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Come funzionavano le locomotive a vapore

Locomotive, carri, carrozze, servizi ferroviari e treni in generale.

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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#26 Messaggio da roy67 »

MrPatato76 ha scritto:

La disposizione asimmetrica di questo motore a 4 cilindri ha permesso di utilizzare due distributori invece di 4: questo ha permesso di semplificarne la costruzione ma purtroppo non permetteva di variare i gradi d'introduzione del vapore sia per i cilindri alta pressione sia per quelli a bassa pressione.

Verissimo Roberto. Infatti il motore Plancher fu abbandonato dalle FS, nel primo decennio del'900... Subito, praticamente, per adottare il sistema tedesco, con le 4 valvole di alimentazione, una per ogni cilindro, anziché l'iniezione diretta da un cilindro all'altro.

@ Fabrizio: Ci arrivo... :wink:


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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#27 Messaggio da roy67 »

Come anticipato da fabrizio, poc'anzi, negli ultimi anni del XIX secolo le locomotive avevano il problema del carico acqua nella caldaia.
Inserendo acqua fredda fra i tubi roventi, si scatenava un improvvisa reazione che la faceva esplodere. Non era quindi possibile caricare acqua con la caldaia calda, in pressione.

Il preriscaldatore (prima parte)

Nel 1890 circa (non è chiara la data del primo prototipo costruito), l'ing. Karl Gölsdorf iniziò a dotare le proprie locomotive con preriscaldatore. Il preriscaldatore Gölsdorf era installato fra i due duomi delle locomotive, unendoli, ed al suo interno vi era la serpentina ove scorreva l'acqua proveniente dal tender, che, attraversando il vapore vivo presente nei duomi, si surriscaldava, per essere immessa in caldaia. Questo permetteva di inserire acqua in caldaia, facendo leggermente calare la pressione, ma senza doverla azzerare. Infatti il preriscaldatore non portava l'acqua ad ebollizione, ma solamentea pochi gradi da tale temperatura, per essere immessa ancora allo stato liquido.

Preriscaldatore Gölsdorf installato su una KKStB 180

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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#28 Messaggio da Fabrizio »

Grazie Roberto, molto interessante :wink: Attendo con curiosità la seconda parte su preriscaldatore.

Ciao

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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#29 Messaggio da roy67 »

Il preriscaldatore (seconda parte)

Il preriscaldatore studiato da Gölsdorf, per quanto efficace, aveva il problema di raffreddare e condensare il vapore all'interno della caldaia, infatti era obbligatoriamente molto piccolo, ed aveva esigue capacità di riscaldamento.

All'inizio del XX secolo, venne studiato, dalla tedesca Knorr (che nulla ha a che fare con il famoso dado da brodo), un riscaldatore molto efficace, con alta capacità di riscaldamento, sfruttando i gas di scarico dei cilindri.

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Come abbiamo già accennato l’acqua era immagazzinata nel tender (1). Agendo sulla valvola (2), in cabina, si apriva la valvola del vapore (3) che attivava la pompa dell'acqua (4).
I gas di scarico dei cilindri venivano, in parte, convogliati all'interno del preriscaldatore (5) , per poi essere espulsi dal fumaiolo.
L’acqua passando attraverso una serpentina irradiata dal vapore raggiungeva, riempiendola, la caldaia. La temperatura non era ancora quella di evaporazione, ma ben poco mancava, quindi la caldaia subiva solo un leggero abbassamento della pressione.

(N.d.A. : La pompa più utilizzata era la "Nielebock-Knorr" a vapore, a doppia espansione, con una capacità di 250 lt/min)

Preriscaldatore Knorr installato sui praticabili di una Br 58
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Preriscaladore installato sopra la caldaia di una Br 94
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Preriscaladatore installato a lato caldaia su una Br 93
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Ma, il preriscaldatore, installato esternamente, aveva una resa inferiore. Negli anni '30 del XX sec. si decise di installare il preriscaldatore all'interno della camera fumi, in modo che avesse ancor più potere riscaldante.

Br 93 con preriscaldatore all'interno della camera fumi (s'intravede la leggera "gobba" a lato di quest'ultima)
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Br 50 con preriscaldatore nella camera fumi. S'intravedono le "orecchie" della flangiatura.
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#30 Messaggio da Fabrizio »

Ottimo Roberto :wink:

Un altra curiosità: la pompa (4) provvedeva anche a portare l'acqua da immettere in caldaia alla pressione della stessa? Da come ho capito io, l'acqua in caldaia era alla stessa pressione del duomo, quindi per immettere acqua in caldaia, sarebbe stato necessario portare l'acqua da immettere ad una pressione superiore a quella in caldaia.

