Veicoli - Università degli studi di Genova

Centro di Ricerca Trasporti
Università degli Studi di Genova
Riccardo Genova
Sommario
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TPL in Italia e sostenibilità ambientale
Bilancio energetico
Autobus elettrici
Ricarica rapida induttiva
Autobus ibridi
Fuel cells
Vetture a “grande capacità” e sistemi filoviari
Sistemi a guida ottica e magnetica
Sistemi tranviari
Sistemi “wire free”
Sviluppo dei sistemi su ferro
Sistemi interoperabili
Impianti speciali
Il trasporto pubblico
Il “sistema” di
trasporto pubblico
deve garantire e
consentire all’utente
di percepire gli stessi
standard di
efficienza e
comodità del mezzo
privato
La riforma del TPL (I)
Decreto Legislativo 19 novembre 1997, n. 422
"Conferimento alle regioni ed agli enti locali di funzioni e compiti in materia di
trasporto pubblico locale, a norma dell'articolo 4, comma 4, della legge 15 marzo
1997, n. 59"
Individua le funzioni e i compiti che sono conferiti alle regioni ed agli enti locali in
materia di servizi pubblici di trasporto di interesse regionale e locale con qualsiasi
modalità effettuati ed in qualsiasi forma affidati e fissa, altresì, i criteri di
organizzazione dei servizi di Trasporto Pubblico Locale.
Nell'esercizio dei compiti di programmazione, le Regioni:
a) definiscono gli indirizzi per la pianificazione dei trasporti locali ed in
particolare per i piani di bacino;
b) redigono i piani regionali dei trasporti e loro aggiornamenti tenendo conto
della programmazione degli enti locali ed in particolare dei piani di bacino
predisposti dalle province e, ove esistenti, dalle città metropolitane, in
connessione con le previsioni di assetto territoriale e di sviluppo economico e
con il fine di assicurare una rete di trasporto che privilegi le integrazioni tra le
varie modalità favorendo in particolar modo quelle a minore impatto sotto il
profilo ambientale.
La riforma del TPL (II)
Per la regolamentazione dei servizi di trasporto pubblico locale, con riferimento ai servizi
minimi, di cui all'articolo 16, le regioni, sentite le organizzazioni sindacali confederali e le
associazioni dei consumatori, approvano programmi triennali dei servizi di trasporto
pubblico locale, che individuano:
a) la rete e l'organizzazione dei servizi;
b) l'integrazione modale e tariffaria;
c) le risorse da destinare all'esercizio e agli investimenti;
d) le modalità di determinazione delle tariffe;
e) le modalità di attuazione e revisione dei contratti di servizio pubblico;
f) il sistema di monitoraggio dei servizi;
g) i criteri per la riduzione della congestione e dell'inquinamento ambientale.
L'esercizio dei servizi di trasporto pubblico regionale e locale, con qualsiasi modalità
effettuati e in qualsiasi forma affidati, e' regolato, a norma dell'articolo 19, mediante
contratti di servizio di durata non superiore a nove anni. L'esercizio deve rispondere a
principi di economicità ed efficienza, da conseguirsi anche attraverso l'integrazione modale
dei servizi pubblici di trasporto. I servizi in economia sono disciplinati con regolamento dei
competenti enti locali.
Ogni Regione provvede, in relazione ai servizi minimi definiti ai sensi dell'articolo 16, ai
piani regionali di trasporto e al tasso programmato di inflazione, costituisce annualmente
un fondo destinato ai trasporti, alimentato sia dalle risorse proprie sia da quelle trasferite
dallo Stato.
La riforma del TPL (III)
Nel decreto legislativo n. 422/1997 l'articolo 18 prevedeva che le modalità di affidamento
del servizio venissero definite con leggi regionali con l’obbligo di svolgimento di una gara e
la determinazione delle tariffe entro il 31 dicembre 2003.
La competenza delle Regioni è stata confermata dalla Corte Costituzionale, con la
sentenza n. 222/2005.
Diverse proroghe fini al 31 dicembre 2009: il regolamento CE 1370/2007 prevede al termine
del periodo transitorio nel dicembre 2019 tre differenti modalità di affidamento del
servizio:
• procedura di gara (obbligatoria nelle legislazioni nazionali)
• gestione diretta (facoltativa nelle legislazioni nazionali
• affidamento diretto (facoltativa nelle legislazioni nazionali, società in house)
Il legislatore italiano, con l’articolo 61 della legge n. 99/2009, ha definito la possibilità di
adottare le tre modalità ponendo alcuni vincoli (l’articolo 5, paragrafo 3, facoltà di
aggiudicare direttamente i contratti di servizio pubblico il cui valore annuo medio stimato
è inferiore a 1 000 000 EUR oppure che riguardano la fornitura di servizi di trasporto
pubblico di passeggeri inferiore a 300 000 chilometri l’anno e l’articolo 5, paragrafo 6,
esclusione da affidamento diretto di metropolitane e tranvie.
Elementi per la qualità nel TPL
La nuova sfida del TPL (Trasporto Pubblico Locale)
 Aumento esponenziale della mobilità nelle aree vaste
 Riorganizzazione urbanistica delle grandi e medie città
 Ruolo determinante assunto dall’integrazione modale
Scambio modale
Lo scambio modale deve essere
semplice ed immediato. Sono
necessari:
 orari integrati;
 sistema unico tariffario.
Lo scambio modale semplice ed immediato e l’integrazione tariffaria sono alla base del
successo dei modelli di trasporto pubblico dove la tecnologia assume un ruolo primario
(AVM/AVL, Card multiservizio ...)
Sostenibilità ambientale
Impatto ambientale:
 atmosferico (emissioni gassose, polveri fini);
 acustico (entità e qualità del rumore);
 sul sistema urbano e sul paesaggio (congestione da traffico,
impatto delle infrastrutture).
Energia e Trasporti
Nel “portafoglio” energetico relativo ai consumi di energia la
voce trasporti è al primo posto con un valore che si attesta
al 27% del totale
Il problema ambientale
Nel panorama mondiale l’Unione Europea (27 Paesi) è collocata ad
un livello intermedio nelle emissioni di gas serra CO2
2007
2020
Cina
6,1
10
USA
5,8
3,9
EU 27
4
3,9
Russia
1,6
1,9
India
1,3
2,2
dati in Gton per anno
Le fonti rinnovabili (I)
Ferrovia
Meiringen-Innertkirchen (KWO)
Le fonti rinnovabili (II)
Tra le fonti rinnovabili quella idroelettrica presenta una potenza installata
a livello globale pari a 900 GW pari a circa il 20% del totale (4500 GW)
 Il totale dell’energia prodotta da fonte idroelettrica è pari a 3200 TWh (17% del
totale).
 Rispetto alla potenza installata solo il 16% viene effettivamente utilizzato.
L’energia elettrica è fruibile nello stesso tempo e (salvo
lunghe e poco vantaggiose linee di trasmissione) nello
stesso spazio ove viene prodotta. Alcuni Paesi in via di
sviluppo (Asia e Africa) presentano grandi capacità
produttive e scarsa capacità di utilizzo. Tali Paesi sono
candidati a produzione di idrogeno su larga scala.
Per elettrolisi occorrono 6,3 kWh per ottenere 0,112 kg di
H2 da un litro di H2O.
Scenari al 2020 indicano per il fotovoltaico potenze
installabili di 50 GW in Europa e 25 GW in Africa.
Il caso di Salisburgo (I)
La Città Salisburgo (140.000 abitanti) ha sviluppato una rete di
trasporto a basso impatto ambientale




9 linee filoviarie
Ferrovia locale (SLB, Salzburger Lokalbahn)
Sistema ferroviario S-Bahn
Funicolare Festungbahn
Il caso di Salisburgo (II)
Il trasporto urbano è connotato dalla presenza di un’estesa ed
efficiente rete filoviaria
83 filobus (snodati 18 metri)
9 linee
4,8 milioni di km
9,5 milioni di kWh di cui 7,5 milioni di
kWh, pari al 79%, ricavati da fonte
rinnovabile (idroelettrica)
 25% dell’energia rigenerata durante
la frenatura
 60.000 tonnellate per anno in meno
di C02
 Minori emissioni di polveri e acustiche




