Resistores

Los resistores son componentes diseñados para tener un valor específico de resistencia, y su trabajo consiste en limitar la corriente de un circuito, dividir el voltaje y, en ciertos casos, generar calor. Pese a que en el mercado puede encontrarse una variedad enorme de ellos, todos se pueden categorizar en dos grupos principales: fijos y variables. Los fijos normalmente están disponibles en un amplio rango de valores de resistencia, establecidos durante de su fabricación y que, por tanto, no son fáciles de modificar.

Estos resistores fijos con tolerancias de valor del 5 o el 10% se suelen codificar a través de cuatro bandas de color que indican la tolerancia y el valor de resistencia. Tal sistema de bandas se observa en la siguiente imagen:

Sistema de bandas de los resistores.[1]

El código de colores para las bandas:

Código de colores de los resistores.[2]

La primera banda es la más cercana a un extremo del resistor, o –en caso de que no esté claro cuál es el extremo más cercano a una banda–, aquella que no es de color plata ni oro. La segunda banda es el segundo dígito del valor de resistencia, la tercera el número de ceros que va después del segundo dígito, y la cuarta da cuenta de la tolerancia, en porcentaje, de la resistencia real. Para el caso del resistor de la imagen anterior, la resistencia sería, a partir de la tabla expuesta debajo de dicho resistor, de 130.000.000 Ω con una tolerancia de 5%; es decir, que el valor de la resistencia real puede ser mayor o menor a la cifra antes dada hasta en un 5%. Para resistencias menores a 10 Ω vemos que la tercera banda deberá ser de color oro o plata, multiplicadores de 0.1 Ω y 0.01 Ω respectivamente.

Algunos resistores de precisión que poseen tolerancias del 2%, 1% o menos, se codifican con cinco bandas de colores en lugar de cuatro, agregándose un tercer dígito en la banda número 3, y pasando la banda multiplicadora a la cuarta posición. Para estos resistores, la codificación sería como se indica a continuación:

Código de colores de resistencias de 5 bandas.[3]

Otro grupo de resistores de cuatro bandas tiene una quinta extra que indica la confiabilidad en un porcentaje de falla por cada 1000 horas, de acuerdo con la siguiente tabla. Así, una quinta banda roja en un resistor de 4 bandas de color significa que si un grupo de resistores similares se pone a operar en condiciones estándar a lo largo de 1000 h, el 0.1% de los resistores fallará.

Banda de confiabilidad.[4]

Claro que no todos los resistores se codifican con bandas de color. Una gran cantidad de éstos también utilizan un marcado tipográfico para exhibir su resistencia y su tolerancia. Tales códigos de rotulados pueden ser solo números o una combinación de números y letras. Incluso hay casos en que, siendo el cuerpo del resistor lo suficientemente grande, el valor de la resistencia completo y la tolerancia se imprimen en él.

Para la rotulación numérica, se utilizan tres dígitos para indicar el valor de resistencia. Los primeros dos proporcionan los primeros dos dígitos de dicho valor, en tanto que el tercero, como multiplicador, señala la cantidad de ceros que va después del segundo dígito. Esta rotulación se usa para valores de 10 Ω o más.

Ejemplos de resistores con rotulación numérica.[5]

En la rotulación alfanumérica, el marcado es a través de 3 o 4 caracteres, entre números y letras, y en los que los 2 o 3 dígitos son acompañados por R, K o M. Estas últimas se emplean para indicar el multiplicador, y su posición señala el lugar del punto decimal. La R significa nada de ceros después de los dígitos; la K es un multiplicador de 1000, y la M un multiplicador de 1.000.000. En este formato, los valores que van desde 100 a 999 están compuestos de 3 dígitos y ninguna letra para representar los 3 dígitos presentes en el valor de la resistencia.

Ejemplos de resistores con rotulación alfanumérica.[6]

En cuanto a la segunda categoría de resistores, los variables, éstos están diseñados de forma que su valor de resistencia sea fácil de modificar mediante un ajuste manual o automático. Suelen ser utilizados para dividir el voltaje, en cuyo caso se conocen como potenciómetros, y controlar la corriente, denominados a este respecto reóstatos.

