Ferrotranvías, controlers, resistencias y breakers.

Es habitual leer sobre antiguos tranvías (y en parte ferrocarriles) y encontrarse con un sinfín de siglas y números para definir sus partes. La mayoría de las veces pasamos por encima esas designaciones y no le damos importancia a su significado, por lo que vamos a intentar ver que era y para que servía cada cosa.

Tomaremos como ejemplo la marca General Electric, con cuyo material se electrificó gran parte de las redes tranviarias de nuestro país y de la que hay ejemplos extendidos por toda la piel de toro.

La compañía remonta su historia a 1890, cuando Thomas Alva Edison, el famoso inventor estadounidense quien residió en la ciudad de Menlo Park, Nueva Jersey, unió algunos de sus intereses comerciales bajo una corporación para formar la Edison General Electric Company. 

Factoría de General Electric en Schenectady

La tracción eléctrica del material móvil.

La energía eléctrica se transportaba en forma de corriente alterna de alta tensión hasta las estaciones transformadoras las cuales entregaban habitualmente 550 a 600 voltios de corriente continua. Esta pasaba a un hilo de catenaria el cual recorría el trazado del tranvía a una altura determinada y del cual el tranvía tomaba la electricidad. La catenaria solía poseer el polo positivo de la corriente y los raíles el negativo al retornar la corriente a la estación transformadora. La polaridad inversa también se daba en ciertas lineas aunque no era lo habitual.

La tensión de la catenaria pasaba a la unidad tranviaria a través del trole, el cual básicamente se componía de tres elementos, la roldana, el mástil y la base, siendo la roldana una rueda que al estar en contacto con la catenaria traspasaba la electricidad a través del mástil a la base.

Roldana y base de trole

Una vez ya en el tranvía la corriente pasaba al Circuit Breaker o interruptor general, el cual cortaba la corriente general del tranvía. Uno de los "breakers" (palabra en el argot ferroviario) mas usados de General Electric fue el modelo MR el cual estaba disponible en varios tipos según su capacidad  aunque el mas usado tranviariamente fue el modelo MR 2.

Breaker General Electric MR2

Breaker General Electric MR2 con despiece de partes

El breaker tenia solo dos posiciones ON y OFF y cuando la posición de la maneta en ON daba corriente a la caja general de los fusibles para servicios adicionales, luces, compresor, pulsadores y a los controladores o ferroviariamente denominados combinadores.

General Electric dispuso entre otras de diferentes series de combinadores para tranvias siendo las mas habituales las de tipo B con adicción de freno dinamico, la C, la L con control reostatico, la M preparada para mando multiple, la PC con control neumatico, la PCM con control neumatico para mando multiple, la S con control por solenoides, la T para alterna y continua indistintamente y la tipo K que será la que estudiaremos mas a fondo como ejemplo del tema que nos ocupa y la cual estaba diseñada para su uso con resistencias.

Dentro de la serie K en la siguiente tabla podremos observar la gran cantidad de modelos que existió:

Para nuestra pequeña disertación utilizaremos el modelo K36 de combinador apto para 2 motores de 60 caballos y con 4 puntos de serie y 4 paralelos lo cual explicaremos mas adelante.

El combinador se fundamenta básicamente en un cilindro el cual porta unas pletinas metálicas de manera que al actuar contra una levas, accionan uno u otro circuito. Siguiendo un símil automovilístico, el combinador es como el cambio de marchas y si el símil es mecánico, el combinador es una forma de pianola cuyas levas en vez de emitir una nota, conectan o desconectan un circuito.

Como puede observarse en la siguiente figura, una maneta era la encargada de transmitir el movimiento de este cilindro y por tanto actuar sobre las levas y conectar y desconectar circuitos. También podemos observar una pequeña por debajo de la maneta del combinador y a su derecha, esta era la del inversor de marcha, adelante / atrás.

Combinador General Electric K36 modelo B

Como hemos comentado, las levas del combinador, hacían contacto o no en función de las placas que rodeaban el cilindro que a través de la maneta manipulaba el motorista (palabra de jerga tranviaria equivalente a maquinista), para hacernos una idea en la siguiente figura se puede observar las placas de cilindro de un K36 donde en la parte superior podemos observar las placas del pequeño cilindro del inversor para marcha adelante (forward) y marcha atras  (reverse).

