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Il progetto dell'unità di Pisa si propone di sviluppare tecniche termografiche per monitorare l'interazione pantografo-catenaria in treni veloci. L'attività, svolta in cooperazione con le altre unità operative partecipanti al progetto, si avvantaggia dalla disponibilità di una telecamera IR da parte dell'unità operativa di Pisa e dalla possibilità di un suo utilizzo in prove al banco (banco ibrido, emulatore della catenaria, messo a punto in ricerche precedenti dal Politecnico di Milano) per testare strutture innovative di pantografo (rese disponibili dall'unità di Firenze) e/o nuovi materiali per lo strisciante e per la linea di contatto. L'attività dell'unità di Pisa si basa sulla considerazione che la zona di contatto tra il cavo di alimentazione e lo strisciante del pantografo è sede di un elevato gradiente termico. La quantità di calore che si sviluppa a seguito dello strisciamento è la somma di varie aliquote tra cui quella dovuta all'attrito, alla resistenza elettrica di contatto e all'arco che si sviluppa in presenza di un distacco. E' noto che la temperatura del plasma dell'arco può arrivare fino a 3500-4000 K. Quindi nell'intorno del punto di distacco la temperature sale rapidamente. Tali considerazioni suggeriscono l'impiego di un sistema di acquisizione termografico per la valutazione della qualità della captazione. Gli obiettivi principali dell'Unitá di Ricerca possono essere suddivisi in due fasi principali: A1) In laboratorio verranno condotti una serie di test al fine di poter valutare i fattori di emissività di diversi tipi di strisciante (lega a base di rame e/o di carbone) per pantografi di treni ad alta velocità. A tal fine si prevede di riscaldare lo strisciante in esame, in modo da creare un gradiente termico rispetto all'ambiente circostante. Potrà così essere misurata la temperatura superficiale dell'oggetto, ad esempio con termocoppie, in modo da ottenere informazioni sufficienti per poter definire un fattore di emissione medio e da permettere una analisi significativa dell'immagine termica. Durata prevista per la fase A1): 2 mesi. Costo: 10000 Euro. A2) In parallelo con la fase A1) è prevista un'attività di cernita e di individuazione degli algoritmi adatti per l'elaborazione delle immagini all'infrarosso del contatto pantografo-catenaria. In particolare si prevede una attività consistente dedicata allo studio e all'adattamento di algoritmi opportuni per isolare aspetti significativi dell'area di contatto pantografo-catenaria, che è mobile all'interno dell'immagine termografica, a causa della poligonazione della linea aerea. Ad esempio si prevede di estrarre dalle immagini i particolari rappresentativi dell'archetto e della linea aerea e di poter individuare le distribuzioni di temperatura sullo strisciante in funzione dello spazio percorso. Le immagini potranno essere acquisite dal banco prova del Politecnico di Milano, ma anche da auspicabili prove in linea, se ciò sarà possibile, con la cooperazione di Trenitalia. Durata prevista per la fase A2): 10 mesi. Costo: 20000 Euro. B) A valle della definizione e della messa a punto degli algoritmi di analisi delle immagini termografiche, in sincronia con l'attività delle altre unità operative, è prevista l'attività di validazione delle nuove strutture di pantografo attivo proposte dall'Unità di Firenze e Milano, dotate degli algoritmi di controllo innovativi che verranno proposti dall'unità di Cagliari e degli algoritmi di stima della forza di contatto che verranno proposti dall'unità di Catania. E' una fase che prevede molte prove, al variare delle strutture di pantografo innovativo proposte dalle altre unità e che richiederà una attenta valutazione dei risultati ottenuti, per capire bene fino a che punto le indagini termografiche possano dimostrarsi informative al fine di una valutazione della qualità della captazione. Va messo ancora una volta in rilievo che l'attività è innovativa, nel senso che non esiste o comunque non è disponibile alcun termine di confronto con attività analoghe sistematiche, da parte di altre unità di ricerca anche internazionali. Si prevede che i rilievi della temperatura mediante telecamera IR, siano molto significativi per caratterizzare la funzionalità dell'archetto e il livello di scintillio e di arco: particolarmente interessante sarà la correlazione dell'analisi termica con il rilievo su banco della forza esercitata dallo strisciante sul filo di contatto, analisi del tutto nuova. Un altro aspetto da non sottovalutare è lo studio di eventuali differenze di comportamento tra le prove con termocamera effettuate al banco ed eventuali prove in linea. Se le prove termografiche in linea per le strutture di pantografo innovative non fossero possibili, sarebbe comunque significativa una verifica in linea dei risultati delle prove al banco, almeno per quel che riguarda strutture di pantografo tradizionali. Durata prevista per la fase B): 12 mesi. Costo: 30000 Euro. La ricaduta verso l'esterno della ricerca proposta è la messa a punto di dispositivi che in modo automatico siano in grado di monitorare lo stato della captazione in funzione della posizione del treno lungo la linea ferroviaria, con un miglioramento dell'efficienza di manutenzione del pantografo e della linea di contatto ed evidenti vantaggi in termini di qualità del servizio. La convenzione di ricerca in atto tra il Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione dell'Università di Pisa e l'Unità Tecnologie Materiale Rotabile (UTMR) di Firenze, ma soprattutto i rapporti di reciproca fiducia, stima e cooperazione tra membri dell'unità operativa di Pisa e ingegneri ferroviari di UTMR, rappresenteranno un importante valore aggiunto al progetto di ricerca, in quanto permetteranno una verifica significativa dei risultati, come già avvenuto nel precedente progetto MURST finanziato.