El potenciómetro es un dispositivo de tres terminales, teniendo los primeros 2 un valor de resistencia fijo entre ellos, que es la resistencia total, mientras que el terminal tres está conectado a un contacto móvil o rozador, que, subiendo o bajando, permite la variación de la resistencia entre 3 y 1 o 3 y 2.

Esquema del potenciómetro.[7]

Un potenciómetro también puede usarse como reóstato, cuando el terminal 3 se conecta al terminal 1 o 2.

Diagrama de resistores variables.[8]

Los potenciómetros y reóstatos a su vez pueden ser lineales o no lineales. En los primeros, la resistencia entre uno y otro terminal varía linealmente con la posición del contacto móvil, cosa que no sucede en los no lineales. Vale decir que el potenciómetro se emplea como un elemento de control del voltaje debido a que cuando se aplica un voltaje fijo a través de los terminales 1 y 2, se obtiene un voltaje variable en el contacto rozante con respecto al terminal 3. Por su lado, el reóstato se usa como dispositivo de control de corriente porque ésta puede ser cambiada al modificar la posición del contacto rozante.

Respecto a los resistores que varían de forma automática, el tipo más común de ellos quizá sea el termistor, cuya resistencia se modifica en función de la temperatura. Cuando su coeficiente de temperatura es negativo, la resistencia cambia inversamente con la temperatura; cuando es positivo, la resistencia cambia directamente con la temperatura. La resistencia de una celda fotoconductora, por su lado, varía con los cambios en la intensidad luminosa.

El circuito básico

Todo circuito, en su forma básica, debe estar compuesto por una fuente de tensión, una carga y una trayectoria para la corriente entre la fuente y la carga. En la imagen siguiente, la batería constituye la fuente de tensión, la lámpara es la carga que absorbe la corriente de la batería, y los conductores proporcionan la trayectoria necesaria para que la corriente vaya, siguiendo la convención, desde el terminal positivo de la batería hasta la lámpara y de regreso al terminal negativo. La corriente pasa por el filamento de la lámpara, que tiene resistencia, y ello produce la luz visible.

Circuito eléctrico básico.[9]

Lo anterior constituiría un circuito cerrado, en el que la corriente recorre una trayectoria completa. Ahora, cuando la corriente se interrumpe, el circuito se denomina abierto. Para controlar la apertura o el cierre de los circuitos eléctricos, se emplean los interruptores.

Interruptor de vía y polo únicos (SPST, por sus siglas en inglés).[10]

En un interruptor, el término polo se refiere al brazo móvil y la vía señala el número de contactos que son abiertos o cerrados por una acción única del polo.  

Interruptor de doble vía y polo únicos (SPDT).[11]

Además de los interruptores SPST y SPDT, también existen los interruptores: vía única y doble polo (DPST), que permite la apertura o el cierre de dos juegos de contactos; doble vía y doble polo (DPDT), que permite la conexión de un juego de contactos a uno u otro de otros dos juegos; tipo botón pulsador (PB), que puede ser normalmente abierto (NOPB), permitiendo la conexión entre dos contactos cuando el botón es oprimido, o normalmente cerrado (NCPB), interrumpiendo la conexión entre dichos contactos cuando el botón es oprimido; y rotatorios, en los que la conexión entre un contacto y cualquiera de varios otros se realiza al girar una perilla.

Tipos de interruptores.[12]

Los transistores también pueden ser utilizados como interruptores en muchas aplicaciones, dado que tienen la capacidad de abrir o cerrar la trayectoria de un circuito en función de la presencia de corriente o voltaje en uno de sus terminales.

Para la protección de circuitos, se utilizan fusibles y cortacircuitos diseñados para cortar la trayectoria de éstos cuando la corriente excede una cantidad determinada de amperes a causa de una falla u otra condición anormal. La diferencia entre un fusible y un cortacircuito es que el primero queda inutilizable una vez que cumple con su trabajo, en tanto que el segundo puede ser repuesto o vuelto a utilizar.

