Resistencia de un elemento calefactor

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. ¿Agregar más resistencias aumenta o disminuye el calor total producido?

  

Habría pensado que una mayor resistencia hubiera resultado en una mayor pérdida de calor ...

• Debe ser intuitivo que cuanto más resistencias paralelas apliquemos al circuito de la Figura 1, menor será la resistencia.
• Dado un voltaje constante como se especifica en su pregunta, también debe ser intuitivo que la corriente a través de cada rama sea la misma sin importar cuántas ramas. *
• Entonces podemos ver que con n resistencias paralelas, la potencia total disipada será n veces la potencia disipada con una resistencia.

Por lo tanto, un valor de resistencia más bajo dará como resultado una mayor disipación de energía o pérdida de calor.

Matemáticamente esto se puede ver en la ecuación de potencia \ $ P = \ frac {V ^ 2} {R} \ $ que, para un voltaje dado, la potencia disipada es inversamente proporcional a la resistencia .

* Por supuesto, una fuente de alimentación real tendrá un límite a la cantidad de corriente que puede producir antes de que la tensión comience a disminuir.

Depende:

• si está conectado a una fuente de voltaje constante ideal : menor resistencia de carga causará una mayor potencia de carga
• si está conectado a una fuente de corriente constante ideal : mayor resistencia de carga causará más potencia de carga.

A menudo, las fuentes de energía prácticas pueden tratarse como una fuente ideal de voltaje constante con una resistencia interna en serie (bastante baja). En ese caso, la mayor parte de la potencia de carga se debe a una resistencia de carga igual a la resistencia interna de la serie de la fuente de alimentación.
Este hecho se denomina Teorema de transferencia de potencia máxima .

La salida de calor se define por la potencia \ $ P \ $ que también se define por la caída de voltaje \ $ V \ $ a través del elemento y la corriente \ $ I \ $ a través de él: \ $ P = V * I \ PS

Si tiene una salida de calor específica que desea y un voltaje de entrada, puede calcular la resistencia que necesita conectando la ley de Ohm.

\ $ P = V * A = \ frac {V * V} {R} \ $

Así, al disminuir la resistencia aumenta la salida de calor.

Para confundir aún más las cosas, quizás arroje más calor que luz, si tiene una fuente de voltaje nominalmente constante con una resistencia de fuente fija, habrá una resistencia de carga que tiene una potencia máxima. Tenga en cuenta que, por lo general, es manera menor resistencia que la que usaría (por ejemplo) en la red eléctrica.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

En el circuito anterior, la corriente es V1 / (Rs + RL), por lo que la potencia en la carga es:

\ $ P_L = \ frac {R_L \ cdot V_1 ^ 2} {R_S + R_L} \ $

Puede ver de forma intuitiva inspeccionando el numerador y el denominador de que si RL es muy bajo o es muy alto, la potencia se acerca a cero.

De hecho, es un máximo en \ $ R_L = R_S \ $, donde la resistencia de carga es igual a la resistencia de la fuente. La mitad de la potencia se pierde en la fuente de resistencia.

Más generalmente, la transferencia de potencia máxima es cuando la impedancia de la fuente es igual a la impedancia de carga.

Depende de la fuente de poder. Si eso ofrece un voltaje razonablemente constante, como la mayoría lo hace, entonces una resistencia más baja aumenta la corriente, lo que aumenta la disipación de energía y, por lo tanto, el calor.

Como la calefacción generalmente consume mucha energía (en comparación con la electrónica), por lo general necesita una fuente de alimentación bastante buena, como una gran batería de plomo-ácido o Li-Ion si es portátil, y esas son fuentes de voltaje razonablemente buenas.

Entonces, si tiene algún medio de control, como PWM, o un interruptor de encendido / apagado termostático, errar ligeramente en el lado bajo de la resistencia para obtener un poco más de energía de la que necesita y regular esa potencia para obtener la temperatura adecuada.

Si tuviera una buena fuente de corriente constante, entonces el aumento de la resistencia aumentaría el voltaje, y eso aumentaría la potencia. Pero esos son bastante raros en la práctica.

Un elemento calefactor no tiene resistencia "muy alta" ni "muy baja".

La energía total disipada por el circuito es proporcional a la corriente, por lo que la resistencia del elemento calefactor debe ser lo suficientemente baja para generar suficiente corriente como para generar suficiente calor.

Sin embargo, de la energía total disipada por el circuito, la porción de energía disipada por cada parte es proporcional a su resistencia, por lo que la resistencia del elemento de calentamiento debe ser lo suficientemente alta para que la mayor parte de la energía es disipada por el propio elemento de calefacción en lugar de, por ejemplo, el cableado en las paredes.

Si está conectando un elemento de calefacción a la red eléctrica de la pared, hay un disyuntor involucrado que limita la corriente para que su cableado no se caliente demasiado. Un elemento calefactor diseñado para entregar el calor máximo (en una caldera, por ejemplo) consumirá tanta corriente como pueda mientras se mantiene de manera segura por debajo de ese límite.

¿Quieres resistencia alta o baja?

Depende de tu fuente de poder. Si quieres calor, quieres poder, y el poder es

$$ P = I \ cdot V = I ^ 2 \ cdot R = \ dfrac {V ^ 2} {R} $$

Entonces, si tienes una fuente de corriente constante, quieres una alta resistencia. Sin embargo, la mayoría de los calentadores se suministran con un voltaje constante, por lo que requerirían una menor resistencia.

Si la fuente de alimentación es CA, recuerde utilizar la cifra RMS para la corriente o el voltaje, según corresponda.

Depende de dónde estén sus mayores problemas para alimentar ese calentador.

Si tiene problemas con la resistencia del suministro (p. ej., cables largos o delgados, alta resistencia interna), opte por la opción de alta resistencia, alto voltaje y baja corriente.

Si tiene problemas con el aislamiento (p. ej., no hay suficiente espacio para un aislamiento grueso o el calentador no puede estar bien aislado de los usuarios potenciales que lo tocan), entonces busque la configuración de baja resistencia, bajo voltaje y alta corriente.

Es un equilibrio entre esos dos. En realidad, opta por el voltaje que tiene a mano (por ejemplo, los tranvías más antiguos usan calentadores conectados directamente al voltaje de la línea, ya sea de 600 V, 800 V o cualquier otro voltaje con el que funcione el resto del tranvía. Los más modernos utilizan el apagado los calentadores de 220V de la plataforma, porque hoy en día es más económico diseñar un convertidor de voltaje que diseñar un nuevo calentador). La única excepción es cuando necesita protegerse contra el contacto físico, luego baja el voltaje a un nivel seguro y trabaja con eso.