Il caso di Milano
Il tema del risparmio energetico risulta di fondamentale importanza
sia come “fonte indiretta di approvvigionamento ” che per
l’abbattimento delle emissioni. Milano rappresenta in Italia una
eccellenza nel settore
 72% di mezzi a propulsione elettrica;
 80 M€ anno (11% bilancio) spesi per
carburante e energia;
 riduzione dei consumi del 7,5% dal
2010;
 1,3 MWh risparmiati attraverso
l’utilizzo di supercapacitori su 35
moderni filobus;
 11 MWh risparmiati attraverso il di
revamping delle vetture.
Sistemi di accumulo (I)
Potenza specifica
W/kg
Energia specifica
Wh/kg
Numero di cicli
Piombo
120
40
1200
NiCd
120
50
2000
NiMH
200
80
2000
LiIon
190
130
1500
NaNiCl (Zebra)
169
94
1500
Fly - wheel
300
4
-
Condensatore
800
2,34
1.000.000
Supercaps
Condensatore
 Capacità: 3000 F
 Tensione: 2,7 V
Modulo
 Capacità: 63 F
 Tensione: 130 V
 Corrente massima: 750 A
(48 elementi)
Sistemi di accumulo (II)
Fly - wheel
Il trasporto pubblico in Italia (I)
Il settore su gomma
 45.723 veicoli
 18.574 per servizi urbani
 27.179 per i servizi extraurbani
Il parco circolante stimato al 2012 dal Conto Nazionale delle
Infrastrutture e dei Trasporti 2011-2012 ammonta a 45.723 unità
così distribuite: 18.574 urbani e 27.179 extraurbani. Lo studio
Cassa Depositi e Prestiti di novembre 2013 mostra che l’età media
ha raggiunto gli 11,6 anni, contro gli 11,19 indicati dallo studio
ASSTRA nell’anno precedente e rispetto alla media europea pari a
7 anni e tale trend risulta in costante crescita da ormai otto anni
Il trasporto pubblico in Italia (II)
Il settore su ferro
Il materiale rotabile tranviario
ammonta a circa 1000 unità,
comprese quelli in fornitura per
Firenze e considerando le
vetture di Padova e Mestre a
rotaia centrale; i convogli per le
reti metropolitane (Catania,
Genova, Milano, Napoli, Roma,
Torino e Brescia) sono 1010
Vanno poi considerati i numerosi rotabili impiegati in ambito
ferroviario e dunque il ruolo delle Ferrovie Regionali
I veicoli elettrici su gomma (1)
Se riferiti ai 18.574 veicoli urbani, la percentuale, in Italia, di
mezzi a propulsione elettrica è ancora bassa
 2,5% elettrici a batteria
 1,5% a trazione ibrida
 3% filobus
I veicoli elettrici su gomma (11)
… ma il dato è ancora più esiguo se correlato ai servizi svolti
ed ai passeggeri trasportati.
Ad eccezione dei sistemi filoviari eserciti con veicoli da 12 e 18
metri, autobus elettrici presentano:
 medio o basso numero di posti offerti
 profili di missione limitati nello spazio e nel tempo
È quindi necessario intervenire su questi fattori: maggiore
capacità di trasporto ed elevato raggio di azione
La tecnologia ibrida appare oggi matura con vetture da 12, 18
e 24 metri
Autobus a propulsione elettrica
Autobus elettrici
 Servizi su linee dedicate e quindi in centri storici o
all’interno di grandi comprensori quali parchi ed
ospedali
 Sistemi di accumulo soggetti a graduale scarica
(SOC – State Of Charge)
 Limite sulla capacità di trasporto (80 passeggeri)
Vetture elettriche
I bus elettrici sono ancora destinati, data l’autonomia
correlata alla scarica degli accumulatori, a servizi particolari
come nei casi dei centro storici di Roma, con una flotta di
tutto rispetto costituita da 90 Tecnobus Gulliver da 5 metri di
lunghezza e Firenze con 31 Tecnobus Gulliver sempre da 5
metri.
A Torino sono in servizio 23 Elfo EPT
da 7 metri dotati sperimentalmente,
come Genova per la linea interna
all’Ospedale di San Martino, di
ricarica rapida induttiva. Infine è
degna di nota l’autonomia di oltre
160 km registrata dagli Alè elettrici
lunghi 8 metri, dei quali due
esemplari sono in servizio nella città
di Piacenza.
26
Ricarica conduttiva - Vienna
La Wiener Linien ha acquistato 12 mezzi in grado di
trasportare ciascuno fino a 40 persone i quali, tramite
pantografo, sono in grado di ricaricare le batterie agli ioni di
litio durante le soste ai capolinea. Essi sono impiegati sulle
linee urbane 2A e 3A interne al Ring; l’energia necessaria
viene prelevata, a 600 V, dall’adiacente linea tranviaria e
nel tempo di sosta, circa 10 minuti.
27
Ricarica rapida induttiva (I)
Principio di funzionamento
La ricarica del veicolo si effettua grazie
all’accoppiamento magnetico di due bobine che
consentono lo scambio di energia tra loro: la
bobina emettitrice (20 kHz) è collocata nel suolo e
crea un campo magnetico che captato dalla
bobina ricevitrice a bordo del veicolo viene
trasformato in energia elettrica che consente
ricaricare le batterie a bordo
Ricarica rapida induttiva (II)
Principio di funzionamento
Radio
Bobina secondaria
Sistema di ricarica
Bobina primaria
Batterie di trazione
Raddrizzatore
Ricarica rapida induttiva (III)
Tale soluzione consente di estendere il “profilo di missione” del
veicolo (un giro tipo linea San Martino Genova circa 14% SOC)
 tempo di abbassamento e sollevamento pickup: 45 s
 valore medio di ricarica al minuto: 0,92% (0,5 kWh)
Tecnologia ibrida
Autobus ibridi
 Servizi su linee fondamentali della rete
 Nessun deterioramento dello stato di carica (SOC)
se la linea consente il mantenimento del “bilancio
energetico”
 Nessun limite teorico alla capacità di trasporto
con modelli sul mercato anche da 18 e 24 metri
Veicoli a propulsione ibrida
 Nel veicolo ibrido la sorgente primaria di energia
utilizza un combustibile (idrocarburi, idrogeno)
trasformandolo direttamente in energia meccanica
oppure azionando un generatore elettrico.
 La sorgente ausiliaria è reversibile (può anche
accumulare energia, ad esempio dalla frenatura) e
contribuisce a fornire energia elettrica da utilizzarsi per
la propulsione.
 Le due sorgenti hanno una energia nominale
immagazzinata e una potenza nominale.
 I rapporti tra i valori di potenza e energia delle due
sorgenti definiscono il “grado di ibridizzazione”
 Esistono tre differenti tipologie:
• ibrido serie
• ibrido parallelo
• ibrido plug-in
La tecnologia elettrica ed ibrida
Gli autobus elettrici a batteria sono oggi caratterizzati da
eccellente affidabilità e lunghezze non superori ai 10 metri;
essi raggiungono un’autonomia di esercizio superiore a 120
km, estendibile all’occorrenza attraverso sistemi di ricarica
rapida induttiva.
Le vetture ibride (da 12 m, 18 m e 24 m) raggiungono
ragguardevoli livelli di efficienza energetica, potendo in
prospettiva combinare sistemi ad accumulatori con quelli a
supercapacitori, ed autonomia teoricamente illimitata.
La configurazione serie (più semplice ed analoga a quella
alla base della catena energetica dei veicoli con cella a
combustibile alimentata ad idrogeno) è la più diffusa
rispetto a quelle parallelo e plug-in. Quest’ultima si
caratterizza come una filosofia di “estensione di autonomia”
per un veicolo a batterie.
Ibrido serie
Si basa sul principio della trasmissione
elettrica pura con la presenza di un
volano energetico costituito
generalmente da pacchi batteria
Ibridi di prima e seconda generazione
Veicolo urbano serie di prima generazione da 12 metri (massa a
pieno carico 19000 kg) con batterie da 100 Ah su cinque moduli
(“pacchi batteria”)
Cilindrata [cm3]
Potenza nom. [kW]
Punto di lavoro [kW]
Tensione nom. [V]
2799
76
27 (1800 rpm)
600
La seconda generazione di questi veicoli è subentrata alla
prima correggendo le criticità riscontrate con l’introduzione
di batterie (sempre tradizionali) più adatte alla trazione,
incrementando la potenza del gruppo MCI e utilizzando
sistemi elettronici di controllo dei flussi energetici
Bilancio energetico (I)
Potenza media richiesta dalla linea inferiore alla potenza media
erogata dal gruppo motogeneratore
 possibilità per alcuni intervalli di tempo di spegnere il motore a
combustione interna, ad esempio per attraversare zone di
particolare pregio ambientale in modalità “tutto elettrica”
(ZEO)
Bilancio energetico (II)
Potenza media riferita al tempo di missione superiore a quella
erogata dal gruppo motogeneratore
 progressivo decadimento dello stato di carica degli accumulatori
che richiede cicli di ricarica in rimessa e non solo operazioni
periodiche di equalizzazione dei pacchi batteria
Veicoli ibridi
Terza generazione (I)
Si tratta in genere di vetture con buona potenza di generazione
installata (motore termico) e conseguentemente con sistemi di
accumulo ridotti e di nuova concezione (batterie litio ioni o nichel
metallo idruro, supercaps)
Veicoli ibridi
Tipico layout costruttivo
Terza generazione (II)
Fuel cell (I)
Veicoli a cella a combustibile ancora disponibili
come pre-serie (1 – 1,5 M€) e con alcune
questioni aperte (costo PEM 1000 € kW,
previsione 600 € kW – durata 12000 ore):
 produzione dell’idrogeno (necessità di energia
elettrica per elettrolisi);
 sistemi di stoccaggio e distribuzione; oggi si
propone di centralizzare produzione e
rifornimento per minimizzare il trasporto.
No conversione elettrochimica
classica delle batterie, combustione
ma no ciclo di Carnot
Il layout è il medesimo della
configurazione ibrido serie
Fuel cell (II)
In Italia i Progetti Europei CHIC e HIGH V. LO-CITY hanno l’obiettivo di valutare
la sostenibilità dell’intero processo ed il raggiungimento di consumi di 7-9 kg di
H2/100 km (1kg di H2 = 14 l a 350 bar).
Gli autobus sono dotato di 8 bombole in grado di contenere, ciascuna, 1600 litri di
idrogeno. La stazione di solo rifornimento comporta un costo indicativo, di 1 M€
(2 M€ con produzione di idrogeno da elettrolisi)
Il costo attuale di un kg di
idrogeno (prodotto per steam
reforming o per elettrolisi) si
attesta intorno ai 10 €.
Questi
dati
possono
essere
confrontati con gli attuali
autobus a gasolio il cui
consumo, in ambito urbano,
corrisponde ad una percorrenza
di 3 km con un litro.
Dimensionamento della flotta
Numero di veicoli in linea:
Veicoli =
Tc
1,2
f
dove Tc è la somma del tempo percorrenza andata e ritorno più il tempo inversione
f è la frequenza del servizio
1,2 fattore correttivo standard per fermi tecnici e riserve
La frequenza è il dato determinato dall’offerta di trasporto, ovvero dai passeggeri ora per
direzione trasportabili in base alla capacità di trasporto del singolo veicolo.
Sistemi a confronto (I)
Veicolo o sistema
Bus 12 m
Bus 18 m
Bus 24 m
Bus 24 m ibrido
Filobus 12 m
Filobus 18 m
Filobus 24 m
Filobus con guida assistita 24 m
Tram tradizionale
Tram con alimentazione dal
suolo
LRT/Stadt-Bahn
Metropolitana
Capacità di
trasporto
[pass ora x dir]
1.500
2.100
2.700
2.700
1.500
2.100
2.700
2.700
2.100-4.500
2.100-4.500
4500 – 7.500
10.500-18.000
Capacità
singolo
veicolo
[pass]
100
140
180
180
100
140
180
180
140 - 300
140 - 300
Costo del
veicolo
[k€]
300 - 500
700 - 1200
Costo per
l’infrastruttura
[k€/km]
280
380
600
1.000
600
800
1.200
1.400
3.000
15.000-25.000
3.200
18.000-30.000
5.000
9.000
30.000
80.000-120.000
0-200
600-800
Frequenza pari a 4 minuti
Sistemi a confronto (III)
Veicolo o sistema
Bus/Filobus 12 m
Bus/Filobus 18 m
Bus/Filobus 24 m
Bus/Filobus 12 m
Bus/Filobus 18 m
Bus/Filobus 24 m
Tram tradizionale
LRT/Stadt-Bahn
Metropolitana
Capacità di trasporto
Capacità singolo veicolo
[pass ora per dir]
[pass]
AMBITO PROMISCUO
1000
100
1400
140
1800
180
AMBITO RISERVATO
1500
100
2100
140
2700
180
2.800 - 6000
140 - 300
9000 – 15000
300 - 500
AMBITO SEDE PROPRIA
28000 - 48.000
700 - 1200
Frequenza [min]
6
6
6
4
4
4
3
2
1,5
NOTE:
 Con ambito promiscuo si intende che il mezzo di trasporto viaggia insieme al traffico veicolare privato.
 Con ambito riservato si fa riferimento ad una via di corsa isolata in qualche modo da quella destinata al
traffico veicolare privato, ma che ne subirà le interferenze almeno nei punti di incrocio.
 Con ambito sede propria si intende una infrastruttura interamente dedicata al sistema di trasporto e
avulsa da qualsiasi tipo di interferenza con il traffico veicolare privato.
Veicoli ad elevata capacità
15 metri
110 passeggeri
24 metri
180 passeggeri
Double deck (14 metri)
130 passeggeri
18 metri
140 passeggeri
Motrice con rimorchio ( 24 metri)
170 passeggeri
Si tratta di autobus o filobus a tre
casse lunghi 25 metri già
circolanti in diverse città europee
•
•
•
•
lunghezza 24,664 metri
larghezza 2,55 metri
passeggeri totali 182
passeggeri seduti 61
2)
Prototipo AutoTram (Dresda) da 30 metri a doppia articolazione e tripla
cassa con moduli, rispettivamente, da 11 metri, 11 metri ed 8 metri. Il bus
così configurato, a propulsione ibrida, trasporta fino a 256 passeggeri
ed ha un diametro di volta di 25 metri. Un diametro di volta inferiore di
23 metri e paragonabile ad autoarticolato da 18 metri, si raggiunge
invece con altri prototipi da 31 metri a tripla articolazione e quattro
casse (11 metri, 7 metri, 7 metri e 6 metri) con architettura modulare
rispetto alle vetture da 18 metri (11 metri e 7 metri) e 24 metri (11 metri,
7 metri e 6 metri) come quelli prodotti dalla della svizzera Hess.
BRT
Bus Rapid Transit
Struttura dedicata unicamente al transito dei veicoli su gomma da 18 metri o
24 metri per il trasporto pubblico, con frequenze di esercizio molto elevate
(anche dell’ordine del minuto) e velocità commerciali comprese tra i 20 km/h
ed i 30 km/h. I veicoli possono essere di tipo tradizionale, ibridi, filoviari e
con guida assistita.
Sono numerose le applicazioni in sud
America, nord America ed Europa. Le
fermate si configurano come vere e
proprie stazioni assimilabili a quelle di
una metropolitana di superficie . Sotto
tali condizioni la capacità di trasporto
teorica si approssima proprio a quella di
una metropolitana leggera (8000
passeggeri ora per direzione) con costi di
investimento comunque inferiori.
Impianti e veicoli filoviari
• Sistemi tecnologicamente all’avanguardia con SSE e scambi aerei
telecomandabili
• Lunghezza veicoli: 12 m, 18m e 24 m
• Propulsione garantita da motori trifase asincroni ed azionamenti trifase
ad IGBT
• Elementi di trazione equipaggiabili con
supercapacitori per il recupero energetico
nelle fasi di frenatura
• Vetture, anche bimodali, sempre dotate
di marcia autonoma di emergenza con
motogeneratore o con batterie
Impianti e vetture filoviarie in Italia
Reti filoviarie in esercizio in Italia (gennaio 2014)
Città
Esercente
Vetture
Linee Rete [km](1) Alimentazione [V] Note su vetture
Milano
ATM
157
4
39
600
28 12 m, 129 18 m
Sanremo
RT
11
2
29
600
solo 12 m
Genova
AMT
17
1
11
750
solo 18 m
La Spezia ATC
22
2
8
600
solo 12 m
Parma
TEP
34
4
20
650
23 12 m, 9 18 m
Modena
SETA
26
3
12
750
16 12 m, 10 18 m
Bologna
Tper
56
4
37
750
10 12 m, 46 18 m
Rimini
Start Romagna 6
1
12
750
solo 18 m
Cagliari
CTM
31
3
37
750
solo 12 m
Roma
ATAC
30
1
11
750
solo 18 m
Ancona
Conerobus
8
1
6
750
6 12 m, 2 18 m
Chieti
La Panoramica 12
1
9
600
solo 12 m
Napoli
ANM
87
6
24
750
solo 12 m
Napoli
CTP
13
2
27
750
solo 12 m
Lecce
SGM
12
3
13
750
solo 12 m
(1) Dato relativo all’infrastruttura, al netto delle sovrapposizioni, intesi come - ove presente - bifilare di
andata e ritorno. La lunghezza totale del bifilare è dunque da considerarsi generalmente
raddoppiata. Non sono considerate le tratte di servizio o non in esercizio.
Non ancora aperte all’esercizio, Bari (2 linee, 10 km e 4 km e 3 filobus già
consegnati), Avellino (11,1 km e 11 filobus) ed, in costruzione, Pescara (8 km
e 6 Phileas a guida assistita) e Verona (2 linee, 23,9 km di cui 16,7
elettrificati, 37 Phileas). Alla Spezia sono stati consegnati 8 nuovi filobus, 8
ad Ancona completamente rinnovata, e per Cagliari è in corso una gara per
12+2 vetture.
50
Veicoli filoviari - Origini
Filovia La Spezia - Portovenere
Vetture filoviarie - generazioni
Si tratta di vetture non più con motori a
collettore in corrente continua e
regolazione reostatica (a) o con chopper
(b), ma moderni veicoli con azionamenti
ad inverter e motore asincrono trifase (c)
(a)
(c)
(b)
Caratteristiche delle vetture filoviarie
 Veicoli con doppio isolamento
 Tensione nominale 750 V (600 V per le vetture impiegate su
impianti non moderni)
 Necessità di sostituzione frequente dei pattini in grafite
 Possibilità di prevedere la marcia autonoma (di emergenza o
di esercizio) e il recupero energetico
 Impiego possibile di sistemi di ausilio alla guida
Tipologia delle vetture filoviarie (I)
Vettura reostatica priva di marcia autonoma (1)
Tipologia delle vetture filoviarie (II)
Vettura reostatica priva di marcia autonoma (2)
Tipologia delle vetture filoviarie (III)
Vettura reostatica priva di marcia autonoma (3)
Tipologia delle vetture filoviarie (VI)
Modelli a confronto: 12 e 18 metri a chopper, 18 metri ad
inverter di prima e seconda generazione
Vetture filoviarie in Italia
Modena (12 metri)
Generatore diesel 110 kW (Euro 5)
Motore elettrico 210 kW
Rimini (18 metri)
Generatore diesel 110 kW (Euro 4)
Motore elettrico 240 kW
I veicoli da 18 metri di Genova sono equipaggiati di un
motore diesel che sviluppa 175 kW per consentire a tutti
gli effetti l’uso bimodale del mezzo
Modalità operative di un veicolo (I)
Guida libera
Il conducente ha il completo controllo della traiettoria
(vetture automobilistiche tradizionali)
Guida assistita
Il conducente pur avendo il controllo della traiettoria
viene assistito nelle manovre di accosto alle fermate e
nella percorrenza di tratte particolari (ad esempio strette
gallerie)
Guida vincolata
La traiettoria del veicolo è prefissata da apposite vie di
corsa (ad esempio rotaie)
Modalità operative di un veicolo (II)
Sede promiscua
In questo caso il veicolo deve corrispondere ai requisiti
richiesti per la circolazione stradale secondo quanto
previsto dal Codice della Strada (vettura tradizionale,
filoviaria o tranviaria)
Sede protetta
Il veicolo percorre una sede separata dal traffico ordinario
ma ne subisce l’interferenza e si può trovare a condividere
la corsa con altri veicoli
Sede dedicata
Il veicolo percorre una sede riservata con regimi di
circolazione e sistemi di segnalamento prestabiliti
Sistemi wire free ed a guida assistita
Lo sviluppo di sistemi ad elevata capacità di trasporto
determina l’evoluzione verso:




