TORTOISES E CHAVES

Olá Amigos!

Terminou o mês de maio e, desde abril, não coloquei mais nenhum artigo aqui no nosso Blog, mas agora conversando com um colega pela Internet, surgiu uma dúvida sobre um assunto e como essa dúvida pode ser comum a outras pessoas, achei que seria uma ótima oportunidade para fazer um novo artigo, de modo que ele pudesse abranger mais pessoas e que pudesse ser útil a elas.

O colega me perguntou sobre um dispositivo pouco usado entre nós, mas bastante útil. O dispositivo e um acionador de desvios chamado Tortoise. 

Para quem ainda não conhece o Tortoise, trata-se de um dispositivo usado para acionamento de desvios em uma maquete, só que diferentemente dos acionadores a base de bobinas elétricas, o Tortoise faz o acionamento por meio de um motor de baixa velocidade, dando mais realismo no movimento das agulhas quando elas se movem lentamente de um lado para o outro.

Os Tortoises são fabricados pela Circuitron ( www.circuitron.com ), a mesma empresa que fabrica ou disponibiliza as famosas lâmpadas de 1,5V, tipo Grão de Arroz, que usamos em nossos modelos.

Tortoise aspecto externo.

A Circuitron, além dos Tortoise (www.circuitron.com/index_files/Tortoise.htm),  tem em sua linha de produção um novo dispositivo chamado Snail (www.circuitron.com/index_files/Smail.htm), que em linha gerais, é um Tortoise direcionado para o DCC, que já incorpora um decoder de acessório interno.
Além deste, ela também disponibiliza sua linha Mitey Lites (www.circuitron.com/index_files/Mitey_Lites.htm), uma linha de lâmpadas e LEDs para uso em modelos e sinalização. Também tem em sua linha de produção, uma linha de acessórios para decoração denominado Scale Scenics (www.circuitron.com/index_files/Scale_Scenics.htm) e uma ampla gama de circuitos eletrônicos para as mais diversas funções no Ferromodelismo.

Os Tortoise, como falamos acima, é um acionador de desvios, do mesmo modo que as bobinas de acionamento, só que em lugar daquela batida seca, característica destas, as agulhas dos desvios se deslocarão de maneira lenta em sua trajetória, devido a ser acionada por um motor de baixa rotação, interno do dispositivo. 

Tortoise aspecto interno.


Além do motor e engrenagens, eles também incorporam dois conjuntos de chaves reversíveis internas, que são acionadas solidariamente ao deslocamento das agulhas dos desvios e que podem ser usadas para sinalização e, muito importante, para ajudar na correta alimentação de desvios do tipo elétrico, onde o “Frog”, “Jacaré”, “Coração”, etc do desvio é ligado eletricamente ao desvio.
Os Tortoise são instalados por debaixo do tablado, ficando invisível do cenário da maquete.

Clique no link a seguir para acessar a folha de instruções dos Tortoise. http://www.circuitron.com/index_files/INS/800-6000ins.pdf

Ao comprarmos um Tortoise, ele já vem completo, com gabarito de furação, desenho para a correta moldagem do arame (mola) que aciona o desvio, diagrama de instalação elétrica e todas as explicações necessárias para sua alimentação e ligação elétrica à maquete. Além disso a linha Tortoise incorpora vários acessórios para montagem do dispositivo em posições diferentes e para usos diversos, como por exemplo, acionamento de cancelas e sinais do tipo semáforo.
Ao abrirmos a caixa de um Tortoise encontraremos além do aparelho propriamente dito e do folheto explicativo, as seguintes peças:
Uma peça de plástico em “L” chamada de “fulcrum” (fulcro ou apoio) que é a guia e ajuste da pressão e posicionamento do arame de acionamento do desvio, o arame mola, que os americanos chamam de “piano wire”, com  3,5 polegadas de comprimento, que é suficiente para o seu uso em tablados de até 1 polegada de espessura (2,54cm) e um parafuso para fixação do arame ao corpo do acionador.

