El otro día comenté (
Una maqueta excepcional) que Angel, un buen amigo mío y asiduo colaborador de este blog, está terminando una excepcional maqueta en escala Z. También comenté que Angel había optado por utilizar un mando digital para la tracción de los trenes, pero sin embargo ha mantenido el control de desvios de forma analógica. Esta es una solución muy utilizada por los modelistas, toda vez que el manejo de los desvios mediante un mando digital no aporta ninguna ventaja significativa respecto de su manejo manual. Muchos opinan que más bien es todo lo contrario.
Si nos fijamos en la fotografía de la cabecera, vemos que en modo digital, habría que marcar primero en el mando la dirección del desvío y luego ordenar el cambio de posición. Esto implica saberse de memoria la dirección de cada desvío. y pulsar unos cuantos botones. En cambio, con un cuadro de mando analógico como el que también vemos en la fotografía, basta pulsar un pulsador o un conmutador para cambiar el desvío, y no necesitamos conocer su número o dirección, ya que el esquema de vias representado en el cuadro de mandos nos indica de un vistazo cual es cada desvío. Además podemos tener en el cuadro algún tipo de señalización que nos indique la posición de cada uno.
En mi opinión el manejo de desvios por medio de un cuadro de mando con el esquema de las vias es el procedimiento más seguro rápido e intuitivo. Por cierto que los ferroviarios están de acuerdo con esto, y han utilizado este tipo de cuadros en todos los puestos de mando hasta que la electrónica los desplazó, pero aún así la imagen de los monitores de los programas de control representa también estos mismos esquemas.
Así que, de nuevo, en mi opinión, los mejores sistemas para el control de desvios de una maqueta son, o un cuadro de control manual con el correspondiente esquema de vias, o un programa de ordenador que presente ese mismo esquema de vías en la pantalla de un ordenador. Como saben mis lectores yo he desarrollado para mi maqueta un
control por ordenador que está actualmente operativo. En el mercado existen una serie de programas para realizar esta función.
Sin embargo en muchos foros en los que participo, veo comentarios acerca de los distintos métodos de conseguir el manejo y señalización en un cuadro de mando de los desvíos de una maqueta, y en muchos casos se manejan conceptos confusos y muchas veces erróneos. Estos días, en uno de esos foros, he respondido a un cortertulio una consulta sobre este tema, y me ha pedido que le proporcione esquemas eléctricos de la forma de hacer las distintas opciones que existen. En respuesta a su petición he realizado estos esquemas, pero una vez hecho el esfuerzo, me ha parecido más rentable incluirlos en este blog, donde puedo dirigir a cualquiera que pregunte sobre esto en el futuro, que dejarlos perdidos en una respuesta a una pregunta de un foro. Lo que aquí voy a comentar es aplicable a cualquier escala, y no precisamente a la escala Z, que no tiene algunas de las opciones que voy a describir.
Lo primero que hay que aclarar es que la gran mayoría de los motores de desvíos se basan en la utilización de dos bobinas, que al ser recorridas por una corriente eléctrica atraen una armadura. Cada bobina atrae la armadura en sentido contrario, de modo que la armadura se mueve hacia uno u otro lado según qué bobina se active, y una vez que cesa la corriente permanece en la última posición a la que se movió. Es por tanto lo que se llama un dispositivo biestable, ya que tiene dos posiciones posibles que permanecen estables incluso cuando se desconecta la corriente. Unidos a la armadura, normalmente mediante un resorte, están los espadines del desvío, que por lo tanto se mueven a una u otra posición, y permanecen en ella mientras no se active la bobina contraria. Cada bobina tiene dos extremos del hilo que la forma, pero un extremo de cada bobina se conecta a un cable común de manera que del desvío salen tres hilos: Uno comun y otros dos, cada uno de los cuales lleva corriente a una de las bobinas y esta corriente retorna por el común.
