¿Por qué se incendian las resistencias?, ¿por qué hay tantos tipos diferentes?, ¿qué significan esas rayas? y, sobre todo, ¿cómo funcionan las resistencias? Te lo voy a explicar en este artículo.
¿Qué es una resistencia?
Las resistencias tienen un aspecto similar al de la imagen inferior y se presentan en muchas formas y tamaños. En los planos de ingeniería se representan con esos símbolos.
Si tomamos un LED y lo conectamos a una pila de 9 voltios, se quemará al instante. En el interior del LED hay un filamento muy fino y la pila intentará hacer pasar tantos electrones por él que acabará rompiéndose. Por eso, utilizamos una resistencia para reducir esta corriente de electrones. La resistencia elimina energía del circuito para proteger el LED; literalmente, convierte la energía eléctrica en calor para eliminarla.
Las resistencias dificultan el flujo de electrones. Por lo tanto, añaden resistencia a un circuito. La resistencia es una medida de la facilidad con la que los electrones pueden fluir a través de un material, y la medimos en ohmios.
Mucha gente piensa erróneamente que la resistencia actúa como un badén, ralentizando a los electrones solo momentáneamente. Pero actúan más bien como un atasco de tráfico, restringiendo el número de electrones que pueden fluir, mientras que la velocidad de los electrones sigue siendo la misma.
Imagina el agua fluyendo por una tubería: le resulta muy fácil fluir. Pero, si bloqueamos parcialmente la tubería, le añadimos resistencia; el agua choca, por lo que le cuesta más fluir y, además, se produce una caída de presión en el punto de restricción. Lo mismo ocurre con la electricidad: los electrones pueden fluir fácilmente por un cable, pero si añadimos una resistencia, los electrones chocarán, por lo que les costará más fluir y, por lo tanto, la corriente se verá limitada. También se produce una caída de tensión a través de la resistencia. Estas colisiones convierten la energía cinética en calor y por eso las resistencias se calientan.
Tipos de resistencias
Seguro que reconoces las típicas resistencias, como las de la imagen inferior.
Estas tienen una resistencia fija y, en el lateral de la resistencia, tienen unas rayas de colores que indican el valor de la resistencia.
Te mostraré cómo leerlas más adelante en el artículo.
También encontramos los de tipo SMD (dispositivos de montaje superficial), que se utilizan en placas de circuitos compactas. Estos se sueldan directamente sobre las almohadillas metálicas de una placa de circuitos. Podemos utilizar un soldador o pasta de soldadura, pero algunos son tan pequeños que requieren una máquina especializada. Tienen una resistencia fija y en la parte superior hay un número que indica el valor de la resistencia. Más adelante en el artículo te mostraré cómo interpretarlo.
Todos estos tienen valores de resistencia fijos, pero también existen tipos de resistencia variable.
Encontramos versiones ajustables manualmente, como potenciómetros y reóstatos, que podemos ajustar mediante el dial. Algunos son muy pequeños y se utilizan para la calibración de circuitos.
Luego tenemos versiones automáticas, como termistores, resistencias dependientes de la luz, varistores, etc.
Todas estas resistencias tendrán una resistencia, tensión y potencia máximas nominales. Las resistencias generan calor y, llegado un punto, no son capaces de disipar suficiente calor. La temperatura aumenta tanto que la capa protectora se incendia y la resistencia queda destruida.
¿Cómo funcionan las resistencias?
Veamos cómo funcionan las diferentes resistencias y cuál es su construcción.
Resistencias de compuesto de carbono
Las resistencias de compuesto de carbono se fabrican mezclando un material conductor, como el carbono o el grafito, con un polvo aislante, como la arcilla. Esto forma un núcleo sólido, al que luego se le colocan conectores metálicos en cada extremo. Todo ello se encierra dentro de una carcasa aislante. Los electrones fluyen a través del núcleo sólido. Si miramos el interior de una de ellas, podemos ver que hay un núcleo sólido con los conectores metálicos en cada extremo y, a continuación, la carcasa aislante. Hoy en día ya no se utilizan habitualmente, simplemente porque las resistencias modernas ofrecen un mejor rendimiento y estabilidad, y además duran mucho más.