No folheto explicativo há um desenho em tamanho original para a moldagem do arame mola. Com a ajuda de um alicate, adequado, e esse gabarito, devemos moldar o arame seguindo um gabarito impresso no folheto de instruções.
No corpo do Tortoise, há uma peça de plástico preto que se projeta do interior do dispositivo, que é o acionador da haste/mola de acionamento do desvio. Encontraremos dois furos nessa peça e em um delas, o menor, colocaremos a ponta dobrada menor do arame e no outro furo, faremos a fixação do arame com o parafuso fornecido no kit, com a ajuda de uma chave Phillips de tamanho adequado. A outra ponta do arame deverá ter sido passada pelo furo existente no meio do fulcro e este deverá ser encaixado em dois trilhos existentes no corpo do Tortoise (Ver desenho acima). Por meio desse trilho, variando a altura do fulcro em relação ao tablado, podemos ajustar a pressão necessária para o acionamento das agulhas do desvio, acima do tablado. No folheto de instruções, também existe um gabarito para a correta furação e fixação do Tortoise no tablado.
De uma maneira normal, além dos furos necessários para fixação do dispositivo sob a base de madeira da maquete, devemos também fazer um furo de 1/4pol diretamente abaixo da barra de acionamento das agulhas alinhada com a linha central do desvio. Esse furo, nesse diâmetro, é suficiente para que a haste de acionamento funcione de maneira adequada, abrindo e fechando os desvio, com pressão adequada. 

Desvios fabricados para o mercado americano já são preparados para seu uso com o Tortoise e já tem um furo centralizado na barra deslizante da agulha para receber e haste do dispositivo. Para desvios não padronizados, como os da Frateschi ou outros fabricantes, por exemplo, outras soluções devem ser encontradas de acordo com as necessidades e com a habilidade do construtor.

Quando usei os Tortoise para acionamento de desvios Frateschi, durante a construção da Maquete da Fábrica, eu usei duas soluções.

1- Desmontando a barra  deslizante do desvio, fiz as modificações necessárias para usar a haste de acionamento do Tortoise como nos desvios padronizados para o mercado americano, ou seja, pelo centro da barra deslizante e isso implica em modificar a construção do desvio por baixo desta. Os desvios da Frateschi, como não são destinados a esse tipo de acionador, tem justamente na sua linha central, sob a haste deslizante de acionamento das agulhas, uma ligação plástica entre os dois dormentes adjacentes a barra deslizante e essa ligação tem que ser retirada. Como ela também serve de apoio para a barra deslizante, outro apoio deve ser providenciado e o melhor é faze-lo com dois pedaços de plástico colocados lateralmente à barra original, ligando os dois dormentes anteriores de modo que não atrapalhe a fixação das agulhas na barra deslizante. Depois disso podemos fazer um furo com medida e posição adequadas, na barra deslizante para receber o arame da haste de acionamento do Tortoise. 

É trabalhoso, mas pode ser feito e funciona muito bem.

Esquema para modificação de desvios Frateschi para uso com Tortoise.

2- Não desmontando o desvio e deslocando o furo de 1/4pol para o extremo da barra deslizante e usando o furo de colocação do haste plástica da bobina de acionamento original da Frateschi, como ponto onde inseriremos a haste de acionamento do Tortoise. Não é uma solução muito estética, mas se feita com cuidado pode ser usada e não necessariamente inviável.

Na base do Tortoise, há uma placa de circuito impresso com oito terminais e furos para passagem dos fios, onde poderão ser soldados os fios necessários para seu funcionamento e instalação com a seguinte numeração:

1- contato A do motor

2- contato NA chave 01

3- contato NF chave 01

4- contato COMUM chave 01

5- contato COMUM chave 02

6- contato NA chave 02

7- contato NF chave 02

8- contato B do motor

NA - Normalmente Aberto       NO - Normally Open

NF - Normalmente Fechado   NC - Normally Closed

O acionamento dessas chaves é solidário com o  movimento do motor, abrindo e fechando de acordo com a posição da haste que aciona as agulhas do desvio e pode  ser usados para implementar sinais no painel, na própria maquete ou para fazer ligações elétricas no próprio desvio, principalmente quando usamos desvios do tipo “Eletrofrog”.

