Il trasporto ferroviario è fondamentale per i piani dell'Europa per diventare carbon neutral entro il 2050, ma i treni rumorosi rappresentano un ostacolo che deve essere superato.

"Abbiamo molta resistenza da parte delle persone (che vivono) accanto ai binari che sono contrarie a qualsiasi costruzione e aggiornamento delle linee", ha affermato Rudiger Garburg, consulente senior per la tecnologia del rumore e delle vibrazioni presso la compagnia ferroviaria tedesca Deutsche Bahn AG. "È davvero un collo di bottiglia, (quando) si parla di trasformare i trasporti e trasferire il traffico dalla strada alla ferrovia".

Le emissioni di gas serra dei trasporti in Europa sono aumentate nel 2018 e nel 2019, secondo l'Agenzia europea dell'ambiente, e il trasporto su strada è stato responsabile di quasi tre quarti di tali emissioni. Nella sua Strategia per una mobilità sostenibile e intelligente, la Commissione europea mira a spostare il traffico dalla strada alla ferrovia e a raddoppiare il suo traffico ferroviario passeggeri ad alta velocità in tutta Europa entro il 2030 e raddoppiare il trasporto merci su rotaia entro il 2050.

Per ottenere il consenso della comunità, tuttavia, i governi e le compagnie ferroviarie devono ridurre il rumore ferroviario. "Il rumore è sempre un problema del sistema, non solo del treno", ha affermato Garburg, membro dei progetti FINE 1 e FINE 2 di Shift2Rail per ridurre il rumore, le vibrazioni e il consumo di energia. Un sistema ferroviario comprende i treni, le loro ruote, i binari e i binari che li supportano.

Per i treni passeggeri e merci, che si spostano a una velocità compresa tra 60 km e 200 km orari, il rumore si genera principalmente tra le ruote e la rotaia. Tuttavia, è molto difficile determinare quale parte del sistema produce il rumore.

FINE 1, che ha coinvolto partner nel settore ferroviario, mobilità e automazione, è stato un ampio progetto per ridurre il rumore e l'energia in eccesso dai treni. Ha cercato di modellare e prevedere le fonti di rumore, tra gli altri obiettivi. Queste informazioni sono vitali sia per le autorità di regolamentazione che per i produttori di treni.

Il progetto, ad esempio, è stato in grado di simulare il rumore sia all'interno che all'esterno del treno prodotto dalle ruote in ghisa rispetto alle ruote in materiale composito. "In passato, i treni utilizzavano un sistema di frenatura in ghisa per le ruote", ha spiegato Garburg. Sebbene buono per la frenata, il ferro si è tagliato nel tempo, rendendo le ruote molto ruvide e rumorose. "Negli anni passati, abbiamo lavorato molto duramente per trovare più blocchi frenanti (fatti di) materiali compositi, non ghisa".

Limite

Nel 2019 sono entrate in vigore le norme europee sul rumore dei treni, parte di una più ampia serie di specifiche ferroviarie. A differenza delle automobili, dove i produttori producono migliaia di veicoli, i produttori di treni ne producono solo un numero limitato. "Non puoi costruire un prototipo, testarlo e lavorarci sopra", ha spiegato Garburg. "Se costruisci un nuovo treno, devi garantire che il tuo treno rispetti questo limite di rumore, simile all'inquinamento atmosferico e così via".

Nell'ambito di FINE 1, i membri del progetto hanno sviluppato requisiti verificabili e realistici per caratterizzare le sorgenti di rumore. Queste specifiche sono importanti per creare standard che i produttori devono seguire e, in definitiva, per rendere i treni più silenziosi. Il suo successore, FINE 2, prevede di portare ulteriormente questa ricerca e perfezionare i suoi modelli di previsione delle sorgenti di rumore.

