Tutorial descarga capacitiva (por condensador) para desvios

[Carles]

Tutorial descarga capacitiva (por condensador) para desvios


Viendo que hay cierta confusión con esquemas, circuitos e información acerca del sistema de "descarga capacitiva" me he decidido a escribir un mini-tutoral que intente explicar el asunto y aportar soluciones prácticas.

Quien escribe es fanático de este sistema y cree, que no sólo es el mejor, sino el más conveniente. Este tutorial está dirgido a principiantes.


Un poco de teoría!

Que las cosas no vale sólo hacerlas, también es muy interesante comprenderlas, por ejemplo para adqurir conocimiento (este argumento por si sólo ya bastaría) o también para la expansión de las posibilidades y mejoras. Para personalizar los proyectos a nuestros gustos, necesidades y maneras.

Bien, para empezar y ni que sea trivial, ¿Qué es un desvío? Por supuesto ; ) sabemos que es un dispositivo capaz de bifurcar un via en dos. Pero,  ¿cómo es? ¿cómo funciona?

Vamos a ver una foto del interior de un desvío muy típico, un Roco 22251:




Tal como podemos observar, se trata de dos bobinas que por medio del electromagnetismo transforma la energía eléctrica en mecánica.

Con otras palabras: dos arrollamientos de hilo de cobre que configuran un imán, dicho rápido y mal. Y de aquí puede venir la primera pregunta, quizá la más común entre los principiantes: ¿Cómo debo alimentar a los desvíos, con tensión continua o con alterna?

Normalmente se hace con alterna, pero no hay ninguna razón especial. Pueden funcionar tanto en AC como en DC, la inducción electromagnética se producirá igual, a los efectos de crear un electroimán (es decir, un metal que se convierte en imán solo cuando está en presencia de tensión, cancelando el efecto cuando la corriente desaparece) tanto si es en continua como en alterna.

(obviamente suceden muchas más cosas y hay diferencias muy importantes cuando se somete a una bobina a DC o AC, esto es sólo una aproximación ;-).

(A mi se me ocurre pensar que los fabricantes instalan en los trafos la típica salida en alterna sólo por ... economia y ahorrar componentes. Si ya funciona con alterna, para que tengo que gastar en rectificaciones y demás?) (menos componentes, menos averias, menos servicio técnico).

Bien, tenemos entonces dos bobinas colocadas simetricamente para conseguir sendos campos magnéticos cuyo trabajo efectuado moverá los espadines de los desvíos, ahora una posición, ahora otra.

Todos conocemos que conectando un cable mondo y lirondo a una bateria o un enchufe haremos un cortocircuito como una catedral. Es normal puesto que ese hilo tiene una resistencia bajísima, prácticamente cero. Una bobina del motor de un desvío son unas cuantas vueltas más de ese cable mondo y lirondo, configurando una resistencia muy baja. Por ejemplo, mis desvios Roco 22249 y 22251 presentan una resistencia de unos 6 - 7 ohms.

Si conectamos un desvío Roco a una bateria o un alimentador que nos proporcione 15 - 16V, la corriente que circulará será (por ley de ohm) entre 2,5 y 3 amperios. No es un cortocircuito ... pero es una importante corriente, ciertamente elevada. Lo suficiente para que si sometemos el desvío a un tiempo más largo que unos pocos segundos (y si el desvio no esta protegido) lleguemos a destruir por calentamiento el hilo que forma su bobina. Para que la bobina  sea de pequeño tamaño (no deseamos grandes armatostes en los sufridos desvíos!) estará compuesta por vueltas de hilo muy fino, que con grandes corrientes puede quemarse fácilmente.

Es por ello que tradicionalmente los fabricantes implementan maneras para impedir la destrucción de los desvíos, sea por mala manipulación o por inexperiencia del aficionado.

Por ejemplo, una de esas medidas, ofrecer los pupitres de control y accionamiento de los desvíos mediante pulsadores, confiando en que el aficionado sólo presione durante el tiempo (necesariamente corto) que dure el cambio del desvío. Otra, es implementar en los mismos desvíos interruptores "final de carrera" que cortan la alimentación a la bobina una vez efectuado el trabajo de mover vias.

Ambas soluciones son buenas pero! no ideales. En electrónica (o incluso en todos los ámbitos de la vida) es muy raro encontrarse con situaciones 'ideales' simplemente porque eso significaría encontrarse con la misma 'perfección' y bien sabemos que en el mundo real eso no existe. Siempre hay efectos no deseados o secundarios. A lo más que podemos llegar es una aproximación lo más cercana a esa situación ideal.