ALIMENTAÇÃO DO TORTOISE

No folheto que acompanha cada Tortoise vem uma boa explicação em inglês das várias opções de como o Tortoise pode ser alimentado. Diferentemente das bobinas de acionamento dos desvios, o Tortoise é acionado por um motor de baixíssima rotação. Esse motor, por meio de engrenagens de redução de rotação, aciona um pequeno mecanismo onde está inserida a haste/mola que aciona as agulhas do desvio. Ao mesmo tempo, as chaves de contatos internas são acionadas mudando do contato de normalmente aberto (NA) para normalmente fechado (NF) e vice-versa.
Para inverter a rotação do motor, é necessário que a polaridade da fonte de alimentação seja invertida, por isso, uma das opções de alimentação dos Tortoise, é uma fonte dupla (positivo e negativo com um terminal comum às duas fontes).
O consumo de corrente de um Tortoise é muito baixo e não há necessidade de uma fonte de alimentação muito potente e também não há necessidade de ser muito sofisticada, bastando um pequeno transformador com “Center Tape” e dois diodos de baixa potência para termos a fonte dupla, necessária.
O folheto/manual diz que o motor não será danificado se for alimentado continuamente com uma tensão de 12VDC ou menos, mas na minha opinião, nunca é muito confiável deixar um motor ou uma bobina alimentada continuamente e, por isso, eu recomendo o uso de chaves do tipo Push Button para o acionamento momentâneo das agulhas do desvio.



Esquema de ligação de um Tortoise, com fonte dupla e chave SPDT de contato momentâneo, com zero central.

A solução mais simples é o uso de uma chave SPDT, de contato momentâneo com duas posições e zero central, ou seja, na posição central nenhum contato está ligado (Ver esquema acima), sendo somente acionado quando virarmos a chave para um dos lados. 

Nesse caso faremos a ligação dos fios positivo e negativo das duas fontes aos terminais externos da chave (NA e NF) e do terminal central, levaremos um fio diretamente a um dos terminais do motor do Tortoise. Do outro terminal do Tortoise, levaremos outro fio até o comum da fonte dupla.

Esquema de ligação de um Tortoise, com fonte dupla e chave SPDT e chave Push Button.

Na impossibilidade de encontrar uma chave de contato momentâneo (essas chaves são difíceis de encontrar), podemos usar uma chave comum SPDT (um polo/duas posições (ver esquema acima)) para selecionarmos a direção do movimento e com a adição de uma chave tipo Push Button completaremos a ligação de alimentação do tortoise. A adição do Push Button é para não deixar o Tortoise sempre alimentado. O dispositivo somente será alimentado quando pressionarmos o botão e somente pelo tempo necessário ao deslocamento das agulhas do desvio. A posição da chave SPDT dará indicação da posição selecionada para o desvio, se para o trilho reto ou se para o trilho curvo. Convém estabelecer um padrão para essas chaves, sendo um determinada posição sempre o trilho reto e a outra posição sempre o trilho curvo.

Esquema de ligação de um Tortoise, com fonte simples, chave inversora DPDT e chave Push Button.

Podemos também usar uma fonte simples (positivo/negativo (Ver esquema acima)) para alimentar o Tortoise. No caso teremos que usar uma chave DPDT (dois polos duas posições) para fazer a inversão da polaridade da alimentação do Tortoise. 

Já deve ser bem conhecido o esquema usado para fazer a inversão de polaridade dos nossos controladores DC e usaremos o mesmo método nessa opção.
A chave DPDT tem seis terminais, que correspondem aos terminais NA - NF e COM de uma chave simples (SPDT), mas como ela incorpora duas chaves em um mesmo corpo, então temos seis terminais em cada chave DPDT, sendo dois deles, normalmente nas extremidades da chave, ditos normalmente fechados (NF/NC), os dois contatos centrais são os terminais comuns (COM) e os da outra extremidade são os contatos normalmente abertos (NA/NO). De acordo com a construção física da chave, essa disposição pode mudar, então convém prestar atenção às instruções do fabricante.



A montagem do circuito começa com a ligação de cada um dos fios de saída da fonte em um dos terminais da extremidade da chave DPDT (tanto faz que seja NA ou NF). De cada um desses pontos, faremos uma ligação até o terminal da outra chave cruzando os fios pelo centro da chave. Dos terminais centrais da chave DPDT, sairemos com dois fios, sendo que um deles será ligado diretamente a um dos terminais do Tortoise e o outro fio deverá ser ligado a um terminal de uma chave Push Button e, em seguida desta até o outro terminal do Tortoise.