Resistencias de película de carbono
Las resistencias de película de carbono son muy comunes y su fabricación resulta muy económica. Consisten en un núcleo cerámico recubierto por una fina capa de carbono; los conectores metálicos se fijan mediante tapas en los extremos y todo ello queda cubierto por una carcasa aislante. Para controlar el valor de la resistencia, se practica una ranura helicoidal en la capa de carbono. Esto crea un camino estrecho para los electrones y, al cambiar el paso de la ranura helicoidal, podemos aumentar la longitud del camino y también reducir su anchura, con lo que aumenta la resistencia. Al observar estos ejemplos, podemos ver claramente que la resistencia de 1 Ω tiene una ranura corta y un camino ancho, la de 1 kΩ tiene casi 3 vueltas y el camino es mucho más estrecho, y la resistencia de 1 MΩ tiene casi 5 vueltas con un camino muy estrecho, por lo que la resistencia es muy alta.
Están disponibles en diferentes tamaños. Cuanto más grande es la resistencia, más calor puede disipar debido a su mayor superficie. Por lo tanto, cuanto más grande es la resistencia, mayor es su potencia nominal.
Normalmente, estas resistencias tienen cuatro bandas que indican el valor de la resistencia. El embalaje suele indicar la resistencia, o podemos medirla rápidamente con un multímetro. Sin embargo, a veces necesitamos consultar los valores utilizando la tabla inferior. Tenemos dos dígitos, un multiplicador y una banda de tolerancia. La banda de tolerancia está separada de las otras bandas. Empezamos por la primera franja, que es amarilla, así que es 4; la segunda franja es violeta, que es 7; la tercera franja es el multiplicador, que es roja, así que es 100; por lo tanto, 4 y 7 son diecisiete; multiplicado por 100 nos da 4700 Ω; y la última franja es la tolerancia, esta es dorada, así que es más o menos un 5 %, lo que significa que podría ser tan baja como 4465 Ω o tan alta como 4935 Ω.
Resistencias de película metálica
Las resistencias de película metálica son muy comunes; consisten en un núcleo cerámico recubierto por una fina capa de metal; los conectores eléctricos se fijan mediante tapas en los extremos y todo ello se recubre con una capa protectora. La capa metálica presenta una ranura helicoidal tallada en ella para aumentar la resistencia; esto alarga el recorrido y reduce el grosor, lo que dificulta que los electrones fluyan a través de ella sin chocar. Por lo tanto, la resistencia aumenta.
Podemos ver que esta resistencia de 10 Ω tiene un recorrido muy ancho y corto, por lo que la resistencia es baja. Si la comparamos con esta resistencia de 1 MΩ, que tiene un recorrido muy fino y largo, la resistencia es muy alta.
Este tipo de resistencia tiene una alta tolerancia y una estabilidad muy buena, por lo que a menudo se prefiere frente a la de película de carbono o la de compuesto de carbono, aunque es ligeramente más cara.
Están disponibles en diferentes potencias nominales; cuanto mayor es el tamaño, mayor es la potencia nominal y más calor puede disipar. Las franjas de color indican el nivel de resistencia y, por lo general, este tipo tiene 5 franjas. El embalaje suele indicar la resistencia, o podemos comprobarla con un multímetro. De lo contrario, podemos usar la tabla de colores anterior para consultar los valores. Tenemos 3 dígitos, un multiplicador y una banda de tolerancia.
Resistencias bobinadas
Las resistencias bobinadas vienen en diferentes diseños. Ofrecen potencias y corrientes nominales muy altas. Son muy básicas: solo un alambre enrollado alrededor de un núcleo cerámico y recubierto con una fina capa de aislamiento. El grosor, la longitud y el material utilizado determinan la resistencia.
