Perché i treni merci lunghi chilometri frenano con un tubo d'aria
Scopri come funzionano i freni dei treni: un tubo a 5 bar tiene aperti i ceppi e una caduta di pressione aziona i serbatoi da 65 litri su ogni vagone.
Su una colonna di 100 carri l'onda pneumatica impiega fino a 16 secondi per andare dalla testa alla coda del treno.
- Pressione in condotta
- 5 bar
- Aria nella condotta generale che mantiene sfrenati i carri e carica i serbatoi[1]
- Serbatoio ausiliario
- 65 litri
- Riserva d'aria a bordo di ogni vagone che alimenta il cilindro freno a 3,8 bar[2]
- Ritardo su 100 vagoni
- 16 secondi
- Tempo di propagazione sequenziale dell'onda pneumatica dalla testa alla coda[4]
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Come lavorano condotta generale, distributore e serbatoi su ogni vagone
- Serbatoio di comando (15 litri): camera di riferimento sigillata a 5 bar costanti durante la marcia, che fornisce al distributore la quota di paragone rispetto alle cadute di pressione nella condotta generale.[10][11]
- Serbatoio ausiliario (65 litri): accumulatore locale caricato a 5 bar che immagazzina il volume d'aria destinato ad alimentare il cilindro del freno durante la decelerazione.[2]
- Cilindro freno (fino a 3,8 bar): attuatore a pistone collegato alla timoneria meccanica, mantenuto in comunicazione con lo scarico atmosferico finché l'otturatore principale del distributore resta abbassato in assetto di marcia.[11][12]
- Condotta principale (8–10 bar): seconda tubazione affiancata alla condotta generale sui rotabili moderni per rifornire senza sosta i serbatoi ausiliari, rendendo il freno inesauribile anche dopo ripetute frenate su lunghe discese.[9][10]
La barriera della velocità del suono e gli urti nei convogli chilometrici
Come si fermano i treni da oltre due chilometri: EOT, trazione distribuita ed ECP
| Architettura frenante | Trasmissione comando | Stato condotta in frenata | Impatto su convogli lunghi |
|---|---|---|---|
| Pneumatico convenzionale | Onda di depressione nell'aria | Scarica di 1,5 bar (a 3,5 bar) | Fino a 16 s di ritardo su 100 carri[4][12] |
| Pneumatico con EOT e DP | Radio verso coda o motrici remote | Scarica distribuita lungo il treno | Valvola EOT aperta entro 1 s[4][19] |
| Elettropneumatico ECP (AAR S-4200) | Rete a 230 V DC (almeno 160 CCD) | Sempre carica in pressione | Spazi d'arresto ridotti del 40%–60%[14][20][21] |
Spazi d'arresto reali e limiti di aderenza ruota-rotaia nell'alta velocità
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Domande frequenti
Come funzionano i freni dei treni quando un convoglio si spezza in due?
Perché i freni ferroviari usano la caduta di pressione invece di spingere l'aria nei cilindri?
A cosa servono il serbatoio da 65 litri e quello da 15 litri sotto ogni vagone?
Perché la velocità del suono limita la lunghezza dei treni merci?
Cosa sono i freni elettropneumatici ECP e la trazione distribuita?
Quanti metri servono a un treno merci o ad alta velocità per fermarsi del tutto?
Fonti
23 riferimenti Mostra Nascondi
- Politecnico di Torino — Tesi di laurea sull'impianto frenante ferroviario (Condotta generale a 5 bar) (si apre in una nuova scheda)
«Il fluido carica la condotta generale stabilendo in essa una pressione di 5 bar, come da normativa [N1].»
- Wikipedia — Freno continuo automatico Westinghouse (Serbatoio ausiliario da 65 litri) (si apre in una nuova scheda)
«serbatoio ausiliario (SA), immagazzina le capacità utilizzate per la frenatura, ha una capacità di 65 l ed è caricato a 5 bar di pressione;»
- Unione Europea — Regolamento (UE) n. 1302/2014 STI LOC&PAS (Spezzamento del treno) (si apre in una nuova scheda)
«In caso di spezzamento accidentale del treno, le due parti del treno devono essere portate all'arresto completo; non occorre assicurare che le prestazioni di frenatura delle due parti del treno coincidano con quelle in modalità normale.»
