Componebtes Pasivos

Componentes pasivos: el Resistor

Nuestra especialidad, la electrónica es árida; por eso el autor prefiere hacerla algo novelada para lograr la atención del alumno. Y una novela tiene personajes que son su alma. El alma de la electrónica y su personaje mas importante es el resistor, pero no es el único personaje de nuestra novela. En efecto los personajes se diferencia en activos y pasivos y dentro de los pasivos se encuentran otros personajes que seguramente Ud. debe por lo menos conocer de nombre: el capacitor, el inductor, el transformador, el potenciómetro, etc.. Entre los activos se encuentras el diodo el transistor, la válvula (o su versión moderna los tubos de televisión y los display termoiónicos).

Nuestro estudio recién comienza, en esta entrega vamos a hablar de la personalidad de nuestro principal acto: el resistor. El resistor es el único componente electrónico que esta diseñado para “según se dice” disipar energía eléctrica. El termino disipar no es realmente es mas adecuado, porque como ya sabemos existe un principio fundamental en la física que dice que: “la energía no se crea ni se pierde solo se transforma”. Por lo tanto el autor prefiere decir que el resistor es el único componente que transforma energía eléctrica en energía térmica.

Como sabemos que nuestros alumnos son personas curiosas que alguna vez tocaron un transformador y observaron que estaba caliente, es que no queremos dejarlos con la duda. Si, es cierto, un transformador se calienta pero calentarse no es la función para la cual fue creado. Es una característica secundaria de su funcionamiento y totalmente indeseada; un transformador de buena calidad trabaja mas frío que uno de mala calidad. Por otro lado podríamos aclarar mas aun el panorama y decir que el transformador se calienta porque esta construido con alambre de cobre y el alambre de cobre tiene cierta resistencia que es la que transforma energía eléctrica en calor. Si el alambre se hace mas grueso tiene menos resistencia y entonces se calienta menos. En el limite si el alambre pudiera hacerse de diámetro infinito no tendría resistencia y el transformador cumpliría con su función primaria sin calentarse para nada.

Por lo tanto y parafraseando un viejo dicho criollo que dice que “todo bicho que camina va a parar al asador” podríamos decir que “toda carga que camina va a parar al resistor”.

¿Y cuanto se calienta un resistor? Esta pregunta es la razón de esta unidad didáctica. Vamos a hacer un identikit explicando algunas cosas que la mayoría de los autores dejan de lado pero que yo considero como muy importantes.

Cuando Ud. termine de leer esta unidad didáctica va a saber ¿cuantos tipos de resistores existen? ¿como se identifican? ¿porque se calientan? y ¿cómo se elige un resistor para un determinado circuito?

¿POR QUÉ SE CALIENTA UN RESISTOR?

Como a una persona, a las moléculas o a los átomos que forman a nuestro resistor no les gusta que les peguen. Cuando les pegan reaccionan calentándose. ¿Y quien les pega a las moleculas? Los electrones que circulan por el resistor saltando de átomo en átomo del material que las forma. Esto significa que cuando mas electrones circulan mayor calor se produce. Para hacerlo mas práctico podríamos decir que la temperatura del resistor depende de la corriente eléctrica que circula por él y para ser finos podríamos explicarlo matemáticamente diciendo que T = F (I) que se lee: la temperatura es función de la corriente circulante por el resistor.

Igual que cuando le pegan a una persona, no todo depende de la cantidad de golpes que le pegan en un intervalo de tiempo determinado. También depende de la velocidad de los puños a la cual se aplican esos golpes. En nuestro caso depende de la velocidad a la cual se desplazan los electrones dentro del resistor y eso depende de la diferencia de potencial o tensión aplicada al resistor. Es decir que matemáticamente podríamos decir que también T = F (V). Es decir que combinando las expresiones matemáticas T = F (I,V).

No se maree con las formulas, ellas nos deben hacer las cosas mas sencillas sino no tiene sentido aplicarlas. Todo lo que nos dice la ultima expresión es que la temperatura del resistor depende de la corriente que circula por él y de la tensión aplicada al resistor. Los electrónicos aprendemos con ejemplos. En la figura 1 se puede observar un circuito muy sencillo en donde un resistor está conectado a una fuente de alimentación pero utilizando un amperímetro y un voltímetro para medir la tensión aplicada y la corriente que circula por el resistor. También se conecta un instrumento nuevo llamado Vatímetro o medidor de potencia eléctrica cuya indicación depende tanto de la tensión aplicada como de la corriente que circula.