E' così?

Ciao

Fabrizio
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#31 Messaggio da roy67 »

Verifico Fabrizio. Sicuramente la pressione era superiore, ma non saprei dirti, ora, di quanto. Verifico sui miei scritti.

Il preriscaldatore (terza ed ultima parte).

Un preriscaladatore che tutti noi conosciamo è il Franco-Crosti....
(Per meglio specificare, perché so che molti non lo sanno, non si tratta di nome e cognome di una persona ma dei cognomi dei due ingegneri che lo progettarono. Attilio Franco e Pietro Crosti).
Questi due ingegneri progettarono il primo preriscaldatore a fumi nel 1932.

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I fumi che provenivano dai tubi d'irraggiamento, anziché venire espulsi, dopo essere arrivati nella camera fumi, venivano convogliati in un altro fascio tubiero, ove vi era la serpentina di riscaldamento dell'acqua.
Il sistema era identico, tranne che venivano utilizzati i fumi di combustione anziché i vapori esausti dei cilindri.

Molte locomotive utilizzarono tale sistema:

Gr 743 con preriscaldatore franco-Crosti a lato caldaia
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Gr 741 con preriscaldatore franco-Crosti sotto la caldaia
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Ma tale preriscaldatore non si fermò in Italia. Venne installato anche su tutte le Br 50 della serie 4000.

Br 50.4001 con preriscaldatore Franco-Crosti sotto la caldaia.
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#32 Messaggio da adobel55 »

Min sto interessando sempre di più.
Una domanda Roy, quali vantaggi all'uso del sistema Franco Crosti ?
Ciao
Adolfo

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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#33 Messaggio da roy67 »

Vantaggi non saprei.
Erano entrambi i risultati di studi sul "economizzazione dei consumi".
Il Franco Crosti si riempiva di fuliggine ed aveva bisogno di una maggior manutenzione, rispetto al preriscaldatore Knorr che utilizzava il vapore esausto espulso dai cilindri (privo quindi di scorie).
Era molto più grande di dimensioni, rispetto allo Knorr, poteva essere installato solo sulle macchine "leggere", a causa del peso che andava a gravare sul peso assiale della locomotiva. Infatti, molto spesso, per ridurre gli ingombri e lasciare spazio sui praticabili, veniva installato sotto la caldaia, ed era lungo quasi come quest'ultima.
D'altra parte, i fumi di scarico erano molto meno "irraggianti" rispetto al vapore esausto. necessitava di più superficie di scambio.
Il preriscaldatore Knorr era molto più piccolo e leggero, poteva essere installato ove meglio pareva, equilibrando meglio i pesi della locomotiva.
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#34 Messaggio da Fabrizio »

Che io sappia, con l'uso dei preriscaldatori Franco-Crosti, si riusciva ad aumentare il rendimento della macchina di un 15-20%. Questo perché, i fumi di scarico della locomotiva, si trovavano nella camera fumo ad una temperatura di 250-350°C e ad una leggermente inferiore nell'attraversare i preriscaldatori, temperatura probabilmente superiore a quella cui si trovava il vapore esausto in uscita dai cilindri. Ho letto che l'acqua a valle dei preriscaldatori arrivava a 150°C (ma non bolle perché la caldaia lavora a pressioni più elevate di quella atmosferica, quindi l'acqua in qual caso bolle a temperature più alte).

Il sistema presentava però i difetti elencati da Roberto e perdeva molto in efficienza quando lo sporco e la fuliggine si depositavano sugli scambiatori di calore del sistema. Specie nelle nazioni ove i costi del combustibile erano più bassi, l'onere manutentivo non giustificava l'aumento del rendimento e quindi il sistema non ebbe grossa diffusione (anche perché arrivato quando ormai l'epoca del vapore si avviava alla fine).


Ricordo che il sistema ci fu illustrato ai corsi di Termodinamica Applicata ed è da li che ricordo i dati sopra.

