Il laboratorio per la ricerca sui pantografi ferroviari dell’Università di Huddersfield consentirà di testare la prossima generazione di treni
Il trasporto ferroviario ad alta velocità si sta ritagliando a livello mondiale un ruolo da protagonista nelle politiche di mobilità. Nella sola Europa, la rete HSR (High-Speed Rail) crescerà da 16 mila a circa 30 mila chilometri entro il 2030. Si prevede con ciò che il trasporto ferroviario entrerà in diretta competizione con il trasporto aereo, determinando non pochi benefici in termini di impatto ambientale.
Ma per competere ad armi pari con il trasporto aereo occorrono velocità di funzionamento superiori ai 300 km/h. Inoltre, gli Accordi di Parigi parlano chiaro: entro il 2040 le emissioni ferroviarie nette dovranno essere pari a zero. Il che implica un vasto programma di elettrificazione e contestuale decarbonizzazione della rete. Altra esigenza per il settore ferroviario è quella di poter disporre di veicoli versatili in grado di muoversi su reti non sempre omogenee, pur garantendo il livello delle prestazioni e il rispetto dei requisiti di sicurezza. Per tutti questi motivi, diventa fondamentale implementare strumenti per la ricerca e lo sviluppo di dispositivi di alimentazione che siano efficienti e affidabili.
L’Università di Huddersfield e Simpro hanno realizzato un banco prova per la sperimentazione dei nuovi sistemi pantografo-catenaria. Le ricerche condotte grazie a tale impianto saranno essenziali non solo nel processo di elettrificazione ferroviaria ma anche in quello di rinnovamento della rete di catenarie esistenti.
Garantire una captazione ottimale dell’energia da parte del pantografo è uno dei punti chiave nello sviluppo della tecnologia ferroviaria. La migliore qualità di trasmissione della corrente si ottiene quando il pantografo, scorrendo sulla catenaria, mantiene una pressione costante sul filo di contatto. Condizione che non si verifica mai del tutto a causa dell’instabilità del piano sul quale è fissato il pantografo e dell’elasticità della catenaria.
Per i treni con velocità superiori a 200 km/h, l’interazione tra catenaria e pantografo induce inoltre forti sollecitazioni meccaniche ed elettriche che determinano usura dei componenti di contatto, alterazioni elettromagnetiche dovute allo sviluppo di archi elettrici, stress meccanici e squilibri termici causati dalle correnti elevate.
Il banco prova realizzato da Simpro e da UoH vanta soluzioni innovative e livelli di performance che lo rendono, probabilmente, il banco prova pantografo-catenaria più avanzato al mondo. Esso consente di eseguire prove dinamiche con simulazioni di velocità fino a 500 km/h, su diverse tipologie di pantografi per linee convenzionali e ad alta velocità.
Il banco (dotato di una piattaforma di movimento a 6 gradi di libertà sul quale fluttua il pantografo) è in grado di imitare qualsiasi movimento o vibrazione del treno, potendo così simulare qualsiasi scenario il pantografo possa incontrare in servizio. Il banco è inoltre dotato di una serie di sensori di ultima generazione per monitorare forze, accelerazioni e spostamenti consentendo di ottimizzare la progettazione, predisporre omologazioni virtuali, e promuovere dunque lo sviluppo di progetti di elettrificazione ferroviaria della massima efficienza.
Una delle applicazioni più interessanti dello sviluppo tecnologico dei pantografi è la possibilità di estenderne l’utilizzo ad ambiti che fino ad ora sono stati estranei a tale dispositivo. Siemens ha ad esempio pensato a eHighway, un sistema che combina l’efficienza delle ferrovie elettrificate con la flessibilità dei camion in una soluzione per un trasporto su gomma alimentato da energia elettrica.
Un’altra possibile applicazione è il sistema Siemens eBus: stazioni di ricarica esterne di autobus urbani completamente elettrici.
Dal lato della tecnologia del pantografo, è invece possibile pensare a sistemi di rilevamento avanzati installati su di essi per il monitoraggio delle prestazioni di captazione dei veicoli elettrici. O a sistemi di monitoraggio remoto per il rilevamento dei guasti e l’implementazione di strategie di manutenzione predittiva.
Uno strumento come il pantografo (la cui invenzione risale al 1879), se ottimizzato con le moderne innovazioni tecnologiche, può diventare un dispositivo non solo straordinariamente efficiente dal punto di vista energetico, ma anche duttile, in grado di promuovere soluzioni ecologiche e versatili per la mobilità di oggi e di domani.
Source:
Gallo Rosso M., Deva D., Termini D., Iwnicki S., Pombo J., Antunes P.; Full-scale high-performance Test Bench for research and development of Pantograph and Catenary Technologies to support Rail Electrification, 2020.
