Elettrotecnica e sicurezza del 1867

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Silvio Gallio/Ermes Ferlini

2010 E Saggi/ferrovie/ingegneria letteratura Elettrotecnica e sicurezza del 1867 Intestazione 13 marzo 2013 75% Saggi

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ELETTROTECNICA E SICUREZZA DEL 1867


Apparato elettro-automatico applicabile alle Ferrovie

per prevenire l’urto dei convogli


di Silvio GALLIO e Ermes FERLINI


RFI – C.O.E.R. – Reparto Gestione Circolazione - Bologna


Nelle nostre scorribande dentro la Grande Rete ci siamo imbattuti in alcune pagine di una antica e prestigiosa rivista: “Il Politecnico”. Proprio quello fondato, e a lungo diretto dal grande Carlo Cattaneo. Interessato al mondo ferroviario Cattaneo lo è sempre stato; una sua pubblicazione scientifica non poteva certo astrarsi dalle problematiche inerenti alle rotaie. E infatti quando un inventore, G. Ceradini, nel lontano 1867 e in mancanza della rivista “La Tecnica Professionale”, propone un suo apparato di sicurezza, lo fa in quelle autorevoli pagine. Abbiamo provato a leggere con odierni occhi di movimentisti. Speriamo che possa interessare.

L’INVENTORE PRESENTA

L’Apparato elettro-automatico di Ceradini è un altro dei tanti tasselli che costellano il variegato, scientifico e a volte persino cervellotico mondo interessato alla ricerca della sicurezza nella gestione del traffico ferroviario.

Questo apparato viene presentato dal suo ideatore dopo che, negli anni, una serie di proposte di apparecchi, a volte avveniristici a volte assurdi, furono avviate, in tanti diversi Paesi e fin dai primi giorni delle strade di ferro, da inventori, fisici ed ingegneri. E da chiunque si fosse posto il problema di ridurre, quando non eliminare, i gravi incidenti che colpivano la rete ferroviaria.

I raccapriccianti racconti di scontri e deragliamenti finivano -ieri come oggi- sulle prime pagine dei giornali, anche perché il numero delle persone coinvolte, in genere piuttosto elevato dato il tipo di trasporto, allargava, e ancora allarga, la percezione della gravità dei fatti. Queste difficoltà sono ben espresse da Ceradini nella prefazione del suo “Progetto di Apparato elettro-automatico applicabile alle ferrovie per prevenire l’urto dei convogli”, presentato del 1867 nella rivista Il Politecnico1 di Milano.

Leggiamo come Ceradini ammetta che, con l’uso della disciplina, la situazione fosse migliorata senza che però potesse ritenersi giustificata quella “beata tranquillità in cui riposano le imprese”. L’inventore puntualizza che un apparato di sicurezza non implica che vengano abolite le regole della sorveglianza in linea; ma la responsabilità deve essere ripartita fra “una mente che pensa” e organi che “ubbidiscono ciecamente alle leggi fisiche”. Per non scaricare solo sulle Compagnie la colpa degli scarsi progressi nella sicurezza, Ceradini non porta il suo attacco solo alle loro rapaci e avide mani. Anche chi presenta proposte tecnologiche ha la sua quota di “colpa”; si deve, infatti, stigmatizzare anche la troppa complicazione dei meccanismi, o il difetto di automaticità, che può rendere inopportuno anche l’apparato più ingegnoso.

Ceradini passa ad illustrare i difetti dei precedenti sistemi “di sicurezza”. L’accusa che egli muove ai suoi predecessori è quella di voler raggiungere molti risultati in un solo apparato. Vedremo, però, che anche lui riuscirà a proporre un sistema la cui sicurezza non sarà così “totale” come propugnava nelle pagine del “Politecnico”.

Resta comunque nella logica che, alla fine dei conti, la gestione dell’informazione prodotta dall’apparato e la relativa decodifica in termini operativi sia affidata al macchinista; l’apparato infatti gli permette di avvertire l’avvicinarsi di un convoglio davanti a lui, diretto nello stesso senso oppure in senso opposto, quando il tratto di binario fra i due treni si riduce ad una certa misura. Il macchinista ottiene informazioni cui non aveva accesso.

LA STAZIONE

L’inventore afferma che i vantaggi del suo apparto sono una maggiore semplicità di costruzione e un maggiore automatismo nella segnalazione, meno legato alla manualità e alla professionalità del personale a terra. Vero.

La funzione movimentistica del capostazione, ancora nel 1856, è piuttosto limitata al non permettere l’ingresso dei treni in stazione fino a quando non siano stati predisposti i necessari itinerari (il famoso “disco”). Oltre al permesso di ingresso, il capostazione dà al treno il “permesso” di partire. Egli infatti, testimone fermo in una data località, è informato dell’arrivo del previsto treno incrociante o del tempo trascorso dalla partenza di un precedente treno nella stessa direzione. Ma non è in grado di sapere se il treno precedente ha liberato la tratta. E, sul semplice binario, non sempre è in grado di garantire che il collega dell’altra stazione non gli stia erroneamente inviando un treno.