- Federal Railroad Administration / PHMSA — Operational Controls for High-Hazard Flammable Trains (2015) (si apre in una nuova scheda)
«For example, in a 100-car train it could take up to 16 seconds as the brakes fully apply sequentially from front-to-back.»
- Wikipedia — Railway air brake (Straight air brake weakness) (si apre in una nuova scheda)
«A critical weakness of the straight air braking system is that any failure in the piping, such as a blown air hose, that causes a loss of pressure will render the brakes inoperative.»
- National Inventors Hall of Fame — George Westinghouse Jr. (si apre in una nuova scheda)
«He then worked on a system of railroad brakes that would centralize control in the hands of the engineer. He was awarded the first of many air brake patents in 1869 and at 22, organized the Westinghouse Air Brake Company; in 1882 he organized the Union Switch and Signal Company.»
- Google Patents — US144006A George Westinghouse Steam and Air Brakes (Triple valve) (si apre in una nuova scheda)
«A triple valve arranged, in combination with a line of brakepipe, auxiliary reservoir, and brake-cylinder, so that by the introduction of compressed air or steam the auxiliary reservoir will be charged and the brakes let ofi", and when the airis let oii' from such pipes an opening will be made from the auxiliary reservoir to the brake-cylinder, substantially as set forth.»
- Google Patents — US144006A George Westinghouse Steam and Air Brakes (Automatic application) (si apre in una nuova scheda)
«If now it be required to put on the brakes, air is allowed to escape from the air-pipe, either by opening a cock or valve by hand or automatically, (in the manner described in the speciications referred to above,) when the air-pipe or its connections give way, or when a carriage becomes detached or runs oft' the line.»
- Politecnico di Torino — Serbatoio principale da 1.200 litri a 8–10 bar (si apre in una nuova scheda)
«Una volta trattata, l’aria viene accumulata in un serbatoio (2) che prende il nome di serbatoio principale , la cui capacità può giungere fino a 1200 litri, ad una pressione compresa tra 8-10 bar.»
- Wikipedia — Freno continuo automatico Westinghouse (Valvola tripla e distributore) (si apre in una nuova scheda)
«Su veicoli datati può essere presente la "valvola tripla" – ossia un tipo di distributore a scarico diretto[17] – su tali veicoli il freno è esauribile in quanto non è presente il serbatoio di comando e il valore di pressione di riferimento è quello della condotta generale.»
- Politecnico di Torino — Serbatoio di comando da 15 litri a 5 bar (si apre in una nuova scheda)
«Questo serbatoio, dotato di una capacità di circa 15 litri, si trova ad una pressione di 5 bar, sempre costante.»
- Politecnico di Torino — Pressione di frenatura completa a 3,8 bar (si apre in una nuova scheda)
«La frenatura completa si ottiene, su veicolo reale, ottenendo una diminuzione di pressione in condotta generale pari a 1.5 bar e un aumento di pressione al cilindro-freno fino ad un valore pari a 3.8 bar.»
- Politecnico di Torino — Dispositivo vuoto-carico sui carri merci (si apre in una nuova scheda)
«Il dispositivo vuoto-carico risulta molto importante, in quanto, in base alla massa del convoglio, rilevata con una cella di pesatura, consente di regolare la pressione in ingresso al cilindro-freno e, dunque, la forza frenante.»
- Federal Railroad Administration (FRA) — Electronically Controlled Pneumatic Brake Systems (2007) (si apre in una nuova scheda)
«The electronic signal's speed ensures an instantaneous, simultaneous, and even activation of each car's brake valves, significantly reducing braking distances—40 to 60 percent for the longest trains—and minimizing the consequences of collisions or derailments by reducing the collision speed and slowing the non-derailed portion of the train.»
- PLOS One — Finite Volume Method modeling of railway brake pipe pressure waves (2025) (si apre in una nuova scheda)
«The FVM is particularly well-suited for modeling the propagation of pressure waves and mass flow in the brake pipe, as it ensures conservation of mass and momentum across control volumes, which is essential for capturing the dynamic behavior of compressible air in long pipelines.»