Solo a livello di curiosità, lo stesso sistema in chiave più moderna, è oggi usato praticamente in tutte le centrali a turbogas "pure" (non a ciclo combinato) dove i gas di scarico caldi della turbina sono usati per preriscaldare a valle del compressore l'aria in ingresso. I sistemi sono molto diversi, ma il principio è lo stesso.
Fabrizio

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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#35 Messaggio da roy67 »

I fumi si raffreddavano nel preriscaldatore in quanto vi era lo scambio termico. L'acqua che circolava nella serpentina era fredda, che ovviamente raffreddava i fumi.
La caldaia aveva una pressione di 12-15 bar, quindi la pompa doveva spingere sicuramente ad una pressione superiore.
In entrambi i casi vi era un rendimento migliore della resa vapore
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#36 Messaggio da roy67 »

Capitolo secondo

Le apparecchiature ausiliarie

Fino a questo punto abbiamo visto le principali apparecchiature che fanno funzionare la locomotiva a vapore.
Ma per funzionare correttamente, una locomotiva, aveva bisogno di molte altre apparecchiature dette ausiliarie.
Erano così chiamate in quanto erano di secondaria importanza ma comunque complementari per il buon funzionamento generale.

Il sistema di lubrificazione ad olio

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Al glifo di sinistra era agganciata la biella di lubrificazione (1). Ad ogni corsa dello stantuffo un’asta (fucsia), ad esso legata, azionava la pompa di lubrificazione (2) situata nella cabina.
L’olio in pressione (300 bar) si incanalava attraverso i tubi di lubrificazione (tubi gialli) ed arrivava a cilindri e stantuffi i quali essendo sempre immersi nel vapore e lavorando a temperature molto alte erano soggetti ad incrostazioni e grippaggi. L’olio spruzzato al loro interno ad alta pressione preveniva proprio questi inconvenienti. Attraverso un secondo tubo l’olio veniva pompato anche a bielle, giunti e bronzine del biellismo.

Pompa lubrificazione Bosch in cabina di una Br 44
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#37 Messaggio da Docdelburg »

Grazie ragazzi, e a te Roberto in particolare; ora posso dire di conoscere una parte fondamentale della storia delle ferrovie che prima potevo solo cercare di intuire. :cool:

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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#38 Messaggio da coccinella56 »

Complimenti, storia affascinante e spiegata con chiarezza come è nel tuo costume, si capisce che la tua è passione vera.
Ciao Valerio.

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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#39 Messaggio da roy67 »

Grazie per gli apprezzzamenti.

Il sistema di lubrificazione automatico, spiegato sopra, era valido solo per le locomotive tedesche.
In Italia, popolo super-avanzato, la lubrificazione avveniva automaticamente con un sistema che si avvaleva di una "bio-apparecchiatura" che provvedeva a lubrificare tutti i punti nevralgici della locomotiva, senza dimenticarne uno e senz arimanere mai senz'olio.

Tale bio-apparecchiatura era chiamata "macchinista".

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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#40 Messaggio da roy67 »

Lubrificazione dei bordini a grasso

L'immane peso, che spesso superava le 16 tonnellate asse, portava ad una eccessiva usura dei bordini delle ruote, che spingevano sulle rotaie, trasversalmente, su linee gravose, di montagna o con molte curve.
Per ovviare a tale usura vi era il sistema di lubrificazione a grasso dei bordini.

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Su uno dei due glifi (destro o sinistro) era inserita la biella della pompa grasso (1) la quale, seguendo il moto alternato del glifo, azionava la pompa del grasso (2), solitamente applicata sotto i praticabili. Il grasso veniva spinto lungo i tubi (arancio), fino agli iniettori (3), installati proprio di fronte ai bordini.
Dalla cabina si azionava la valvola di lubrificazione (5), che apriva il flusso dell'aria compressa, prelevata dal serbatoio ausiliario (4) che, attraverso i tubi (blu) arrivava agli iniettori.

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All'interno degli iniettori, la pressione pneumatica, aspirava il grasso che arrivava dalla pompa e lo nebulizzava sui bordini.

