Definición: ¿Qué es un circuito eléctrico?

Si aún te preguntas ¿Qué es un circuito eléctrico? He preparado una definición simple, pero que creo es muy fácil de entender.

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que se encuentran conectados entre sí, y por los cuales fluye una corriente eléctrica produciendo un efecto determinado.

Si se te ha hecho complicado la definición ahora o lo que haré es desarrollar el concepto de circuito eléctrico explicando las partes que lo conforman, tipos y entre mas cosas.

Partes de un circuito eléctrico

Para comenzar veamos las partes generales que debe tener un circuito eléctrico, yo creo que en esta sección te quedará más claro el por qué se considera un circuito.

1. Generadores

La primera parte son los generadores, los generadores aplican una diferencia de potencial a la entrada del circuito lo que provoca que el flujo de electrones fluyan a través de cada componente del circuito, como ejemplo de generadores tenemos:

• Baterías o pilas
• Baterías recargables
• Fuentes de alimentación
• Alternadores
• Etc.

2. Receptores

Son aquellos componentes dentro del circuito que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía, por lo regular son componentes que están a la salida o se consideran la salida del circuito, como ejemplo tenemos:

• Lámparas LED
• Motores eléctricos
• Resistencias eléctricas
• Tiras de LED
• ETC.

3. Conductores

Los conductores son aquellos que unen a todos los elementos del circuito, además constituyen la trayectoria de ida o vuelta del flujo de corriente, por ejemplo, podemos encontrar:

• Conductores de cobre
• Aluminio
• Etc.

Es importante saber que estos conductores pueden o no tener aislamiento y los podemos encontrar en diferentes formas:

• Conductor de un solo hilo
• Cable o cuerda, se conforma por varios hilos
• Filástica, formado por varias cuerdas de hilos muy finos

Lo interesante de esto es que un cable puede se flexible o rígido, todo depende de los hilos que lo compongan y si estos son finos o gruesos.

4. Elementos de control

Tal como su nombre lo dice son componentes que establecen la lógica en el circuito, permitiendo o impidiendo el paso del flujo de corriente eléctrica, como ejemplo podemos encontrar:

• Pulsadores
• Interruptores
• Conmutadores
• Etc.

5. Elementos de protección

Muchos electrónicos sobre todo en la etapa de formación, no prestamos mucha atención a esta parte del circuito, la cual es muy importante, debido a que nos protegen de los efectos de la electricidad y digo esto ya que da seguridad a las personas y protege a la instalación en si, dentro de los elementos de protección podemos encontrar:

• Interruptores automáticos
• Magnetotérmicos
• Diferenciales
• Etc.

Excelente ya conoces cada parte de un circuito y, para reforzar el conocimiento, te dejo el siguiente diagrama que enumera de forma simbólica cada parte de un circuito.

Estoy seguro que en este punto ya comprendes lo que es un circuito eléctrico y, como está conformado, ahora pasemos a revisar otros conceptos que son muy importantes también.

Simbología básica de circuitos eléctricos

La siguiente imagen representa los símbolos más comunes que encontrarás en un circuito

Leyes fundamentales en circuitos eléctricos

Antes de continuar con la teoría de circuitos eléctricos por favor revisa estas leyes básicas que debes conocer para el análisis de circuitos, quizá en el momento que revises este artículo me hagan falta varias leyes, te pido que te suscribas al boletín o me sigas en mis redes sociales para que te enteres de las actualizaciones de mis artículos.

• Ley de Ohm
• Leyes de Kirchhoff
• Teorema de Thevenin y Norton
• Teorema de superposición
• Ley de Joule
   

Tipos de corrientes en un circuito

Antes de pasar a revisar los tipos de circuitos revisemos un tema muy importante el cual es definir los tipos de corrientes que podemos tener en un circuito, por ejemplo:

• Corriente continua, no varia en el tiempo y la corriente siempre mantiene el mismo sentido
• Corriente alterna, varia en el tiempo en donde la magnitud toma valores dentro de un mínimo y máximo, el flujo de corriente cambia de sentido durante el intervalo o periodo, por ejemplo, una señal sinusoidal
• Corriente pulsante, la corriente mantiene el mismo sentido y el voltaje varia dentro de periodos regulares, por ejemplo, una señal cuadrada

El análisis de circuitos en cada uno de los tipos de corriente varía y tiene sus propias leyes y características, en este artículo analizaremos circuitos simples en corriente continua pero te invito a visitar mis demás artículos donde estaré subiendo cada caso.

