Gaugemaster II

En mi último artículo, hablaba de la forma en que voy a colocar los limpiavías electrónicos de Gaugemaster en mi maqueta. También dije que el funcionamiento de estos dispositivos estaba claramente expuesto en mi página web, por lo que no veía la necesidad de explicarlo aquí, otra vez. Bien es verdad que en la página web se explica esto un poco de paso, al hablar acerca de la dificultad de conseguir un buen contacto con las vías en la escala Z

Sin embargo, a propósito de este tema, y viendo algunos comentarios que me han llegado, he estado mirando por los foros de aficionados a los trenes, qué se comentaba acerca de este dispositivo. Me ha sorprendido bastante encontrar la poca información que hay al respecto y las ideas absurdas y fantásticas que muchos aficionados tienen acerca de este tema. He visto cosas tan pintorescas como uno que preguntaba si al conectar el Gaugemaster se le iba a desprender la pintura de los carriles, que tanto trabajo le había costado hacer, y otro que asegura con toda rotundidad que el sistema limpia las vías mientras no circula ningún tren, pero que deja de hacerlo cuando circulan las locomotoras. También hay quién pregunta para que sirven los 16 voltios de alterna que genera el sistema, y otro le contesta, también muy serio, que eso es para alimentar los trenes de corriente alterna. Y en general en todos los casos hay una idea bastante poco clara del funcionamiento en la que se hace intervenir una supuesta atracción o repulsión electrostática de las partículas de suciedad.

Así que, me he decidido a explicar aquí, con un poco más de extensión el funcionamiento de este sistema, que en realidad es relativamente sencillo y no tiene nada de mágico. Ante todo hago constar que mi única fuente de información es la que proporciona Gaugemaster (bastante escasa, por cierto) y algunos artículos de aficionados que considero serios como este: Cleaning Z scale track. El resto de la información que aporto es deducción mía, así que puedo estar equivocado en algún aspecto.

El esquema que figura en la cabecera muestra el principio de funcionamiento: La tensión continua variable de 0 a 10 V proveniente del controlador que estemos usando entra por los bornes de la esquina inferior izquierda y llega directamente a las vías (lineas roja y marrón), como ocurriría si no tuviésemos el Gaugemaster. Uno de los dos hilos va directamente, en este caso el marrón, pero el otro, el rojo, pasa por un arrollamiento de un trasformador.

Adviértase que mientras no hagamos nada más, el paso de la corriente que alimenta las vías por ese transformador no tiene efecto alguno, toda vez que estamos hablando de corriente continua, y los transformadores solo funcionan con corriente alterna. Por lo tanto, con el Gaugemaster apagado, la corriente llega a las vías exactamente igual que si no estuviese.

La corriente alterna de 16 voltios se usa para alimentar un generador de onda representado aquí por un rectángulo, del que salen los conductores azules. Cuando alimentamos este generador con los 16 voltios (conductores verdes) el generador produce una tensión alterna de una frecuencia alta que sale por los conductores azules. Gaugemaster no indica cuál esa frecuencia. Cuando consiga disponer de un osciloscopio intentaré aclarar ese extremo. He representado con una resistencia R el hecho de que la impedancia de salida de este generador debe ser alta

Cuando encendemos el Gaugemaster, la alta frecuencia alimenta el  bobinado azul del transformador. Esto induce una tensión alterna en el bobinado rojo, que por lo tanto se superpone a la corriente continua que ya circulaba por él.

Dependiendo del número de vueltas del bobinado rojo y del azul, la tensión inducida será mayor o menor. Hay que suponer que Gaugemaster construye estos transformadores de forma que la tensión inducida sea elevada (Creo que de unos 300 voltios)

Veamos ahora las tres situaciones posibles:

1. Si no hay ninguna locomotora en la vía, ambos carriles están aislados, de modo que no puede circular ninguna corriente ni continua ni alterna, de modo que tampoco hay corriente en el circuito azul y por tanto no hay caída de tensión en la resistencia R. Toda la tensión producida por el circuito generador aparece en los extremos del bobinado azul, y una vez transformada según la relación de espiras, aparecerá el circuito rojo, y por tanto entre los dos carriles. Por eso, si tocamos los carriles en esa situación, notaremos un ligero "calambre" en los dedos, debido a la tensión que existe entre los carriles.

