domingo, 9 de febrero de 2014

Cables y más cables...

Como continuación al artículo anterior (Masa común: "The masa returns") quiero hacer hincapié en la importancia de la planificación de: la sección del cable empleado en la maqueta, en el recorrido óptimo del cableado y en la mala influencia en el funcionamiento de diferentes dispositivos de la maqueta que puede provocar un trazado descuidado de los cables que transportan la "energía digital".


En un principio quería desarrollar el tema en unas lineas, pero he ido añadiendo texto... y he decidido separar los tres puntos que quería tratar en tres artículos:

A-Dimensionado del cable

B-Geometría del cableado

C-No vale cualquier manera de "tirar cable"

A- Dimensionado el cable:

Los cables tienen una resistencia que depende de varios factores: el material conductor (resistividad), la temperatura, la sección y la longitud del cable.

-El material conductor de nuestros cables suele ser el cobre.

-La resistencia es proporcional a la temperatura: a más temperatura más resistencia.

-La resistencia es inversamente proporcional a la sección: a más sección menos resistencia.

-La resistencia es directamente proporcional a la longitud: a más longitud más resistencia.

Según dice el Sr. Ohm si circula una corriente por una resistencia habrá una caída de tensión: nuestro cable es una resistencia y "perderá voltaje", y en el mejor de los casos dificultará la circulación de la corriente de nuestra maqueta. Si no queremos perder mucha corriente podemos hacer que los cables sean lo más cortos posible, eso no es mala práctica, pero el caso es que los cables tienen que ir a donde han de ir y no tenemos mucho margen de maniobra en este sentido. Lo más conveniente es dimensionar los cables según la corriente que deban conducir.

Un cable de 0,15mm² (26AWG) tiene una resistencia de unos 132Ω (Ohmios) por cada kilómetro de longitud a una temperatura de 20ºC. Para 1A la caída de tensión es de alrededor de 1,32V por 10 metros. A la salida de una central moviendo varios trenes supongamos una intensidad total de 4A. La caída de tensión sería de mas de 5V. El cable disiparía unos 21W (bonita estufa). Hemos de tener en cuenta que al aumentar la temperatura la resistencia también aumenta. La resistencia a 90ºC es cerca de 1,3 veces mayor que a 20ºC, lo que me lleva a recordar algo en lo que no solemos caer hasta que es tarde: hay que pensar en los cortocircuitos. Si el cable anterior se va calentando va aumentando la resistencia. Si tenemos un cortocircuito la intensidad podría no aumentar lo suficiente para fundir un fusible de 4A con rapidez (16V/1,32Ω= 12A a 20ºC, 9A a 90ºC). Debemos tener en cuenta también que pueden haber empalmes, conectores y otros "obstáculos" que provoquen un aumento de la resistencia. Podría haber una desgracia. No hacen falta 90ºC para que muchos recubrimientos de cable de ABS o PVC se fundan (por ejemplo el cable para porteros automáticos). 0,15mm² es una sección habitual en cables de red local, es un cable común, barato... utilizarlo en nuestra maqueta es una tentación. ¿Te parece un cable demasiado fino, fuera de la realidad?. Desgraciadamente en nuestras maquetas son bastante comunes cables aún más delgados. Mejor usar estas secciones de cable para los s88 y cosas así.

Un cable de 0,75mm² tiene una resistencia de cerca de 26Ω/Km a 20ºC. Con 4A la caída de tensión es de alrededor de 1V para 10m (sólo se pierden 4W). El cable no se calentaría y conservaría perfectamente sus propiedades originales en caso de cortocircuito: lo que se fundiría es el fusible, con rapidez, no el cable. 10 metros es una longitud muy habitual en los servicios de  muchas maquetas, y estoy hablando sólo del cable, hay que sumar la resistencia de los tramos de vía, que es peor conductor que el cable de cobre.

¿No habéis visto, en la carretera, un coche que se aproxima de frente, con un faro de un color amarillento-anaranjado? Con un par de voltios de caída de tensión en algún empalme (sobre los 12V del sistema eléctrico del automóvil) se pierde alrededor del 20% de la energía eléctrica y un porcentaje aún mayor de la energía luminosa que emite la bombilla. Si manejáramos 220V, perder 5V no supondría nada más que un cierto aumento de temperatura del cable. Un cortocircuito fundiría un fusible de 4 A sin problemas (220V/0,88Ω=250A).

Hablemos ahora de algunos efectos visibles de lo anterior. Las locomotoras no siempre van solas, ni siempre ruedan en recta ni en terreno llano. Una locomotora puede arrastrar varios vagones, puede afrontar una pendiente y el decodificador de la locomotora debe compensar la velocidad para mantenerla constante, con diferentes condiciones de carga. Su consumo se incrementa y puede no ser constante a medida que los ejes pasan por curvas o desvíos. Un mal contacto de los raíles o patín podría provocar titubeos y que el decodificador deba recuperar la velocidad perdida, y esto supone incrementos de consumo instantáneos. Para que el decodificador haga su trabajo en buenas condiciones necesita que la tensión presente en la vía sea constante. Si la tensión baja, el esfuerzo de la electrónica será mayor. Podremos ver como nuestro tren llanea perfectamente pero en cuanto trata de superar cierta pendiente parece otro, hasta el sonido cambia...se ahoga por momentos. Un cable inapropiadamente delgado puede provocar comportamientos insatisfactorios de nuestro material rodante.

Las centrales digitales y los booster suelen tener limitación de corriente y detección de cortocircuitos. Parece que no van a haber incrementos de intensidad peligrosos en nuestra corriente de tracción, pero el sobrecalentamiento que provoca el circuito de limitación de intensidad puede ser motivo de avería de la etapa de salida. Debemos dimensionar correctamente los sectores que alimentamos con cada booster. Sin embargo en los circuitos auxiliares no existe más limitación de intensidad que la resistencia de los cables, y el fusible que protege el circuito.

Un cable de 0,75 o 1mm² para circuitos protegidos por fusibles de 4A nos proporcionará un buen nivel de seguridad y hará que nuestros trenes rueden satisfactoriamente.

Pero si aprovechamos la arquitectura de masa común corremos el riesgo de poner la misma sección de cable para la ida (cables rojos y/o amarillos) que para los retornos. Pero eso ya lo trataremos en el próximo artículo.


Un cable de 0,75 o 1mm² para circuitos protegidos por fusibles de 4A nos proporcionará un buen nivel de seguridad y hará que nuestros trenes rueden satisfactoriamente.

Pero si aprovechamos la arquitectura de masa común corremos el riesgo de poner la misma sección de cable para la ida (cables rojos y/o amarillos) que para los retornos. Pero eso ya lo trataremos en el próximo artículo.

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