Con objeto de que el movimiento sea seguro, se procura que la atracción generada por las bobinas sea potente. Como ésta depende de la intensidad y del número de vueltas de hilo de cada bobina, se hacen bobinas de muchas vueltas de hilo, y para que no ocupen demasiado se utiliza un hilo fínisimo (hilo de cobre esmaltado), que por lo tanto tiene una cierta resistencia. La resistencia de este hilo es suficiente para limitar la corriente que circula por la bobina a un valor conveniente, pero que es relativamente alto, del orden de 1 Amperio. Una intensidad menor haría que la atracción fuera demasiado débil. Pero si tenemos una bobina alimentada por ejemplo con 12 Voltios y la intensidad que circula por la bobina es de 1 Amperio se produce una disipación de potencia de 12 x 1 = 12 Watios que se convierte en calor. Como la bobina en si ,es pequeña no puede disipar este calor, así que se calienta rápidamente y en muy poco tiempo la temperatura se eleva tanto que se funde el aislamiento del hilo, provocando un cortocircuito y su destrucción.
Así que las bobinas de los desvíos, se queman rápidamente (en 15 segundos por ejemplo), si se mantiene la corriente circulando por ellas.
Un tema que muchas veces da lugar a errores es la diferencia entre alimentar la bobina con corriente continua o alterna. Sorprendentemente la diferencia es poca, porque aunque tendemos a pensar que con una corriente alterna se producirá alternativamente una atracción y una repulsión de la armadura, en realidad no es asi. La armadura, es un núcleo de hierro dulce que no está magnetizado y por lo tanto no tiene un polo norte y un polo sur que atraiga o repela los polos magnéticos de la bobina. La armadura se mueve hasta situarse en la posición en que abarque el máximo flujo magnético (que es la posición que reprenta la energía más baja), independientemente de si este campo magnético es continuo o fluctuante. Ciertamente con corriente alterna hay una cierta fluctuación de la fuerza que impulsa la armadura, lo cual se traduce en un sonido en forma de zumbido cuando la corriente es alterna, pero la fuerza atractiva es similar en ambos casos.
Otra diferencia es que una bobina, por estar formada por un número grande de espiras de cobre tiene, además de la resistencia propia del hilo, una reactancia que se opone a la corriente y que es mayor cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente. Por este motivo (para una misma tensión eficaz) la intensidad que circula por una bobina es mayor con corriente continua que con corriente alterna, y por ese motivo, es más fácil que se quemen las bobinas con corriente continua que con alterna, pero al mismo tiempo, el movimiento con corriente continua es más potente, ya que la intensidad es mayor, y menos ruidoso, debido a la ausencia de zumbido.
La conclusión de todo esto, es que hay que garantizar que la corriente que alimenta las bobinas tenga una duración muy corta, del orden de un segundo. Este tiempo de ser suficiente para mover el desvío con seguridad y no produce un calentamiento significativo de la bobina. La foma en que los fabricantes se enfrentan a este problema, y la forma en que podemos garantizar que se cumpla esta condición da lugar a las siguentes formas de conexión.
En todos los esquemas que siguen, se representa a la izquierda el transformador que suministra la corriente para los desvíos (salvo un caso puede ser corriente alterna o continua) y a la derecha las dos bobinas B1 y B2 de un desvío. En la zona central se representa el circuito de mando, que puede estar realizado con botoneras o ser construido en forma de cuadro de mando.
 |
| Figura 1. Mando por pulsadores |
La figura 1 es el esquema más sencillo y el más clásico para conseguir el telemando de un desvío. Como vemos, hay dos pulsadores P1 y P2, y al pulsar cada uno de ellos cerramos uno de los dos circuitos que alimentan cada una de las bobinas B1 y B2. Casi todas las marcas tienen accesorios para crear este sistema.
 |
| Referencia Märklin 70729 |
Por ejemplo Märklin (Ref 70729) ha fabricado desde siempre unos pupitres de mando, cada uno con cuatro parejas de pulsadores con los que pueden manejarse cuatro desvíos distintos.
La forma de garantizar que no quemamos las bobinas con este tipo de dispositivos se basa en que sólo circula corriente mientras estamos presionando el botón del pulsador, así que se confía en la responsabilidad del usuario para no presionar los botones un tiempo excesivo. Este es el único sistema propuesto por Märklin para la escala Z
El problema con estos pupitres es que la forma de saber a qué desvío corresponde cada botón consiste en anotar sobre el propio pupitre (para eso lleva la banda blanca) un número u otra referencia, y sabernos de memoria cuál es el número o referencia de cada desvío.