La operación del fusible se basa en la temperatura de fusión de un alambre u otro elemento metálico, que se va calentando conforme aumenta la temperatura, y que se funde y se abre cuando la corriente que circula a través de él supera el valor para el que está diseñado, con lo que se llega a la temperatura de fusión.

Fusible.[13]

Un cortacircuito, por su parte, detecta la corriente excesiva por el efecto de calentamiento de ésta o por el campo magnético que genera. En el primer caso, un resorte bimetálico abre los contactos cuando la corriente nominal es superada; en el segundo dichos contactos se abren a causa de la fuerza magnética creada por la corriente excesiva. Estos contactos se mantendrán abiertos hasta que sean manualmente cerrados.

Alambres

En los circuitos eléctricos, los alambres son el tipo más común de conductores. Éstos varían en diámetros y suelen ser ordenados con arreglo a números de calibre estándar, denominados tamaños AWG (por American Wire Gauge). A medida que el número de calibre asciende, el diámetro del alambre disminuye. El tamaño de los alambres también se especifica a partir de su área de sección transversal. Una unidad utilizada para tal propósito es el mil circular, abreviado MC. Un mil circular es el área de un alambre con diámetro de 0.001 pulgadas. Para hallar el área de sección transversal de un alambre, se eleva al cuadrado el diámetro expresado en milésimas de pulgadas.

Tamaños y resistencias de cobre sólido redondo.[14]

Como puede verse en la tabla anterior, los alambres de cobre, como cualquier otro conductor, poseen resistencia, que depende fundamentalmente de tres características físicas: tipo de material, longitud del alambre y área de sección transversal. De este modo, la fórmula para la resistencia de un alambre de longitud l y área transversal A es: R = ρl / A. Donde ρ es una propiedad de cada conductor llamada resistividad. Se observa que un aumento en la resistividad o en la longitud produce el incremento de la resistencia, y que ésta disminuye al aumentar la sección transversal del alambre. Para determinar la resistencia en ohms, la longitud debe estar en pies, el área de sección transversal en mils circulares y la resistividad en MC-Ω/pie.

Bibliografía

Charles K. Alexander y Matthew N. O. Sadiku. Fundamentos de circuitos eléctricos, 5ta Ed. (México, 2013).

James W. Nilsson y Susan A. Riedel. Circuitos eléctricos, 7ma Ed. (Madrid, 2005).

Thomas L. Floyd. Principios de circuitos eléctricos, 8va Ed. (México, 2007).

[1] Electromundo. Cómo funciona una Resistencia Eléctrica. https://electromundo.pro/funcionamiento-de-la-resistencia-electrica/

[2] E-tech security training. Resistors and resistance. https://sielearning.tafensw.edu.au/toolboxes/Electrotechnology/toolbox/hq/training/tut15fr.htm

[3] Código de Color. Código de colores para resistencias de 5 bandas, Franjas o líneas. https://codigodecolor.com/electronica/resistencia-electrica/resistencia-de-5-bandas/

[4] Thomas L. Floyd. Principios de circuitos eléctricos, 8va Ed. (México, 2007), p. 36.

[5] NeCL, Ciencia y cultura al máximo. Resistencias SMD (SMT): Cómo interpretar los valores (2018). http://www.negocioscontralaobsolescencia.com/taller/resistencias-smd-smt-como-interpretar-los-valores

[6] Floyd op. cit. (4), p. 37.

[7] Tecnobits. Contenidos y actividades de las asignaturas de TECNOLOGÍA e INFORMÁTICA del Profesor Ramón Alonso (2010). https://www3.gobiernodecanarias.org/medusa/ecoblog/ralosal/2010/04/03/34/

[8] Floyd op. cit. (4), p. 38.

[9] Todo sobre circuitos. Circuitos eléctricos animados: Componentes, funcionamiento, gráficos. https://www.circuitos-electricos.com/circuitos-electricos-animados-componentes-funcionamiento-graficos/

[10] Floyd op. cit. (4), p. 42.

[11] Ídem

[12] Ibídem, p. 43.

[13] Ingeniería Mecafenix. Que es un fusible y para qué sirve? (2018). https://www.ingmecafenix.com/electronica/el-fusible/

[14] Floyd op. cit. (4), p. 46.