La stazione non è ancora il centro decisionale che permette di assicurare la libertà della linea e rimane la località dove i treni si ricoverano, i viaggiatori salgono, scendono, si ristorano e le merci vengono caricate e scaricate. Un po’ come le stazioni di posta a cavalli, dove la diligenza arriva quando può e la responsabilità del viaggio cade sul cocchiere. Solo l’uscita da questa logica macchinista = cocchiere ha permesso di elevare veramente la velocità in linea pur accrescendo la sicurezza del viaggio.

COSTO-PRODUTTIVITÀ

Quasi prima ancora di iniziare la descrizione della sua proposta, l’inventore avvisa che il costo degli impianti sarebbe diminuito quanto più i circuiti sarebbero stati lunghi. È ovvio infatti che, se una tratta viene divisa in sezioni più lunghe e meno numerose, diminuisce la necessità di apparecchiature fisse mentre la lunghezza totale dei cavi elettrici, e quindi il loro costo, resterà più o meno uguale.

Con l’Apparato giunge un aumento della produttività teorica della tratta. Sul doppio binario, la possibilità di mandare treni alla distanza di due/quattro chilometri l’uno dall’altro -spazio medio fra due/tre case cantoniere- ne permette l’invio in una successione di tempi estremamente brevi. A 40-50 Km/h, la velocità dell’epoca, due chilometri si percorrono, più o meno, in tre minuti; molti meno dei “classici” venti minuti che erano stabiliti per offrire un vantaggio ritenuto sufficiente al treno inviato per primo. Sul semplice binario è sempre possibile inviare per errore un treno verso l’altro ma l’apparato permette di evitare gli scontri.

Ceradini non si cura di sottolineare –dovrebbe essere ovvio- che più il “blocco” è lungo, meno blocchi si possono predisporre a parità di tratta, meno treni possono entrare in linea e quindi minore sarà la potenzialità della linea. L’inventore cerca solo di superare problemi di sicurezza e di elettrotecnica e non di gestione del traffico.

Questa forse è una prima piccola carenza che Ceradini non riesce o non vuole cogliere. Vedremo però altre carenze verso la fine di questo scritto. Non saranno solo carenze di Movimento. E non saranno piccole.

L’ENERGIA

Osserviamo un apparato strettamente connesso, ça va sans dire, con la realtà scientifica e tecnologica dell’epoca, quando gli studi sull’elettricità erano cominciati da poco tempo. Nel 1867 l’unica sorgente di energia elettrica disponibile è ancora la pila in una delle sue già diverse forme tecnologiche. L’utilizzo di tensioni e potenze più elevate, derivanti dall’utilizzo della dinamo, deve aspettare ancora alcuni anni; l’”Anello di Pacinotti” è del 1860 ma la produzione industriale di energia elettrica inizia nel 1870 con l’accoppiamento delle dinamo alle turbine idrauliche.

La tecnologia a sua disposizione obbliga Ceradini ad abbinare la sicurezza con un apparato a basso consumo. Qui il consumo è limitato ai pochi istanti in cui il tasto, toccando i capocicli permette il breve passaggio di corrente nei circuiti. Nessun segnale perennemente acceso, nessun circuito sempre sotto tensione. Un apparato, se vogliamo, all’avanguardia nel settore ecologico, che non impegna risorse energetiche oltre l’indispensabile.

E nonostante il basso consumo Ceradini ci presenta un apparato rivoluzionario, con già ben delineato il concetto di “blocco” che divide in parti una tratta; con i “Posti di blocco” definiti nelle cantoniere. Un apparato in cui, diversamente da altri ritrovati tecnologici dell’epoca, il treno si autoprotegge in entrambe le direzioni e contiene già l’idea di ripetizione dei segnali in macchina.

L’APPARATO

L’Apparato Ceradini è composto di due parti; una parte fissa, posta nelle stazioni, lungo i binari e nelle “case cantoniere” edificate a distanze pressoché regolari; un’altra è la parte mobile che invece trova posto nella locomotiva e interagisce con la parte fissa.

È la parte mobile dell’apparato che, fornendo l’energia nell’attimo dell’interazione, “occupa” un circuito. “Ogni locomotiva porta con sé la possibilità di disporre successivamente gli estremi dei singoli circuiti in modo che la tratta non possa essere contemporaneamente percorsa da un secondo convoglio senza che il macchinista ne sia avvertito, e insieme la capacità di togliere tale disposizione quando abbandona il circuito”.

Nessuna necessità di corrispondenza segnaletica fra le stazioni. Al di là del futuro Blocco Cardani, molto oltre l’ancor più lontano Blocco Elettrico Manuale, l’Apparato Ceradini assomiglia in maniera strabiliante al Blocco Automatico che anche oggi utilizziamo. La sola differenza con la segnaletica più moderna è data dall’uso di segnali acustici anziché ottici.

Ma a ben vedere, ed è paradossale, proprio per quest’uso di segnali acustici in macchina, l’apparato presenta concetti molto simili all’odierna avveniristica tecnologia segnaletica adottata per le linee ad Alta Velocità: nessun segnale sul terreno e informazioni sullo stato della linea fornite direttamente al macchinista, alla guida della sua locomotiva.