Pompa del grasso di una Br 03
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Iniettore del grasso installato su una Br 44 (indicato dalla freccia gialla)
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#41 Messaggio da MrPatato76 »

roy67 ha scritto:

I fumi si raffreddavano nel preriscaldatore in quanto vi era lo scambio termico. L'acqua che circolava nella serpentina era fredda, che ovviamente raffreddava i fumi.
La caldaia aveva una pressione di 12-15 bar, quindi la pompa doveva spingere sicuramente ad una pressione superiore.
In entrambi i casi vi era un rendimento migliore della resa vapore


Lo scopo dei preriscaldatori era quello di recuperare l'energia dei fumi altrimenti persa innalzando la temperatura dell'acqua prima di immetterla in caldaia.
In Italia l'applicazione dei preriscaldatori Franco-Crosti, avvenne subito dopo la seconda guerra mondiale in maniera intensiva ad opera delle Ogr di Verona.
Le conversioni continuarono fino agli anni 50, quando stavano per essere consegnate le prime diesel da treno.
L'installazione dei surriscaldatori paradossalmente fece accantonare prima le macchine dotate, in quanto le FS preferirono tenere in efficienza macchine più semplici ed affidabili senza preriscaldatori anche per questioni di manutenzione .
Le macchine italiane dotate di preriscaldatori furono le 683 (derivate dalle 685), le 623 (derivate dalle 625) e le 743 (derivate dalle 740).
Tutte queste macchine avevano due preriscaldatori situati ai fianchi della caldaia.
Esiste poi un altro grupo di macchine derivato dalle 740 dotato di un solo preriscaldatore situato sotto la caldaia: trattasi delle 741.
Appartiene a questo gruppo l'unica locomotiva Franco- Crosti attualmente funzionante al mondo: e' la 741-120 del deposito di Pistoia utilizzata per treni storici in Toscana.
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#42 Messaggio da adobel55 »

Ma non c'era pericolo che il grasso facesse slittare ke ruote in trazione ?
Ciao
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#43 Messaggio da roy67 »

MrPatato76 ha scritto:

Lo scopo dei preriscaldatori era quello di recuperare l'energia dei fumi altrimenti persa innalzando la temperatura dell'acqua prima di immetterla in caldaia.


Certo Roberto. Ma va da se che, nello scambio termico, i fumi scaldano l'acqua, ma l'acqua raffredda i fumi.. Altrimenti non si chiamerebbe "scambio termico". :wink:

E' ovvio che lo scopo primario era di scaldare l'acqua. ma avveniva anche l'inverso. Per questo motivo il Franco Crosti era notevolmente grande.

@ Adolfo: la lubrificazione dei bordini era assolutamente esigua, una patina sottilissima. La pompa consumava un Kg di grasso circa ogni 100 Km. :wink:
Veniva utilizzata solo in casi ove i bordini dovevano lavorare molto.
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#44 Messaggio da roy67 »

La sabbiera

Onde evitare scivolamenti delle ruote sulle rotaie, in caso di pioggia, vi era un sistema che rendeva "ruvide" le ruote.

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La sabbiera (3) era collocata sopra la caldaia in modo che il calore che essa generava mantenesse la sabbia asciutta.
Dalla valvola di comando della sabbiera (1), posta in cabina, si aveva la possibilità di aprire la pressurizzazione della sabbia, regolandone l‘intensità.

I: Posizione di chiusura
II: Posizione di sabbiatura leggera
III: Posizione di sabbiatura pesante.

L’aria compressa del serbatoio ausiliario (2) metteva così in pressione gli ugelli di iniezione (4), aspirando la sabbia per depressione, incanalandola nei tubi di caduta (5).
Da questo schema in sezione, si capisce meglio come la sabbia venisse incanalata.

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La sabbia veniva caricata nei depositi, tramite le "torri di carico sabbia". Queste torri avevano lo scopo di iniettare nelle sabbiare sbabbia già filtrata e deumidificata

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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#45 Messaggio da roy67 »

Il riscaldamento

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Nelle carrozze passeggeri di 1° classe (più tardi anche di 2° classe) era installato il riscaldamento a termosifoni, in funzione nei mesi invernali.
Questi funzionavano a vapore prelevato direttamente dalla locomotiva.
Dal duomo partiva un tubo che portava il vapore alla valvola del riscaldamento (2) in cabina, dalla quale era possibile selezionare tramite la leva (1) tre diverse possibilità: chiuso, aperto anteriormente alla locomotiva (3) o aperto posteriormente alla locomotiva (4) ed inviarlo direttamente ai vagoni.
Il vapore esausto veniva scaricato direttamente da sotto le carrozze.
da tali tubi era possibile prelevare vapore anche da un altra locomotiva, ed immetterlo nel duomo, per accelerare i tempi di pressurizzazione caldaia.
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#46 Messaggio da roy67 »

L'illuminazione a gas

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Il gas era contenuto in una bombola (1), installata (molto spesso) trasversalmente sul tender, dietro la carbonaia. Un tubo (verde) portava il gas alla valvola d’accensione e regolazione fari (2) nella cabina. Da qui il gas veniva, tramite altri tubi, inviato ai fanali (3) anteriori della locomotiva e posteriori del tender. Per illuminarli era necessario accendere una fiamma al loro interno ed agendo sulla valvola di regolazione (2) si aumentava o diminuiva l’intensità della fiamma, variando quindi l’intensità della luminosità del fanale.

