jueves, 23 de septiembre de 2010

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

7 comentarios:

  1. Hola Ignacio,
    ¿como puedo comprobar el funcionamiento del limpiador? Hace unos meses compré el limpiavías gaugemaster (usado)en Inglaterra a través de Ebay y era notorio su funcionamiento porque encendía los LEDs de las locomotoras cuando aún estaban detenidas y la luz "testigo" del limpiavías se encendía cada vez que limpiaba algo mientras la locomotora rodaba y lo mas importante de todo es que mantenía limpia las vías.
    Pues bien , ahora nada de eso ocurre, no se encienden LEDs ni tampoco hay destellos de Luz naranja mientras las locomotoras circulan y lo peor de todo se detienen por suciedad...
    Tengo un multímetro ¿que es lo que debería medir? Cualquier ayuda o sugerencia es valiosísima para mí.
    De antemano muchas gracias
    Un abraZo
    Oscar

    ResponderEliminar
  2. Hola Oscar.

    El que se enciendan los leds de las lococomotoras antes de arrancar, es un efecto de los controladores de tipo PWM, no del Gaugemaster. Asi que lo primero que yo haría es quitar el Gaugemaster y conectar las vias directamente al controlador. Si al hacer esto, vuelve a situación de que se encienden las luces con la locomotora parada, es que el Gaugemaster estaba haciendo algo indebido, pero si sigue ocurriendo que las luces no se encienden, es que tienes un problema en el controlador.

    Si el controlador está bien, vuelve a conectar el gaugemaster, entre el controlador y las vias, pero sin conectarlo a la alimentación de 16 voltios de alterna. En esta situación el gaugemaster debe comportarse como si no existiera, de modo que si con el Gaugemaster puesto no funcionan las luces y sin él si funcionan, es que el Gaugemaster está mal.

    Por último, si todo funciona como debiera, conecta la alimentación de 16 v de alterna al Gaugemaster y cerciórate con un polímetro que le llega correctamente la tensión a las bornas de entrada. Si le llega bién la tensión, pero no se enciende el piloto naranja, es que el Gaugermaster está mal.

    No se pueden hacer mediciones en la salida del Gaugemaster, porque debido a su funcionamiento el hecho de conectar un polímetro a la salida ya alteraría completamente la salida. Sin embargo esa luz naranja que lleva, es un piloto de neón y está situado casi en paralelo con la salida, de modo que es casi como un polimetro conectado a la salida y si se enciende está dando la corriente de limpieza y si no se enciende es que no funciona.

    Si llegas a la conclusión de que está mal, no creo que sea posible repararlo.

    En último caso, puedes aplicar la regla de que "cuando un equipo se estropea, lo que rompe es el componente más caro" Asi que como último cartucho, antes de tirarlo a la basura, yo le cambiaría el transistor que lleva (BD 909) a ver si se arregla.

    ResponderEliminar
  3. Hola Ignacio, Gracias por tu respuesta.
    Es curioso puesto que aún no cuento con un pwm, estoy en proceso de adquisición /construcción. Yo simplemente lo usaba conectado al control märklin.
    El transformador suministra al gaugemster los 16 v incluso un poco más (según mi multímetro)
    Finalmente las luces naranjas están ok.
    bueno seguiré intentando otras cosas
    gracias Ignacio!

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Oscar.
      Seguramente tienes razón. Como yo hace mucho tiempo que sólo uso reguladores PWM, estaba convencido de que el efecto de encender las luces antes de arrancar se debía a ellos.

      Dices que las luces naranjas están OK. ¿significa eso que se encienden cuando no hay ninguna locomotora y se apagan al colocar una locomotora en la vía? Y también que cuando la locomotora se mueve van encendiéndose y apagándose según funciona la limpieza?

      Te habia entendido que las luces naranjas no se encendían en ningún momento.

      Eliminar
    2. Estimado ,gran sabio y conocedor Ignacio,
      Espero que al ver que estoy respondiendo a través del blog supone que el problema de publicar una respuesta ya no existe.
      Específicamente el problema consistía en que no tenía la posibilidad de desplegar las opciones desde que servicio quería responder.

      Este sistema con "respuestas" me parece mucho mas amigable que el anterior.

      Pasando a un segundo punto efectivamente y tal como muy agúdamente lo diagnosticaste en el MP que me enviaste ,el problema se debía a los condensadores de las vías tomacorrientes de märklin. Al momento de eliminarlas el limpiavias "volvió a la vida"!!! y no es de extrañar ya que en mi proyecto de maqueta hice una extensión donde incluí una rampa helicoidal que posee una vía toma corrientes con condensador y otra en otro lugar del trazado. Antes de eso no había problemas con el limpiavias, sin embargo nunca imaginé ni siquiera hubiese sospechado que los famosos y casi insignificantes condensadores de las benditas vias tomacorrientes de märklin sería la causal de tanta frustración.
      nuevamente muchas gracias Ignacio.
      Infinitamente agradecido
      un abrazo desde Chile
      oZcar

      Eliminar
    3. Donde están exactamente estos condensadores de las vías tomacorrientes?. Las vías de contacto para mandar señales o otros elementos también los tienen? Las señales no afectan al limpiavías? y los reles?
      Un mar de dudas.
      Gracias anticipadas

      Eliminar
    4. Hola dietar.

      Los condensadores antiparasitarios de las vias Märklin están exactamente bajo la plaquita lateral de plástico que lleva las pinzas en las que se sujeta el cable de alimentación en la via de referencia 8590. No hay condensadores más que en esa vía.

      Sobre el resto de tus dudas, veo que no tienes clara una cosa: En una maqueta hay dos circuitos eléctricos totalmente diferentes: Por un lado está la corriente de tracción, que es la que circula por las vias y la que hace moverse a las locomotoras. Esta corriente es la que inyectamos en la vía mediante esta referencia 8590 y puede ser continua, pulsada PWM, o digital. En los casos de continua o pulsada podemos además introducir un limpiavías Gaugemaster

      Por otro lado está la corriente de accesorios que puede ser también continua o alterna, pero que no tiene nada que ver con la que circula por las vias, y que usamos para accionar los desvíos, los desenganchadores, los semáforos, los relés etc. Esto no tiene nada que ver con los gaugemaster, ni con los condensadores que ponemos en la corriente de tracción.

      Quizá la duda pueda venir de las vías de contacto. Estas vía llevan un conmutador accionado por la locomotora, que actúa sobre la corriente DE ACCESORIOS. Es decir que la corriente que circula por los carriles en estas vías de contacto no tiene nada que ves con el interruptor que llevan estas vías y que siempre acciona accesorios.

      Si lo quieres más claro: Si tienes una via de contacto que acciona un semáforo al pasar las locomotoras, si quitas los cables de alimentación de la vía, las locomotoras dejarán de moverse porque no reciben alimentación. Sin embargo si mueves el pivote de la vía de contacto con el dedo. o pasas una locomotora arrastrándola con la mano, verás que la vía de contacto sigue actuando sobre el semáforo. Esto es porque la vía de contacto y el semáforo están funcionando con la corriente de accesorios, no con la de tracción.

      En Marklin, el circuito de tracción se identifica con los colores rojo y marrón y el circuito de accesorios con los colores gris amarillo y azul.


      Un Saludo

      Ignacio de la Fuente







      Eliminar

Gracias por expresar tus opiniones.

Los comentarios aparecerán en el blog normalmente en unos pocos segundos