tracciati riservati o dedicati (BRT);
vetture a singola o doppia articolazione (18 m o 24 m);
ausilio alla guida mediante sistemi ottici o magnetici;
gestione dell’energia mediante supercapacitori e
ricarica degli stessi da terra in modalità continua o
discontinua anche di tipo induttivo.
Sistemi wire free
Sistemi di ricarica rapida o ultra rapida, sia di tipo conduttivo che
induttivo, sono attualmente oggetto di interessanti sperimentazioni o
già applicate. I campi di applicazione sono:
•
•
estensione dell’autonomia per veicoli elettrici;
eliminazione parziale o totale della linea aerea di contatto.
Bombardier, prevede la ricarica induttiva mediante il sistema induttivo
Primove. Esso si basa sulla trasmissione dell’energia ad alta frequenza
mediante un circuito primario posto a terra ed un pick up a bordo del
veicolo.
62
Sistema TOSA
Il sistema TOSA (Transport Optimised Powering System) prevede
l’impiego di un veicolo da 18 metri il cui prototipo era in servizio tra il
Palexpo, sede dell’ultimo Congresso UITP, ed il terminal dell’Aeroporto
su di un percorso di 1,8 km, ai cui capilinea erano collocati i punti di
ricarica della potenza di 400 kW). Il mezzo, la cui parte meccanica è
costruita dalla HESS di Soletta, è allestito dalla ABB con un innovativo
sistema di ricarica ultrarapida (o “flash”). La ricarica richiede un tempo
di circa 15 secondi compreso il posizionamento sul contatto di uno
speciale pick up.
63
Phileas
Vettura innovativa “Phileas” presentata nella versione termica tradizionale,
ibrida e filoviaria con lunghezza da 18 e 24 metri e possibilità di incarrozzamento
da entrambi i lati
Phileas
Dotato di dispositivo per la guida assistita di tipo magnetico ad alta
affidabilità con basso costo di realizzazione della “via di corsa”
grazie all’utilizzo di piccoli magneti.
In Italia ne è previsto l’impiego a Pescara riutilizzando parzialmente
il sedime della cessata ferrovia (1929-1963, lunga 36 km, di cui 30
km in sede propria, scartamento 950 mm, 2600 V) PescaraMontesilvano-Penne.
Lo sviluppo del tracciato completo: 8,17 km
 500 metri nel centro di Pescara, in sede
promiscua con il traffico privato;
 4,8 km circa in sede riservata sulla
“Strada Parco”;
 2,9 km circa (nel comune di
Montesilvano), in parte in sede
riservata sulla prosecuzione
 della Strada Parco ed in parte in sede
 promiscua fino al capolinea di Porto
Allegro
Civis
Civis
Si tratta di vetture filoviarie
attrezzate con sistema di
assistenza alla guida, con
versioni da 12 e 18 metri
Il controllo della traiettoria della
marcia è affidato a dispositivi di
tipo elettronico-ottico mediante
telecamere a bordo veicolo.
PRESTAZIONI:
massima velocità: 70 km/h
massimo errore in marcia: 5 cm
massimo errore di accosto: 5 cm
Tram su gomma con rotaia centrale
Vettura di tipologia tranviaria
su pneumatici e guida vincolata
a rotaia centrale “TransLohr”
Necessita di linea monofilare di
alimentazione può essere dotata
di batterie per la marcia
autonoma su tratte prefissate.
In Italia il sistema è in esercizio a
Padova e Mestre
Lo sviluppo degli omnibus
1832: tram a cavalli a New York con la Harlem Railroad's
Fourth Avenue Line
1835: tram a cavalli a New Orleans, Louisiana
1876: dopo una capillare diffusione, anche in Italia viene aperta
la linea Milano Porta Venezia - Monza
Forza necessaria per spostare in
piano un carro di massa pari a
1000 kg:
 300 N su strada acciottolata
 200 N su strada liscia