Asociación y Tipos de circuitos eléctricos

En este apartado analizaremos los tipos de circuitos básicos que podemos encontrar, también se conoce como asociación de componentes, los cuales pueden ser en serie, paralelo, mixta, etc., mostraré sus características y veremos un ejemplo para que te quede mas claro cada tipo.

Circuito abierto

Este es un concepto muy fácil de entender y aunque parece muy básico será el pan de cada día, cuando hablamos de un circuito abierto quiere decir que no hay circulación de corriente, sin embargo, entre las terminales si puede existir voltaje.

Circuito cerrado

Indica que existe flujo de corriente en el circuito y cada componente en la trayectoria del conductor recibe una porción igual o diferencial de la corriente.

Circuito equivalente

Se considera como circuito equivalente a la simplificación de un circuito primitivo o dicho en otras palabras mas simple, que produce los mismos efectos que el circuito original, además nos permite realizar el cálculo de parámetros y variables de una forma mas sencilla.

¿Cómo funciona el Circuito de un solo receptor?

Este es uno de los tipos mas simples ya que el circuito contiene un solo receptor, un foco, un LED, etc., esto quiere decir que la fuente o generador está conectado directamente al receptor a través del conductor.

Características de un circuito de un solo receptor

En este tipo de circuito podemos deducir los siguiente:

• El voltaje de la fuente es el mismo en las terminales del receptor V_F = V_R
• La corriente total del circuito es la misma que fluye en el receptor I_T = I_R
• El valor de la resistencia total es la del receptor R_T = R_R

¿Cómo funciona un circuito en serie?

Los circuitos en serie también son muy sencillos de analizar y a la vista son sumamente fáciles de reconocer, ya que podrás observar que cada elemento se conecta al anterior, es decir, la terminal del primer receptor se conecta a la fuente, mientras la segunda terminal se conecta a la primera terminal del segundo receptor, y así sucesivamente hasta el N receptor el cual su terminal 2 vuelve a la fuente o al siguiente componente en el circuito.

Características de un circuito eléctrico en serie

Este circuito es muy fácil de analizar a través de la ley de Ohm y dentro de sus principales características podemos destacar que:

• La corriente es la misma en cada receptor o componente del sistema
• La resistencia total es la suma de todas las resistencias presentes en los receptores
• El voltaje es la suma de todas las caídas de tensión en cada receptor
• Si un receptor es desconectado, el circuito se comportara como un circuito abierto y la corriente no fluiría en ningún componente.

¿Cómo funciona un circuito en paralelo?

El circuito en paralelo en mi experiencia confunde mucho a algunos estudiantes, a pesar de ser uno de los tipos de circuitos básicos, su análisis también es muy simple y también es fácil de reconocer a simple vista ya que su conexión nos indica que todas las terminales de los receptores se conectarán a un polo de la fuente, y la otra terminal de los receptores al otro polo de la fuente.

Características de un circuito en paralelo

En prácticamente todos los casos la ley de Ohm, kirchhoff, etc. aplican y sus principales características son:

• El voltaje es el mismo en cada uno de los receptores
• La corriente se divide en cada nodo por lo tanto la corriente total es la suma de las corrientes en cada receptor
• Si eliminamos un receptor del circuito, los demás seguirán funcionando
• A diferencia del circuito en serie, el receptor equivalente no se obtiene de forma directa, pero se puede determinar la siguiente fórmula.

Fórmula de receptores equivalentes en paralelo

La fórmula anterior la podemos expresar en nuestro ejemplo de 2 receptores en paralelo:

¿Cómo funciona un circuito eléctrico mixto?