Una lettura con gli occhi “movimentistici” mostra anche un’altra caratteristica che Ceradini stesso sembra non aver colto. Poiché l’apparato funziona egualmente in entrambe le direzioni, sul doppio binario può essere usato in maniera banalizzata! Anche se nessuno, nemmeno l’inventore, sembra essersene accorto, si realizza il potenziale pieno sfruttamento dell’infrastruttura già agli inizi della seconda metà del 1800.

La parte fissa

Questa è costituita da apparecchi, bobine, interruttori, cavi elettrici e quanto necessario a generare la risposta della parte mobile in caso di -diremmo oggi- “evento anomalo”.

Nella figura 1 l’inventore illustra2 schematicamente un’ipotesi di sette case cantoniere che sorgevano in genere a circa 2 chilometri di distanza. I circuiti permettono quindi il distanziamento di un treno ogni cantoniera. Le cantoniere sono disegnate alternativamente ai due lati del binario solo per maggior chiarezza grafica e i circuiti si presentano nella realtà come normali cavi telegrafici; se la linea era a doppio binario erano necessari due Apparati.

Fig. 1 - Circuiti della parte fissa per una tratta composta da 7 case cantoniere;
distinguibili bobine e ruote degli Apparecchi alternati; fra i binari, capocicli e interruttori degli Apparecchi di contatto

Per prima cosa notiamo come le cantoniere agli estremi siano dotate di un solo circuito e Ceradini le chiama semplice stazione d’allarme mentre invece le cantoniere intermedie saranno dotate di due circuiti e chiamate doppia stazione di allarme.

Con il circuito “a riposo”, tutti gli apparecchi di contatto, posti fra le rotaie assicurano la messa a terra nei rispettivi punti che Ceradini chiama “α”, “β”, “γ” ecc. Inoltre nei punti “b” e “b’ ” si stabilisce il contatto con la parte mobile al passaggio della locomotiva. Ceradini chiama questi (ed altri) punti “capocicli”. Ci permettiamo di “tradurre” capocicli con “componenti dell’apparato in cui il ciclo elettrico viene attivato oppure disattivato”. Il concetto e la funzione dei capocicli (quei “funghi” posti ai due lati della figura 3) si chiariranno nel corso della trattazione.

Sempre all’apparecchio di contatto, vengono inseriti ad un capo, nei punti “a”, “a’ ” i circuiti d’allarme, mentre l’altro capo viene collegato alle rotaie passando per la ruota di interruzioned” e “d’ ”. La condizione di questo circuito varia da “normalmente aperto” a “chiuso” nei punti “d” e “d’ ”, al passaggio della locomotiva, per l’intervento di un apparecchio che Ceradini chiama apparecchio alternante. Questo apparecchio alternante, posto nella casa cantoniera, è altresì collegato in “c” e “c’ ” con un circuito disponente che contiene un elettromagnete e si collega a cavi che correranno su pali lungo la linea. Nella doppia stazione di allarme si notano i cavi dei circuiti disponenti che si incrociano. Proviamo a capire come si prevede che debbano funzionare questi congegni.

L’Apparecchio alternante:

In figura 2 possiamo vedere, di fianco e davanti, l’apparecchio alternante che –appunto– ha la funzione di “alternare la possibilità” della corrente elettrica di procedere o meno nei circuiti. A questa parte dell’hardware è destinato il compito di predisporre l’apparato per un eventuale allarme. Quando la parte mobile eccita il circuito disponente, la tensione mette in funzione l’apparecchio alternante.

Fig. 2 - L’apparecchio alternante: alterna la possibilità di passaggio di corrente nei circuiti

Questo componente dell’Apparato è costituito da “una [sic] elettromagnete” e da una ruota d’interruzione. L’elettromagnete è direttamente collegato tramite i cavi del circuito disponente all’apparecchio di contatto (posto fra le rotaie e descritto più sotto) e al secondo elettromagnete della cantoniera successiva. Il nucleo dell’elettromagnete è collegato all’elemento “f” mantenuto a riposo dalla molla “h” (purtroppo invisibile nel disegno).

La ruota di interruzione presenta dei denti resi alternativamente “coibenti” (cioè elettricamente isolati) e “deferenti” (elettricamente conduttori). La ruota di interruzione comunica elettricamente con il capocicloa” tramite il nottolino “m” e con le rotaie tramite il perno e le “fantine di sostegno”, il supporto a forma di “A maiuscola” che sostiene la ruota.

Quando il circuito viene chiuso l’elettromagnete sposta l’àncora “f” che tramite un parallelogrammo di leve e bracci mette in movimento la ruota di interruzione. Questa gira per lo spazio di un dente passando da “dente isolato” a “dente conduttore”. Ciò permette il passaggio della corrente attraverso il nottolino “m”.

