Compañeros, este hilo nace como continuación al que abrí sobre la microfresadora Proxxon:
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Donde explicaba mi experiencia con esta extraordinaria máquina-herramienta, para crear espacio dentro de la locomotora, para el llamado "stay alive". Sugiero, a quien le interese el tema, pase por el otro hilo primero, donde colgué varios vídeos. Algún compañero me propuso abrir un nuevo hilo, y pienso que tenía razón. De esta forma, el hilo de la fresadora Proxxon trataría el aspecto "mecánico" (en el caso de que no hubiera espacio dentro de la locomotora), y el presente hilo, tratará elécricamente este sencillo pero gran avance, que llaman "stay alive", y que traducido al español, significaría algo así como “quedarse vivo”, “sobrevivir” o similar, que en la práctica quiere decir, que aunque la locomotora deje de recibir puntualmente alimentación de la vía, continuará circulando con normalidad.
En los dos raíles tenemos la alimentación. Las ruedas, captan la electricidad, mediante el contacto con los raíles. Además, las locomotoras tienen unos pequeños frotadores que hacen pasar la corriente de las ruedas, a la propia locomotora. Tenemos dos tipos de elementos móviles por los que pasa la corriente: ruedas y frotadores. No somos conscientes, pero que una locomotora circule, tiene bastante mérito, porque la corriente tiene que pasar de los raíles a las ruedas, y de las ruedas a los frotadores.
Como ya dije, es frustrante cuando una locomotora se detiene por suciedad en vías o ruedas, mal contacto o al pasar por el corazón aislado de cambio de agujas. Cuanto más peso y más ruedas tenga una locomotora, más fiable (teóricamente) será su funcionamiento. Ojo, porque las ruedas con aros de adherencia no captan corriente. Suele ocurrir que hay locomotoras que tienen la fea costumbre de pararse continuamente, lo que hace que terminemos apartándolas y no disfrutemos de ellas. Quién no tiene esa locomotora que tanto le gusta, pero se para, le das un empujoncito, anda unos centímetros, y se vuelve a parar, le das otro empujoncito, arranca y se para de nuevo…desesperante.
Incluso con vías y ruedas limpias, locomotoras con mucho peso y con muchas ruedas, pueden acabar parándose intempestivamente cuando menos se lo espera uno, teniendo que acercarse uno a dar un empujoncito. En el verano pasado, con motivo de un viaje de trabajo a Nuremberg, visité su museo ferroviario (disfruté muchísimo, aunque la mayoría de los rótulos estaban en perfecto alemán y no me enteré de nada -hubiera esperado que también estuvieran en el universal idioma inglés, pero no fue así-). En la exhibición de su gran maqueta, el "operador" tuvo que recurrir a un palo de unos 2,5m, para dar un empujoncito a una locomotora que se había parado (y eso que allí ruedan los trenes diariamente, lo que ayuda a tener limpias las vías).
Una locomotora se para cuando no le llega alimentación al decodificador. Es verdad que el volante de inercia ayuda algo (pero poco, porque, la energía que almacena al girar es muy pequeña). La función del volante de inercia es más para conseguir una rodadura suave, que para sacar a la locomotora de un punto conflictivo.
Todo el que esté familiarizado con la electricidad sabe que un condensador almacena energía eléctrica (aunque muy poco, en comparación con una batería). La siguiente fórmula indica la energía eléctrica que puede almacenar un condensador:
E=1/2 x C x U x U (lo siento no puedo poner el "U al cuadrado").
Donde:
E , es la energía (en Julios, J).
C, la capacidad (en Faradios, F).
U, la tensión (en Voltios, V).
Es decir, la energía almacenada por un condensador, depende de su capacidad y del cuadrado de la tensión.
La energía eléctrica se transporta en corriente alterna (AC), por su facilidad de subir/bajar la tensión mediante transformadores, pero los circuitos electrónicos, necesitan corriente continua (DC) para su funcionamiento. En el DCC, tenemos en la vía una tensión alterna (es una tensión cuadrada, no senoidal, pero es alterna, aunque muchos no se lo creerán), y el decodificador rectifica esta tensión alterna a continua, para la alimentación de sus circuitos integrados y el propio motor de la locomotora, que es de corriente continua. Si somos capaces de mantener esa tensión continua mediante un condensador externo, habremos conseguido una especie de sistema de alimentación ininterrumpida...mientras el condensador mantenga una cierta carga. Cuanto mayor sea la energía que podamos almacenar, más autonomía tendremos, en caso de fallo de alimentación. La autonomía máxima que yo he conseguido, es de unos 15 segundos, sobre el banco de rodillos, y a una velocidad baja (en la práctica, tirando de un tren, siempre sería menos, porque no consume la misma corriente la locomotora “en vacío” sobre el banco de rodillos, que tirando de una composición). Realmente no es necesario tener tanta autonomía, con unos pocos segundos sería más que suficiente (pero cuanto mayor autonomía tenga, mejor).
