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Gian Michele Sambonet
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 Posted - 28 February 2012 : 19:33:38
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La trazione elettrica
Negli Stati Uniti l'elettrificazione delle reti ebbe scarsa diffusione, la vastità del territorio e la lungezza delle linee avrebbe richiesto un impegno economico non indifferente da parte delle compagnie ferroviarie per adottare questa soluzione e sebbene all'inizio del 900 fossero già dimostrati i grandi potenziali della trazione elettrica, si continuò a procedere con la trazione a vapore sino all'avvento del diesel, avvenuto verso la metà del secolo scorso.
Ma in alcuni casi la trazione elettrica si rese necessaria. Era il caso delle linee che attravesavano territori con vasta urbanizzazione ad alta concentrazione demografica, come le grandi aree industrializzate del nord-est o i collegamenti suburbani delle metropoli, dove l'affluenza di macchine a vapore, divenute sempre più numerose, diventavano estrmamente fastidiose per la popolazione, a causa dei fumi saturi di sporcizia che si depositava ovunque in grande quantità. In molti casi, all'interno dei centri urbani, si passò direttamente dalla trazione animale alla trazione elettrica.
Altro caso dove l'elettrificazione si rese necessaria, fu per l'attraversamento di lunghe galleririe o sulle tratte caratterizzate da forti pendenze. Alcune compagnie decisero di elettrificare intere linee di montagna, cartatterizzate da frequenti gallerie e pendenze impegnative.
Oltre l'opera intrapresa dalla Pennsylvania Railroad, ci sono altri casi degni di intreresse, che riguardano la trazione elettrica negli USA e dei quali voglio parlare (a passi successivi), prendendo in considerarazione le locomotive più significative che sono state utilizzate.
Nell'immagine la New York Central S-1 "S Motor" (ALCO-GE) del 1904, considerata la prima locomotiva elettrica ad essere costruita su vasta scala. (Foto: Wikipedia)
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 28 February 2012 : 19:35:27
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B&O L-1
Queste curiose macchine sono degne di nota perché furono le prime a dimostrare l'efficacia della trazione elettrica nella movimentazione di convogli pesanti su salite impegnative. Nell'ultimo scorcio del XIX secolo anticiparono così il successo che questo tipo di trazione avrebbe conquistato nel secolo successivo.
Gli ingegneri del XIX secolo erano persuasi che solo il vapore potesse sviluppare la potenza necessaria per spostare un treno pesante a velocità elevata. Naturalmente conoscevano la trazione elettrica, ma la consideravano solo un supporto per la trazione a vapore nei casi in cui non si potesse fare altrimenti, come ad esempio nei trasporti urbani, nelle linee in galleria, nelle linee di montagna con forte pendenza. I trasporti urbani e le linee in galleria vietavano l'uso della trazione a vapore a causa della produzione di fumo e gas tossici, che potevano provocare seri disturbi alle squadre di guida e ai passeggeri. Le linee di montagna ponevano problemi di inclinazione della caldaia in salita, con l'acqua che si spostava verso la parte posteriore. In ogni caso, la trazione elettrica non consentiva potenze e velocità sostenute, dal momento che alla fine del XIX secolo le tecniche di produzione e di trasporto della corrente, come quelle di costruzione dei motori, non erano ancora state perfezionate. Le locomotive dei treni di montagna, essendo elettriche, viaggiavano lentamente, ma ciò non rappresentava un problema poiché si trattava di compiti particolari su tragitti brevi.
La "Baltimore Belt Line", la grande linea che attraversava Baltimora, l'importante città della costa orientale degli Stati Uniti, nei due chilometri della galleria di Howard Street, che passava sotto la città, era caratterizzata da una salita molto accentuata dell'8 per mille. Di fronte all'inefficienza crescente delle locomotive a vapore, causata dell'aumento del peso dei treni, gli ingegneri della Baltimore & Ohio pensarono alla trazione elettrica per questo tronco di linea. La galleria era sempre più piena di fumo e la condensazione del vapore creava un'umidità permanente che era causa di continui slittamenti.
La General Electric propose una soluzione estrapolata dalle trattrici elettriche che servivano alle manovre nelle fabbriche. La locomotiva era costituita da due trattrici a due assi completamente indipendenti, ciascuna sul proprio telaio e dotata della sua cabina, ma unite da un gancio a vite e tenditore, e da collegamenti elettrici, in modo tale che le due semicabine formassero, una volta associate, un'unica cabina centrale. Presentava inoltre una peculiarità tecnica molto interessante: era dotata di motore "gearless" o, se si preferisce, "senza ingranaggi". Questo tipo di motore, uno per ogni asse, attivava le ruote senza demoltiplicazione e utilizzava dei tamponi di gomma come elemento di trasmissione.