Algunas están incrustadas en un bloque de cerámica con cemento, pero en su interior solo hay una bobina de alambre de nicromo resistivo enrollada alrededor de un núcleo cerámico con dos tapas en los extremos. Se utilizan en aplicaciones de alta temperatura, ya que el cemento y la capa cerámica protegen el alambre interno. Esta muestra que tiene una potencia nominal de 10 W y 10 Ω.
Otro ejemplo habitual es este diseño, que utiliza una carcasa de aluminio que ayuda a disipar gran cantidad de calor; estas estrías aumentan la superficie, lo que permite que salga más calor no deseado de la resistencia. La carcasa tiene orificios que permiten fijarla a una superficie. En el interior encontramos un núcleo cerámico con una bobina de alambre de nicromo resistivo entre dos conectores eléctricos. Normalmente, esto va rodeado de algún tipo de aislamiento y, a continuación, todo queda encerrado dentro de la carcasa metálica con una tapa de resina en los extremos.
Resistencias de montaje superficial (SMD)
Las resistencias de montaje superficial (SMD) están disponibles en muchos tamaños; algunas son tan pequeñas que se necesita un microscopio para verlas. La construcción es bastante sencilla: normalmente tenemos un cuerpo cerámico con un electrodo en cada extremo, conectados por una fina capa de material resistivo y recubiertos por una carcasa protectora aislante y tapados con conectores metálicos. El material resistivo tiene una ranura cortada con láser, lo que reduce el área por la que pueden fluir los electrones, de modo que aumenta la resistencia.
Estas resistencias ofrecen una alta tolerancia, pero tienen una potencia nominal muy baja. En la parte superior hay unos números que indican el valor de la resistencia. En las resistencias de tres dígitos, los dos primeros dígitos representan el valor significativo y el tercero es el multiplicador, es decir, el número de ceros que hay después del valor significativo. Por ejemplo, la SMD inferior muestra 1, 5, 1. Los dos primeros dígitos son 15 y lo multiplicamos por 1, por lo que se trata simplemente de una resistencia de 15 Ω.
En los códigos de 4 dígitos, los 3 primeros representan los valores significativos y el último valor es el multiplicador.
A veces aparece la letra R delante o entre los valores. La tratamos como un decimal.
También encontramos versiones de tres dígitos con letras al final. Tenemos que consultar estos valores en una tabla. Empezamos por buscar los dos primeros valores en la tabla, en este caso 26, que es 182, y luego buscamos la letra, que es C, lo que significa multiplicar por 100, por lo que esta resistencia es de 18200 Ω.
Potenciómetros
Los potenciómetros tienen un dial que nos permite modificar la resistencia. Existen modelos de uso general, que podemos emplear, por ejemplo, para controlar el volumen, y otros de precisión, que se utilizan para ajustar circuitos electrónicos. Podemos observar que tienen tres terminales. En su interior, vemos que hay una pista resistiva que discurre entre los dos pines extremos y, a continuación, un dial que va desde la pista hasta el pin central. Al mover el dial, aumenta la distancia que deben recorrer los electrones y, por lo tanto, aumenta la resistencia. También podemos conectarlo al revés.
Al igual que con cualquier resistencia, tendremos una caída de tensión entre los dos pines extremos debido a la pista resistiva. Así, al conectarnos al pin central, podemos utilizar solo una parte de esta pista resistiva, por lo que solo tendremos una parte de la caída de tensión. Esto nos permite controlar la tensión de salida de este pin. Además, podemos utilizar solo el pin central y uno de los pines de los extremos para crear un reóstato; la caída de tensión total se produce ahora entre estos dos puntos, por lo que controlamos la corriente en el circuito de esta manera.
