Resistencias, ¿Qué tienen que ver con mis electrodomésticos? (Funcionamiento, cálculos y aplicaciones)

2년 전
¡Hola amigos de #Steemit! Déspues de mucho tiempo ¡he vuelto! y si es primera vez que pasas por mi blog, te comento que soy estudiante de Ingeniería Electrónica, una carrera que de verdad estimula la curiosidad, creatividad e invención para hacer fácil lo complejo y conocer el funcionamiento y reparación de los objetos incluso más triviales como lo es un refrigerador. Es por ello, que en esta oportunidad he decidido avanzar lento a fin de que puedan entender el proceso y explicarle la forma más básica posible de resolución de circuitos para el arreglo de resistencias, las cuales son cruciales en nuestros equipos electrodomésticos.

Pixabay

Su uso más popular está en la cocina, aunque personalmente lo he visualizado en más oportunidades en neveras o refrigeradores convencionales, esto con el fin de crear un componente que contrarreste el posible congelamiento del equipo. Como sabrán la función principal de un refrigerador –aunque parezca obvio– es enfriar al máximo, pero cuando éste se satura de frío crea una cantidad de hielo que dificulta su funcionamiento, de allí que la mayoría de estos equipos cuenten con una resistencia bastante grande que se encienda con el mando de un termómetro, exponiéndose la misma a muy alta temperatura la cual la calienta y derrite el hielo excedente para que el equipo pueda seguir funcionando correctamente.

Si como yo han tenido la oportunidad de desarmar algún equipo de estos, habrán notado que estas resistencias suelen estar cubiertas por un tubo de vidrio, exactamente iguales a las que se alojan en los bombillos amarillos comunes. Si se preguntan ¿cómo es que estas resistencias se calientan tanto y generan tan altas temperaturas? pueden consultar mi publicación acerca de la corriente eléctrica y circuitos.

También podrían haberlo visto en cocinas eléctricas. Que básicamente su estructura está basada en eso, una resistencia de gran calibre en contacto prácticamente directo con los recipientes de la comida.

Para los ingenieros, el tener conocimiento sobre los arreglos de resistencias es crucial, y a su vez una de las labores más básicas que debemos emplear, teniendo en cuenta que las resistencias no solo funcionan para calentarse, sino como retenedores o filtros de corriente que no permiten el paso desenfrenado del flujo de energía por el circuito.

Para continuar con la apreciación de circuitos recesivos les traigo la forma estándar para resolver interrogantes con respecto al voltaje, resistencia o intensidad de corriente en determinada zona del circuito. Para ello necesitas saber cómo funciona la corriente dentro del circuito, y la forma en que actúa el flujo de partículas cargadas a través del conductor.

Antes de iniciar daremos cabida a conceptos básicos que debemos manejar:

  • Voltaje: Es el trabajo que se necesita para mover los electrones de un lado a otro dentro del conductor, es decir aquel que empuja el flujo de electrones. Se mide en “Voltios”

  • Potencia:Es la cantidad de energía entregada o absorbida de un elemento. Se mide en Watts.

  • Energía: Relación entre fuente de voltaje y receptor. Es la fuerza necesaria para transformar el flujo de electrónicos inestables en una corriente eléctrica.


El antiguo postulado llamado “Circuito Galvanico examinado Matemático” o mejor conocida como “Ley de Ohm” es la base para el estudio y análisis del tema que nos ocupa. Georg Simon Ohm fue un físico Alemán, nacido en 1787 en una pequeña ciudad llamada Barbiera, quien es conocido por su investigación sobre las corrientes eléctricas.

Profesor de matemática y física en la escuela militar de Berlín y además Director del Instituto Politécnico de Núremberg, en sus primeros años decidió dedicarse a la geometría, pero finalmente fue el tema de la electricidad que lo cautivó.

En 1827 publicó el folleto “el circuito galvánico examinado matemáticamente”, en que se presentaba la relación que hay entre la intensidad de una corriente, su fuerza electromotriz y la resistencia de los conductores, hecho que como ya mencioné posteriormente fue conocido como “la ley de ohm”.

Esta ley se refiere a la relación entre la resistencia, voltaje e intensidad de corriente, siempre y cuando estemos hablando de circuitos básicos. En próximas publicaciones les explicaré otras cientos de formas por las cuales podremos resolver circuitos mediante otros medios.


