Interruptores

Interruptores: maniobra ON/OFF, resistencia R_on y pérdida P_on = I² R_on.

Contexto conceptual

Un interruptor es el dispositivo que abre o cierra un circuito eléctrico de forma mecánica o electrónica. En una instalación doméstica, los interruptores de pared controlan las luces; los interruptores de los electrodomésticos controlan motores y resistencias calefactoras; los termostatos son interruptores controlados por temperatura. En todos estos casos, la función física es la misma: permitir o cortar el paso de la corriente $I$ entre la fuente de tensión $V$ y la carga de potencia $P$.

El interruptor ideal no existe en la práctica. Un interruptor real presenta en estado ON (cerrado) una resistencia no nula $R_{on}$ que genera una pérdida $P_{on}$ por efecto Joule. Ese calor se disipa en los contactos metálicos del interruptor. Si $P_{on}$ es suficientemente grande o el tiempo de conducción $t_{on}$ es suficientemente largo, la energía acumulada $E_{on}$ puede degradar los contactos, reducir la vida útil del interruptor y, en casos extremos, generar un riesgo de incendio.

🟢 Nivel esencial

Un interruptor tiene dos estados: OFF (abierto, sin paso de corriente) y ON (cerrado, con paso de corriente $I$). La corriente que demanda la carga depende de su potencia y de la tensión de la instalación.

Cuando el contacto del interruptor está desgastado u oxidado, presenta una resistencia no nula que genera calor por efecto Joule. Ese calor se acumula en los contactos metálicos. Si la corriente conducida es alta o el tiempo de uso es prolongado, el calentamiento puede degradar el contacto y reducir la vida útil del interruptor.

Un interruptor nuevo de calidad apenas calienta porque su resistencia de contacto es muy pequeña. Un interruptor envejecido puede calentarse apreciablemente incluso con cargas moderadas — señal de que hay que sustituirlo.

Un ejemplo cotidiano ayuda a distinguir ambos casos: el interruptor de la lámpara del salón, con una bombilla de bajo consumo, prácticamente nunca se calienta en toda su vida útil. En cambio, el interruptor de un calefactor eléctrico potente puede notarse tibio al tacto tras un rato de uso continuado, precisamente porque conduce una corriente mucho mayor por los mismos contactos.

🔵 Nivel formal

Fórmulas básicas

La cadena causal completa parte de los datos del circuito. La tensión $V$ y la potencia $P$ de la carga determinan la corriente de maniobra $I$ del interruptor:

Corriente de maniobra

Con esa $I$ y la $R_{on}$ del contacto del interruptor, la pérdida resistiva es:

Pérdida resistiva en estado ON

Si el interruptor opera durante un tiempo $t_{on}$, la energía disipada en sus contactos es:

Energía disipada durante la conducción

Preguntas reales del alumno

¿Por qué se calienta el interruptor del calefactor pero no el de la luz? Porque la corriente del calefactor es 30–50 veces mayor que la de la bombilla, y $P_{on}$ ∝ $I$². La misma $R_{on}$ produce 900–2 500 veces más calor con el calefactor.

¿Un interruptor con $R_{on}$ alta protege contra sobrecargas? No. $R_{on}$ alta genera calor en el propio interruptor pero no limita la corriente de la carga de forma significativa. Para limitación de corriente se necesita un fusible o magnetotérmico, no un interruptor degradado.

¿Se puede medir $R_{on}$ en casa? Sí, con un multímetro de resolución mili-ohm (función de medida de resistencia de baja impedancia, típicamente marcada como "Low Ω" o "mΩ"). Con un multímetro básico es difícil porque la resolución es insuficiente para distinguir entre 0,01 y 0,1 Ω.

Síntesis final

El interruptor ideal tiene $R_{on}$ = 0 y no disipa energía. El interruptor real tiene $R_{on}$ > 0 y genera $P_{on}$ = $I$² · $R_{on}$ al conducir. La pérdida crece con el cuadrado de $I$: los interruptores de alta potencia son los que tienen mayor riesgo térmico de contacto. La energía acumulada $E_{on}$ = $P_{on}$ · $t_{on}$ determina si el calentamiento es significativo en el período de uso. Un interruptor con síntomas de calentamiento (temperatura superficial > 40 °C, olor, decoloración) debe inspeccionarse o sustituirse independientemente de que la corriente esté dentro del rango nominal, porque el problema es $R_{on}$ elevada, no sobrecarga de circuito.