En la parte frontal de estos componentes encontramos un número, que indica la resistencia máxima. Este indica 1K, por lo que es de 1000 Ω. La letra indica el tipo; la B es muy común y significa que la resistencia varía de forma lineal, aunque también hay tipos logarítmicos.
Estas versiones pequeñas tienen un número de tres dígitos: los dos primeros son los dígitos significativos y el tercero indica cuántos ceros hay que añadir. Por ejemplo, este muestra 1, 0, 1. Esto significa que es un 10 seguido de un cero, por lo que se trata de una resistencia de 100 Ω. Esa es la potencia máxima.
Reóstatos
Los reóstatos se utilizan para controlar la corriente en un circuito; la corriente suele ser elevada, de ahí el tamaño de los componentes. Estos se conectan en serie con la carga. Solo utilizamos dos terminales a la vez, incluso cuando haya 3 o 4 disponibles. Los circuitos de corriente más baja pueden utilizar un potenciómetro como reóstato. El reóstato utiliza un alambre resistivo enrollado alrededor de un núcleo cerámico aislante, que suele tener forma de arco o cilíndrica. Cuanto más se desplace el brazo a lo largo del alambre, mayor será la distancia que tendrán que recorrer los electrones a través del alambre y, por lo tanto, mayor será la resistencia.
Podemos ver que este utiliza una superficie elevada en el brazo deslizante para establecer la conexión con la bobina.
Este otro utiliza una escobilla de carbón reemplazable con una conexión flexible al terminal central.
En el lateral del componente solemos encontrar la resistencia máxima, la corriente máxima o la potencia máxima.
Resistencia fusible
Las resistencias fusibles tienen un aspecto similar al de una resistencia estándar de valor fijo. Sin embargo, cuando se sobrecarga una resistencia estándar, esta se incendia. En cambio, cuando se sobrecarga una resistencia fusible, esta se calienta y, a continuación, interrumpe el circuito sin llegar a incendiarse. Por lo tanto, es una resistencia, pero actúa como un fusible para proteger el circuito.
En su interior, solemos encontrar un núcleo cerámico con un hilo resistivo que se enrolla en espiral entre las dos tapas de los extremos. A continuación, se recubre con una capa protectora de resina resistente al fuego. El hilo actúa como un hilo de fusible y se calienta, pero a una temperatura determinada se rompe, lo que a su vez corta el circuito. Otras versiones utilizan una fina capa de aleación metálica en lugar de un hilo, y luego se corta una ranura en esta capa para controlar la trayectoria por la que puede fluir la corriente.
Podemos ver que este tiene 5 bandas; la última es blanca, lo que indica que se trata de una resistencia fusible. Las otras 4 bandas indican la resistencia. Podemos consultar los valores utilizando la tabla del principio del artículo; vemos que el primer valor es amarillo, que es 4; la segunda banda es violeta, que es 7; la tercera banda es negra, que es 1, por lo que 47 multiplicado por 1 es 47 Ω; y la cuarta banda es dorada, que es más o menos un 5 %. Por lo tanto, su valor nominal es de 47 Ω, pero podría estar entre 44,65 y 49,35 Ω.
Varistores
Los varistores son resistencias variables, aunque no podemos controlarlos como si fueran un potenciómetro. En cambio, regulan automáticamente su propia resistencia en función de la tensión a la que están sometidos. Tienen un aspecto muy similar al de un condensador cerámico, pero su comportamiento se asemeja ligeramente al de un diodo Schottky.
Normalmente los conectamos en paralelo, en la línea de alimentación de un circuito eléctrico delicado. Normalmente, puede tener una resistencia muy alta, por lo que actúa como un aislante y casi no fluye corriente a través de él. Sin embargo, a una determinada tensión, se convierte en conductor y se produce un cortocircuito a tierra. Esto resulta muy útil, ya que protege el circuito contra picos de tensión.