Placas de cilindro y conexiones de un GE K36

Placas de latón circundando el cilindro y por el cual las levas se conectaban o desconectaban

Las conexiones serie y paralelo que comentábamos antes son el kit de la cuestión del funcionamiento del combinador y continuando con los símiles, estos circuitos son las marchas de un cambio de automóvil.

En el caso del K36 posee 4 puntos de serie y 4 paralelos siendo los puntos serie del 1 al 4 y los paralelos del 5 al 8. Podemos afirmar por lo tanto que el k36 tenia 8 puntos de tracción, lo que automovilísticamente equivaldría a 8 marchas. Al poseer la función de inversor por la maneta pequeña antes comentadas, las 8 "marchas" o ferroviariamente hablando puntos, podían ser hacia ambos sentidos de la marcha.

Los puntos serie 1 a 4 indican que los dos motores de hasta 60 caballos que era capaz de manejar el combinador estaban conectados en serie y por lo tanto, en estos puntos ambos estaban siendo alimentados por la mitad de la corriente. los puntos 5 a 8 paralelos, indican que los motores están conectados de tal forma y por lo tanto se alimentan del total de la corriente.

Si aquí terminara el presente escrito, el amable lector habrá deducido que eran solo dos las velocidades de que era capaz de proporcionar el combinador, sin embargo evidentemente esto no es así.

Por el momento vamos a abrir un pequeño paréntesis y explicar otro de los elementos claves en la tracción eléctrica, las resistencias.

Un grupo de resistencias, conectadas en serie y con varias salidas desde sus puntos intermedios, proporcionaban una resistencia al paso de la corriente dependiendo de punto intermedio de donde esta se obtuviera, por ejemplo, al principio y al final de la serie obtendríamos el total de la resistencia y al principio y al medio de la serie, justo la mitad.

Lo anteriormente expuesto se puede observar de manera gráfica en la siguiente figura donde los tres terminales de la parte superior indican la entrada, la mitad y la salida de la serie de resistencias, las cuales unidas configuraban lo que se denomina un Box o caja de resistencias.

Caja de resistencias General Electric modelo CG subtipo A1/2 con desglose de referencias.

Por ejemplo la resistencia CG de la figura anterior contiene 18 Grids o resistencias individuales, las cuales variaban entre los 0,0095 ohmios y los 0,062 ohmios de la talla 1 a la talla 15 según General Electric. La cantidad de resistencias de cada Box variaba entre 14 y 56 resistencias dependiendo del modelo.

Cuando nos referimos a la caja de resistencias en un vehículo ferroviario, es posible que erremos, ya que normalmente eran varias las cajas de resistencias o Boxes que ofrecían un escalonado de resistencias al combinador y no una sola.

Resistencias General Electric

Resistencias Whestinhouse

 Estas resistencias solían ir en el bastidor por lo que por efecto del calentamiento propio de las mismas y la falta de refrigeración, no era impropio que de vez en cuando, en determinadas ocasiones se calentasen tanto que llegasen a incendiarse. Una solución fue ubicarlas en el techo de los vehículos, solución que se adoptó entre otras muchas compañías por la Sociedad Valenciana de Tranvías en sus vehículos ferroviarios.

Motor 1 de la CTFV, observese las cajas de resistencias en el techo. La compañía, recibió del coche de Carde y Escoriaza con las cajas de resistencias entre los bogies debajo del bastidor como era la costumbre de la época. 

Las cajas de resistencias (podían haber varias como hemos visto antes) daban una serie de resistencias dependiendo del punto de toma de las mismas, como ejemplo la siguiente figura contempla un par de cajas de resistencias unidas en serie para obtener varios puntos resistivos, los cuales poseen una resistencia dependiente de donde se conecte R1, R2, R3, R4 o R5 (e incluso mas dependiendo del sistema) siendo la conexión R1 - R5 el total de la resistencia.

Las cajas de resistencias al ser metalizas, tenían que estar aisladas respecto al chasis del vehículo a través de aisladores. Estos eran de cerámica.

Aisladores de 600, 1500 y 2400 voltios de General Electric con su despiece.