80 N su rotaie
Le macchine elettriche
Dai principi dell’elettromagnetismo e dalla correlazione
corrente – campo magnetico si passò all’immediato
perfezionamento della tecnica costruttiva delle macchine
Elettriche:
1860: Pacinotti, motore (ad “anello”)
e con collettore
1866: Gramme, prima dinamo
1869: Gramme, reversibilità dinamo
e motore
1885: Ferraris, principio del campo
elettromagnetico rotante
Il motore trifase a induzione
Il campo magnetico rotante statorico consente ad un circuito
indotto passivo (rotore in corto circuito o a “gabbia di
scoiattolo”) di “inseguire” il campo stesso dando luogo al
movimento desiderato (motore a “induzione”).
Il campo magnetico rotante - variabile rispetto al rotore
inizialmente fermo - induce (principio di Faraday) tensioni e
quindi correnti rotoriche che danno luogo (legge di Ampère)
ad un campo magnetico
che insegue il primo senza
mai raggiungerlo (in tal
caso l’effetto si andrebbe
ad annullare e lo stato non
risulterebbe in equilibrio).
Per tale motivo viene
definito motore asincrono.
Le prime metropolitane
Nella seconda metà dell’800
diverse città progettavano
linee e reti di metropolitana.
A Londra, nel 1863, viene
inaugurata la prima linea, di
6,4 km, tra Farringdon street
e Bishop's road (Paddington)
con trazione a vapore.
La scarsa affidabilità ed autonomia riscontrata con alcuni
esperimenti mediante motori in corrente continua ed
accumulatori ha inizialmente determinato la diffusione di
sistemi urbani, anche di superficie, a vapore (come il tram
milanese Gamba de Legn’) con evidenti problematiche
derivanti dal fumo.
Le reti ferroviarie
Sempre nella seconda metà dell’800 si diffusero in tutto il
mondo le grandi reti ferroviarie.
Anche in questo caso il problema del fumo non risultò
irrilevante soprattutto sulle linee acclivi ed in presenza di
gallerie.
Le linee di valico posero
in evidenza la necessità
di poter disporre di
mezzi
di
trazione
adeguati al traino di
treni su tratti in forte
pendenza
e
con
velocità accettabili.
1901
Le origini della trazione elettrica
Prima locomotiva elettrica presentata nel
1879 da Werner von Siemens a Berlino in
occasione dell’Esposizione Universale.
Alimentata in corrente continua (150 V)
dalle rotaie su un percorso circolare di 300
m con velocità di 13 km/h sviluppava la
potenza di 2,2 kW. Nel 1881, dato il successo,
venne aperta a Lichterfelde (in Berlino) la
prima linea elettrica tranviaria
Le prime applicazioni
Il primo sviluppo fu quello della trazione in corrente
continua, in quanto generatori e motori a collettore erano
già sufficientemente affidabili.
Solo nel 1904, grazie agli studi di Behn Eschenburg a Zurigo e
presso la Maschinenfabrik Oerlikon, fu messo a punto il
sistema di compensazione della tensione trasformatorica del
motore monofase a collettore rendendone il funzionamento
stabile seppur a ridotta
frequenza per limitare
lo scintillio sul collettore.
Parallelamente si
andarono ad affermare
gli esperimenti con
motori trifase.
L’innalzamento progressivo della tensione di linea ha
permesso lo sviluppo di locomotive di maggiore potenza.
Inoltre, il traffico, via via sempre più intenso, unitamente
all’incremento della potenza dei singoli veicoli, ha
ulteriormente giustificato l’adozione di valori di tensione più
alti necessari a ridurre le perdite in trasmissione e le sezioni
dei conduttori per le linee di contatto.
Sulla linea Seebach-Wettingen venne per la prima volta, nel
1904, posta in esercizio una locomotiva (“Eva”) a tensione
monofase 15.000 V e 15 Hz con motori di trazione in continua
alimentati da un gruppo convertitore di bordo rotante (tipo
Ward-Leonard); nel 1905, entrò in servizio una seconda
macchina (“Marianne”) i cui due motori monofase a collettore
erano alimentati dalla linea aerea tramite trasformatore e
regolazione con shunt dell’avvolgimento secondario.
Il trifase
le origini (I)
Prototipo Siemens con linea trifilare disposta in verticale
alimentata a 10 kV, 50 Hz. Con tale elettromotrice furono
raggiunti il 7 ottobre 1903 i 200 km/h sulla tratta Zossen –
Marienfeld lunga 33 km. Il 27 0ttobre 1903 un altro prototipo,
questa volta AEG, raggiunse i 210,2 km/h: il vincolo era
peraltro rappresentato dalla linea di contatto che poteva
prevedere uno sviluppo del tracciato solo lineare.
Il trifase
le origini (II)
Alle origini della trazione trifase vi fu l’elettrificazione della
rete tranviaria di Lugano, nel 1894, convertita poi in
corrente continua nel 1910. La linea era costituita dal classico
bifilare, con la terza fase posta sulle rotaie di corsa al fine di
consentire il trasporto della
corrispondente corrente di
fase i, la quale produce
sull’avvolgimento (se a
stella, o sugli avvolgimenti
se a triangolo) collegato al
binario, in virtù della
propria induttanza L, la
tensione di fase v = L di/dt.
Il trifase
lo sviluppo
Dopo Lugano, venne realizzata nel 1898 la Ferrovia del
Cervino (Gorgengratbahn): la prima trifase a scartamento
ordinario ed aderenza naturale fu nel 1899 la Burgdorf – Thun
Bahn (BTB). Seguirono progressive elettrificazioni soprattutto
per linee di valico (Sempione, 1908 - i Giovi, 1911) dove le
elevate prestazioni garantite erano compatibili con l’esercizio
omotachico (prerogativa e limite dei sistemi trifase).
L’Italia fu caratterizzata da una espansione del sistema negli
anni: l’ultimo treno alimentato con sistema trifase circolò il
25 maggio 1976 tra Alessandria ed Acqui Terme.
Rotabili con alimentazione trifase operanti in Italia (1902 -1976)
2
3
p
V
V tensione
Cmax 
f frequenza
p coppie polari
2