Cuando los aficinados deciden construir un cuadro de mando esquemático, si queren mantener este modo de control, tienen que poner dos pulsadores para cada desvío. Normalmente se utilizan pulsadores de los usados en electrónica. Debido al poco espacio con que se suele contar en estos cuadros, poner dos pulsadores por cada desvío puede resultar un poco problemático. Una alternativa es utilizar un conmutador del tipo que tiene una posición central estable, y dos posiciones laterales no estables (SPDT Center Off) *
Ambas opciones tienen una dificultad: Ninguna de las dos mantiene una indicación de cuál es la posición actual de cada desvío.
Normalmente se desea que en un cuadro de este tipo haya una indicación visual (señalización) de cual es la posición de cada desvío. Esto puede lograrse de dos formas: Si el elemento que accionamos para mover el desvío es un conmutador con dos posiciones estables, podemos asociar cada una de estas posiciones a una posición de las agujas, y por lo tanto de un vistazo, saber cómo está cada desvío. Otra opción es añadir en el cuadro de mando unas señales luminosas que indiquen esa posición. Hoy usamos leds, y podemos poner un par de leds, por ejemplo uno verde y otro rojo, y encender uno de ellos según la posición de las agujas. También podemos usar un led bicolor, que se encienda en rojo en una posición y en verde en la otra posición. En este artículo trataremos de explicar cómo conectar esos Leds para obtener una visualización luminosa de la posición de cada desvío.
Como decíamos, con el método de los pulsadores confiamos en que el usuario no deje un botón presionado durante tanto tiempo como para quemar el desvío. Para hacerlo más seguro existe un método de garantizar que aunque el desvío siga recibiendo tensión, la corriente en la bobina se interrupa en cuanto deja de ser necesaria, es decir, en el momento en el espadín ya se ha movido a la nueva posición. Para ello se colocan dos "microswitches" que son accionados por el propio movimiento de los espadines. Cuando el espadín ha llegado a su posición final, se actúa mecánicamente sobre el microswitch y éste interrupe el paso de la corriente aunque el dispositivo que maneja el desvío, ya sea pulsador, conmutador o lo que queramos permanezca conectado. Estos microswitches se llaman también microinterruptores o interruptores de final de carrera. La palabra microswitch no hace referncia a su tamaño, sino a que se activan con una fuerza mínima. Esto es necesario porque en un desvío, el movimiento de los espadines es muy ligero, y aún así deben ser capaces de accionar estos microswitches
 |
| Figura 2 Pulsadores con Finales de carrera |
La Figura 2 muestra un circuito análogo al de la figura 1, pero en un desvío que cuenta con finales de carrera, representados por F1 y F2. Podemos ver que aunque actuemos sobre el pulsador P1, la corriente no llega a la bobina B1 al estar abierto el final de carrera F1. Si pulsamos P2, la corriente atraviesa F2 y llega a la bobina B2, que mueve el desvío, pero al moverse las agujas se abrirá el final de carrera F2 y se cerrará F1. Al abrirse F2 se interrupe la corriente en B2 de manera que ya no circula corriente aunque mantengamos pulsado P2 indefinidamente. Al quedar cerrado F1 el desvío queda preparado para moverse en sentido contrario cuando pulsemos P1.
El hecho de que podamos mantener pulsados los pulsadores indefinidamente después de que el desvío ya se ha movido, sin ningún peligro de quemar las bobinas, permite sustituir estos dos pulsadores por un único conmutador
 |
| Figura 3. Conmutador SPDT y Finales de carrera |
Al poner un conmutador tipo SPDT, como S1 en la Figura 3, en lugar de los pulsadores, tenemos dos ventajas: Por un lado hay un sólo elemento de mando por cada desvío, en lugar de los dos pulsadores del método anterior, y además la posición del conmutador es una indicación visual de la posición del desvío. Sin embargo confiamos toda la seguridad contra el calentamiento de las boninas al buen funcionamiento de los microswitches. Por supuesto este método vale sólo para desvios equipados com estos microswitches de final de carrera.