Caja de resistencias compuesta de tres "Cajas" o Boxes

Una vez vista la forma de obtener diferentes potencias eléctricas en función de la resistencia que ofrecen las diferentes conexiones a las cajas de resistencias, es cuando retornamos al combinador y ahora podemos entender de manera mas fácil como las "marchas" o puntos de tracción, actuaban, dependiendo de las conexiones a las diferentes resistencias.

Por ejemplo cuando de la posición de reposo se pasaba a la posición 1 (ferroviariamente denominado marcar a la acción de subir un punto y desmarcar a la de bajar un punto) por acción de la maneta la cual movía las placas del cilindro y combinaba las levas, el conexionado de resistencias y motor quedada de la siguiente manera:

Se puede observar que los motores 1 y 2 están en serie y la conexión es R1-R5 sobre una caja de resistencias única por lo que se esta aplicando el total de la resistencia a los dos motores conexionados en serie. Con este conexionado cada motor esta recibiendo la mitad de la corriente, la cual hacemos pasar por el total de las resistencias, osea, la velocidad mas baja.

Cuando se pasa del punto 1 al 2 el conexionado de resistencias y motor quedada de la siguiente manera:

Se puede observar que los motores 1 y 2 están en serie y la conexión es R2-R5 sobre una caja de resistencias única por lo que se esta aplicando 3/5 resistencia que el anterior punto a los dos motores conexionados en serie. Con este conexionado cada motor esta recibiendo la mitad de la corriente, la cual hacemos pasar por 3/5 de las resistencias.

Cuando se pasa del punto 2 al 3 el conexionado de resistencias y motor quedada de la siguiente manera:

Se puede observar que los motores 1 y 2 están en serie y la conexión es R2-R5 sobre una caja de resistencias única por lo que se esta aplicando 3/5 de la resistencia a los dos motores conexionados en serie. Con este conexionado cada motor esta recibiendo la mitad de la corriente, la cual hacemos pasar por 3/5 de las resistencias.

Cuando se pasa del punto 3 al 4 el conexionado de resistencias y motor quedada de la siguiente manera:

Se puede observar que los motores 1 y 2 están en serie y la conexión es R3-R5 sobre una caja de resistencias única por lo que se esta aplicando 2/5 de la resistencia a los dos motores conexionados en serie. Con este conexionado cada motor esta recibiendo la mitad de la corriente, la cual hacemos pasar por 2/5 de las resistencias, osea, la velocidad mas baja.

Hasta este punto de tracción el 4 hemos visto como el tranvía alcanza la mitad de la velocidad mas o menos y como lo hace disminuyendo la resistencia que deja pasar a los motores conectados en serie.

Llegados a este momento pasamos a las conexiones paralelo, en la cual los motores están conectados de esta forma, por lo que si tan solo cambiamos la manera de conexión de los motores manteniendo la resistencia del punto de tracción 4, el vehículo simplemente doblaría la velocidad de golpe en solo un punto, por lo que el punto cinco, no solo pasa a conectar los motores en paralelo, sino que pasa a conectar las resistencias a la conexión R2-R5, el haber aumentado la resistencia y haber cambiado la forma de conexión de los motores de serie a paralelo, hace que el paso del punto 4 al 5 sea fluido.

Se puede observar que los motores 1 y 2 están en paralelo y la conexión es R2-R5 sobre una caja de resistencias única por lo que se esta aplicando 3/5 de la resistencia a los dos motores conexionados en paralelo. Con este conexionado cada motor esta recibiendo el total de la corriente, la cual hacemos pasar por 3/5 de las resistencias.

Cuando se pasa del punto 5 al 6 el conexionado de resistencias y motor quedada de la siguiente manera:

Se puede observar que los motores 1 y 2 están en paralelo y la conexión es R3-R5 sobre una caja de resistencias única por lo que se esta aplicando 2/5 de la resistencia a los dos motores conexionados en paralelo. Con este conexionado cada motor esta recibiendo el total de la corriente, la cual hacemos pasar por 2/5 de las resistencias.

