, si dice, per esportare i brevetti dell'inventore, non sembra abbia avuto molto successo in questa funzione, trovandosi invece coinvolta in una dubbia operazione finanziaria nella quale fu interessato anche un noto religioso dell'epoca.
(²) Brevetto 233.078 del 19 febbraio 1924.
(³) Brevetto U.S. 2115525 del 24 luglio 1935.

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Ultimo aggiornamento: giovedì 07 dicembre 2023