- Wikipedia — Railway air brake (Emergency local venting) (si apre in una nuova scheda)
«To prevent this, each triple valve's emergency portion contains an auxiliary vent port that, when activated by an emergency application, locally vents the brake pipe pressure directly to the atmosphere. This serves to vent the brake pipe more rapidly and hasten the propagation of the emergency reduction rate along the entire length of the train.»
- Federal Railroad Administration / PHMSA — Operational Controls for High-Hazard Flammable Trains (Stopping distance) (si apre in una nuova scheda)
«When a train is long and heavy, as is typically the case in the context of an HHFT, a conventional air brake system can easily take over one-half mile to bring a train to a stop, even with the emergency brakes applied.»
- Wikipedia — Railway air brake (Reservoir recharge duration) (si apre in una nuova scheda)
«The car reservoirs recharge only when the brake pipe pressure exceeds the reservoir pressure. Fully recharging the reservoirs on a long train can require considerable time (8 to 10 minutes in some cases[10]), during which the brake pipe pressure will be lower than locomotive reservoir pressure.»
- Federal Railroad Administration / PHMSA — Operational Controls for High-Hazard Flammable Trains (Distributed Power) (si apre in una nuova scheda)
«The DP system works through the control of the rearward locomotives by command signals originating at the lead locomotive and transmitted to the remote (rearward) locomotives. While distributed power technically is not a braking system, the additional power source in or at the rear of the train consist do provide enhanced braking for a train. The addition of a DP locomotive allows for the braking effort to be distributed throughout the train and allows for a more uniform braking effort than with a conventional air brake system.»
- Federal Railroad Administration (FRA) — Electronically Controlled Pneumatic Brake Systems (AAR S-4200 standard) (si apre in una nuova scheda)
«The main standard, S-4200, ensures that the functionality and performance of freight ECP brake systems are uniform and consistent among equipment from different manufacturers, that cars equipped with AAR-approved ECP brake systems from different manufacturers are interoperable, and that AAR-approved electronic brake systems meet a high standard of safety and reliability.»
- Federal Railroad Administration (FRA) — Electronically Controlled Pneumatic Brake Systems (PSC 230 VDC and 160 CCDs) (si apre in una nuova scheda)
«A Power Supply Controller (PSC)—mounted within the locomotive and providing 230 VDC of electricity—interfaces with the train line cable's communication network, provides power to all connected CCDs and ECP-EOT devices, and controls the train line power supply as commanded by the HEU. Under the AAR standards, a single power supply shall be capable of supplying power to an ECP brake equipped train consisting of at least 160 CCDs and an ECP-EOT device.»
- Unione Europea — Regolamento (UE) n. 1302/2014 STI LOC&PAS (Limite di aderenza ruota-rotaia 0,15) (si apre in una nuova scheda)
«Il sistema frenante di una unità deve essere progettato in modo che le prestazioni del freno di emergenza (incluso il freno dinamico se esso contribuisce a tali prestazioni) e le prestazioni del freno di servizio (senza freno dinamico) non presuppongano per ciascuna sala montata un'aderenza ruota-rotaia, calcolata nella gamma di velocità > 30 km/h e < 250 km/h più elevata dello 0,15, con le seguenti eccezioni:»
- Unione Europea — Regolamento (UE) n. 1302/2014 STI LOC&PAS (Distanze di arresto d'emergenza) (si apre in una nuova scheda)
«Inoltre per le unità valutate in composizione bloccata o predefinita e con velocità massima di progetto pari o superiore a 250 km/h, la distanza di arresto in caso di «prestazioni di frenatura d'emergenza in modalità normale» non deve superare i seguenti valori in condizione di «carico normale»: — 5 360 m a partire dalla velocità di 350 km/h (se ≤ velocità massima di progetto) — 3 650 m a partire dalla velocità di 300 km/h (se ≤ velocità massima di progetto) — 2 430 m a partire dalla velocità di 250 km/h — 1 500 m a partire dalla velocità di 200 km/h»