L’apparecchio di contatto

Fig. 3 - Con la grafica abbiamo ricostruito l’apparecchio di contatto con i quattro capocicli e, al centro, l’interruttore in posizione di riposo

L’apparecchio di contatto (ved fig. 3) è formato da due oppure quattro capocicli (dipende se la stazione d’allarme sarà semplice oppure doppia) e dall’interruttore. L’interruttore viene descritto nella figura 4, dove possiamo osservare, a sinistra lo spaccato visto di fianco e, a destra, la vista. La leva dell’interruttore è il braccio “b”, meglio visibile a destra, che viene spostato da una delle ali montate sotto la locomotiva. In mancanza di sollecitazioni meccaniche questo pendolo è mantenuto in posizione normalmente verticale da un peso. All’interno della cupola, il braccio “b” è collegato ad un tamburo metallico i cui bordi esterni sono isolati tranne il piccolo settore posto sulla verticale. Con il braccio “b” in posizione verticale, la corrente elettrica passa dalle molle “r” o “s” e viene scaricata a terra attraverso il settore non isolato e il perno “n” (il circuito è chiuso). Con lo spostamento del pendolo, la tensione passa attraverso le molle “re anches” al circuito disponente composto dagli elettromagneti “c” e “c’ ” dell’apparecchio alternante e il filo che li collega (il circuito è aperto). Un treno proveniente dalla sinistra dell’immagine utilizza il lato isolato destro del cerchio “q”. Viceversa, per un treno proveniente da destra viene utilizzato il lato “p”.

Fig. 4 - Ancora elaborazione grafica: fianco (spaccato) e, a destra, vista dell’interruttore: interrompe la normale messa a terra dei circuiti

La parte mobile

La parte mobile dell’apparato Ceradini è dotata di una sorgente propria di energia elettrica che viene costantemente tenuta pronta a essere utilizzata. La funzione essenziale è quella di segnalare al macchinista l’efficienza dell’apparato e di determinare, in corrispondenza delle singole case cantoniere, la continuità dei circuiti fissi con la parte mobile e la discontinuità dei circuiti disponenti rispetto al suolo.

La parte mobile è composta di tre elementi: una pila, un apparecchio avvisatore e un apparecchio di contatto.

L’Apparecchio avvisatore

In figura 5, è disegnato l’apparecchio avvisatore rispettivamente di fronte e di fianco.

Fig. 5 - Apparecchio avvisatore; vista e fianco: a sinistra visibili 2 elettromagneti, il campanello, la levetta del fischio di allarme, in basso al centro la levetta per il reset dell’apparecchio

Essendo “avvisatore”, l’apparecchio ha il compito di fornire al macchinista indicazioni sulla libertà della via attraverso i segnali. I segnali a disposizione saranno tre: 1) un fischio della locomotiva in abbinamento “tocco più fischio”; 2) un tocco di campanello e perfino 3) “la mancanza di un tocco di campanello” che, d’altra parte, ne ha la stessa valenza semiologia in quanto segnale “negativo”.

Il tocco di campanello segnala che l’apparato funziona correttamente quando il convoglio impegna e quando libera la tratta passando sui capocicli, mentre l’abbinamento “tocco più fischio” indica la presenza di un altro convoglio davanti nelle vicinanze. La mancanza del tocco al passaggio davanti alla casa cantoniera diventa segnale di allerta per il macchinista perché indica un guasto o un malfunzionamento del sistema.

Il tocco di campanello, ad ogni cantoniera, viene avvertito due volte: la prima al passaggio della locomotiva sul capociclo che “occupa” il circuito disponente successivo e, subito dopo, quando il tasto tocca il capociclo che “libera” il circuito disponente appena abbandonato.

Il fischio viene emesso solo quando la locomotiva passa su un capociclo attivato da un’altra. Con il fischio viene sempre emesso anche il tocco di campanello perché le due bobine dell’avvisatore sono collegate in serie con la pila.

Gli organi di controllo sono collegati con un elettromagnete debole che all’arrivo della tensione, muove un martelletto che produrrà il citato tocco. Viene contestualmente stabilito un contatto per cui la corrente ripercorre l’elettromagnete in senso inverso richiamando il martelletto nella posizione iniziale, pronto al successivo tocco.

Gli organi di allarme, sono in contatto con la parte destra dell’apparecchio avvisatore; se il relativo elettromagnete viene eccitato, si apre un apposito rubinetto del vapore e viene emesso il fischio generato da quella cupola posta sopra l’apparecchio. Una volta che il fischio sia partito può essere chiuso solo con un reset manuale del macchinista.

L’apparecchio avvisatore è collegato all’apparecchio di contatto. Le correnti sono deboli e quindi in grado di mettere in azione solamente il campanello. Per azionare il fischio, segnale di maggior pericolo, è necessaria l’azione di correnti più forti che arrivano all’apparecchio avvisatore, se le condizioni lo richiedono e lo permettono.

Il dispositivo che causa l’emissione del fischio apre, contemporaneamente, anche il circuito elettrico che dalla batteria porta corrente ai capocicli. Questa corrente viene meno per cui non si corre il rischio di un’indebita “occupazione” o “liberazione” di tratta quando la locomotiva, nello slancio, toccherà il successivo capociclo a ciò deputato. In tal modo anche la locomotiva dell’altro treno interessato può emettere il fischio quando impegna il primo capociclo di allarme incontrato.