La corrente di trazione era di 675 V a corrente continua, e la captazione avveniva atrraverso terzo binario, che all'inizio era aereo e successivamente fu posto lateralmente a terra.
Queste locomotive andarono a formare una piccola serie, inizialmente di due macchine, messe in servizio nel 1895 (furono le prime macchine elettriche a entrare in servizio negli USA). Avevano una potenza di 1080 kW (4 x 270), il peso era di 87 t, erano lunghe 8,2 m e raggiungevano una velocità massimadi 90 km/h.
Non posero mai veri problemi e si dimostrarono in grado di trainare treni di 1800 t (compresa la locomotiva a vapore che non veniva sganciata dal convoglio) sulle salite dell'8 per mille, anche se, naturalmente, a velocità estremamente ridotte. Potevano comunque viaggiare in piano anche a velocità piuttosto elevate. Furono ritirate dal servizio attivo su questa linea nel 1912 e destinate altrove. (Foto: Archivi B&O/NS)
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 29 February 2012 : 07:51:16
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la galleria di Howard Street con pendenza dell'8 per mille nel 1895. La L-1 traina un convoglio completo di locomotiva, lungo la tratta elettrificata. Questo servizio era svolto solo in salita, in discesa i treni scendevano, semplicemente frenati, senza rinforzo. (Foto: Wikipedia) |
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 01 March 2012 : 20:12:25
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CM&StP Bipolar
La compagnia della Chicago, Milwaukee, & St. Paul Railroad (CM&StP) raggiunse finalmente il Pacifico sulla linea Chicago-Seattle nel 1909. Fu l'ultima società a inaugurare la sua linea transcontinentale, dal momento che la prima era stata aperta nel I869 dall'Union Pacific e dalla Central Pacific. Il percorso attraversava il Montana, passando a nord delle altre linee concorrenti. Per le lunghe tratte di montagna la compagnia fece affidamento su un nuovo tipo di trazione, la trazione elettrica. Questa elettrificazione fu di fondamentale importanza nell'ambito ferroviario, poiché costituiva la dimostrazione che la locomotiva elettrica era adatta a coprire grandi distanze, a viaggiare a velocità sostenuta con notevole potenza e che poteva abbandonare il suo universo limitato fatto di tram, metropolitane e linee di montagna.
Nel 1914 la Milwaukee Road iniziò l'elettrificazione dei 708 km della Mountain Division, tra Harlowton nel Montana e Avery in Idaho e nel 1915 circolò il primo treno a trazione elettrica. Occorsero circa 8 anni per elettrificare questa linea, procedendo per sezioni, durante i quali si procedette all'esercizio provvisorio con trazione a vapore. Le catenarie erano tese all'americana, ovvero in modo economico, su pali di legno appena sgrossati. La corrente monofase a 100.000 V veniva prodotta da centrali idroelettriche locali e trasportata alle sottostazioni che alimentavano la linea con una tensione di 3000 V, a corrente continua. Questa scelta fu effettuata dopo uno studio risalente al 1913, che prendeva in considerazione i 2400 V e un esperimento insoddisfacente a 6000 V effettuato su una tratta della linea delle Montagne Rocciose.
L'operazione fu un vero successo e nel 1917 venne intrapresa una seconda grande elettrificazione, la Coast Division, tra Otello e Tacoma nello stato di Washington, estesa per 350 km, sulla tratta della linea che valica la catena delle Cascate. L'elettrificazione del 1917 permise a 42 locomotive elettriche di sostituire 112 locomotive a vapore. Le rampe del 20 per mille, lunghe 34 km, o quelle del 10 per mille, presenti su 74 km, richiedevano alle locomotive elettriche una duplice prestazione: potenza di trazione e capacità di frenata. Di fatto, per mancanza di fondi, la linea non venne interamente elettrificata, mancavano ancora i 340 km tra Otello e Avery, sui 1400 km della linea principale (Harlowton-Tacoma). E questa fu una delle ragioni che provocarono il fallimento della compagnia nel 1925, che rimase vittima dei costi eccessivi dell'elettrificazione, senza potere nemmeno sfruttare un insieme coerente ed economico. Tuttavia, su questa linea difficile la trazione elettrica garantì il traino di treni merci da 2800 a 3000 tonnellate e ridusse il tempo di percorrenza da 15 a 9 ore, aumentando la velocità media da 29 a 41 km/h. Il consumo era ridotto, grazie al sistema di frenata fondato sul recupero dell'energia in discesa.