OBSERVAÇÕES

1- Vocês podem estar estranhando a especificação, nos desenhos acima, de um transformador de apenas 9VAC.

Quando especificamos um transformador para uma fonte de alimentação, usamos o valor RMS (Tensão Eficaz) para especificar a tensão de trabalho, mas ao fazermos a retificação da onda senoidal, o valor dessa passa para a tensão de pico da onda que é cerca de 40% acima do valor eficaz (Valor de pico = Valor RMS x Raiz Quadrada de Dois (1,4142)). Então, se especificássemos um transformador de 12VAC, ao fazermos a retificação, essa tensão subiria para algo em torno de 16VDC, que já é o limite da especificação de trabalho dos Tortoise. Ao especificarmos o transformador para 9VAC, depois de retificada, a tensão ficará dentro da faixa de 12VDC que é o ideal para operação dos Tortoise.

2- O consumo de um Tortoise é muito baixo, então a fonte de alimentação e o transformador, não precisam ter uma potencia muito grande. Além disso, normalmente, apenas um Tortoise será acionado de cada vez e assim, o consumo continuará baixo.

3- Basta apenas uma fonte para alimentarmos todos os Tortoises da maquete. Nos esquemas acima, quando mostramos a ligação a apenas um Tortoise, não significa que há a necessidade de uma fonte para cada dispositivo. Todos podem e devem ser alimentados por apenas uma fonte de alimentação. Podemos dar uma margem de segurança para o caso de mais de um Tortoise ser utilizado ao mesmo tempo, como por exemplo, em um travessão de via, quando dois desvios são acionados de uma vez, ou no caso de um Double Slip, mas mesmo que eles sejam acionados em conjunto, a fonte de alimentação é única para todos eles. O mesmo se pode dizer para a chaves de comando. Se dois ou mais desvios serão acionados ao mesmo tempo, os Tortoises poderão ser ligados ao mesmo conjunto de chaves e assim, com apenas um comando, fazemos o acionamento de todos os dispositivos ligados a ele.

4- Quem fizer uma leitura atenta do folheto explicativo que vem com o dispositivo verá que em nenhum momento ele menciona o uso de chaves tipo Push Button como eu falo nesse artigo. O fabricante garante que o Tortoise pode ficar alimentado constantemente sem risco de aquecimento ou queima do aparelho.
Eu como Técnico em Eletrônica  e com o conhecimento de eletricidade que tenho para exercer minha profissão, não fico confortável com motores elétricos alimentados e travados em uma posição por muito tempo, que é o que acontece com um Tortoise durante a operação de uma maquete.
"Seguro Morreu de Velho" já disse um grande filósofo em alguma época e, por isso, eu encorajo o uso de chaves Push Button na instalação deles, para que eles só sejam alimentados no momento de funcionamento e durante o resto do tempo eles fiquem desligados da alimentação. Isso não prejudica de maneira nenhuma seu funcionamento e é um meio de economizar na confecção da fonte de alimentação, pois sua potência pode ser dimensionada para um valor bem mais baixo, o que pode ser traduzido como economia.

5- No folheto também traz uma possibilidade de colocarmos em série com a alimentação, dois conjuntos de LEDs (dois no painel e dois na maquete) para uma indicação visual do estado do Tortoise e uma simulação de sinalização na maquete. Essa possibilidade só irá funcionar se a alimentação deles for feita da maneira que eles preconizam, ou seja, deixando os dispositivos alimentados continuamente. No caso de optar-se por esse método, a fonte de alimentação deve se dimensionada para compensar as tensões que ficarão nos LEDs para eles funcionarem (de acordo com a especificação dos LEDs). Do  modo que recomendo nesse artigo, isso ainda pode ser feito, mas de maneira diferente.
Podemos usar duas maneiras de fazermos isso:

5.1- Usando as chaves internas do Tortoise. Podemos usar uma das chaves internas do Tortoise para alimentarmos os LEDs de sinalização. Funcionará do mesmo jeito, com a vantagem de sabermos que quando a luz mudar de cor no painel significará que o motor atuou realmente e as agulhas mudaram de posição. A desvantagem é que gastaremos um conjunto de chaves que poderiam ser usadas em uma função mais nobre.