Il tasto e le ali

In figura 6 si vede l’apparecchio di contatto nel momento in cui il capociclo viene attivato dal passaggio della locomotiva. Posti sotto la locomotiva (che qui non si vede) vengono montati due dispositivi che Ceradini chiama: tasto e ali. La Fig. IV mostra il contatto fra il tasto e un capociclo dopo che un’ala ha posto in posizione obliqua il braccio “b” dell’interruttore; la Fig. V, con punto di vista verso il davanti della locomotiva, mostra le lamelle del tasto sopra il capociclo e a sinistra l’ala a contatto, con il braccio “b”.

Fig. 6 - A sinistra, fianco dell’ala che ha già spostato il braccio dell’interruttore: il tasto tocca il capociclo “b”; si attiva il circuito successivo. A destra la situazione vista da “fronte treno”

Il tasto (quell’oggetto triangolare col vertice in basso al centro della Fig. IV e meglio disegnato a contatto con il capociclo nell’adiacente Fig. V) è costituito da una sottile lamina di rame, stretta in una camicia di gomma e supportata da alcune molle; è quindi dotato di una certa flessibilità non disgiunta da una relativa rigidezza. È collegato all’apparecchio avvisatore della locomotiva ed è sostenuto da una barra orizzontale cui sono appese anche le due ali.

Le ali sono due barre di ferro a “U” poste simmetricamente ai lati del tasto. Esse serviranno a spostare il braccio “b” dell’interruttore dell’apparecchio di contatto. La loro lunghezza è tale da mantenere il braccio in posizione non verticale (e quindi aperto il circuito) fino a quando il tasto avrà toccato tutti i capocicli dell’apparecchio di contatto. Si realizza così la discontinuità momentanea del circuito disponente rispetto alla “terra” quando il tasto tocca il capociclo. La batteria alimenta i solenoidi degli apparecchi alternantic” della cantoniera impegnata e “c’ ”della seconda successiva (ved. fig. 7) determinando l’occupazione della tratta. La liberazione avviene in maniera analoga quando il convoglio alimenta il capociclob’ ” della seconda cantoniera successiva.

I momenti del contatto fra il tasto e i capocicli sono quelli determinanti nel ciclo percezione-reazione-segnalazione. E finalmente, con Ceradini, vediamo cosa succede quando una locomotiva entra in tratta.

“MODO DI FUNZIONARE DELL’APPARATO”

Si supponga una locomotiva che entri in tratta in direzione da sinistra a destra nello schema di figura 7, toccando i capocicli posti fra le rotaie nei pressi della cantoniera n. 1. Tutti gli apparati sono “a riposo”; i nottolini e le ruote degli apparecchi alternanti non sono in contatto perché isolati dal dente coibente. Così quando il tasto tocca il capocicloa” non si ha passaggio di corrente e, conseguentemente, nessun allarme.

Poi, mentre il tasto percorre il breve tratto “a-b” fra il primo e il secondo capociclo, l’ala ha già spostato il braccio “b” dell’interruttore in posizione non verticale (ved. anche figura 6). Questo spostamento fa ruotare il cerchio parzialmente isolato, interno all’interruttore (ved. anche figura 3); viene così predisposto l’apparecchio di contatto per deviare la corrente elettrica quando avverrà il contatto tra il tasto e il successivo capociclo.

Mentre il braccio “b” dell’interruttore viene mantenuto obliquo dalle ali, il procedere del treno porta il tasto a toccare il capociclob”. La corrente elettrica che proviene dalla pila della locomotiva non viene più deviata a terra ma inviata all’elettromagnete “c” del primo apparecchio alternante. La tensione fa scattare l’àncora “f” che, tramite il sistema di leve, fa girare la ruota di interruzione per lo spazio di un dente. Questo passa, come abbiamo visto, da coibente a deferente ovvero conduttore. Si predispone così il capocicloa” (il primo della casa cantoniera n. 1) per un allarme ad un eventuale treno successivo; questo, entrando in tratta, farà scattare l’allarme nella sua stessa locomotiva. Il primo treno si è autoprotetto a tergo.

La corrente elettrica procede, inoltre, fino alla cantoniera n. 3 e all’elettromagnete “c’ ”. Qui la ruota di interruzione, girando fino a un dente deferente (conduttore) si predispone per l’allarme di un treno in senso opposto, devia la tensione all’interruttore “γ” che avendo il braccio “b” in posizione verticale manda a massa la corrente chiudendo così il circuito. Il treno si è autoprotetto davanti.

Per rimanere nell’esempio, dopo che la cantoniera n. 1 ha attivato il capocicloa’ ” della cantoniera n. 3, nella locomotiva di un eventuale treno che proceda in senso opposto, quando il tasto entra in contatto con il capocicloa’ ” della cantoniera n. 3 parte il fischio di allarme.