El condensador presenta un problema, y es que cuando está descargado, y lo alimentamos absorbe la energía de una forma muy brusca. Por ello, una simple resistencia, limitará el pico de corriente, al valor que nosotros queramos. Por otra parte, cuando queremos que el condensador actúe por falta de alimentación en la locomotora (porque hay una corazón no polarizado, suciedad en la vía o mal contacto en general), queremos que el condensador entregue rápidamente su energía al decodificador, que a su vez lo entregará al motor. El condensador, no va a entregar más potencia, que la que el decodificador y motor necesitan para funcionar. Para ello, emplearemos un simple diodo, para que la corriente apenas circule por la resistencia en la descarga. El esquema de principio del "stay alive", sería este:
Cuando el decodificador reciba tensión, el condenador C se cargará suavemente a través de la resistencia R. Cuanto mayor sea la resistencia R, más tiempo le costará al condensador cargarse. Cuando el decodificador deje de recibir tensión (por un fallo de contacto con la vía), el condensador C se descargará a través del diodo D. Cuanto mayor sea la corriente que consuma el motor, en menos tiempo se descargará el condensador (y menos autonomía tendremos). Dado que interesa no sobrecargar la centralita que alimenta a los trenes que están en la vía, en la práctica (hablo en mi caso), es habitual tiempos de carga del condensador entre 15 y 40 segundos. Hay que tener en cuenta, que si tuviéramos muchas locomotoras con el stay alive, al dar la centralita tensión a la vía, la suma de todas las corrientes a cada uno de los condensadores, podría adquirir un valor elevado, haciendo creer a la centralita que hay un cortocircuito. Existe la posibilidad de hacer una carga “controlada” (solo se cargaría el condensador, cuando direccionáramos a cada una de las locomotoras). Con esto, podríamos cargar los condensadores en menos tiempo, con resistencias más pequeñas.
Aquí podemos ver en el canal 1 (CH1) cómo se carga el condensador (con una curva exponencial), hasta llegar a los 10V que limita un zéner (en verdad, llega a los 10,6V), y en el canal 2 (CH2) vemos la corriente, medida directamente en la vía (de ahí que no se vea un trazo “limpio”, midiendo la caída de tensión a través de una resistencia de 1 ohmio), y luego multiplicando por 3 (para tener mayor resolución de medida):
El pico de carga alcanza 1/3 x 0,288V/1R=0,096A
Veamos cuál de estos dos condensadores, puede almacenar más energía:
A priori podemos pensar que el más grande, puede almacenar más energía, pero nos vamos llevar una sorpresa:
Condensador de 470uF/16V:
E=1/2 x C x U x U = 1/2 x 470uF x 16V x 16V = 1/2 x 0,00047 x 16 x 16 = 0,06J
Condensador de 1F/2,7V:
E=1/2 x C x U x U = 1/2 x 1F x 2,7V x 2,7V = 3,645J
Es decir, en el condensador pequeño se puede almacenar muchísima más energía que en el grande. Pero tenemos un problema, con 2,7V, no podemos hacer funcionar una locomotora (y esta sería la tensión máxima, que va decreciendo a medida que se descarga el condensador). Lenz, con su USP, cuando detecta que no se recibe tensión de la vía, coge la tensión del condensador y la eleva desde unos 2,5 a 8V, mediante un convertidor de tensión llamado boost. Este convertidor elevador saca 8V hasta que el condensador al descargarse llega a aproximadamente a 1,1V, momento en que ya no es capaz de matener la tensión de 8V. Una de las grandezas del DCC, es que aunque la tensión que llega decodificador vaya decreciendo, no tiene prácticamente incidencia sobre la velocidad de la locomotora, ya que el decodificador monitoriza indirectamente la velocidad del motor (si tiene compensación de carga, y está activada). Emulé el sistema de Lenz, dotándolo de mayor autonomía. Funcionaba, pero gracias a este foro, descubrí el stay alive, y vi que era muchísimo más sencillo y con mejores resultados.
