APRENDE A RESOLVER CIRCUITOS BÁSICOS.

Para el desarrollo de circuitos yo voy a usar el programa LiveWire, que es un emulador de circuitos eléctrico bastante completo y que me permitirá comprobar que he realizado los cálculos de manera correcta.
Así que si quieres puedes bajarte una versión de evaluación o descargarte la versión de estudiante, registrándote en la página principal.

Calculos de circuitos serie.

Recuerda de la teoría que los circuitos serie se caracterízan porque todos los elementos están en serie unos con otros. El siguiente circuito te muestra un circuito básico en serie en donde todos los elementos están en serie. El símbolo de Tierra es el punto común de todo circuito y se asemeja al igual que existiera cable que cierra el circuito.

Para la resolución del circuito primero hay que reducir a una sola resistencia el circuito, es decir calcular la resistencia total. Como están conectadas en serie, el valor de la resistencia es la suma de los valores de las resistencias:

Ahora el circuito queda como el equivalente, con una fuente de tensión y una sola resistencia:

Ahora que tenemos la resistencia total, solo tenemos que aplicar Ohm al circuito para resolver la intensidad de corriente total del circuito.

Has comprobado lo fácil que es calcular los valores de tensión y corriente de un circuito serie. Si vamos al circuito LiveWire, veremos que el valor de la corriente es similar.

Calculo de tensiones parciales

La ley de Ohm nos dice que la intensidad de corriente por un circuito depende de la tensión aplicada al mismo dividida por la resistencia del mismo.
En el proceso anterior hemos reducido el circuito a una sola resistencia y una fuente de tensión, pero en muchos circuitos te encontrarás muchas resistencias y muchas fuentes de tensión.

Del curso teórico, sabemos que la suma de las tensiones aplicadas al circuito, nos da la tensión total del circuito. Pero aunque en éste circuito de tres resistencias en serie y una fuente sola hay una fuente de 5V, en cada resistencia caerá una tensión producto de la intensidad por el valor de la resistencia.
Y como todas las resistencias están en serie, la misma intensidad circulará por cada una de las resistencias, produciendo una caida de tensión en cada resistencia que dependerá de su valor individual. Así, las caidas de tensión en cada resistencia se calcula multiplicando la intensidad total, por el valor resistivo:

Si ahora sumas todas las caidas de tensiones del circuito verás que te dará la tensión de la fuente, de acuerdo a la formula teórica.

Circuitos en paralelo.

Los circuitos en paralelo se resuelven teniendo en referencia el número de ramales eléctricos (mallas de redes) que posea el circuito.

Y para proceder a su resolución, debemos de actuar como en el anterior ejemplo, primero reduciendo las resistencias a uno, y después calcular la corriente total del circuito. Eso si, observa que para calcular la resistencia total, se desconectan las fuentes de tensión o se cortocircuitan.

Según la formula de la resistencia en paralelo, podemos establecer que:

Observa que existe una caida de tensión en cada ramal y que pasa una intensidad de corriente. Eso es debido a que el óhmetro es similar a una fuente de tensión y que calcula la caida de tensión en cada resistencia para comparar y obtener su valor resistivo.

Volviendo a poner la fuente de tensión, ahora podemos ver que la fuente de alimentación se aplica sobre cada ramal, por lo que en cada ramal se aplica los 5V de la fuente de tensión.

Asi que la tensión de 5 voltios se aplicará sobre las resistencias de los ramales que, dependiendo de sus valores, producirán una intensidad de corriente por cada ramal de la forma siguiente:

Por tanto, resolviendo los cálculos:

I₁ = E ÷ R1 = 5V ÷ 1KΩ = 0,005A ≈ 5mA

I₂ = E ÷ R2 = 5V ÷ 510Ω = 0,00980A ≈ 9,8mA

I₃ = E ÷ R3 = 5V ÷ 820Ω = 0,00610A ≈ 6,1mA

Puedes ver que los cálculos son correctos.

Circuitos mixtos

Los circuitos mixtos se caracterízan en que existen partes del circuito en que estan en serie y otras en paralelo. Y para la resolución del mismo se aplican las normas anteriores ya mencionadas mediante de ley de Ohm.

Para la resolución del sistema, lo primero que hay que hacer es hallar la resistencia total del circuito.
Para ello, si disponemos de un óhmetro se desconecta la fuente de alimentación y se cortocircuita el circuito para conectar el óhmetro a la última resistencia.

Pero como no siempre tenemos un óhmetro, para efectuar el cálculo, primero se dede de tener en cuenta que en el circuito tiene 3 resistencias en paralelo que junto a una cuarta resistencia en serie con el conjunto, por lo tanto el valor total de éste circuitos será la suma del conjunto del paralelo más la suma del valor de la resistencia en serie junto al paralelo.

Pero claro, antes de nada has tenido que tener claro que el conjunto es un sistema mixto. En la figura de arriba puedes ver que aunque la disposición de la cuarta resistencia parece estar en serie, en realidad está en paralelo con el conjunto. Eso es muy fácil de comprobar gracias a que siempre un mismo terminal de los conjuntos en paralelo está conectado a un mismo nivel de potencial y, como puedes ver, todas las resistencias están unidas al terminal positivo de alimentación; por lo tanto el circuito anterior esta conectado en paralelo.

En circuito anterior se puede apreciar mejor la conexión de los elementos. Ahora si puedes ver que las primeras resistencias están en paralelo y que, unidas al conjunto hay otra resistencia en serie con éste. Ahora si se puede resolver de la siguiente forma la resistencia:

R_total = [(1 ÷ R1) + (1 ÷ R2) + (1 ÷ R3)] + R4

Rtotal = 239,22Ω + 1KOmega; = 1239,22Ω ≈1240Ω

Como muestra el LiveWire:

Ahora una vez que tenemos calculada la resistencia total, podemos calcular la corriente total del circuito de acuerdo a la formula:

Y para calcular las caidas de tensiones hay que tener que en el conjunto en paralelo se aplica una misma tensión y que en la resistencia en serie se aplica otra (ya que no están en paralelo). Por eso, en el conjunto en paralelo se aplicará una misma tensión para cada uno de los ramales que producirá una caida de tensión en dicho ramal dependiendo de la resistencia; mientras que en la resistencia en serie solamente existirá una caida de tensión de acuerdo a la formula siguiente:

Así podemos definir que en el conjunto en paralelo:

E_paralelo = I_total ÷ R_paralelo

Como tenemos la intensidad total de cuatro mili amperios, traducimos:

E_|| = 0,0040322A x 239,22Ω = 0,964582884V

Lo que nos indica que en el conjunto en paralelo caerán 0,96V. Si esa tensión que cae en el paralelo, la restamos de la tensión total, nos dará la tensión que caerá en la resistencia en serie:

Por lo tanto ya hemos resuelto el sistema de manera sencilla y lógica. Si quieres puedes calcular las intensidades parciales por cada ramal del paralelo y que verás que han descendido al agregar al circuito una resistencia en serie. Yo voy a dejar la práctica por ahora para evitar alargar más de lo necesario el curso.
Gracias y te espero en el siguiente capítulo.