2. Coloquemos ahora una locomotora en los carriles, y recordemos que las locomotoras de Z tienen un motor de imán permanente. Este motor lleva un inducido de tres o cinco bobinas y la corriente circula desde los carriles por las escobillas y a través de estas bobinas cerrando el circuito ente los carriles. También hay que recordar que estas locomotoras llevan un condensador en paralelo con las escobillas. Si tenemos encendido el Gaugemaster la corriente alterna inducida llegará también a través de las vías al motor y al condensador. Sin embargo el comportamiento de la corriente alterna es completamente distinto que el de la continua. Mientras que para la corriente continua, el condensador impide su paso, para la corriente alterna de frecuencia suficiente, el condensador permite que la corriente alterna pase a su través, actuando como una resistencia baja, tanto menor cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente alterna. Por otra parte, las bobinas del rotor presentan una alta impedancia y funcionan como un "choque" que impide el paso de la corriente alterna. Así que en la locomotora, la corriente continua circula por el motor, produciendo el movimiento como siempre, y la corriente alterna circula por el condensador, que solo presenta una resistencia muy baja a esta corriente.

Obsérvese que, mientras las ruedas hagan buen contacto, la "resistencia a la corriente alterna" ( lo que se llama impedancia) de la locomotora es muy baja, independientemente de que circule además corriente continua, y de que la locomotora se mueva o no

Siendo muy baja la impedancia, debería circular una importante corriente alterna por la locomotora, pero no olvidemos que esto significa que debería circular una intensidad proporcionalmente mayor por el circuito azul del transformador y por lo tanto por la resistencia R. Como esta es muy grande hay una gran caida de tensión en esa resistencia y por lo tanto la tensión alterna que llega al transformador habrá caído prácticamente a cero. Con ello la tensión alterna prácticamente desaparece del circuito rojo y por lo tanto no llega casi nada a la locomotora.

Así que con la locomotra en la vía, la tensión alterna prácticamente desaparece de la vía (ya no da "calambre") y la locomotora funciona casi como con una alimentación de corriente continua habitual. Sólo hay una pequeña circulación adicional de corriente alterna de una tensión muy baja que atraviesa la locomotora por el condensador.

3. Supongamos ahora que una partícula de suciedad, se sitúa entre la rueda y el carril, e impide el paso de la corriente por la locomotora. La corriente continua se interrumpe, y la alterna también. Al desaparecer la corriente alterna en el bobinado rojo, también debe cesar en el bobinado azul, y por lo tanto, al no haber circulación de corriente, la caida de tensión en la resistencia R es cero y toda la tensión se aplica sobre el bobinado azul, apareciendo por tanto, multiplipicada por el factor correspondiente en el bobinado rojo y por tanto en los carriles. Se ha reproducido exactamente la situación del caso 1, excepto que ahora, la alta tensión alterna se comunica por el interior de la locomotora (por el condensador) hasta la rueda que ha quedado aislada mientras que el otro polo de esa tensión está en el carril que está debajo. Como esa distancia suele ser muy pequeña (algunas micras) se produce una diminuta chispa que se supone que quema la suciedad que ha producido la interrupción. Una vez restablecido el contacto eléctrico entre la rueda y el carril, la situación vuelve al caso 2.

Queda claro entonces que el efecto de limpieza sólo se produce cuando una locomotora circula por la vía, y más que una verdadera eliminación de suciedad acumulada, lo que hace es asegurar el contacto eléctrico entre las ruedas y la vía. Por lo tanto las verdaderas ventajas se obtienen dejando el sistema permanentemente conectado. Así la vía se mantiene limpia y también permanecen limpias las ruedas de las locomotoras. Cuanto más frecuente es la circulación, más limpia permanece la vía.