L'illuminazione elettrica

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Verso la fine degli anni venti, sulle locomotive, venne installata la turbodinamo a vapore. Il vapore veniva prelevato dal duomo ed inviato ad una turbina (2 - parte rossa) che faceva girare la dinamo (2 - parte blu). La corrente così generata, attraverso cavi elettrici, arrivava al quadro comandi (3) dal quale, con appositi interruttori, era possibile accendere i fanali, l’illuminazione della cabina e l’illuminazione del biellismo per ispezioni notturne. Con questa innovazione venne introdotto il faro centrale installato sopra la camera fumi e sul tender. Finalmente si potevano vedere bene tutti gli strumenti anche di notte.

Turbodinamo di una Br 01
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Lampada biellismo di una Br 03
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Turbodinamo su una Br 93 (diero il fumaiolo, a lato della campana)
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Turbodinamo installata su una Br 80 (davanti al fumaiolo)
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#47 Messaggio da roy67 »

Il magnete INDUSI

Con l'applicazione della turbodinamo si era arrivati ad avere l'elettrità a bordo delle locomotive. Questo fece fare un balzo avanti alla tecnologia della rilevazione del traffico.

Infatti, alimentando un "magnete indusi", tramite la turbodinamo, era possibile segnalare, ad un rilevatore posto a lato dei binari, la posizione della locomotiva.

Già nel 1934, oltre 160 locomotive furono dotate di tale sistema, ed oltre 4500 Km di binari dotati di rilevatori.

Magnete indusi installato su una Br 012 DB
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Magnete indusi installato su una BR 01 DR
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#48 Messaggio da Fabrizio »

Due domande:

Illuminazione a gas e successivamente elettrica, era installata anche sulle locomotive italiane?

Il gas, di che tipo era?
Fabrizio

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roy67
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#49 Messaggio da roy67 »

Il gas utilizzato non viene specificato. La mia "bibbia" dice solo che era un gas ottenuto dal gasolio, caricato tramite bomboloni situati nella stazioni di carico gas, in zone apposite del deposito locomotive. La bombola era da 300 litri, caricata a 6 bar.

In Italia si utilizzò, da prima l'olio. Poi, con l'avvento dell'elettricità, venivano installate batterie in appositi vani. Nei depositi vi erano locali adibiti per la ricarica batterie.
Ciao. Roberto Alinovi - L'uomo non teme ciò che in lui non c'è. (Hermann Hesse)

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Massimo Salvadori
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Re: Come funzionavano le locomotive a vapore

#50 Messaggio da Massimo Salvadori »

Vorrei aggiungere che le FS sostituirono l' oneroso sistema di illuminazione a gas con l' altrettanto oneroso sistema di illuminazione elettrica con batterie, in una pubblicazione degli anni '60 leggo che questo sistema - ancorchè dispendioso dal punto di vista della logistica - venne preferito stante la scarsa potenza delle loco a vapore, un generatore da 5 Kw x 10 vetture fa una potenza di 50 Kw ovvero circa 65 CV da sottrarre alla trazione, evidentemente un po' troppo. Le stazioni di ricarica delle batterie erano in quasi tutte le stazioni di origine dei treni, spesso erano identificate dalla scritta "lampista" o "lampisteria" , ho fatto in tempo a vedere sotto le volte di Mi Centrale i carrretti delle batterie che venivano portate alle vetture in sosta, i carretti erano trainati da carrelli semoventi a loro volta alimentati da batterie. Tutto finì negli anni '60 con l' adozione dei generatori.
Le locomotive a vapore avevano la cassa batterie sotto il tender, una bella lampadina che illuminava gli strumenti e una più piccola posta dietro il tubo di livello dell' acqua in caldaia, uno degli strumenti più importanti dei pochi presenti sulle loco FS.
Massimo Salvadori - la mia collezione in scala TT

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