Fig.1 Medición de la potencia sobre un resistor

Primero analicemos algo extraño que no podemos dejar pasar. ¿Por qué si la fuente es de 9V al resistor solo le llegan 8,92V?. La respuesta es muy simple; porque el amperímetro tiene una resistencia interna considerable en donde se produce una caída de tensión. Esto no es un problema del laboratorio virtual sino una virtud. Los instrumentos reales también tienen resistencia interna. En el LW la resistencia interna del amperímetro no puede modificarse y es de 100 mΩ, otros laboratorios virtuales permite cambiar dicho valor. Los voltímetros también tiene una resistencia interna pero de elevado valor para que puedan ser conectados sobre la fuente sin generar elevadas corrientes. Por ejemplo en el LW un voltímetro tiene una resistencia interna de 50 MΩ.

La disposición de la figura no es la única posible para medir tensión y corriente, podría conectarse el voltímetro sobre la fuente y el amperímetro en serie con la carga. Cada una de las formas de conectar los instrumentos tienen un nombre. La primera se llama de tensión bien medida (porque se mide la tensión directamente sobre el resistor) y la segunda de corriente bien medida porque se mide correctamente la corriente circulante por el resistor.

En el mismo circuito se observa la conexión de un instrumento que posee cuatro bornes. Se trata de un vatímetro; este instrumento nos indica directamente la potencia disipada en el resistor que como podemos observar es de 7,95W.

El vatímetro no es un instrumento común. Por lo general cuando un reparador necesita conocer la potencia disipada en un resistor. Mide la corriente y la tensión y realiza el calculo de la potencia mediante la formula correspondiente que es P = V x I .

En nuestro caso reemplazando valores obtenemos que 8,92V x 0,891A = 7.95W. Como puede observar el lector, se trata de un cálculo muy sencillo que no merece poseer un instrumento especial como un vatímetro.

Ahora sabemos que potencia se desarrolla en un resistor, pero no era precisamente eso lo que buscábamos. Nosotros queremos saber cuanto se calienta un resistor. Todo lo que podemos decir hasta ahora es que el resistor se va a calentar a una temperatura que es proporcional a la potencia disipada en él. Matemáticamente T = F (P).

Pero esa función no es fácil de hallar porque depende de las dimensiones físicas del resistor. Como ya dijimos la función del resistor es transformar energía eléctrica en energía térmica o calor. Es decir que calienta el ambiente, el aire que lo rodea. La temperatura de su cuerpo es función de cuanto aire pueda calentar y eso es a su vez función de su superficie externa. Es decir que un resistor pequeño se va a calentar mas pero va a generar menos cantidad de aire caliente. Con el tiempo el ambiente se va a calentar a la misma temperatura pero el resistor no; el resistor se calienta mas y si llega a su temperatura máxima de trabajo se quema y tenemos una falla eléctrica.

En realidad al diseñador de un circuito no le interesa saber a que temperatura se calienta un resistor; lo que le interesa es saber que resistor debe colocar en una determinada parte del circuito para que no se queme. Por esa razón cuando Ud. va a comprar un resistor de por ejemplo 1K el vendedor le pregunta ¿de que potencia? En efecto, él seguramente tiene resistores de 1K desde 0,125W hasta 50W. Los de 0,125W (1/8 de W) son muy pequeños y de carbón y los de 50W son muy grandes y de alambre.

RESISTORES DE CARBÓN DEPOSITADO

Un resistor de carbón depositado se fabrica depositando carbón sobre un cilindro de material cerámico. Luego se agregan casquillos metálicos con terminales de alambre sobre sus puntas y por último se cubren de una pintura epoxi y se pintan las bandas de color que indican sus características.

En realidad con este método solo se fabrican algunos valores de resistencia como por ejemplo 1Ω, 10Ω, 100Ω, 1Ω, 10Ω, 100Ω, 1 MΩ y 10 MΩ que se suelen llamar cabezas de serie y que se diferencian en la cantidad de carbón depositado sobre los cilindros cerámicos (el espesor y tipo de grafito).

El resto de los valores se realizan por torneado de esos cilindros con un torno que hace un canal helicoidal en el carbón, al mismo tiempo que mide la resistencia y detiene el torneado cuando el resistor tiene el valor deseado.

En La figura 2 podemos observar una fotografía de los resistores mas comunes utilizados en la electrónica; los resistores de carbón depositado que se fabrican en varias potencias diferentes y en una amplia gama de resistencias. Como trabajo práctico le recomendamos al alumno que tome un resistor de este tipo y le saque la pintura externa para observar su construcción.

Fig.2 Resistores de carbón depositado

En la fotografía no se pueden apreciar las dimensiones de los resistores, por eso le damos una tabla de valores

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