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

Gaugemaster

Hace varios meses, en un comentario llamado "Vamos progresando" hice una breve descripción del llamado limpiavías electrónico que fabrica la empresa Gaugemaster. Siempre he pensado incluir este sistema en mi maqueta, pero hasta hoy no había hecho aquí ningún otro comentario al respecto.  Sin embargo, en uno de los "Mitos de la Escala Z" (La escala Z funciona mal) que figuran en mi página web, se hace una descripción bastante detallada de su funcionamiento, y además se acompaña un vídeo que demuestra cómo, una locomotora de escala Z, se puede mover a velocidades increíblemente lentas, gracias, entre otras cosas a estos dispositivos que aseguran el contacto eléctrico de las ruedas con los carriles.

No voy a repetir aquí la descripción de su funcionamiento, ya que está bastante claramente descrito en el citado artículo de mi web. Una de las cosas que quedan claras en ese artículo es que se necesita un dispositivo limpiavías para cada circuito de vias aislado de los demás. En mi caso la maqueta tiene ocho circuitos, luego necesitaba ocho limpiavías.

Afortunadamente Gaugemaster, fabrica un modelo doble, denominado HF-2, por lo que necesito cuatro de estos elementos. Hasta ahora he comprado sólo uno, pero está llegando ya el momento de encargar los otros tres, antes de que suba la Libra Esterlina.

Hay una cosa que no me gusta demasiado de estos dispositivos y es que vienen en una voluminosa caja con una tira de clemas para su conexión En total cada elemento doble lleva diez clemas para cable, de manera que para cuatro elementos se forma un batiburrillo de 40 cables. Además estas cajas no tienen taladros u orejetas para montarlas en un chasis, y parece que Gaugemaster sugiere montarlas con una cinta de doble cara.

Como todo esto resultaría muy voluminoso he decidido quitar las cajas y montar directamente la placa de circuito que llevan en su interior sobre otra placa preparada para recibir los cuatro dispositivos. y que además lleva un circuito impreso para simplificar el cableado. He sustituido la tira de clemas por una "tira de pines" para enchufarlos por el mismo sistema que las placas del demultiplexor.

En la imagen de cabecera se puede ver el aspecto que tiene la placa con sus conectores para entrada y salida, una placa de limpiavías insertada en su sitio, y los zócalos para recibir las otras tres placas.

Aunque no se ve bien en la fotografía, debajo de esta placa que llevará los cuatro limpiavías dobles hay dos placas de relés del tipo DEMU 04 que ya vimos en el artículo anterior. Así que en total hay ocho relés, que van a funcionar como inversores. El asunto es que ya se sea que se utilicen alimentaciones de Sistem-Joerger o ya sea que utilice las alimentaciones electrónicas COLA hay que poner un inversor en cada cantón para poder manejar el cambio de sentido. Así que en esta "torre" quedan agrupados los circuitos de alimentación de los ocho cantones con sus inversores y sus limpiavías.

Como se puede ver, sigo manteniendo un diseño modular, que permite ir paso a paso y poder cambiar o reparar un módulo que presente fallos, ya sean de diseño o ya sea por avería.

Quería tener este elemento montado antes de liarme a conectar todos los cables del demultiplexor, ya que muchas de las salidas del demultiplexor deben conectar las salidas de esta "torre" con los apartaderos de las vias a través del correspondiente relé que proporcione o corte la corriente de alimentación al apartadero. Así puedo ir dejando todo montado al mismo tiempo.

Trabajo de campo

El título de este artículo es en relidad una broma, ya que no estoy hablando de ir a ver instalaciones ferroviarias reales, lo que sería probablemente el "trabajo de campo" referido a la construcción de una maqueta, sino a que estos días estoy en el campo, es decir en un pequeño pueblo de la provincia de Segovia, huyendo de los calores del verano en Madrid. Pese a ello, me he traido algo de trabajo para avanzar en la construcción de mi maqueta, y concretamente en la parte electrónica.

En alguna ocasión he comentado aquí, refiréndome al sistema eléctrónico de mando de mi maqueta, que cualquier cosa que tenga prevista la conexón de 256 cables para alimentar desvíos y otros aparatos de vía, debe ser necesariamente algo grande y complicado. Estos días he podido comprobar cuánta razón tenía en esa apreciación, puesto que efectivamente mi sistema ha crecido ya bastante, y aunque estoy todavía bastante alejado del límite, tengo ya entre las manos algo grande y complicado, como puede verse en la imagen de la cabecera.

Realmente he construido 12 placas del demultiplexor, de las 16 posibles, ya que según mis cálculos con ese número seguramente será suficiente. También he construido ya cuatro placas de relés, aunque este número es claramente insuficiente, ya que voy a necesitar por lo menos diez placas, lo que hará un total de cuarenta relés.