"In FINE 2, abbiamo procedure di misurazione speciali", ha affermato Garburg. Il team utilizza una telecamera acustica, una serie da 30 a 40 microfoni, per catturare il suono del sistema ferroviario. Lo paragona a una termocamera, in cui si vedono parti gialle, rosse e verdi di un edificio per creare una mappa di calore. "Utilizzeremo tali procedure per il rumore per ottenere immagini che mostrano chiaramente dove si trovano le principali fonti di rumore", ha affermato.

Modelli migliori potrebbero anche consentire ai produttori di treni di ottenere eventualmente una certificazione virtuale per i loro treni per dimostrare che aderiscono agli standard dell'UE. Tutti i treni devono essere certificati dalle autorità di regolamentazione prima di essere ammessi sui binari, ma questo processo può essere costoso e richiedere molto tempo.

Nel progetto partner di Shift2Rail TRANSIT, la certificazione virtuale è il "sogno all'orizzonte", afferma Ines Lopez Arteaga, professoressa di ingegneria meccanica presso la Eindhoven University of Technology nei Paesi Bassi. "Risparmiare un sacco di soldi, tempo e risorse essere in grado di farlo sulla base di calcoli".

Ma ci sono molte pietre miliari della ricerca da raggiungere per prime, ha affermato il Prof. Lopez Arteaga, che è il leader del progetto TRANSIT. Abbiamo strumenti per prevedere l'origine del rumore del treno, ma potrebbero essere migliorati, afferma.

Certificato

Al momento, afferma che è possibile misurare il rumore complessivo che un treno fa sui binari, ma la stima dei singoli componenti deve essere più accurata. Con queste informazioni sarebbe possibile non solo rendere i treni più silenziosi, ma anche facilitare la certificazione dei nuovi treni.

Ma i treni devono anche essere testati su un tipo specifico di binario, uno la cui scorrevolezza non ostacolerebbe o non fornisse misurazioni del rumore eccessivamente positive. Paragona i treni sui binari a un bambino che gioca con le biglie. "Se fai rotolare una biglia su un tavolo, fa rumore. Con i treni, sono le ruote sui binari. Si ottiene un rumore diverso a seconda della ruvidità del tavolo, se è di acciaio inossidabile o di legno, ad esempio", ha detto .

"Non è facile trovare la strada giusta", ha spiegato il Prof. Lopez Arteaga. "Ci si aspetterebbe che con così tante migliaia di chilometri di ferrovia in Europa non dovrebbe essere un problema del genere, ma lo è".

Uno degli obiettivi del progetto è tradurre le misurazioni del rumore da un binario all'altro. "Sarebbe davvero un grande vantaggio", ha detto. "Ciò ridurrebbe i vincoli sul tipo di pista su cui puoi provare".

Rumore

Ci sono anche altri componenti, oltre alle ruote e ai binari, che si aggiungono al rumore che fa un treno quando passa.

Ad esempio, i treni più vecchi avevano le loro unità di aria condizionata sotto la carrozza, ma i treni moderni sono stati abbassati per consentire alle persone con mobilità ridotta di entrare e uscire più facilmente dalla carrozza. Di conseguenza, le unità di condizionamento dell'aria ora sono in cima alla carrozza, dove si aggiungono al rumore del treno.

"I modelli che stiamo sviluppando con l'aiuto dei produttori mirano a stabilire requisiti migliori per le loro apparecchiature", ha affermato il Prof. Lopez Arteaga.

L'aspetto del progetto di cui è particolarmente entusiasta è la modellizzazione è l'identificazione delle sorgenti di rumore sui treni ad alta velocità. "Vogliono che identifichiamo il rumore, ma anche la direzione in cui sta andando. Questa è davvero, davvero una sfida".

Una volta che il team TRANSIT avrà i suoi risultati, li condividerà con FINE 2 per valutarli al fine di verificare i loro risultati, afferma il Prof. Lopez Arteaga.

Tutti questi sono "piccoli passi" sulla strada per caratterizzare il comportamento dell'intero sistema ferroviario, dice. "Adoro i treni; sono un sistema davvero interessante. L'intera ferrovia - la rete, il sistema, i treni - è così complessa, c'è molto di più di quanto sembri".