f
X
X induttanza totale
(considerato trascurabile il fattore resistivo)
Gruppo
Unità
E1
E2
E 360
E 380
E 390
E 430
Fb 4/4
Fb 4/6
Fb 3/5
E 440
E 550
E 551
E 552
E 554
E 330
E 331
E 332
E 333
E 431
E 432
E 470
E 471
E 472
E 570
Lebc 840
5
5
3
2
2
2
2
1
2
4
186
183
15
183
16
18
6
40
37
40
4
1
17
4
26
Note
Linee Valtellina, elettromotrici, già Rete Adriatica RA 301÷305
Linee Valtellina, elettromotrici, già Rete Adriatica RA 321÷325
Linee Valtellina, già Rete Adriatica RA 361÷363
Linee Valtellina, già 381÷382
Linee Valtellina, già 391÷392
Linee Valtellina, già Rete Adriatica RA 341÷342
Linea del Sempione, Ferrovie Federali Svizzere, già 366÷367
Linea del Sempione, Ferrovie Federali Svizzere, già 371
Linea del Sempione, Ferrovie Federali Svizzere, già 364÷365
Ferrovia Alta Valtellina (FAV)
FS, ruote piccole per servizi merci
FS, ruote piccole per servizi merci
FS, ruote piccole per servizi merci
FS, ruote piccole per servizi merci
FS, ruote grandi per servizi viaggiatori
FS, ruote grandi per servizi viaggiatori
FS, ruote grandi per servizi viaggiatori
FS, ruote grandi per servizi viaggiatori
FS, ruote grandi per servizi viaggiatori
FS, ruote grandi per servizi viaggiatori
FS, frequenza industriale
FS, prototipo bi-frequenza
FS, frequenza industriale
FS, frequenza industriale
FS, rimorchiate attrezzate per conversione statica
Sistemi in corrente continua
Sistemi monofase a frequenza ferroviaria
I sistemi di regolazione
prevedono l’uso dello
schema a “motori diretti”:
l’evoluzione, oltre
all’impiego di raddrizzatori,
prevede oggi l’utilizzo di
convertitori e motori trifase.
Sistemi monofase a frequenza industriale
La regolazione elettronica: i chopper
La regolazione elettronica ha aperto dal finire degli anni ’70
nuovi orizzonti nel campo della trazione elettrica: i chopper
(a differenza dei reostati) consentivano infatti di regolare in
modo progressivo e non dissipativo (a meno
delle perdite) la tensione “efficace” applicata
ai motori (come per le locomotive italiane
gruppi E 632, E 633 ed E 652). [E444 005 – 1975]
La regolazione elettronica: gli inverter
Gli inverter, attraverso l’impiego di “interruttori elettronici”
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), sono in grado di
rigenerare, da una tensione continua, una terna trifase
stabilendone tensione e frequenza. In maniera analoga
operano convertitori statici ad IGBT su tensioni monofase.
Rotabili FS con motore trifase (1982 -2012)
Gruppo
Unità
E 402A
45
5 unità di preserie più simulacro E 402 000
Note
E 402B
80
20 unità attrezzate fino al 2011 per servizi Francia
E 403
24
Policorrente (1,5 - 3 - 25 kV e predisposizione 15 kV)
E 404 (X)
1
Prototipo ETR X 500 (E 404 000)
E 404 (Y)
2
ETR Y 500 (E 404 001 - 004), 2 treni
E 404 / E 414
60/59
E 404 (500)
60
ETR 500 policorrente (1,5 - 3 - 25 kV per nuove linee AV)
E 405
42
Ex EU 11 destinate alle ferrovie polacche (PKP)
E 412
20
Policorrente (1,5 - 3 - 15 kV)
E 464
570
Ordine per 688, monocabina e banco manovra posteriore
ETR 463
10
10 treni “pendolino” già ETR 460, poi ETR 465
ETR 470
9 (5)
ETR 485
15
15 treni “pendolino”, già ETR 480, 1,5 - 3 - 25 kV linee AV
ETR 600
12
12 treni “pendolino” 3a generazione , 1,5 - 3 - 25 kV linee AV
ETR 500 3 kV trasformate per treni ordinari
10 treni “pendolino” ex Cisalpino (15 kV), 5 FS e 4 FFS
“TAF”
100
Treno Alta Frequentazione, ALe 426-Le 736Le-736-ALe 506
“Minuetto”
100
ALe 501-Le 220-ALe 502
D 145
100
Locomotiva diesel-elettrica con cabina centrale
Con la diffusione degli operatori privati, e delle formule di noleggio di materiale di trazione, ad
oggi risultano circolanti in Italia sia sulla rete RFI che su altre reti (come Ferrovie Nord) altri
rotabili appartenenti a numerose imprese ferroviarie
Sistemi su ferro
 Tranvia
 Metropolitana (Underground, U-Bahn)
 Ferrovia suburbana (S-Bahn, RER)
 Ferrovia Regionale
?
Blocco fisso e blocco mobile
Il blocco fisso si basa sulla suddivisione della linea in tratte e
generalmente impedisce al treno che segue di impegnare
quella del treno che lo precede. Ogni tratta è dunque,
sempre generalmente, protetta da sistema di blocco ed
apposito segnale.
Il blocco mobile, basato sulla continua interazione terra
treno, impone la velocità del treno che segue in funzione
della velocità del treno che lo precede e della «curva di
frenatura in sicurezza» caratteristica del convoglio.
Tranvia
Praga
Vetture monocassa, articolate o convogli
che operano in ambito promiscuo. La marcia è a vista.
Metropolitana
Convogli ferroviari in sede dedicata
(in galleria ed in superficie)
Ferrovia suburbana
Berlin
Bern
Wien
Milano
Treni con caratteristiche metropolitane in sede ferroviaria
specializzata o dedicata (TAF 841 passeggeri, 469 seduti)
Ferrovia Regionale
Bologn
a
Treni con materiale rotabile ordinario in sede ferroviaria
(Vivalto E464 + 5 carrozze, 600 passeggeri seduti)
Evoluzione dei sistemi tranviari (I)
 1832 : Inizio servizio urbano di tram a cavalli
a New York (USA)
 1879 : primo tram elettrico sperimentale
presentato da Werner von Siemens
all’esposizione di Berlino (lunghezza 300m,
alimentazione 100 Vcc dalle rotaie isolate)
 1884 : adozione sistema di presa corrente da
linea aerea “ad archetto” (sistema Siemens)
 1887 : adozione sistema di presa corrente “a
trolley” (sistema Sprague) a Richmond (USA)
IL PRIMO TRAM ELETTRICO (FOTO ARCHIVIO SIEMENS)
PARIGI – TRAM A CAVALLI 1854
TRAM ELETTRICO A TROLLEY – RICHMOND 1887
Evoluzione dei sistemi tranviari (II)
Tram elettrico sperimentale di Werner von Siemens
Evoluzione dei sistemi tranviari (III)
Inizio del XX Secolo
Introduzioni rimorchi o tram a due
piani per aumentare la capienza.
Introduzione numerazione delle linee.
Introduzione delle fermate fisse
Applicazione del freno pneumatico
TRAM A DUE ASSI EDISON CON RIMORCHIO
MILANO, 1900
Enorme estensione delle reti tranviarie:
prima della Grande Guerra, sono in
funzione oltre 2500 reti tranviarie
urbane in 5 continenti; 16.000 miglia di
linee intercomunali solo negli Stati
Uniti.
TRAM A DUE PIANI
PRESTON – GB, 1904
Evoluzione dei sistemi tranviari (IV)
Periodo tra le due guerre mondiali
 diffusione dello scambio elettrico
 diffusione dei tram a carrelli
 adozione dispositivi di sicurezza (blocco porte,
uomo-morto, freni di emergenza a pattini, ecc)
 diffusione configurazione “PETER WITT” (tram
monodirezionale, guidatore seduto, posto fisso
del bigliettaio, porte specializzate salita-discesa)
 introduzione
standard
“PCC”
(avviatore
automatico di marcia, freno elettro-pneumatico
integrato, ruote elastiche, sospensioni idrauliche,
carrozzeria
portante,
sedili
confortevoli,
modularità di costruzione)
 invenzione del tram snodato con giostra
“Urbinati” (Roma -1938)
 diffusione dei tram articolati tipo “due camere e
cucina”
SAN FRANCISCO
INTENSO TRAFFICO TRANVIARIO, 1937
Evoluzione dei sistemi tranviari (V)
PETER WITT A MILANO, 1928-2012 …
PCC a TORINO, 1948
PCC a CHICAGO, 1937
PCC a LIPSIA, 1967-2012 …
Evoluzione dei sistemi tranviari (VI)
SNODO CON GIOSTRA URBINATI
TRAM STANGA – STEFER – ROMA, 1938
“DUE CAMERE E CUCINA”
CON TRUCK E CASSA CENTRALE SOSPESA
LIPSIA
Evoluzione dei sistemi tranviari (VII)
Il dopoguerra e la crisi del tram
35 anni di stasi nel progresso tecnologico
tranviario; motorizzazione di massa e
smantellamento delle reti tranviarie
Genova, Piazza Verdi - 1963
1973: Crisi mondiale del petrolio
inizio della “riscoperta del tram”
Genova, Piazza del Principe - 1972
Evoluzione dei sistemi tranviari (VIII)
I tram moderni
Dopo l’utilizzo di alluminio, per la
struttura delle casse si utilizza oggi
acciaio leggero
Anche dal punto di vista della trazione
si è passati da motori in corrente
continua a regolazione reostatica e a
chopper (anni ’70 e ’80) ai più moderni
azionamenti trifase asincroni per motori
in corrente alternata regolati da
inverter, realizzati prima con GTO e poi
con IGBT
Progettazione di tram ad articolazione
multipla
Nel 1970 la Thyssen/Siemens realizzò il carrello motore SIMOTRAC
integrante il motore negli assi consentendo di eliminare sistemi di
accoppiamento meccanici (ad es. trasmissioni cardaniche) ed assai ridotto
in termini di ingombri
Evoluzione dei sistemi tranviari (IX)
Nuovi carrelli per pianali ribassati
Prototipo MAN (anni ‘90) di
carrello con un solo motore e
trasmissione meccanica
mediante giunti
Attuale carrello pivotante di
Alstom con due motori,
sospensioni primaria e
secondaria
Evoluzione dei sistemi tranviari (X)
Pianali ribassati (300 mm – 350 mm)
Combino: il carrello con i motori di trazione
trasversali
Vettura di Budapest da 54 metri
Evoluzione dei sistemi tranviari (XI)
Pianali ultraribassati (197 mm)
ULF: “Ultra Low Floor” (ULF) Siemens - SGP
Il tram in Italia (I)
Impianti “storici” conservati:
 Torino
 Milano
 Milano linee interurbane
 Roma
 Napoli
 Trieste (“trenovia” per Opicina)
Impianti in costruzione:
 Palermo
Nuovi impianti:
 Messina
 Sassari (previsto tram-treno)
 Cagliari (previsto tram-treno)
 Bergamo (metrotranvia)
 Padova (rotaia centrale)
 Firenze
 Mestre (rotaia centrale)
Nota: l’impianto di Genova, Principe - Granarolo, è esercito in regime ferroviario
Il tram in Italia (II)
Città
Estensione [km]
58
115
11,5
39
13
Linee
10
18
1
6
3
Rotabili
231
424
4
173
35
Trieste
5,2
1
6
Bergamo
Firenze
Messina
12,5
7,4
7,7
1
1
1
14
17
15
Cagliari
6,3
1
9
Sassari
4,3
1
4
Padova
10,3
1
16
Mestre
6,3
1
20
Torino
Milano
Milano (extraurbana)
Roma
Napoli
Note
Con sezione
Trieste Trasporti
a fune
TEB
GEST
ATM Messina
Tram-treno
ARST
previsto
Tram-treno
ARST
previsto
Tram su
APS
gomma
Tram su
ACTV
gomma
Esercente
GTT
ATM Milano
ATM Milano
ATAC
ANM
Il caso di Nizza
La tranvia di Nizza si caratterizza per
la peculiarità, in prossimità di Place
Massena e Place Garibaldi, di
attraversare aree di importante
interesse architettonico in marcia
autonoma, attraverso batterie che
vengono ricaricate quando il tram è
normalmente alimentato: in questa
maniera, in tali sezioni del tracciato,
non è necessaria la posa della linea
aerea di contatto con relativi tiranti e
pali di sostegno.
La prima linea della tranvia di Nizza (T1, lunga 8,7 km con 21 fermate) è stata aperta al
servizio il 24 novembre 2007 ed ha subito un incremento progressivo degli utenti, dato riferito
ai giorni feriali, da 70.000 fino ai 90.000 nell’arco di ciascuna giornata. Per tale motivo nel
2010 sono stati messi in servizio altri 8 tram portando la consistenza della flotta a 20 unità. Per
far fronte alla domanda, ed in attesa dell’apertura delle altre due linee (T2 e T3), si è deciso di
allungare 15 unità aggiungendo una cassa motorizzata portando la dimensione da 33 metri a
44 metri e conseguentemente la capienza di ciascuna vettura da 200 a 300 passeggeri. Ciò è
stato reso possibile da un’accurata progettazione delle fermate (e dei capilinea), già realizzate
di maggior lunghezza, e posizionando i punti di arresto coerentemente a tale opzione facendo sì
che i veicoli non vadano mai ad occupare intersezioni stradali.
 Il sistema APS (Alimentation Par le Sol) di Alstom consente al tram di
operare “wire-free”, ovvero senza catenaria superando problematiche
tecniche (come gallerie a sagoma ridotta) o di impatto visivo (zone
monumentali)
 La prima applicazione è stata realizzata a Bordeaux nel 2003 su 14 km
rispetto ad una lunghezza totale della rete di 44 km.
 Una terza rotaia centrale, costituita
da segmenti lunghi 8 metri, permette
ad un pattino di captare la corrente
elettrica necessaria alla propulsione
del veicolo. Ogni segmento viene
separato da sezioni isolate di 3 metri
 Ogni 22 merti è posto nel sottosuolo,
un box di controllo deputato a porre
in tensione i segmenti su cui si trova
fisicamente il tram. Il controllo
avviene mediante dispositivi radio
dedicati
Bordeaux, fonte Alstom
Primove
 Basato su trasmissione energia da terra a bordo mediante il principio
dell’induzione magnetica, è sviluppato da Bombardier
 I circuiti primari (terra), collocati sotto i binari di corsa, e le bobine
secondarie (bordo) sono quindi galvanicamente separate
 I circuiti primari sono in tensione solo quando interamente coperti dal
veicolo permettendo la collocazione il sistema anche in zone pedonali
garantendo massima sicurezza e nessuna forma di inquinamento
elettromagnetico
 La parte di terra risulta totalmente
invisibile e non soggetta a fattori
atmosferici, risultanto totalmente
coperta dal manto stradale
 Il “Mitrac Energy Saver”, posto
sull’imperiale del veicolo, costituito
da supercaps elettronicamente
controllati permette risparmi in
termini di energia fino al 30%
recuperando l’energia di frenatura
Fonte Bombardier
TramWave
 Basato su trasmissione dell’energia da
terra a bordo mediante un sistema
conduttivo ad attrazione magnetica
 I circuiti di terra vengono attivati al
passaggio del tram
 Possibilità di ottimizzare
le prestazioni del veicolo
mediante
il
“kers”
(kinetic energy recovery
system),
sistema
di
gestione energetica di
bordo
Sistemi su ferro: quale soluzione?
 Minori tempi di spostamento
 Maggiore comfort di marcia
 Maggiore capacità di trasporto
 Riduzione-eliminazione dei “cambi”
 Fusione delle finalità dell’offerta
Nordhause
n
Sistemi interoperabili (I)
Ferrovia dell’ Harz
Sistemi interoperabili (II)
 Tram-treno e treno-tram
 Tranvie extraurbane con parziale esercizio in sede propria
 LRT (Light Rail Transit), Stadtbahn, metrotranvia
Veicolo o sistema
Bus/Filobus 12 m
Bus/Filobus 18 m
Bus/Filobus 24 m
Bus/Filobus 12 m
Bus/Filobus 18 m
Bus/Filobus 24 m
Tram tradizionale
LRT/Stadt-Bahn
Metropolitana
Veicolo o sistema
Tram tradizionale
LRT/Stadt-Bahn
Metropolitana
Capacità di trasporto
Capacità singolo veicolo
[pass ora per dir]
[pass]
AMBITO PROMISCUO
1000
100
1400
140
1800
180
AMBITO RISERVATO
1500
100
2100
140
2700
180
2.800 - 6000
140 - 300
9000 – 15000
300 - 500
AMBITO SEDE PROPRIA
28000 - 48.000
700 - 1200
Frequenza [min]
Costo del veicolo [k€] Costo per l’infrastruttura [k€/km]
3.000
15.000-25.000
5.000
9.000
30.000
80.000-120.000
6
6
6
4
4
4
3
2
1,5
Il trasporto pubblico di superficie
Spiccata tendenza a riavvicinare il TPL alle aree più pregiate ed alla
superficie stradale:
 occasione di riqualificazione urbana;
 collegamento con le lontane periferie;
 riduzione dei costi dell’infrastruttura.
Ciò non esclude che impianti con elevate capacità di trasporto
necessitino di tracciati dedicati, parzialmente o totalmente in
galleria con sistemi di guida automatica o di gestione del traffico con
blocco mobile.
Le ferrovie mantengono un ruolo centrale nella mobilità su scala
regionale: l’interoperabilità rappresenta una opportunità ancora
non pienamente sfruttata
Nihil sub sole novum
Tale filosofia è, entro certi limiti gestionali, la
riproposizione delle ferrovie economiche vicinali e delle
tranvie extraurbane che collegarono un tempo le cittàpilota e gli attuali capoluoghi di area metropolitana ad
altri centri delle conurbazioni
Padova (Guidovie Centrali
Venete)
Per gentile concessione Dott. Urb. Alberto Routher-Rutter
Padova (Guidovie Centrali
Venete)
I sistemi LRT (Light Rail Transit)
Già negli anni sessanta si concepirono rotabili tranviari con
caratteristiche tecniche innovative adatti a circolare su sedi
parzialmente riservate in grado di trasportare elevate
quantità di passeggeri: è il caso dei tram “tipo P” di Monaco
di Baviera pensati per la mai realizzata Stadt-Bahn cittadina
In preparazione dei Giochi
Olimpici del 1972 si optò per il
potenziamento della rete
tranviaria tradizionale, la
realizzazione di linee “U” e del
passante ferroviario S”.
A Zurigo negli stessi anni si optò
per il potenziamento della rete
tranviaria di superficie.
Il modello LRT
Si tratta di una modalità trasportistica che si pone in complemento al tram
e alla metropolitana con alti livelli di efficienza e ridotti costi di
investimento