Le "Bipolar" devono il loro nome al tipo di motore che montavano, ovvero bipolare. Capolavoro della General Electric, queste enormi locomotive articolate furono costruite in soli 5 esemplari, tra il 1918 e il 1920, e vennero impiegate per il traino di treni passeggeri di 900 t a 35 km/h su salite del 20 per mille. I 12 assi motori comprendevano 12 indotti bipolari direttamente collegati, poiché gli assi dei motori elettrici erano anche gli assi delle ruote motrici. Questa soluzione offriva il vantaggio di una maggiore robustezza e semplicità, ma poneva problemi di sospensione per l'entità delle masse degli apparati motori.
Le "Bipolar", modello 1BDDB1, sviluppavano 4440 CV con una forza di trazione di 516 KN, erano lunghe 23.16 m, pesavano 240 t con un peso aderente di 207 t e raggiungevano una velocità massima di 110 Km/h.
Queste locomotive operarono sulla Coast Division dal 1919, furono ricostruite nel 1953 e svolsero un eccellente servizio fino al 1957, quando, a favore del diesel, l'elettrficazione di questa rete sarà smantellata. (Foto: Archivi CMC)
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 03 March 2012 : 10:04:33
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La Bipolar E2, ricostruita nel 1953, è oggi conservata a Saint Louis nel Missuri. La Bipolar in europa è stata anche definita il "Coccodrillo americano", personalmente non ho mai gradito queste attribuzioni: il Coccodrillo è uno solo quello svizzero. (Foto: Wikipedia) |
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 06 March 2012 : 18:13:49
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Virginian EL-3A
La Virginian Railway (VGN) doveva risolvere il problema della trazione dei treni pesanti sulla linea di 214 km che collega Mullens a Princeton e a Roanoke, nella Virginia occidentale. Tra Elmore e Clark's Gap si trova una salita del 21 per mille lunga 18 km e ricca di curve, numerose delle quali presentano un raggio di soli 150 metri. Nel secondo decennio del 900, la rete ordinò allora le locomotive più potenti al mondo, tra le quali una "triplex" mallet con tre carri-motori a 4 assi, e una mallet 2-10-10-2 in grado di trainare, in doppia trazione e con spinta in coda, treni lunghi più di 2000 metri del peso di 5000 tonnellate alla velocità di 10 km/h. Ma la domanda di carbone era così elevata da richiedere una potenza superiore per poter trainare treni ancor più pesanti. La Virginian fece ricorso alla trazione elettrica, l'unica che poteva raccogliere la sfida.
La rete Norfolk & Western Railway (N&W), che aveva anche una linea carbonifera con caratteristiche analoghe in Virginia, a partire dal 1913 si interessò alla trazione elettrica per sostituire le sue macchine a vapore. La Westinghouse propose una soluzione originale, che consisteva nell'alimentazione a catenaria con corrente monofase a frequenza industriale (di 25 Hz), che sulla locomotiva sarebbe poi stata trasformata in trifase con un convertitore rotativo asincrono. Al vantaggio rappresentato dalla semplicità di trasportare la corrente monofase, cui bastava una catenaria leggera, si univa quello del motore trifase: assenza di collettore, andatura regolare indipendentemente dal carico, possibilità di economizzare l'energia in discesa. Le prime locomotive costruite da Baldwin & Westinghouse funzionavano in doppia trazione, ovvero come 1BB1+1BB1, e sviluppavano uno sforzo di trazione eccezionale di 637 KN.
Le prime 12 locomotive sostituirono 33 locomotive a vapore, e le 2 coppie di locomotive, della serie seguente costruite da ALCO & Westinghouse, erano in grado di sviluppare uno sforzo di 784,5 KN alla partenza, pari a 4750 CV. Sulla linea transitavano fino a 54 milioni di tonnellate di carbone all'anno. Nel 1948 la compagnia costruì una nuova linea meno tortuosa e fece ritorno, con grande stupore generale, alla trazione a vapore. Il nuovo tracciato venne infatti a trovarsi al centro di un complesso ferroviario non elettrificato.