En su interior, suele haber una mezcla de granos de óxido de zinc metálico dentro de un núcleo cerámico. Este está recubierto con placas metálicas y conectores eléctricos, y luego se cubre con una carcasa protectora de epoxi.
Podemos ver que este tiene algunos dígitos en la parte frontal: el 14 indica el diámetro, la D indica la forma, y luego tenemos 1, 2, 1. Esto significa 12 con un cero detrás, por lo que está clasificado para 120 V, y la K indica una tolerancia de más o menos un 10 %, por lo que podría estar entre 108 y 132 V.
Termistores
Los termistores son resistencias térmicas. Existen los tipos NTC y PTC. Los NTC disminuyen su resistencia a medida que aumenta la temperatura, mientras que los PTC aumentan su resistencia a medida que aumenta la temperatura. Los podemos encontrar en forma de película, perla cerámica, chip, disco y encapsulados en vidrio.
Su estructura es bastante sencilla. Se trata simplemente de una capa de semiconductor entre dos conductores, recubierta por una capa protectora. El material semiconductor actúa como aislante, por lo que los átomos retienen firmemente a los electrones. Sin embargo, al aplicar calor, la energía térmica excita a los electrones, proporcionándoles la energía suficiente para liberarse de los átomos y permitir así que fluya la corriente. Cuanto más calor, más electrones pueden fluir, por lo que la resistencia disminuye.
Son muy útiles para limitar la corriente de arranque, detectar la temperatura y controlarla, y los de vidrio son adecuados para aplicaciones a altas temperaturas.
Los sensores de temperatura por resistencia son sensores de temperatura sencillos; suelen consistir en un núcleo cerámico envuelto en un alambre de platino, conectado entre dos conectores eléctricos. A continuación, se recubre con una capa protectora. A menudo se instalan dentro de una carcasa metálica para medir la temperatura de líquidos.
Se utiliza platino porque su resistencia aumenta de forma casi lineal a medida que aumenta la temperatura. Esto facilita mucho los cálculos.
Cuando el alambre se calienta, la resistencia aumenta. Esto se debe a que los átomos del interior se excitan y se mueven. Esto dificulta que los electrones pasen sin chocar, por lo que la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura.
Resistencia fotosensible
Los resistores fotosensibles son resistores variables que ajustan automáticamente su resistencia en función de la cantidad de luz a la que están expuestos.
Tienen una base cerámica recubierta de sulfuro de cadmio. A continuación, se cubren con dos placas de electrodos, separadas por un pequeño espacio. Los terminales eléctricos se conectan a ellas y, por lo general, el componente está recubierto por una capa protectora transparente.
Normalmente presentan una alta resistencia, ya que los electrones del cadmio se mantienen en su sitio gracias a los átomos. Sin embargo, cuando se exponen a la luz, los fotones atraviesan el espacio, chocan contra los átomos del cadmio y desprenden algunos electrones. Otro electrón ocupa su lugar, por lo que se genera una corriente. A medida que aumenta la luz, comienzan a fluir más electrones, por lo que la resistencia disminuye al aumentar la luz.
Están disponibles en una amplia gama de valores de resistencia, pero normalmente no llevan ninguna marca; solo la encontramos en el embalaje. Para identificarlos hay que probarlos en completa oscuridad.
Son útiles para luces nocturnas automáticas y circuitos con sensores de oscuridad.
Galgas extensiométricas
Las galgas extensiométricas tienen un aspecto similar a este. Se trata de un sensor que se deforma bajo tensión. Podemos ver que hay una capa de aislamiento y una fina capa conductora de lámina que forma un patrón de rejilla, lo que proporciona una vía para la electricidad. En reposo, podemos ver que el medidor de tensión tiene una cierta resistencia. Pero, si lo doblamos hacia un lado, la resistencia aumenta. Y si lo doblamos hacia el otro, disminuye. Eso se debe a que el material se estira y se contrae. Así que la longitud y la anchura del conductor cambian en cantidades muy pequeñas. Los cables más largos y finos tienen más resistencia que los más cortos y gruesos. A menudo se utilizan en circuitos de puente de Wheatstone para medir la presión, como en un presostato electrónico.