Hay un tercer método que combina las ventajas de un sólo conmutador para el mando de los desvíos y además es válido para desvíos sin finales de carrera, aunque requiere algunos componente electrónicos. El esquema es el siguiente:
 |
| Figura 4. Mando por descarga de condensador |
En este caso, tenemos para cada desvío una pareja de condensadores C1 y C2 que se cargan a la polaridad inversa uno de otro mediante el circuito formado por las resistencias y diodos R1 D1 y R2 D2. En la posición mostrada en la figura, El condensador C2 quedará cargado a la tensión de pico de la corrienre altera que proporciona el transformador. Si en ese momento cambiamos el conmutador S1 a la posición B, el condensador C2 se descarga a través del diodo D4 atravesando la bobina B2. El diodo D3 impide que la corriente de descarga circule también por B1. Asi que al mover el comutador hemos provocado una corriente de corta duración, ya que sólo se mantiene hasta que el condensador queda descargado.
Una vez que el conmutador se ha movido a una posición, por ejemplo a la A en la figura 4, y una vez que el condensador se ha descargado, queda una corriente residual que viene de R1, D1 y D3 que sigue circulando indefinidamente por la bobina. La resistencias R1 y R2 limitan esta corriente a un valor insignificante que no produce ningún calentamiento.
Este método tiene la ventaja de que es intrínsecamente seguro, puesto que la corriente que mueve las bobinas proviene de un condensador, y por lo tanto está limitada en el tiempo. Como vemos el dispositivo de mando es un sencillo conmutador cuya posición sirve de señalización para indicar la posición del desvío. Los componentes electrónicos que se necesitan son muy baratos. Hay un ligero inconveniente, y es que los condensadores tardan unos cuantos segundos (3 o 4 segundos) en recargarse después de cada movimiento, así que no pueden hacerse dos movimientos muy seguidos del mismo desvío.
Algo curioso es que en este caso la alimentación tiene que ser obligatoriamente por corriente alterna, aunque realmente el impulso que circula por las bobinas es de corriente continua. También es curioso que sólo hay un cable de mando que llega desde el cuadro a cada desvío, en lugar de los dos cables que requiere cualquiera de los otros métodos
Valores típicos para este circuito son: resistencias de 1000 ohm para R1 y R2 y condensadores de 1000 uF y 16 V para C1 y C2 . Los diodos pueden ser del tipo 1N40xx
La maqueta de Angel, de la que comenzaba hablando en este artículo, tiene este sistema de mando para los desvíos.
Como hemos visto, salvo en el caso de los pulsadores, la posición del conmutador en el cuadro de mando nos indica la posición de cada desvío, asi que en rigor no hace falta nada más. Sin embargo, la mayoría de los aficionados desean que sus cuadros de mando tengan indicación luminosa del estado de cada desvío, así que vamos a modificar los anteriores esquemas para conseguie que haya un par de leds que se enciendan alternativamente indicando la posición del desvío.
En todos los esquemas siguientes, y por simplificar, no he dibujado la resistencia que debe llevar cada led para limitar la corriente que lo atraviesa. Es necesario poner estas resistencias que dependen del valor de la tensión de alimentación y de las características de cada led.
Empezando por el final, la forma de dotar de señalización al circuito de descarga de condensador es sustituir el conmutador SPDT por uno DPDT y utilizar el segundo circuito para conmutar la alimentación de dos leds para señalización. El esquema será el siguente:
 |
| Figura 5 Señalización para el mando por descarga de condensador |
Como vemos en la figura 5, el Conmutador S1 lleva ahora un segundo circuito (lineas en verde) que en función de la posición alimenta uno de los dos leds. En la figura se toma la corriente de la misma alimentación que el circuito de mando, pero podría ser una alimentación independiente, ya que este circuito de luces es totalmente independiente y solo se corresponde con la posición de los desvíos gracias a la sincronización mecánica del doble conmutador S1.
Este tipo de señalización puede utilizarse en cualquiera de los esquemas anteriores en los que el mando estaba formado por un conmutador SPDT. Si ponemos en su lugar un DPDT con este circuito tendremos automáticamente conseguida la señalización.
Sin embargo, para el caso de desvios con finales de carrera, existe una posibilidad más sencilla. Se trata del esquema siguiente:
 |
| Figura 6 : Señalización con Finales de carrera |
Como vemos en la figura 6, Si conectamos unos leds directamente a los terminales de salida del conmutador, la cooriente le llega permanentemente a uno de los leds, ya que el conmutador permanece en esa posición hasta que que cambiemos la posición del desvío. Al cambiar a posición alternativa, la corriente llega al otro led, asi que se enciende uno u otro de forma permanente según la posición del desvío. Este es el método de señalización más simple, pero evidentemente requiere un conmutador biestable que mantenga indefinidamente alimentados los leds, y consecuentemente requiere que los desvíos cuenten con interruptores de final de carrera. Y desde luego requiere que estos funcionen bien. Marklin tiene un pupitre de control (Referencia 72710) de desvíos basado en este esquema, pero naturalmente no puede utilizarse en escala Z cuyos desvíos no tienen finales de carrera.
 |
| Referencia Marklin 72710 |
Normalmente se utiliza en H0 con las vias C y K que si tienen los famosos microinterruptores. En la figura de la izquierda vemos este dispositivo, similar al 70729 pero con unos pequeños leds que se encienden según la posición del desvío.
