Una modellizzazione più precisa per ferrovie potenzialmente più silenziose
Mentre l’iniziativa dell’UE Shift2Rail mira ad aumentare il traffico ferroviario, sostenendo i suoi obiettivi ambientali, il piano d’azione pluriennale associato riconosce che il rumore e le vibrazioni generati dal settore ferroviario continuano a rappresentare una sfida significativa. Varie iniziative di valutazione del rumore hanno portato allo sviluppo di CNOSSOS, lo standard industriale europeo, ma mancano ancora i metodi per misurare con precisione le fonti specifiche di rumore, come l’accelerazione del treno o la rugosità delle ruote. Gli strumenti di simulazione e riduzione del rumore del progetto TRANSIT, finanziato dall’UE, sono stati progettati per aiutare a risolvere il problema. «Le nostre soluzioni ci avvicinano all’obiettivo finale della certificazione virtuale. Essere in grado di prevedere con precisione il rumore di un particolare veicolo in uno scenario di passaggio complesso, basandosi esclusivamente sulle previsioni dei modelli, farà risparmiare alle compagnie ferroviarie tempo e costose misurazioni manuali», spiega Ines Lopez Arteaga, coordinatrice del progetto e docente presso l’Università tecnica di Eindhoven, ente ospitante.
Modelli basati su test di laboratorio e sul campo
Sono state effettuate misure in laboratorio al fine di caratterizzare i livelli di rumore di una serie di componenti ferroviari, dai sistemi HVAC a quelli di trazione. In tal modo è stato possibile aiutare il modello di TRANSIT a isolare e misurare il contributo dei singoli componenti ferroviari responsabili del rumore durante il passaggio. Il rumore di rotolamento, ad esempio, è causato dalle vibrazioni delle ruote e delle rotaie determinate dalla rugosità combinata di questi due componenti. Per identificare il contributo relativo di ciascuno di essi, oltre a conoscere il rumore che producono, è necessario conoscerne anche la rugosità. «Anche se le ruote fossero silenziose, più sono ruvide, più la rotaia farà rumore a causa dell’interazione con esse», osserva Arteaga. «La rugosità combinata può essere ricavata dalle misurazioni delle vibrazioni della rotaia, ma per separare la rugosità della ruota da quella della rotaia è necessario che almeno una di esse venga misurata.» La soluzione di TRANSIT è stata quella di impostare una soglia di rugosità, basata su più passaggi, per la ruota o per la rotaia, a seconda di quale sia la più bassa. Sono state quindi effettuate misure dell’accelerazione verticale del fungo della rotaia su singole ruote, carrelli o interi treni. «Il nostro metodo consente di stimare la rugosità delle ruote e delle rotaie senza misurare direttamente la rugosità di queste ultime. L’obiettivo finale è misurare separatamente il contributo della ruota e dei binari al rumore di rotolamento», aggiunge Arteaga. L’isolamento del contributo delle ruote e dei binari al rumore di passaggio aiuterà gli operatori a soddisfare le normative del settore, come le specifiche tecniche di interoperabilità e la direttiva sul rumore ambientale, riducendo al contempo il tempo di chiusura dei binari necessario per le misurazioni manuali.
Soluzioni dai test sul campo
Per convalidare le previsioni dei modelli sono state effettuate diverse misurazioni sul campo. Ad esempio, un modo per ridurre il consumo energetico dei treni è quello di ridurne il peso. Tuttavia, questo metodo spesso aumenta i livelli di rumore interno, soprattutto alle basse frequenze. Al fine di ridurre il rumore dell’impianto di condizionamento, TRANSIT ha sviluppato una soluzione di assorbimento acustico. È stato progettata una schiera di risonatori basata su dischi sottili attaccati a membrane con dietro una piccola cavità. Secondo la loro modellizzazione, questa avrebbe dovuto ridurre significativamente i livelli di rumore; tuttavia, i risultati degli effettivi test condotti sul prototipo hanno contraddetto quest’ipotesi. «Stiamo ora lavorando a una nuova progettazione che ci darà la rigidità della membrana necessaria per soddisfare le prestazioni previste dal modello», spiega Arteaga. Per convalidare ulteriormente la modellizzazione del progetto, il team adesso sta lavorando per applicare i suoi metodi di caratterizzazione acustica al banco di prova a un maggior numero di fonti, sviluppando al contempo i metodi per prevedere la direzionalità delle fonti di rumore.
Parole chiave
TRANSIT, rotaia, treno, ruota, rumore, modello, binario