Como en mi caso, utilizo condensadores de 1F/2,7V (hay quien emplea condensadores de 1000uF/16V), conecté en serie varios condensadores, para que se repartieran la tensión que les llega a través de la vía (que suele ser 12-14V). Pero ojo, así come en las resistencias, al conectarlas en serie, la resistencia aumenta, y al conectar en paralelo la resistencia disminuye, con los condensadores ocurre justo lo contrario con la capacidad: al conectar en serie condensadores, la capacidad disminuye, y al conectar en paralelo, aumenta. Utilicé cuatro condensadores en serie, que teóricamente podrían trabajar hasta 2,7V x 4 = 10,8V, siendo la capacidad total, Ct=C/4 = 1F/4 = 0,25F:
Es decir, he dividido la capacidad por cuatro, pero la tensión la he multiplicado por cuatro. La energía teórica que puedo almacenar ahora es:
E=1/2 x C x U x U = 1/2 x 0,25F x 10,8V x 10,8V = 14,6J.
Siendo estrictos, y dado que los condensadores electrolíticos presentan tolerancias bastantes grandes, tendría que haber conectado en paralelo con cada condensador, una resistencia de un valor elevado, para que de esta forma, la tensión en cada condensador la impusieran las resistencias, y no los condensadores.
En la práctica, hago trabajar a los condensadores un poco por debajo de 10,8V, y para ello se emplea un zéner que limitará la tensión a unos 10V:
E=1/2 x C x U x U = 1/2 x 0,25F x 10V x 10V = 12,5J
Pero no se puede exprimir la energía del condensador hasta el último julio, porque cuando la tensión que tiene la batería de condensadores es de 5-6V, el decodificador parará el motor (empieza a hacer cosas raras con las luces, intentando arrancar el motor, pero ya no es posible).
La energía que no podremos sacar del condensador es:
E=1/2 x C x U x U = 1/2 x 0,25F x 5V x 5V = 3,125J
Por tanto, vamos a poder obtener 12,5-3,125= 9,4J de la batería de condensadores
Para la locomotora que modifiqué, como es bastante antigua (de los años 90, ni tenía zócalo para decodificador) y los motores de entonces consumían bastante más que los actuales, dupliqué la batería de condensadores, por lo que tenía 4 condensadores en serie, en paralelo con otros cuatro condensadores en serie:
Al margen de los cálculos teóricos, que consideran que los condensadores son ideales, y que no hay pérdidas de ningún tipo, los vídeos muestran claramente, la autonomía conseguida con este sencillo método.
Para identificar el (+) y (-) en el decodificador, tenemos que localizar el puente rectificador, que pasa la tensión de DCC a DC:
En decodificadores Lenz Gold, ESU y otros muchos, el decodificador ya viene preparado para soldar los cables del stay alive. En otros muchos casos, tendremos que buscar el (+) y (-), y soldar unos cablecillos...Normalmente suelen hacer el puente rectificador con cuatro diodos independientes. Como vemos en el esquema de arriba, hay dos diodos que están conectados por el cátodo (D1 y D2), siendo (+) del decodificador, mientras que D3 y D4 están conectados por el ánodo, y siendo el (-). Con el tester en modo continuidad, debemos localizar dos cátodos que están conectados entre sí (y lo mismo para el negativo):
Aquí podemos ver una foto de un decodificador Lenz standard muy antiguo:
El cablecillo rojo es el (+), y el marrón (tendría que haber utilizado uno de color negro, pero como era para una prueba, pillé lo que tenía a mano), el (-).
En un decodificador Lenz standar actual, en lugar de utilizar un puente rectificador con cuatro diodos, utilizan un puente rectificador integrado, donde resulta inmediato identificar el (+) y (-), porque está indicado en el propio integrado (la foto está hecha a través de una lupa):
En resumen:
- La principal dificultad que yo encuentro para el stay alive, es la de encontrar un hueco dentro de la locomotora, para alojar los condensadores. Para locomotoras antiguas, con la fresadora Proxxon, según expliqué en otro post, se puede quitar metal del chasis, generando huecos para las condensadores. Para locomotoras actuales, como casi todas van venir con hueco para altavoz, si no le damos valor al sonido, ahí podremos alojar los condensadores. Y si no queremos prescindir del altavoz, y no hay espacio por ninguna parte, siempre nos quedará la fresadora.
- Hay que jugar con las capacidades y tensiones de los condensadores, para conseguir almacenar la máxima energía posible. Yo prefiero trabajar con capacidades muy altas y tensiones bajas, y conectar en serie condensadores. Hay quien prefiere trabajar con condensadores de la mayor tensión posible, y no conectar en serie.
- En los casos en los que los decodificadores no vengan preparados para el stay alive, tendremos que buscar el (+) y (-).
Un saludo a todos.
Dvorak