Alla successiva casa cantoniera n. 2 il ciclo si ripete con la sola differenza di inviare la tensione all’elettromagnete dell’apparecchio alternate della cantoniera n. 4. Quando la locomotiva supera la seconda casa cantoniera sono attivi i capocicli di allarme “a” delle case cantoniere n. 1 e n. 2 e i capociclia’ ” delle cantoniere n. 3 e n. 4.

Fig. 7 - Tre momenti dell’avanzamento della locomotiva con relativi circuiti disponenti attivati

Il treno continua a correre e porta il tasto a toccare il capocicloa” della cantoniera n. 3 (ved. fig. 8). Come nel caso delle cantoniere n. 1 e n. 2 non si ha passaggio di corrente. Quando, come nei casi precedenti, il tasto tocca il capociclob”, la corrente attiva l’apparecchio alternantec” della cantoniera n. 3 e “c’ “ della cantoniera n. 5. E così via. Il macchinista continua a percepire il “tocco” della campanella quando impegna la nuova tratta e, subito dopo, anche quando libera il circuito disponente appena percorso. La via è libera. Lo è davvero?

La “liberazione” del “blocco” alla cantoniera n. 1 avviene quando il tasto arriva a contatto con il capociclob’ ” della cantoniera n. 3 (il cui braccio “b” dell’interruttore è stato posto in posizione non verticale dall’ala). La corrente, a questo punto, passa dalla locomotiva all’elettromagnete “c’ ” che fa girare la ruota “d’ ”. Il dente della ruota, a contatto con il nottolino, passa da deferente (conduttore) a coibente (isolante). Si disattiva il capociclo a’ ” della cantoniera n. 3 che era stato attivato dall’interruttore della cantoniera n. 1. Inoltre la corrente viene inviata all’elettromagnete della cantoniera n. 1, la relativa ruota di interruzione gira posizionando un dente coibente contro il nottolino e si disattiva il primo capocicloa”. L’interruttore dell’apparecchio alternanteα” mette a terra il circuito, il sistema è “a riposo” e il “blocco” risulta libero. Un secondo treno può entrare nella prima tratta.

Fig. 8 - La locomotiva attiva il capociclo “a” e il relativo circuito (rosso) e poi il capociclo “b” disattivando il circuito precedente (celeste)

Naturalmente quando il treno impegna l’apparecchio alternante della cantoniera n. 4 si “libera” la tratta “protetta” dalla cantoniera n. 2 e così proseguendo.

La corrente generata dalla batteria posta sulla locomotiva deve attivare quattro elettromagneti; due sulla locomotiva e altri due, degli apparecchi alternanti, posti ai capi di ben 4 chilometri di cavo. Questo fatto rende la corrente stessa estremamente debole e tuttavia sufficiente ad eccitare l’elettromagnete di “bassa potenza” dell’apparecchio avvisatore; sufficiente per attivare il campanello ma non abbastanza da permettere all’apparecchio avvisatore di emettere fischio della locomotiva. In condizioni di “via libera” il macchinista, al passaggio del treno presso le cantoniere, percepisce due ”tocchi” del campanello; il primo conferma l’attivazione dei circuiti di allarme che potremmo definire di “protezione anteriore”; il secondo conferma la disattivazione dei circuiti di allarme di “protezione posteriore”.

Purtroppo, però non sempre la via è libera; se fosse sempre libera l’apparato sarebbe del tutto inutile. Possiamo avere due casi principali di occupazione della tratta: a) si ferma un treno che precede il secondo; b) due treni viaggiano in direzione opposta sullo stesso binario della stessa tratta.

Treni in successione

Si supponga che un treno (celeste) viaggiante da “1” a “7” abbia impegnato la tratta fra le cantoniere n. 4 e n. 5. Esso ha attivato i circuiti fino alla cantoniera n. 6 e ha “liberato” i circuiti che erano stati attivati alle cantoniere n. 1 e n. 2. In un treno che proceda nella stessa direzione, quando il tasto entra in contatto con il capocicloa” della cantoniera n. 3, ancora attivato, mette in azione il fischio della locomotiva (ved. fig. 9).

Fig. 9 - La seconda locomotiva tocca il capociclo attivato dalla prima si sentono il tocco e il fischio

Il macchinista che sente il fischio, non sa se la locomotiva più avanti procede nella stessa direzione o gli sta venendo incontro. Inoltre l’apparato entra in loop e deve essere resettato. Ceradini suggerisce una metodologia per consentire al macchinista di avere una prima informazione; la vedremo al successivo punto.

Treni in senso contrario

Secondo caso, un treno (rosso) che procede da “7” a “1”, alla cantoniera n. 5 ha già attivato il circuito di allarme della cantoniera n. 3. Un treno procedente in senso opposto, regolarmente transitato dalla cantoniera n. 2 ha attivato i circuiti fino alla cantoniera n. 4.