Bien, pues alegrémonos! para asegurar una confiabilidad y protección total al desvío, a la par que un funcionamiento impecable, hemos hallado una de esas raras  ocasiones en que un componente o un método se aproxima mucho a esa perfección.

Y ese método no es otro que el protagonista de este tutorial. El sistema de descarga por condensador.

Muchos aficionados, dada la considerable corriente que es necesaria para mover un desvío usan grandes transformadores, que necesariamente serán caros, pesados y voluminosos. Y por supuesto deben asegurar la integridad de los desvíos ya sea presionando el tiempo justo para que accione el dispositivo y no 'queme' la bobina, o confiando que los fines de carrera de los desvíos estén siempre en estado de revista (y eso … ¿cómo lo pòdemos saber si el motor del desvío no está accesible o a la vista?)

No parece natural. Por eso a alguien se le ocurrió, seguramente dejando de lado herramientas, materiales y esquemas, y sólo observando y pensando que era lo que sucedia cuando se pone un desvío en marcha, la genial idea de la descarga capacitiva. Estimados compañeros, creo que la persona que ideó este sistema merecería el Nobel de modelismo. Dio con una solución perfecta!

Porque así es. El accionamiento de un desvío no es otra cosa que casi un cortocircuito. Ni siquiera parece recomendable alimentar a un desvío con complejas fuentes como las ahora muy típicas de ordenadores, debido a que tienen demasiadas protecciones y controles que no sólo son redundantes para un desvío, sino que puede que finalmente nos perjudiquen! aunque parezca contadictorio.  Pero eso es normal, las fuentes de ordenador fueron diseñadas para controlar de manera muy precisa las delicadas tensiones, altamente estables, que se necesitan para los circuitos digitales. Ello por supuesto no quiere decir que no se usen, antes al contrario, para circular trenes pueden ser muy adecuadas, pero no tanto para los desvíos. ¿Y por qué no para ellos? Porque, insistimos ;-) accionar un desvío es practicamente algo muy cercano a un cortocircuito. Este hecho, esa particularidad, es la clave.

Si por ejemplo accionamos tres desvíos a la vez tendremos cerca de los 10A en un instante muy breve. En estas condiciones, yo, sí fuera una fuente de PC, tendría muchas dudas si lo que tengo delante no es un cortocircuito ... como me han programado de manera conservadora, cogería e interrumpiría el voltaje diciéndole al usuario, "lo siento por tus datos pero apáñate porque he visto algo raro, un peazo de pulso muy intenso y breve ... no me ha hecho gracia y no he tenido más remedio que pararlo todo, no sea que haya un incendio y la fastidiemos tú y yo".

(Una de las bromas o novatadas típicas en FP o primer año de ingenierias consiste en la vieja putada de lanzar un condensador recién cargado a la tensión de la red (220V) a las manos del novato. No es muy agradable! O seguro los que cacharreamos en alguna ocasión hemos pegado un salto cuando por lo que sea un electrotrolítico de alta capacidad ha hecho corto. Menudo chispazo suelta el condenado! Menos mal que dura nada!

Pues justamente eso es lo que necesitamos. Eso es lo que 'desea' el desvío! le hemos comprendido.

La mejor solución para un desvío, (que es una bobina de hilo de cobre muy fino de pocos ohms de resistencia) que necesita crear un instantáneo electroimán para realizar un trabajo mecánico de manera firme, es soltarle una 'andanada' de corriente en un tiempo muy corto.


PARTE PRACTICA

Los esquemas no son originales puesto que estan basados en todo lo que me he documentado por la red. Son circuitos probados y funcionan. Los he comprobado no solo teórica sino experimentando con ellos.

Vamos al tema ya de una vez, a ver circuitos prácticos!

Veremos cuatro esquemas tanto eléctricos ("ortodoxos") y prácticos, serán:

- Versión corriente alterna sin leds
- Versión corriente alterna con leds
- Versión corriente continua con leds
- Versión corriente contínua con leds




VERSIÓN CORRIENTE ALTERNA SIN LEDS

Esquema teòrico "ortodoxo":

Esquema práctico:

Conexionado de los desvios:

VERSIÓN CORRIENTE ALTERNA CON LEDS

Esquema teòrico:

Esquema práctico:

El conexionado de los desvíos se hace igual que para el circuito sin leds. En mi opinión, se trata del mejor sistema y el que personalmente elegiriía. Tiene la ventaja de necesitar tan sólo un cable por desvío (más el común).  El ahorro de cables y conexionado nunca es bien agradecido en una maqueta o instalación.