Larghezza dei veicoli fino un massimo di 2,65 m
Fanaleria stradale
Incarrozzamento a livello o da marciapiede stradale
Sede riservata e tratte con marcia promiscua (comprese intersezioni
stradali)
Numerose applicazioni in Europa (in esercizio o in fase di
realizzazione)
Treno-tram
Si tratta di veicoli ferroviari adattati alla circolazione in
ambito urbano
Per le loro caratteristiche intrinseche l’utilizzo cittadino
avviene su tratte limitate
Zwickau
Zwickau
Nota: Vogtlandbahn, linea gestita da Netinera, gruppo FS dopo l’acquisizione di
Arriva Deutschland. Il capolinea della Vogtlandbahn a Zwickau è stato
ricollocato in centro città mediante una tratta stradale a doppio
scartamento già percorsa dai tram urbani
Tram-treno
Si tratta di veicoli tranviari adattati alla circolazione in
ambito ferroviario
Per le loro caratteristiche intrinseche l’utilizzo urbano e
ferroviario avviene senza limitazioni
La rete di Kassel, aperta nel 2007, si caratterizza per:
4 linee (RT1-RT2-RT3-RT4) per 122 km
18 RegioCitadis versione E/E (750 cc - 15kV 16 ⅔ Hz)
10 RegioCitadis versione E/D (750 cc – diesel)
Stadtbahn, Light Rail, Métro Léger, Metrotranvia
Si tratta di veicoli di derivazione tranviaria con alcune
caratteristiche dei convogli per le metropolitane in
grado di operare principalmente sedi riservate a
loro dedicate ma anche in ambito stradale
promiscuo … quindi ancora una volta
“interoperabili” …
La Stadtbahn di Stoccarda: conversione progressiva (1985 – 2007) della rete
tranviaria cittadina scartamento metrico. Sono in esercizio 15 linee con
un’estensione totale di 128 km, 200 stazioni di cui 14 in tunnel nella parte
centrale e 164 rotabili tipo DT8
Stadtbahn - La banchina
Banchina stradale a Stoccarda con piano
di incarrozzamento a 1000 mm
Nota: a Genova
850 mm
Quale sistema interoperabile? (1)
TRAM-TRENO o TRENO-TRAM?
Le problematiche relative
all’interoperabilità dei
veicoli fornisce oggi una
nuova visione, forse troppo
restrittiva, che rende di
fatto più facile ad un treno
di penetrare nel tessuto
urbano (peraltro con forti
restrizioni) piuttosto che ad
un tram di circolare in
ferrovia in promiscuità con
altri treni
Austin – Texas (USA)
Quale sistema interoperabile? (2)
TRAM-TRENO: SISTEMA O VEICOLO ?
La diffusione di reti integrate (linee ferroviarie e tranvie urbane
interconnesse, come Karlsruhe o Kassel) ha generato un nuovo
prodotto …
Il tram-treno inteso come vettura “ferroviaria leggera”, con
elevate prestazioni e caratteristiche che li rendono idonei a
circolare su tratte con caratteristiche ferroviarie.
Quale sistema interoperabile? (3)
LINEE SEGREGATE e/o CONVERSIONI?
Quanto esposto in precedenza apre
nuovi scenari: l’esercizio di linee
ferroviarie con materiale leggero
magari con la loro conversione a
modelli di esercizio di matrice
tranviaria (con consistenti risparmi
sugli investimenti e l’esercizio).
L’interoperabilità è garantita verso
l’esercizio sulle tratte urbane dove
il veicolo “tranviario” può circolare
senza particolari soggezioni
Rhone-Express - Lione
Quale sistema interoperabile? (4)
TRAM o LRT/STADTBAHN?
Capacità di trasporto e certezza
dei tempi (non
necessariamente velocità
commeciali esasperate)
conducono ad un’evoluzione
dei sistemi tranviari verso
modelli di riservazione della
sede (anche i galleria) come
a Vienna, (ante litteram) o
Stoccarda con il
completamento della
Stadtbahn.
La sede riservata è anche la strada pedonalizzata riservata al
tram in cui l’esercizio è in ogni modo regolare
Interazione ruota-rotaia
Captazione dell’energia
Accessibilità e
circolabilità
Sicurezza
Esercizio
Veicoli
Profilo di cerchioni e
caratteristiche dei carrelli
Infrastruttura
Scartamento e profilo della
rotaia
Sistemi di conversione e
marcia autonoma
Sistemi di alimentazione
Sagoma del veicolo
Conformazione e tipologia
delle banchine di fermata
Resistenza strutturale dei
veicoli
Dotazioni di bordo
Sistemi di sicurezza e
segnalamento
Sistemi di esercizio
Milano MM Garibaldi: vetture “1928” in
esposizione sul binario predisposto e
mai interconnesso per l’interscambio
con le linee celeri della Brianza
Classificazione UNIFER
Tipo di struttura
Esempi