Así que nos queda por solucionar el caso del sistema de mando por pulsadores, que realmente es el más utilizado. El problema es que para el caso de mando por pulsadores, la forma de obtener una señalización luminosa es la más complicada de todas, y ello proviene del hecho de que mientras ambos pulsadores están levantados, no hay ninguna parte del circuito que tenga tensión, y por lo tanto no hay ninguna forma de detectar eléctricamente la situación del desvío. Tampoco es posible hacerlo mecánicamente porque los dos pulsadores son independientes y ambos permanecen en la posición de reposo hasta que son pulsados.
La única solución es utilizar un relé biestable de dos bobinas (Por ejemplo el V23079-B1203-B301), conectado en paralelo con el desvío. Cada vez que se mueve el desvío, movemos también la posición del relé, y con ello conseguimos tener un juego de contactos en el relé que se conectan y desconectan en paralelo con la posición del desvío. Es esquema sería el siguente:
 |
| Figura 7. Señalización por relé biestable |
En la figura 7 vemos como el relé R1 se alimenta en paralelo con las bobinas del desvio, de manera que su posición marca la situación del mismo. El circuito representado en verde iluminará uno u otro led en función de la posición del relé y por tanto señalará la posición del desvío. Por supuesto que este circuito es válido para cualquiera de las otras opciones, pero resulta evidentemente más caro y más complejo que cualquiera de los anteriores,
Naturalmente, todo lo dicho vale para el mando analógico de los desvios y se utiliza por tanto en maquetas analógicas, o en aquellas que aunque la circulación de trenes se controle de forma digital, se haya preferido mantener el sistema analógico para el control de los aparatos de via. Los sistemas digitales utilizan otras técnicas de mando y señalización, y sobre todo cuando pasamos al control de los desvíos mediante ordenador, estamos en una situación completamente diferente.
Y un comentario más acerca de los fines de carrera o microswitches. Al ser mi escala la Z no tengo estos elementos en ningún desvío, pero he podido comprobar, como en los foros que hablan de productos Märklin se comenta repetidamente que estos elementos son una fuente continua de problemas, de modo que en muchos casos se recomienda que sean anulados o eliminados. Para muestra, remito a este comentario de otro seguidor de este blog:
Maqueta de Marco Retama. Por este motivo he incluido en mi comentario algunas frases acerca de la poca fiabilidad de estos elementos y de lo peligroso que puede ser confiar a ellos, de forma crítica, la seguridad de los desvíos. Evidentemente si estos elementos se anulan, no podrán utilizarse ninguno de los esquemas que se basan en su presencia.
Editado 20/11/2013
En esta fecha se ha publicado en este blog un artículo dedicado a la forma de suministrar alimentación a los sistemas de mando de desvíos, que constituye un interesante complemento a este artículo
.
El Enlace es este: David contra,,, Titán
Editado 05/02/2014
En esta fecha se publica en este blog un artículo dedicado a un circuito elecrtrónico para mover desvíos por el método de descarga por condensador que incluye leds para señalización en un panel de control
El enlace es este: Otro Inventillo
Editado 27/01/2015
En esta fecha se publica en este blog un artículo que describe los fundamentos físicos en los que se basan los motores de desvíos de dos bobinas y se explica el funcionamiento con corriente alterna y continua.
El enlace es este: Tangana electromagnética
--------------------------------------------------
* Hay una forma de denominar los conmutadores y también los relés con unas siglas que definen su configuración. SPDT significa Single Pole Double Throw, que en español solemos decir como "Un circuito dos posiciones". Como la nomenclatura por letras es más precisa, la utilizo aquí. Se puede consultar el siguiente documento para ver el significado de todas esas siglas: Switches explained