Nel 1924 la rete della Virginian imitò la Norfolk & Western ordinando una serie di 1D1 (1BB1). Tra il 1925 e il 1926 furono consegnate dalla Alco & Westinghouse 36 macchine. Queste locomotive presero a circolare in unità composte da tre macchine costantemente accoppiate.
Queste "triplette" della Virginian erano, all'epoca, le locomotive più potenti del mondo con ben 6000 CV (naturalmente sommando le prestazioni delle singole macchine). Ogni unità disponeva di un singolo motore e di un trasformatore con convertitore trifase, alimentato con corrente monofase di 11000 V 25 Hz, la trasmissione avveniva attraverso due alberi ausiliari collegati a due assi cechi che a loro volta erano accoppiati con bielle alle ruote. Lo sforzo di trazione massimo, alla partenza, era di 1176,7 KN, la launghezza totale di 48 metri e il peso totale di 582 tonnellate. Con tre macchine in testa e tre in coda i treni, lunghi 1500-1800 metri e pesanti 5400 tonnellate, venivano trainati facilmente alla velocità di 23 km/h. Alcuni treni raggiunsero anche l'incredibile peso di 11.000 tonnellate.
Assorbita dalla Norfolk & Westernnel nel 1959, anche la rete elettrificata della Virginian fu smantellata nel 1962 a favore della trazione diesel. (Foto: Archivi NS)
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 08 March 2012 : 18:34:15
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GN Y-1
Queste gigantesche locomotive da 235 tonnellate hanno caratterizzato la storia della trazione elettrica americana. Erano così imponenti e complesse che venivano costruite in parte dalla ALCO, a Schenectady, nello Stato di New York, e poi trasferite alla General Electric, a Erie, in Pennsylvania, per l'installazione dell'impianto elettrico. Costruita in soli otto esemplari, la serie delle Y-1 si rivelò tuttavia un grande successo.
La Great Northern Railroad (GN) che gestiva una importante linea trascontinentale tra Chicago e Seattle, decise di elettrificare la tratta di 117 km tra Wenatchee e Skykomish, nello stato di Washington. Questa linea che attraversa la Catetena delle Cascate, con pendenze del 22 per mille, valica lo Stevens Pass attraverso una galleria lunga 12,5 Km, chiamata "Cascade Tunnel". Nel 1929, al termine dei lavori di elettrificazione su questa tratta, furono introdotte le Y-1 Class, normalmente utilizzate in doppia trazione in testa ai treni passeggeri.
La locomotiva Y-1 rappresentava una perfetta applicazione della tecnica della corrente monofase-continua o "mono-continua", come dicevano familiarmente gli ingegneri delle ferrovie. Benché la corrente continua e il motore continuo siano, incontestabilmente, il sistema migliore per la trazione elettrica, in particolare per trainare treni molto pesanti, la corrente continua si trasporta con difficoltà a distanza e la perdita di energia è ingente. Quella alternata monofase invece si trasporta agevolmente, ma i motori che sfruttano questo tipo di alimentazione presentano caratteristiche che li rendono completamente inadeguati alla trazione ferroviaria, tranne nel caso in cui si faccia ricorso alla frequenza speciale, più bassa di quella industriale, che in una certa misura è molto simile alla continua. Per associare i vantaggi dei due tipi di corrente, in modo da avere corrente monofase nella catenaria ma continua nei morsetti dei motori, la Great Northern, come alcune altre reti americane, utilizzò la monofase a 11.000 V 25 Hz prodotta da una centrale idroelettrica locale. Le locomotive utilizzavano questo tipo di corrente, ma per alimentare un gruppo convertitore con motore sincrono, installato a bordo delle macchine per produrre la corrente continua a 1500 V necessaria ai 6 motori di trazione, che sviluppavano 3000 CV. Autentica sottostazione, il gruppo convertitore era molto pesante, con due generatori posti ai lati del motore sincrono. Non deve quindi stupire il rispettabile peso di 235 tonnellate della Y-1. In ogni caso, questo sistema si rivelò molto efficace.
Queste macchine, modello 1CC1, lunghe 22,25 metri, avevano un telaio appoggiato su due carri-motori, ognuno dei quali con un asse portante e tre assi motori. Le estremità dei carri superavano il telaio, formando una piattaforma di accesso: l'entrata della cabina si trovava davanti. La cassa era formata da un unico elemento, direttamente montato sul telaio. Lo spessore della lamiera utilizzata per la cassa era di 2,38 mm, mentre il pavimento era spesso 6,35 mm. Erano macchine costruite per durare nel tempo!
