INERCIA

La primera Ley de Newton nos dice que un cuerpo en movimiento mantiene su velocidad y su dirección si no hay ninguna fuerza que actúe sobre él . Esta se suele llamar, ley de la inercia y se completa con la segunda Ley, que viene a decir que si queremos que el cuerpo cambie de velocidad o de trayectoria, hay que aplicar una fuerza sobre él, lo que le provocará un cambio de velocidad (en magnitud o sentido) y ese cambio es lo que llamamos aceleración.

Los trenes tienen una gran masa, y por lo tanto para cambiar a una velocidad mayor o sea para acelerar, o menor, o sea para frenar, requieren una fuerza grande, y aún así la aceleración es muy pequeña en ambos casos. Además de nada serviría añadir más potencia de tracción o de frenada, porque la fricción entre los carriles y las ruedas es relativamente baja, así que si se pretende acelerar o frenar más fuertemente lo que se consigue es que las ruedas patinen. Por lo tanto los trenes reales aceleran y frenan muy lentamente, y se suele decir que tienen mucha inercia.

Cuando manejamos un tren analógico con un controlador clásico, tenemos en nuestra mano hacer que las arrancadas y frenadas sean tan suaves como lo serían con un tren real, pero eso nos obliga a ir subiendo (o bajando) el mando de control muy lentamente hasta alcanzar la velocidad deseada (vamos a llamarla velocidad de crucero) Si no hacemos eso, y movemos el control bruscamente las aceleraciones y frenadas serán bruscas. Pero lo peor es cuando automatizamos las arrancadas y paradas, por ejemplo ante señales, en estaciones o en un bloqueo automático. En este caso, el caso clásico es que el tren se pare en un tramo de parada porque se queda sin corriente de alimentación, y por lo tanto la parada es brusca, y lo mismo la arrancada, cuando se restaura la alimentación.

En los sistemas digitales, se ha impuesto un sistema denominado ABC (Automatic Brakes Control) que consigue detenciones progresivas en los tramos de parada, que ya no se quedan sin alimentación, sino que introducen una asimetría en la señal digital, que los decores de las locomotoras interpretan como parada progresiva.

Pero para analógico, no hay nada parecido. Bueno si, existen o más bien existían unos aparatos denominados módulos de frenada, cuyo efecto era que cuando el tren llegaba a un tramo en el que debía detenerse, la tensión de alimentación en ese tramo empezaba a disminuir hasta cero. El problema de esto es que una disminución de velocidad gobernada por la tensión es muy irregular y depende mucho de cada motor.

Y aquí entran los controladores PWM Como sabemos en ellos la regulación de velocidad no es por tensión, sino por anchura de pulso de la señal PWM, y eso se traduce en que variando esa anchura de pulso, la frenada y la aceleración son mucho más uniformes y controladas.

Como además los controladores PWM ya son un dispositivo electrónico, es relativamente fácil incluir la electrónica necesaria para que el ancho de pulso de la corriente PWM varíe automáticamente, subiendo o bajando, con lo cual se consiguen arrancadas y frenadas progresivas con mucha facilidad. Un controlador que hace eso, se suele llamar "con simulación de inercia"

Es más, también se puede conseguir que ese cambio del ancho de pulso se haga más o menos rápidamente, con lo cual la aceleración de las arrancadas y frenadas puede ajustarse a los valores deseados. Llamamos "inercia" al ajuste que varía esta velocidad de aumento o disminución de la anchura de pulsos, y todos los controladores PWM con simulación de inercia que he diseñado, llevan ese control. Por cierto que los sistemas digitales también se programan para hacer simulación de inercia de las locomotoras, pero el ajustar sus valores suele ser una operación que requiere modificar valores de las "CVs" y por lo tanto es una operación que requiere actuar con la programación de la locomotora. En mi sistema, la inercia es un ajuste que se hace con un mando rotatorio en el controlador, y por tanto puede modificarse en cualquier momento, incluso mientras el tren está circulando.

Pero, ¿como controlamos entonces un tren con un controlador que tenga simulación de inercia? En primer lugar hay que distinguir que hay controladores que se anuncian como que tienen simulación de inercia, y es cierto, pero es tan pequeña, que el tren se pone a la velocidad final en uno o dos segundos. De acuerdo que no es una arrancada brusca, pero el efecto es más de un retardo en obedecer al controlador que otra cosa. Cuando yo hablo de simulación de inercia me refiero a que un tren arranque y empiece a acelerar lentamente, hasta alcanzar la velocidad máxima en más de un minuto, habiendo recorrido por tanto varios metros de vía (según la escala).

Volviendo a la pregunta: ¿cómo controlamos entonces el tren? Yo he llegado a dos métodos distintos, que cada uno tiene sus ventajas y sus inconvenientes, en función de lo que se quiera conseguir.

Por supuesto los controladores con este tipo de mando, tienen los mismos tres botones que un PWM72 para ordenar la marcha adelante atrás y la parada.

Estos controladores tienen además de las funciones F, R y S las funciones U (up) y D (down). La primera es la que hace aumentar la velocidad y la segunda la disminuye.

También todos estos controladores con control de inercia tienen una función especial: W (de wipper) que es una salida analógica entre 0 y 5 V proporcional a la velocidad actual de la locomotora, Existe un dispositivo de nombre VELAN que convierte esa salida en una cifra en Km/h que corresponde a la velocidad de la locomotora en cada momento

Obsérvese que a diferencia de todas las demás señales con las que funcionan todos los dispositivos, estas funciones U y D no son pulsos momentáneos, sino que se deben mantener un cierto tiempo mientras queremos que la velocidad aumente o disminuya.

El vídeo siguiente muestra el controlador PWM73SI en funcionamiento. En el vídeo se le ve siendo manejado solamente con sus botones azules, es decir el derecho para acelerar, y el izquierdo para frenar. Es destacable cómo se aprecia la diferencia de comportamiento del tren, según la posición del botón de ajuste de inercia.

En el video siguiente vemos el mismo controlador PWM73SI, pero ahora manejado con un Joystick y además conectado a un velocímetro VELAN que indica permanentemente la velocidad a escala del tren

Este tipo de control es probablemente el más adecuado para hacer una interfase con un sistema informático. El ordenador o el Arduino puede mantener activada la función U o la función D y al mismo tiempo recibir la salida W para saber la velocidad que lleva la locomotora, y así activar o desactivar las U y D según se necesite. Además la velocidad convertida a Km/h se puede visualizar en la pantalla del dispositivo informático.