Dicho esto, hablemos entonces de cómo reducir el circuito partiendo de la idea ya planteada por Ohm:

Imagen1.jpg
Figura 3. Fuente: @gioz

Dónde:
V= voltaje
R = resistencia
I= Intensidad de corriente

Una forma rápida de entender cómo funciona este triangulo es ignorar, tapar o eliminar la variable que deseas encontrar. Como por ejemplo:

Imagen2.jpg
Figura 4. Fuente: @gioz

Tomando en consideración términos básicos, aplicaremos la siguiente fórmula para la Resistencia Equivalente cuando éstas están en serie:

Imagen3.jpg

Figura 5. Fuente: @gioz

Y la siguiente fórmula cuando están en paralelo:

Imagen4.jpg

Figura 6. Fuente: @gioz

También utilizaremos la popular formula conocida como “Delta – Estrella” por la forma como están posicionadas las cargas:

Imagen5.jpg

Figura 7. Fuente: @gioz

¿En qué consiste “reducir circuitos”?

Básicamente en hacer el plano mucho más sencillo para poder aplicar la ley de Ohm.

¿Cómo se logra esto? ¡Fácil!

Asimilando todos esos factores que podemos sumar, restar, dividir o eliminar hasta llegar a la forma base de todo circuito. Una entrada y una salida de corriente con al menos uno o dos “obstáculos” u objetos para la corriente eléctrica que transcurre por dicho circuito.

De este modo:

Imagen6.jpg

Figura 8. Fuente: @gioz

Para iniciar con las aplicaciones tomaremos como muestra el siguiente arreglo de resistencias en un circuito:

Imagen7.jpg

Figura 9. Fuente: @gioz

Según el plano, es necesario calcular el Voltaje circulante por esa zona. Para dar respuesta a la incógnita, aplicando lo previsto, debemos reducir nuestro circuito para determinar mediante la Ley de Ohm el valor de dicho voltaje. Iniciamos sumando las resistencias 1,2 y 3 que están en serie y nos queda de la siguiente forma:

La suma de las 3 resistencias la llamaremos R3+

Imagen8.jpg

Figura 10. Fuente: @gioz

Como lo muestra la imagen, para este caso debemos aplicar un “Delta – estrella” para resolver este arreglo, tal como lo muestra la siguiente imagen:

Imagen9.jpg

Figura 11. Fuente: @gioz

Luego de resolver el “Delta-estrella”, notaran que las resistencias R9 y R3+ quedaran en serie y solo debemos sumarlas, esta suma la denominaremos R9+. Y finalmente obtendremos:

Imagen10.jpg

Figura 12. Fuente: @gioz

Luego seguimos con el paralelo entre las resistencias R5 y R9+. La denominaremos R5+
Imagen11.jpg

Figura 13. Fuente: @gioz

En este punto imagino ya habrán notado porque el método se llama “reducción”. El siguiente paso es resolver la suma de R4 y R6. Y Finalmente el paralelo con R7, este resultado lo denominaremos R7+ =

Imagen12.jpg

Figura 14. Fuente: @gioz

En este caso y como ya tenemos la forma estándar. Simplemente aplicamos formula, sumamos todas las resistencias que tenemos (Lo llamare R+), y hallamos la corriente (I) =

Imagen13.jpg

Figura 15. Fuente: @gioz

Finalmente para saber que voltaje estaba circulando por nuestra resistencia R7, debemos dar un paso atrás, dado que la corriente será constante pese al arreglo de resistencias, por lo cual simplemente daremos una vuelta y tomaremos nuestra corriente para multiplicarla por nuestra resistencia en cuestión =

Imagen14.jpg

Figura 16. Fuente: @gioz

Notaran que el motivo del arreglo de resistencias es disminuir la tensión que llega a esa zona del circuito, y hay cien millones de motivos por los cuales esto es aplicable en nuestras vidas diarias, pues como sabrán no todos los compuestos de un aparato electrónico necesita la misma cantidad de voltaje para funcionar a pleno.

Por ejemplo en una nevera, al momento de encender el ciclo de deshielo necesita mayor voltaje en determinada zona de todo el cableado y tan pronto el termostato emita la señal de que está muy alta la temperatura, esta zona necesitará menos voltaje para continuar funcionando. Esto se hace con arreglos de resistencia a lo largo de todo el circuito eléctrico del equipo.

Los modelos modernos reducen todo esto a una pequeña computadora o panel, conectada en una zona estratégica del equipo, y desde allí emite todas las órdenes al resto del aparato.

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Figura 17. Ejemplo de circuito armado en casa - Fuente: @gioz


De momento esto es todo, espero les haya gustado. He hecho lo mejor posible para que se haga entendible el tema, cualquier duda o acotación serán bien recibidas en los comentarios. Los estaré esperando para la próxima. ¡Gracias por leerme!


Referencias

Crédito Visual:

  • Imagenes redireccionadas a su fuente Pixabay.
  • Figuras 3-17 de elaboración propia.

La parte teórica está basada en mi experiencia y los siguientes libros de texto que sirvieron para sustentar lo explanado en este post:

  • Circuitos Eléctricos -Sadiku Pag. 56
  • Circuitos Eléctricos– Robert I. Boylestad Pag. 85

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