No hay por lo tanto ninguna acción "electroestática que repele la suciedad" ni nada parecido. Cuando el sistema está conectado y no hay ninguna locomotora en la vía, no hay ningún efecto de limpieza, y el ligero calambre que se siente al tocar la vía, es un "efecto colateral" que no tiene ninguna influencia en la función del limpiavías. A propósito, si tocamos los dos carriles simultáneamente con el dedo, podríamos esperar recibir una descarga de 300 Voltios, que podría ser peligrosa. Lo que ocurre es que al tocar la vía, la piel permite una ligera circulación de corriente, de forma parecida a lo que hace el condensador de las locomotoras, con lo cual la tensíón baja a valores mucho más bajos debido al efecto de caida de tensión en la resistencia R

Otra consideración es que para que el efecto de limpieza se produzca, cuando la rueda deja de hacer contacto con el carril no puede haber ningún otro camino alternativo para la corriente alterna. Solo así, se producirá la interrupción del paso de la corriente alterna y la consiguiente elevación de la tensión que hará saltar la chispa. Por lo tanto, si hay un camino alternativo para la corriente el efecto quedará anulado. Por ejemplo, si tenemos un tren con luces en los vagones, la corriente que circula por los vagones invalida el efecto de limpieza. Incluso, la existencia de humedad en la vía, como la que se puede derivar de haber añadido recientemente cola al balasto, puede crear la suficiente "fuga de tensión" como para que no funcione el sistema.

Y desde luego, la existencia de otra locomotora en el mismo circuito invalida totalmente el efecto de limpieza, porque aunque una se interrumpa, la corriente continúa circulando por la segunda lomotora, y el limpiavías no actúa.

Así que esto nos lleva a dos conclusiones: La primera que para un correcto uso de los limpiavías Gaugemaster la maqueta debe estar compartimentada en varios circuitos, de modo que nunca haya dos locomotoras al mismo tiempo en el mismo compartimento. Este concepto corresponde con el concepto de "cantón" (sección de vía en el cual nunca hay mas de un tren al mismo tiempo) por lo que no es difícil de conseguir en maquetas analógicas en las que se ha establecido un control de tráfico por el sistema de cantones (que por cierto es el sistema utilizado en el tren real). La segunda, que se necesita un limpiavías independiente para cada cantón. Tan es así, que Gaugemaster fabrica equipos para uno y dos circuitos, contando con que se necesitan en general varios dispositivos.

Y evidentemente, lo que está claro es que el sistema se lleva muy mal con una instalación digital. En primer lugar, el pretender que el circuito de vías esté seccionado en sectores o cantones independiente de modo que sólo haya una locomotora funcionando al mismo tiempo en cada sector atenta directamente contra la filosofía de los sistemas digitales que se caracterizan precisamente por poder controlar varias locomotoras en el mismo circuito. Pero lo peor no es eso, sino que la corriente digital es también una corriente modulada superpuesta con la tensión de alimentación, con lo que se mezclaría con la corriente alterna del limpiavías. Probablemente la alta tensión del limpiavías destruirá el decodificador de la locomotora. Gaugemaster advierte que su limpiavías es incompatible con los sistemas digitales.

Por el contrario, no hay problema en utilizar los limpiavías de Gaugemaster con un controlador de tipo PWM (Modulación por anchura de pulso) Estos controladores, como los fabricados por System Joerger y también por la misma empresa Gaugemaster, producen una corriente pulsada de tensión de pico constante y anchura de pulso variable, que produce un control extraordinariamente suave de las locomotoras sobre todo a velocidades lentas. También el controlador COLA que construí el año pasado, y que tengo la intención de incorporar a mi maqueta, es del tipo PWM

Y... a todo esto, quizá algún lector se pregunte: Bueno, ¿y funciona bien?  Yo siempre digo que sin ser una solución perfecta, la inclusión de los limpiavías de Gaugemaster supone una mejora sustancial, de modo que el problema de conseguir un buen contacto con la vía se soluciona casi totalmente y queda al nivel de las escalas mayores, donde no se considera un problema importante. Para mi, la combinación de una alimentación de tipo PWM con los limpiavías de Gaugemaster es una solución perfecta que permite manejar nuestros trenes de escala Z con la misma precisión y suavidad que los de las escalas mayores.

Hace unos meses, para ilustrar este tema en mi página web, grabé este vídeo que es una demostración del resultado obtenido con esta combinación:

Dos notas a añadir a este comentario:

La frecuencia de la corriente alterna que genera el limpiavías es de alrededor de 200 kHz. Al menos eso he leído en algún artículo.

Supongo que mis lectores serán conscientes de que el video que se incluye puede dar la impresión de que la locomotora se mueve "a tirones", pero eso es en realidad un defecto del sistema de video por Internet y depende de varios factores como el ancho de banda, el ordenador utilizado, el navegador que se emplee, etc. El tren en realidad se mueve de forma uniforme