Fig. 10 - I treni incontrano i capocicli attivati dall’altra locomotiva; in entrambe le locomotive si attivano tocco e fischio

I due treni, procedendo l’uno verso l’altro toccano i capocicli attivati dall’altro treno (ved. fig. 10) rispettivamente nel capocicloa’ ” della cantoniera n. 4 per il treno da destra, e il capocicloa” della cantoniera n. 3 per il treno da sinistra. L’apparecchio avvisatore del treno che per primo tocca il capociclo attivato fa partire il fischio e nello stesso istante interrompe il circuito di alimentazione. Il capociclo attivato rimane tale e l’apparecchio avvisatore del secondo treno, quando tocca questo capociclo, fa a sua volta partire il fischio e interrompe il circuito di alimentazione. Nel solo tempo strettamente necessario entrambi i macchinisti sono così avvisati del pericolo.

IN CASO DI ALLARME

Come si comporteranno i macchinisti (ai quali, lo ricordiamo, spetta tutta la responsabilità di procedere o meno)? L’adozione di un sistema automatico di controllo della libertà del binario avrebbe certamente permesso alle Compagnie ferroviarie di ridurre o addirittura eliminare i cantonieri. Ne deriva che sarebbe spettato al personale dei treni di attivarsi per ottenere informazioni e istruzioni. Nel 1867 i telegrafi erano, da tempo, di uso piuttosto comune e quindi dalle cantoniere o addirittura dalla linea -come permetteva l’Avvisatore Elettrico Vincenzi testato sulla Siena-Asciano nel 1863- era possibile mettersi in contatto con le stazioni. Ma Ceradini suggerisce anche altri comportamenti.

In caso di segnale di allarme, il macchinista, una volta arrestato il convoglio e riarmato l’apparecchio avvisatore, può retrocedere alla cantoniera e controllare lo stato della ruota di interruzione dell’apparecchio alternante; se dopo qualche minuto il dente della ruota di interruzione passa da conduttore a isolato significa che il treno “antagonista” ha liberato la tratta e quindi viaggia nella stessa direzione. Senza bisogno di M40 il macchinista può riprendere la corsa avendo ottenuto l’informazione di un altro convoglio “a distanza di blocco”.

Se invece la ruota di interruzione, non si muove, il macchinista può supporre che l’altro treno proceda in senso contrario oppure si sia fermato in linea. E seguire le procedure prescritte.

CASI PARTICOLARI

Un caso particolare potrebbe essere quello di un treno che si fermi dopo aver attivato i circuito alternante senza portare tutto il convoglio al di là della cantoniera. In questo caso un treno successivo si fermerebbe solo ad una tratta di distanza ma sempre all’altezza della cantoniera precedente e quindi distanza di sicurezza.

Un altro caso particolare, ipotizzato da Ceradini stesso, è la possibile millimetrica contemporaneità dei contatti di due treni che procedono in senso contrario. In questo caso le due locomotive generano due correnti elettriche uguali e di segno opposto che si azzerano. In nessuna si avverte, quindi, il tocco di campanello. Caso pochissimo probabile e comunque l’assenza del tocco mette in allarme i macchinisti. Retrocesso il treno fino a rialimentare il capociclo, se si avrà il tocco sapranno che davvero un treno sta procedendo in senso contrario: se il campanello rimarrà silenzioso si tratterà di un guasto al circuito disponente.

CONCLUDENDO

Un apparato davvero interessante testimone dello sforzo tecnologico di un’epoca manipolatrice di risorse molto limitate; ne abbiamo visto e approvato ogni punto positivo, ogni idea rivoluzionaria. Ma era davvero efficiente, e sufficiente, sul fronte della sicurezza? Nelle ultime parole della presentazione Ceradini si sbilancia in un po’ di propaganda:

...se la pluralità degli apparecchi fissi considerata dal punto di vista economico può sconsigliarne l’applicazione, in pari tempo però la loro semplicità e la conseguente pluralità dei circuiti, di cui una singolare interruzione non rende inefficace l’apparato che rispetto ad una frazione trascurabile del binario, dovranno riguardarsi come la miglior guarentigia di perfetto successo3.

Alcune osservazioni sono allora necessarie.

  • Per prima cosa si deve notare che per un corretto funzionamento dell’intero sistema è necessario che tutte le locomotive siano dotate della parte mobile dell’apparato. La mancanza della parte mobile in una locomotiva toglie ogni possibilità per la stessa di colloquiare con il sistema, di rendergli nota la sua presenza e la sua posizione. Questa locomotiva “clandestina” rende incerta o addirittura pericolosa l’intera gestione del traffico e richiede l’attivazione di procedure manuali che abbassano il livello di automatismo nella sicurezza. Si torna alla “mente che pensa” mentre scompaiono gli organi che “ubbidiscono ciecamente alle leggi fisiche”; aumentano i tempi e quindi i costi di lavorazione.
  • Un secondo limite si osserva nel fattore meccanico. Il braccio “b” dell’interruttore, costretto a ripetuti violenti urti, corre il serio rischio di rompersi in breve tempo. Le ovvie conseguenze sembrano chiare, pesanti. Il problema è parzialmente risolvibile con una attenta manutenzione ma certamente costoso e foriero di insicurezze.
  • Un altro punto di discussione sulla affidabilità del sistema viene dall’ancora immatura tecnologia elettrotecnica. Ceradini stesso si trova in difficoltà nel quantificare le grandezze elettriche in gioco: “La pila, di cui il numero degli elementi può essere determinato dalla pratica, meglio che dal calcolo delle resistenze utili e passive, che entrano nel suo circuito in misura variabile”. Un forse troppo sbrigativo suggerimento di determinare la potenza richiesta dalle batterie con un metodo empirico-tautologico del tipo “se funziona vuol dire che funziona”. Peccato, ci viene spontaneo dire, che “se non funziona...Crash!
  • Parliamo ora dell’altra caratteristica negativa anticipata al punto 3. Ed è un’ipotesi, purtroppo, di una certa frequenza.