Lo que también he hecho, ha sido preparar los conectores que voy a necesitar para unir las salidas del demultiplexor a los diferentes sistemas a los que se conectan. Por un lado, todos los cables que van a desvíos y señales mecánicas llevan simplemente un cable que va a las clemas de las plaquitas de interconexión de cable plano que ya se han visto en este blog en muchos artículos. Como puedo elegir, he decidido utilizar las salidas de uno de los costados del demultiplexor para este tipo de conexiones, por lo que he dejado los cables de este lado sueltos, para posteriormente cortarlos a medida y unirlos a las clemas.

Las salidas del otro lado, las utilizo para aquellos aparatos que necesitan un relé, como son en mi caso los desenganchadores, los tramos aislados, algunas funciones de la rotonda, señales luminosas, etc. En este caso, los cables terminan en un segundo conector tipo Molex que lo une a una de las placas de relés.

En total, en la imagen se ven 28 conectores Molex de 10 vías montados, o sea 280 conexiones a cable.

Seguramente mis lectores recordarán que en artículo anterior comenté que, buscando un tipo de conectores que no tuviese los inconvenientes de otros sistemas que había usado previamente, y concretamente los del cable plano, me recomendaron el tipo denominado MoleX, y que es el que estoy utilizando para la interconexión de mi sistema con los dispositivos externos, y también entre unos y otros módulos. El sistema me parece bien, ya que tiene la ventaja de que es muy claro, y permite un diseño fácil de las placas de circuito impreso. Además en caso de cambio o error se pueden desmontar cables y volverlos a montar en otras posiciones del conector sin tener que tirar todo a la basura como ocurre con el cable plano.

Un punto importante de estos conectores es el sistema de unión a los cables. No van soldados, ni atornillados, sino "crimpados". Esto quiere decir que, a cada cable se le coloca un pequeño terminal metálico que tiene unas pestañas, que se aprietan sobre el cable, dejando el cable "pillado". De hecho, hay dos pares de pestañas, uno previsto para prensar el nucleo del cable, y el segundo para prensar el forro aislante con lo que se asegura la unión eléctrica y mecánica. Una vez que los cables han sido provistos de estos terminales, se colocan en las carcasas del conector donde quedan sujetos. Es posible sin embargo, volver a soltarlos de la carcasa, para intercambiarlos con otros si resulta necesario. Estos pequeños terminales o "pines" se venden sueltos. por lo que se pueden hacer toda clase de cambios y pruebas.

Sólo hay un "ligero" inconveniente: los terminales son muy pequeños, de manera que colocar cada uno de ellos en un cable para presionar las pestañas con un alicate de puntas, es una labor delicada, y es posible que la unión no quede firme. Afortunadamente se vende una herramienta, llamada, naturalmente, "crimpadora" que permite realizar esta labor de forma rápida y segura. Es un poco cara, pero cuando uno se enfrenta, como es mi caso a la necesidad de crimpar bastante más de quinientos cables, es el momento de comprarla.

Tampoco he comentado aquí casi nada acerca de las placas de relés, que figuran en los esquemas como placas DEMU 04. La razón es que estas placas no tienen nada especial, y de hecho ni siquiera tienen nada "electrónico". Simplemente reciben los impulsos de corriente de 12 voltios generados por el multiplexor y los dirigen a una de las dos bobinas del relé biestable. Estos relés que son los ya comentados V23079-B1203-B301 de Tyco Electronics tienen dos conmutadores, lo que da un total de 6 terminales para conectar los dispositivos que haya que manejar. De hecho, estos relés podrían haber sido cualquier otro tipo de relé biestable, tanto de tipo industrial como los fabricados por las marcas de trenes, como los de Märklin o los de Viessman. El hecho de haber seleccionado los de Tyco es porque me han parecido accesibles, buenos y a un precio razonable (<3€).

Lo único un poco original de estas placas, es el sistema que he utilizado para configurar las conexiones de salida de los relés. La mayoría de los relés tienen que actuar simplemente como un interruptor(por ejemplo los que manejan sectores aislados de vía). pero otros deben hacerlo como conmutador (por ejemplo para las señales luminosas) e incluso algunos como un inversor (por ejemplo para manejar el sentido de giro de la rotonda). Para simplificar al máximo el cableado "externo", se me ocurrió una forma de hacer un pequeño cableado en la propia placa para configurar en cada caso la forma de unir los contactos del relé, con los conectores de los cables externos. Para ello he situado junto a cada relé un zócalo de los usados como base para los circuitos integrados. Una fila de sus contactos se une al relé y la otra fila a los terminales del conector del cable de salida.

Así, basta con unir, mediante unos pequeños puentes de hilo de cobre, los puntos necesarios de la fila del relé con los que sean necesarios en la fila correspondiente al cable.

En la imagen adjunta se puede ver algún ejemplo de conexiones para la función de interruptor y de inversor.