Aulnay-sous-Bois – Bondy (Ile
de France)
Sassari
TT2 - Infrastruttura ferroviaria esercita
con rotabili tranviari e rotabili ferroviari
in fasce orarie diverse



Stadtbahn di Colonia
Wiener Lokalbahnen
Kassel -Hessisch-Lichtenau
TT3 - Infrastruttura ferroviaria esercita
promiscuamente con rotabili ferroviari e
tranviari





Karlsruhe
Saarbrücken
Kassel RegioTram
Mulhouse
Grenoble
TT4 - Infrastruttura tranviaria esercita
promiscuamente con rotabili tranviari e
ferroviari (“treno-tram”)


Alicante
Zwickau
TT1-Infrastruttura ferroviaria esercita
soltanto con rotabili tranviari
Caratteristiche dei tram - treno
 Bidirezionalità
 Gradini mobili da utilizzarsi per banchine più basse
(tipicamente stradali)
 Ampio volume dei veicoli, nel rispetto delle sagome
limite
 Cabine di guida divise dai vani per i passeggeri
 Particolare cura del design interno ed esterno
 Migliori caratteristiche di trazione e frenatura
 Concezione ferroviaria della parti meccaniche
Problematiche e specificità
Tranvia
Ferrovia
Sistema Interoperabile
Un S. I. deve
garantire
compatibilità