Il telaio era composto da travi e traverse di rinforzo simili a quelle usate nelle costruzioni navali e all'interno delle travi circolava l'aria di raffreddamento del motori. Numerosi pezzi, tuttavia, venivano fusi in un unico blocco, come i fianchi dei carri-motori, le traverse che sostenevano i respingenti e gli organi di trazione. A ogni estremità si trovava una cabina di guida, isolata termicamente e acusticamente con un rivestimento interno di sughero. Quando venivano messe In movimento, le 235 tonnellate di questo "mostro" producevano un frastuono Incredibile.
Consegnata tra il 1927 e il 1930, la piccola serie delle Y-1, numerate da 5010 a 5017, fu un vero successo. I pesanti treni passeggeri venivano infatti trainati senza alcuna difficoltà anche sulle ripide salite innevate, a più di 80 km/h. Talvolta In testa ai treni merci, le Y-1 riuscivano a trainare treni da 5000 t In tripla trazione. Spesso, una macchina supplementare veniva collocata al centro del treno con lo scopo di attenuare la tensione degli agganci. Queste locomotive erano dotate di un sofisticato sistema di collegamento elettrico, posto sopra la parte anteriore delle cabine, grazie al quale la corrente poteva circolare automaticamente da una locomotiva all'altra. Tale soluzione favoriva la collocazione delle locomotive in testa ai treni e risparmiava i pantografi, dal momento che la corrente veniva captata da una sola delle due, o tre, macchine impiegate.
L'elettrificazione di questa importantissima linea, oggi gestita da BNSF col nome di "Scenic Subdivision", fu smantellata verso la fine degli anni '50. (Foto: Archivi GN/BNSF)
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 09 March 2012 : 08:59:20
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Nel 1951, le Y-1 della Great Northern furono ricostruite da ALCO in perfetto stile "DL". (Foto: Archivi BNSF)
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 27 March 2012 : 18:58:58
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CM&StP EF-4 e EP-4
Nel 1946 la General Electric costruì 20 locomotive modello 2-D+D-2 per le Ferrovie Sovietiche, ma non fu mai capace di consegnale a causa del deterioramento dei rapporti politici tra i due paesi, che culminarono con la Guerra Fredda. La GE riusci a svendere, praticamente al costo di rottamazione, 12 di queste macchine alla Milwaukee Road, 3 alla South Shore Line e 5 alla RFFSA brasiliana.
La Chicago, Milwaukee, & St. Paul Railroad (CM&StP) classificò 10 locomotive come EF-4 destinate al servizio merci e 2 come EP-4 per il traffico passeggeri, ma furono presto soprannominate "Little Joe" in riferimento a Joseph Stalin. Non pochi furono i problemi iniziali con queste macchine, che nel tempo furono risolti: non disponevano di comando multiplo, tutte le apparecchiature e i controlli erano etichettati in russo, 9 di esse erano già predisposte per lo scartamento russo. Inolotre erano molto leggere e le ruote slittavano facilmente in partenza. Una volta messe a punto, le "little Joe" svolsero un ottimo servizio sulla linea elettrificata della "Rocky Mountain Division", situata tra il Montana e l'Idaho, fino al 1974, con grande soddisvazione dei conduttori.
La "Little Joe" della Milwaukee Road nel 1974. (Foto: Wikipedia) |
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 27 March 2012 : 19:03:17
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La ALCO-GE, modello 2-B+B+B+B-2, costruita in 42 esemplari per la Milwaukee Road, tra il 1915 e il 1916. Classificate come EF-1 e EP-1 furono in parte assegnate alla "Rocky Mountain Division" e restarono in servizio fino all'arrivo delle "Little Joe". (Foto: Wikipedia) |
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Gian Michele Sambonet
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Posted - 01 July 2012 : 17:21:31
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Nel 1950, due EF-1 furono convertite in EP-1A per servizio passeggeri di rinforzo alle anziane "Bipolar" sulla "Puget Sound Extension". Le macchine furono ammodernate meccanicamente e anche nell'aspetto, con frontali arrotondati. Ricevettero inoltre una livrea in stile Union Pacific, dal momento che avrebbero operato in testa a treni di questa compagnia. Queste due locomotive servirono fino al marzo 1961. (Foto: jlhunt) |
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La trazione elettrica