5.2- Usando mais um polo nas chaves de seleção de direção de cada Tortoise. Se estivermos usando chaves SPDT, podemos usar uma DPDT e com esse polo extra, podemos fazer a ligação dos LEDs necessários á sinalização. Se usarmos a chave DPDT, podemos usar uma chave tripla (talvez TPDT, não sei se o termo é comum) e com esse polo extra, fazermos a ligação dos LEDs.
Nas duas situações descritas nesse parágrafo, todos aqueles cuidados com alimentação correta dos LEDs deverão ser seguidos.

VAMOS FALAR UM POUCO SOBRE CHAVES

Falamos em chaves SPDT, DPDT e Push Buttons, mas pode ser que alguns dos que vão ler esses artigo não tenham muito conhecimento do que significa tudo isso, então vamos a uma pequena explicação do que significa esse quantidade de nomes e siglas.

Desde que a eletricidade passou a ser conhecida pelo homem, o uso de chaves conectoras também se tornou necessário para que a eletricidade pudesse ser controlada. Chave é um dispositivo que liga ou desliga um circuito e com isso controlamos quando e como a eletricidade vai fluir por esse circuito.
Chaves podem ser simples, como o interruptor de luz nas nossas casas, ou como as teclas do computador onde escrevo essas palavras e também podem ser complexas e enormes como as chaves que comandam a distribuição de energia em uma usina elétrica. Os disjuntores que protegem nossas casas contra curtos circuitos, não passam de chaves acionadas por variação de temperatura, provocada por um repentino pico de corrente em nossa instalação. A chave de ignição do nosso carro é uma chave complexa, pois além de, em um primeiro momento, ligar a bateria do carro a todos os circuitos que o faz funcionar, também aciona o motor de arranque do carro para fazer o motor rodar.
Lembram-se dos seletores de canais das televisões antigas (aquelas dos nossos tempos de criança), pois bem, aquilo não passava de uma chave rotativa com vários polos que ligavam e desligavam circuitos variados dentro da televisão para que pudéssemos selecionar qual canal iríamos assistir, então, chaves estão em muitos lugares, onde muitas vezes nem pensamos que pudessem  existir.
Hoje, nos carros modernos e de luxo, inserimos ou aproximamos um cartão eletrônico em um "slot" e em seguida apertamos um botão para dar a partida no motor. A propaganda diz que fazemos o carro funcionar sem chaves, mas os dois atos são acionamento de chaves, só que de formato diferentes.

Um contato Liga/Desliga é a chave mais simples. A partir daí as coisas começam a complicar.
Há chaves que quando acionadas para um lado ligam uma coisa e quando acionadas para outro lado, ligam outra coisa. Dizemos que essa chave tem Duas Posições.
Cada conjunto de chaves que podem ser acionadas por um movimento é chamado de Polo. Chaves com vários Polos são dispositivos que acionam vários conjuntos de chaves simples a cada movimento.
Uma chave rotativa de cinco posições faz a ligação de uma chave a cada uma das cinco posições a cada uma das mudanças no botão rotativo. Quando todas as chaves, que serão ligadas em sequência estão em um mesmo plano isso é chamado de um Polo, mas se essa chave rotativa tem vários conjuntos de chaves em planos ou posições independentes umas das outras, dizemos que essa chave tem "Tantos Polos e Tantas Posições".

Faltou falar do Push Button. Um Push Button é uma chave simples, ou um conjunto de chaves simples, que são ligadas ou desligadas ao apertar de um botão. Ao relaxarmos a pressão sobre esse botão ele volta a seu estado normal que tanto pode ser NA, como NF.

Push Buttons mais complexos podem acionar várias chaves ao mesmo tempo ou reverter ligações de chaves ao pressionarmos seu botão, mas sempre retornará a seu estado inicial quando relaxarmos a pressão sobre o botão de acionamento.

Então amigos, espero que o recente artigo tenha sido de alguma utilidade para vocês.

Até a próxima postagem.

Saudações

J.Oscar