Scartamento

Geometria profilo ruota-rotaia

Sistemi di alimentazione elettrica

Sagoma del veicolo

Resistenza strutturale

Infrastruttura

Sistemi di segnalamento
Soluzioni sviluppate (I)
Sull’armamento
Soluzioni sviluppate (II)
Sui profili ruota
Soluzioni sviluppate (III)
Adeguamento all’infrastruttura
Karlsruhe
Il caso di Karlsruhe (I)
Karlsruhe
Apertura 1992
11 linee tipo “S” per 468 km
36 ABB GT8-100C/2SY
79 Adtranz (Bombardier) GT8-100D/SY-M
Bietigheim Bissingen
Il caso di Karlsruhe (II)
Punte di 48 passaggi ora per direzione (compresi i tram urbani) nella Marktplatz
e in Kaisertraße: in corso la realizzazione di un “tunnel cittadino”
Il caso di Karlsruhe (III)
Il Kombilösung («soluzione combinata») prevede la razionalizzazione del traffico
tranviario con un tunnel (Stadtbahntunnel di 2451 m) al di sotto della Kaiserstraße
tra Mühlburger e Durlacher Tor ed un ramo verso sud (Südabzweig di 891 m) sotto
Karl-Friedrich-Straße ed Ettlinger Straße fino a Höhe Augartenstraße. I tram
circoleranno in Kriegsstraße tra Karlstor e Mendelssohnplatz mentre tra Europaplatz
und Kronenplatz sarà realizzata un‘isola pedonale.
Il progetto prevede il termine dei lavori nel 2019 con un costo complessivo compreso
tra i 750 ed i 800 M€.
Accessibilità ed ultimo miglio
L’accessibilità deve essere valutata come elemento di
efficienza e qualità: esigenze di sicurezza e contrasto
all’evasione mal si conciliano con la fruibilità degli impianti
appesantendo i costi di gestione. Le moderne tecnologie
consentono di conciliare gli aspetti legati al governo della
mobilità (AVM-AVL, biglietto elettronico, informazione real
time all’utenza su pannelli e paline, APP e servizi Open Data).
Gli impianti speciali trovano
applicazione per ultimo miglio,
tragitti condivisi (anche nelle
stazioni) con persone con
difficoltà motoria e con
passeggino, percorsi a profilo
planoaltimetrico complesso.
Tipologie di impianti
Gli impianti speciali trovano impiego, per loro natura, sia per
brevi spostamenti che per implementare veri e propri «assi
attrezzati» ad elevata capacità di trasporto:







ascensori verticali o inclinati;
sistemi traslatori-elevatori;
funicolari;
funivie urbane o rurali;
sistemi a spintore;
sistemi a cremagliera;
people mover.
Ciascuna tipologia si connota
per capacità di traporto e costi
di costruzione ed esercizio.
La capacità di trasporto
Capacità di trasporto [pass
Capacità singolo veicolo
ora per dir]
[pass]
AMBITO PROMISCUO
Bus/Filobus 12m
1.000
100
Bus/Filobus 18m
1.400
140
Bus/Filobus 24m
1.800
180
Tram
2.700-4.500
180-300
AMBITO RISERVATO
Bus/Filobus 12m
1.500
100
Bus/Filobus 18m
2.100
140
Bus/Filobus 24m
2.700
180
Bus/Filobus 18m (BRT)
2.800
140
Bus/Filobus 24m (BRT)
3.600
180
LRT
6.000-10.000
300-500
AMBITO SEDE PROPRIA
Metropolitana
10.000-24.000
500-1.200
Metropolitana (BM – GA)
20.000-48.000
500-1.200
Ferrovia
4.800-9.600
800-1.600
Note: BM = blocco mobile, GA = guida automatica, BRT = Bus Rapid Transit
Veicolo o sistema
Frequenza
[min]
6
6
6
4
4
4
4
3
3
3
3
1,5
10
L’aspetto economico
Veicolo o sistema
Bus 12 m (1)
Bus 18 m (1)
Bus 24 m (1)
Filobus 12 m (2)
Filobus 18 m (2)
Filobus 24 m (2)
Tram (3)
LRT
Metropolitana
Costo del veicolo
[k€]
Costo per l’infrastruttura
[k€/km]
280
380
600
600
800
1.000
3.000
5.000
9.000
Note: (1) ibrido +30%, fuel cell > + 150%, guida assistita +15%
(2) guida assistita +15%
(3) wire free vettura+10% e +20% infrastruttura
0-200
600-800
15.000-25.000
25.000-35.000
80.000-120.000
Il ruolo degli impianti speciali
Percorrenza
[km]
Metropolitane classiche
o automatiche
LRT
Tram
Autobus
e filobus
Impianti speciali
I sistemi ettometrici si collocano in una
fascia non coperta dalle altre modalità
Capacità di trasporto
[passeggeri ora per direzione]
Il fenomeno dell’aderenza
Il movimento dei convogli in ambito ferroviario, generato
dalla coppia cinematica ruota-rotaia, è possibile se la ruota,
nel suo moto di rotolamento, può esercitare uno sforzo
adeguato senza slittare. La situazione più critica è la fase di
avviamento; occorre infatti evitare che, per effetto della
coppia motrice applicata sugli assi, lo sforzo di trazione
(massimo all’avviamento) superi il potere aderente.
F = pa fa
F potere aderente
pa peso aderente
fa coefficiente di aderenza
Aderenza naturale ed artificiale
Per sviluppare sistemi a guida vincolata su pendenze ove
l’attrito ruota-rotaia non è sufficiente a garantire
l’avanzamento del veicolo la soluzione è quella di realizzare
impianti ad aderenza artificiale in virtù di quelli classici ad
aderenza naturale. Pendenze del 35‰ (Giovi) sono considerate
al limite dell’esercizio con materiale
rotabile standard. Se l’esercizio è
realizzato con locomotiva e poche
carrozze, o con elettrotreni leggeri,
tale valore può raggiungere il 45‰.
Linee a scartamento ridotto o
tranvie dove spesso operano rotabili
leggeri ad aderenza totale possono
presentare pendenze del 70‰ come
sulla Ferrovia del Bernina.
Sistemi a cremagliera
Nei percorsi a cremagliera con
pendenze anche oltre il 200 ‰,
una ruota dentata solidale al
sistema di propulsione del rotabile
si innesta su di una rotaia
sagomata in modo da realizzare
una sorta di ingranaggio lineare
tra essa stessa ed il pignone (ruota
dentata) presente sul veicolo.
La Ferrovia del Pilatus (da
Alpnachstad a Pilatus Kulm) con
pendenza 480‰ è realizzata con il
sistema Locher basato sulla presenza
di due ruote dentate orizzontali
Fell, Agudio e Laviosa
John Barraclough Fell propose nella seconda
metà dell’800 un sistema per aumentare
l’aderenza basato su l’azione di due ruote
orizzontali ammorsate su di una rotaia
centrale, sperimentato sulla Ferrovia del
Moncenisio, successivamente chiusa.
Tommaso Agudio sviluppò alla fine
dell’800 un progetto di funicolare
“teledinamica”. Le vetture potevano
agganciarsi-sganciarsi
dalla
fune
mediante puleggie e ruote dentate in
modo indipendente, come per la Sassi
Superga, poi convertita a cremagliera.
Alberto Laviosa nella prima metà del ’900
ideò le Autoguidovie: i veicoli dotati di ruote
in acciaio e bordino ricoperte in gomma
procedevano su binari in cemento con bordo
in acciaio per garantire la guida vincolata e
sperimentati sulla Guidovia della Guardia.
Sistemi a fune
L’alternativa alle cremagliere per il superamento di dislivelli
ove l’aderenza naturale non è sufficiente a garantire
l’avanzamento del veicolo è rappresentata dagli impianti a
fune (ascensori, ascensori inclinati, funicolari e funivie). Le
funicolari terrestri garantiscono il raggiungimento di pendenze
elevate (sino all’82% come la Katoomba Scenic Railway in
Australia) potendo sviluppare velocità via via migliori rispetto a
sistemi a cremagliera più concorrenziali per pendenze più basse.
La funicolare Hungerburgbahn di Innsbruck
rappresenta un unicum: essa collega il centro città
(Congress, 56o m slm) con Hungerburg (860 m
slm) con un tracciato di 1838 m prima sotterraneo,
poi in superficie, ancora in tunnel al di sotto del
fiume Inn e poi sul tracciato della vecchia
funicolare attraverso l’Alpenzoo. Le cabine hanno
5 moduli basculanti mantenuti sempre in piano.
Dall’acqua all’elettricità
Gli impianti a fune sono mossi da motori elettrici, oggi
controllati da azionamenti e sistemi elettronici. In origine,
sfruttando la sola gravità, alcuni impianti furono sviluppati
utilizzando per contrappeso serbatoi d’acqua interni alle
vetture riempiti a monte per trascinare la cabina di valle,
come a Genova (Sant’Anna, ora convertita) e Friborgo (CH).
Le funivie urbane
Gli impianti funiviari, per loro stessa natura, si collocano ad altezze
dal suolo anche rilevanti e per tipologia costruttiva possono svolgere
servizi punto-punto, eventualmente con stazioni intermedie
ragionevolmente distanziate (con sgancio e riaggancio delle cabine)
collocate tra sezioni a fune anche indipendenti. Considerato il costo
inferiore rispetto ad altri sistemi a fune, l’impiego di funivie urbane
deve essere ricondotto a specifiche necessità (come il superamento di
fiumi o il raggiungimento di
località in altura) e finalità
esclusivamente o parzialmente
turistiche.
La funivia di Montjuïc consente
di raggiungere dal centro di
Barcellona (Avenida Miramar)
il Castello ed il Belvedere lungo
il monte del Montjuïc .
La situazione in Italia
Sono ricompresi nei dati riportati in tabella i diversi
impianti costruiti, anche a livello sperimentale, destinati a
servizi pubblici e collocati in abito urbano. Per i sistemi a
cremagliera vengono considerate anche le tratte con
esercizio ferroviario.
CENTRO DI RICERCA TRASPORTI
Dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica,
Elettronica e delle Telecomunicazioni (DITEN)
Scuola Politecnica - Università degli Studi di Genova
Via all’Opera Pia 11 – 16145 Genova
Tel. +39 010 353 2171 - Fax +39 010 353 2700
Riccardo Genova
+39 329 2106152
[email protected]
FINE