Poniamo che una locomotiva abbia toccato tutti i tasti delle cantoniere e abbia occupato e liberato i vari circuiti. Secondo l’apparato, la tratta fra le cantoniere è libera da treni quando la locomotiva ha “liberato” i capocicli della cantoniera di fine “blocco”. Ma se un treno si spezza (ed era fatto piuttosto comune) la locomotiva, passando sul capociclo previsto, segnalerà il ripristino dei circuiti. Carri e carrozze, però, non sono dotati di parte mobile e non intervengono nella manovra degli apparati. Solo le locomotive lo fanno.

Il macchinista di un treno che segue, essendo tutti i circuiti “a riposo”, percepisce i regolari tocchi del campanello e il convoglio prosegue, tranquillo e inconsapevole, alla folle velocità di 40-50 Km/h, verso il suo destino.

Ma la tratta non è libera! Il cantoniere che vede passare il treno senza coda può trovarsi anche a più di due chilometri di distanza e può non essere in grado di segnalare l’ostacolo in tempo utile. Oppure, peggio, non c’è più nemmeno il cantoniere, amaramente licenziato per colpa delle novelle diavolerie tecnologiche.

Nessuno, a terra, è in grado di avvisare il treno a seguito. Chi eviterà una catastrofe ferroviaria? Chi salverà uomini e mezzi? Questo Ceradini non lo dice.

Per “fortuna” nel 1867 i freni non sono ancora del tutto sicuri. La nostra ipotesi è che potrà intervenire il frenatore di coda scarrozzato nella sua angusta garitta. Sarà l’utilissimo collega, una volta frenato lo spezzone, con un’affannata e veloce corsa ad affrettarsi incontro all’eventuale treno inseguitore con una bandiera o una lanterna.

La critica definitiva

Il colpo finale al “perfetto successo” per un apparato con intuizioni, peraltro, rivoluzionarie, lo dà la mancanza di una sicurezza intrinseca al sistema. Aggravante: l’assenza di circuiti di diagnostica e segnalazione di un’anormalità. E questa, purtroppo, è la critica più “definitiva”. L’apparato Ceradini non si dispone automaticamente “a via impedita” in caso di guasto. E niente informa gli operatori della situazione. Unico dato, il sistematico tocco di campanello che assicura la sola continuità dei circuiti elettrici.

Esempio: una ruota di interruzione può rimanere bloccata (un insetto o un piccolo oggetto) mantenendo il dente “coibente” (isolato) a contatto col nottolino. In tal caso l’energia elettrica segue il suo normale percorso e viene scaricata a terra e il “tocco” del campanello si fa sentire anche se la sezione a valle è impegnata. Secondo l’inventore, abbiamo letto più sopra, “una singolare interruzione non rende inefficace l'apparato che rispetto ad una frazione trascurabile del binario”. Peccato che quella “trascurabile frazione” possa essere proprio quella dove si trovano interi treni con personale e viaggiatori!

E allora è logico che chi guida la locomotiva (e con lui tutti i trasportati) si chiedano: ”la via è davvero libera? Oppure non lo è, e l’apparato non lo segnala?

Questa terribile domanda segna la fine della tranquillità di chiunque utilizzi l’Apparato elettro-automatico applicabile alle ferrovie per prevenire l’urto dei convogli. L’apparato di Ceradini a quanto risulta, non è mai stato acquistato dalle Compagnie ferroviarie. E forse queste nostre ultime considerazioni sono state fatte anche da avveduti funzionari e dirigenti di un secolo e mezzo fa. Tutte le “terribili domande” devono avere una risposta. Sicura. Definitiva.

Ceradini non aveva previsto proprio tutto. Ma aveva fatto un grande passo avanti, aveva indicato la strada ed era arrivato lontano. Già nel 1867. Chissà chi lo ha seguito lungo quella strada.



Note

  1. Cfr. Il Politecnico, Milano, Vol. III, 1867, fasc. I, pag. 65-78.
  2. Non viene specificato ma è plausibile che le immagini siano di mano di Ceradini stesso. È stato effettuato un robusto lavoro di ripulitura ma il totale restauro è piuttosto difficoltoso; speriamo che la decisione di mantenere quest’aria fané, anziché ridisegnare ex novo i vari componenti, ci riporti con maggiore intensità all’epoca dei pionieri. Sofferta è la decisione di riscrivere le lettere. Didattica vs. nostalgia. Abbiamo cercato la minore invasività possibile.
  3. Il Politecnico, cit., pag. 78.