Cuando se pasa del punto 6 al 7 el conexionado de resistencias y motor quedada de la siguiente manera:

Se puede observar que los motores 1 y 2 están en paralelo y la conexión es R4 (no esta escrita en el ferroprusiato imagino que por error) -R5 sobre una caja de resistencias única por lo que se esta aplicando 1/5 de la resistencia a los dos motores conexionados en paralelo. Con este conexionado cada motor esta recibiendo el total de la corriente, la cual hacemos pasar por 1/5 de las resistencias.

Cuando se pasa del punto 7 al 8 el conexionado de resistencias y motor quedada de la siguiente manera:

Se puede observar que los motores 1 y 2 están en paralelo y la conexión es directa a los motores conexionados en paralelo. Con este conexionado cada motor esta recibiendo el total de la corriente, osea el 100% de la corriente y por tanto funcionando al 100%.

Llegados a este punto el coche motor va a  máxima velocidad pudiendo frenar por medio de la desmarcación de puntos o por la acción del sistema de freno por aire, el cual podía ser de vacío o comprimido. El freno dinámico no era posible con esta serie de combinador, pero hubo series de General Electric que si lo contemplaban.

Como curiosidad, por el tipo de regulación a través de resistencias, comentar que el vehículo consumía la misma cantidad de energía eléctrica a toda velocidad que parado, ya que en el primer caso la energía se transformaba en movimiento por los motores y en el segundo, aun estando parado, la energía eléctrica se consumía en las resistencias generando calor.

La forma de desacelerar era ir desmarcando puntos de forma inversa a como se ha explicado anteriormente por lo que si no fuera preciso el freno de aire, sin tocar este, el combinador podía llevar al coche motor a la mas baja velocidad.

Lo anteriormente expuesto es valido en caso de superficie plana del trazado, ya que las pendientes hacían que los motoristas fueran jugando con el combinador y el freno para acelerar, subir, frenar bajar y hacer la marcha lo mas suave posible.

El proceso de desmarcado era controlado por un "line breaker" o Interruptor de reducción de campo, aunque ferroviariamente se le llamaba igual que al interruptor general, breaker. El fallo del mismo podía conllevar que al "desmarcar con corriente",al fallar el breaker saltase un arco eléctrico que podía llegar a asustar. Su funcionamiento da para un post propio lo cual no descarto, pero mi buen amigo J. Golf nos comenta su experiencia de este tipo a los mandos de los ferrocarriles de FEVE :

"Al retroceder el combinador con corriente se producían numerosos sustos, ya que al desmarcar, se solían producir arcos de corriente que inflamaban fácilmente tanto el polvo como las limaduras de cobre de los contactos. Yo he sufrido personalmente lo que llamábamos “desmarcar en corriente”, y puedo asegurar que las llamas que salían del combinador tocaban el techo de la cabina, y aunque rápidamente remitían al desconectar la corriente (bien bajando el pantógrafo, bien abriendo el automático) [Circuit Breaker] eran muy capaces de fundir los gruesos contactos de cobre del combinador. Los coches bujías, que eran los únicos que no disponían del “breaker”, fueron equipados con él ya en época de FEVE, pero a veces fallaba y se desmarcaban los puntos con tensión en el combinador, produciéndose los arcos de corriente descritos."

El "line breaker" o breaker como es denominado ferroviariamente  estaba instalado dentro del combinador como por ejemplo la siguiente figura donde se puede observar un combinador K36 equipado con Line Breaker:

Hasta aquí hemos visto como un tranvía aceleraba y desaceleraba y los elementos que componían y eran culpables de dichas acciones. El como frenaban y como se movían (motores) son un post que queda pendiente para otro momento, espero no haber sido demasiado técnico y que cuando oigamos que un tranvía llevaba un controlador GE K36 sepamos como funcionaba.

Como esquema general del funcionamiento del combinador os dejo el siguiente esquema, ahora si, si el presente post ha conseguido el objetivo marcado al escribirlo, el lector podrá identificar y entender el funcionamiento del siguiente esquema:

Aun así os dejo unos cuantos esquemas para poder observar como trabajaban los diferentes combinadores de General Electric:

Planos en ferroprusiato gracias a The Electric City Trolley Museum Association y el resto de dibujos de los catálogos genéricos de General Electric de diferentes años 1915 a 1940 gracias a Council of Tramway Museums of Australasia.

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