Aún sea la versión en AC,  en realidad a los desvíos les llega efectivamente DC, puesto que tenemos dos diodos que rectifican a media onda, cargando a los condensadores. Podemos observar que los leds van 'directos', conectados a la tensión alterna. Esto no supone ninguna anomalia, y se ha hecho por pura economía de componentes, cierto que los leds, como todo buen diodo se pondra a rectificar y lucirá 50 veces por segundo (frecuencia de la red eléctrica doméstica) pero ello no supondrá ninguna molestia visual, siendo casí imperceptible. Si todavía deseamos más minimalismo, podemos escoger la versión sin leds, puesto que si usamos conmutadores de palanca, su misma disposición física ya nos indicará de manera visual la posición del desvío.






VERSIÓN CORRIENTE CONTÍNUA SIN LEDS

Esquema teòrico:

VERSIÓN CORRIENTE CONTÍNUA CON LEDS

Esquema teòrico:

Esquema práctico:

La versión para contínua, como podemos ver, es un poco más simple debido a que la rectificación ya nos la proporciona el alimentador. De hecho es prácticamente la misma que para alterna, si nos fijamos bien.


¿Se pueden usar pulsadores? se puede, sólo es necesario seguir este conexionado con dos de ellos:






Comentarios para cuestiones típicas de los valores de los componentes electrónicos


En los esquemas he aplicado los valores usuales, que se ven por la red. La teoría nos dice al respecto de las resistencias limitadoras que aumentando su valor, la corriente que circulará y cargará a los condensadores (conocida como la "residual", explicada un poco más abajo) será más pequeña y nominalmente menos 'peligrosa' y onerosa. Entonces, ésa resistencia sería conveniente  fuera lo más alta posible para minimizar 'costes' (consumo de electricidad). Aunque tiene la desventaja que llevará más tiempo cargar los condensadores y aumentará la espera para activar de nuevo un desvío. Si su valor es más bajo, las cosas irán mejor para el usuario pero no para la corriente "residual" indeseada que será más alta. Por lo tanto tenemos un compromiso. El valor común y típico es de 1Kohm y ciertamente los valores prácticos se mueven por ahí, entre 820 ohms y 1,8K. Personalmente uso las de 1,5Kohm porque soy algo maniático. En todo caso a gusto y elección de cada uno.

En cuanto a los condensadores ... se ven valores de hasta 10.000 uF o incluso aficionados que utilizan una gran una batería de condensadores en paralelo, por cada desvio. Creo que es exagerar. Y no está del todo claro que en la práctica tanta capacidad no pueda causar también algún daño. Por mis pruebas, dos condensadores de 1.000 uF son ya suficientes para mover tres desvios. En mi caso he utilizado una bateria de tres condensadores de 1.000 uF (3000 total) con resultados totalmente satisfactorios y sin prácticamente tiempos de espera. Incluso, retirando la alimentación a los condensadores, éstos acumulan tanta energía que son capaces de accionar hasta tres veces seguidas los desvíos.



Un poco más ...

Fijemonos en el esquema de la versión DC:



Viendo el recorrido del color verde en el esquema, si, hay un circuito cerrado, que suele inquietar a quien no está familiarizado con este sistema. Efectivamente, están circulando, a 12-15V y con 1Kohm como resistencias limitadoras unos 10 mA. Ciertamente que esta corriente "se pierde" pero no perjudica de ninguna manera a las bobinas. Es inofensiva. Esta corriente es la llamada "residual".

Esto hace al sistema de descarga por condensador garantizar la integridad de los desvíos.


RESUMEN: ventajas e inconvenientes del sistema de descarga por condensador

Ventajas:

- Protección total al desvío.
- Se puede usar un transformador tan pequeño como de 0.4 A directamente y sin necesidad de rectificar.
- Se pueden utilizar conmutadores miniatura normales de palanca, económicos
- Una sola batería de condensadores es válida para una gran cantidad de desvíos
- En la versión corriente alterna es posible la reducción del cableado en la instalación ya que necesita un sólo hilo por cada desvio.

Inconvenientes:

- hay que esperar un pequeño tiempo a la recarga de la batería de condensadores.
- circula una pequeña corriente "residual" del orden de unos pocos miliamperios, aunque incapaz de cualquier daño.


Salutacions!