¿Para qué se utilizan las resistencias?
Coge una pila de 9 V y, utilizando una placa de pruebas, inserta una resistencia de 1 kΩ y luego conecta la pila. Los electrones fluyen desde la pila a través de la resistencia. Deberíamos observar una corriente de unos 0,009 A. Podemos calcularlo así. Esto nos da una disipación de potencia de 0,081 W; al tratarse de una resistencia de 0,5 W, funcionará bien y generará un poco de calor.
Pero, si conectamos una resistencia de 10 Ω, se incendiará. Esto se debe a que la corriente es ahora de unos 0,9 A, por lo que la potencia ronda los 8 W. Como solo está diseñada para 0,5 W, se sobrecalienta rápidamente y se incendia.
Así pues, podemos ver que cuanto mayor sea la resistencia, menor será la corriente.
Si conectamos un LED rojo con una resistencia de 470 Ω a la pila de 9 V, el LED brilla intensamente. No importa si colocamos la resistencia antes o después del LED, el resultado será el mismo.
La corriente es de unos 0,15 A, el LED tiene una caída de tensión de aproximadamente 2 V y la resistencia tiene una caída adicional de 7 V. La disipación de potencia es de unos 0,1 W.
Si utilizamos una resistencia de 10 kΩ, el LED se ve muy tenue. La corriente es de unos 0,0007 A. Pero seguimos teniendo una caída de tensión de 2 V en el LED y de 7 voltios en la resistencia. La resistencia simplemente limita la cantidad de electrones que pueden fluir.
Si conectamos el LED a una resistencia de 470 Ω y luego los conectamos al terminal central de un potenciómetro de 1 kΩ, ya podemos regular la intensidad del LED. Esto actúa como un reóstato, limitando la corriente. Con el dial completamente a la izquierda, el LED está en su máxima intensidad, casi no hay caída de tensión en el potenciómetro, la resistencia tiene unos 7 V y el LED tiene aproximadamente 2 V. La corriente es de unos 0,015 A.
Con el dial completamente a la derecha, el LED está atenuado. La corriente es de unos 0,005 A. Tenemos una caída de tensión de 1,9 V en el LED, 2,2 V en la resistencia y 4,9 V en el potenciómetro.
Así que podemos variar la resistencia para controlar la corriente en el circuito.
Sabemos que hay una caída de tensión a través de una resistencia. Si tenemos dos resistencias del mismo valor en serie, la caída de tensión será la misma en cada una. Así que, si medimos entre la resistencia y tierra, podemos acceder a la mitad de la tensión y, por lo tanto, hemos creado un divisor de tensión. La misma corriente fluye a través de ambas, pero la caída de tensión y la disipación de potencia son diferentes. Se están dividiendo.
Si cambiamos la primera resistencia por una de 470 Ω, tendremos acceso a 6,1 voltios. Si las intercambiamos, solo tendremos acceso a 2,9 voltios. Así que podemos controlar la tensión de salida controlando los valores de las resistencias. O bien, podríamos usar un potenciómetro. El dial nos permite usar solo una parte de la resistencia, por lo que solo tenemos una parte de la caída de tensión.
También podemos construir un divisor de corriente colocando resistencias en paralelo. Una sola resistencia de 470 Ω hará que fluyan 0,019 A. Si añadiéramos una segunda en paralelo, también pasaría una corriente de 0,019 A; entonces, las corrientes se sumarían, por lo que la corriente total sería de unos 0,38 A. Así pues, podríamos utilizar una resistencia de 235 Ω o dos resistencias de 470 Ω en paralelo. La corriente y la potencia totales son las mismas, pero en paralelo la corriente y la potencia se reparten.
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