Primero tenemos que indicar que un circuito mixto es una combinación de los dos tipos de circuitos anteriores, es importante que a simple vista no confundas este circuito con los anteriores ya que su análisis y solución es un poco diferente a los dos anteriores, pero se utilizan las mismas leyes fundamentales.

Características de un circuito mixto

• Para la solución de este circuito, se debe recurrir a transformar dicho circuito en uno equivalente.
• Para obtener el circuito equivalente se debe obtener el receptor equivalente aplicando las reglas de asociación en serie y paralelo en cada uno de los grupos de receptores y así sucesivamente hasta que se llegue a un circuito de un solo receptor.
• Una vez que se tiene reducido el circuito y se obtiene el valor del receptor equivalente, se debe calcular la corriente total del circuito I_T
• Ahora solo debes calcular la caída de tensión parciales en cada una de las ramas del circuito original

Ejemplo: ejercicio de resolución de circuitos eléctricos

Vamos por algo mas complicado, así que como ejemplo de todo lo que hemos visto hasta el momento vamos a resolver un circuito mixto, utilizaremos algunas leyes básicas como la ley de Ohm entre otras, para empezar mira el siguiente circuito

Datos del circuito de ejemplo

• Voltaje fuente VF = 9 V
• R1 = 500 Ω
• R2 = 5 kΩ
• R3 = 1 kΩ
• R4 = 4 kΩ

Del circuito anterior determinar lo siguiente:

• Obtener el receptor (resistencia) equivalente RE
• Calcular la corriente entrante o total I_T
• Obtener el valor de I₁ que circula en R1
• Calcular el valor de I₂ que circula en R2
• Obtener la tensión aplicada de AB (V_AB)
• Obtener la potencia consumida por el circuito

¿Cómo resolver un circuito eléctrico?

Ahora practiquemos resolviendo el circuito, lo haremos en orden y resolveremos cada uno de los puntos que pide:

Obtener el receptor Equivalente

En este caso vemos que la resistencia R3 y R4 están en serie por lo tanto si la sumamos tenemos la primera reducción del circuito

R_E1 = R3 + R4 = 1k + 4k = 5 kΩ

Al obtener R_E1 en vez de dos resistencias solo quedaría una sola en paralelo con R2 y según la formula que revisamos anteriormente para obtener R_E2 y continuar con la reducción tendríamos que

RE2 = RE1 * R2 / RE1 + R2 = (5k)(5k) / 5k + 5 k = 2,5 kΩ

Ahora R_E2 quedaría en serie con la resistencia R1, lo que con una simple suma obtendríamos R_E

RE = R1 + RE2 = 500 + 2 500 = 3 000 Ω = 3 KΩ

Entonces a través de esta reducción tenemos que la resistencia o receptor equivalente RE es igual a 3 KΩ

Calcular la corriente entrante o total I_T

Para poder obtener la corriente total del circuito es muy fácil después de haber reducido el circuito al máximo ya que el receptor equivalente queda conectado directamente a la fuente y aplicando ley de Ohm podemos obtener fácilmente la corriente total I_T

IT = VF / RE = 9 / 3 000 = 3 x 10 ^-3 = 3 mA

Listo la corriente total son I_T = 3 mA.

Antes de calcular las corrientes parciales I₁ e I₂, vamos a calcular la caída de tensión en AB ya que así sera mas fácil después obtener las corrientes.

Obtener la tensión aplicada de AB (V_AB)

El valor de VAB es la diferencia entre la tensión de la fuente y la caída de tensión que hay en R1, por lo tanto, debemos calcular primero el voltaje en R1 y después hacer la diferencia.

V₁ = I_T * R₁ = (3 x 10 ^-3)(500) = 1.5 V

Ahora que ya sabemos la caída en R1 solo podemos calcular la caída de AB

V_AB = V_F - V₁ = 9 - 1.5 = 7.5 V

Excelente ya tenemos la incógnita V_AB = 7.5 V

Obtener el valor de I₁ que circula en R1

Para obtener I₁ es muy fácil ya que V_AB es la caída de tensión en R1 y aplicando ley de Ohm tenemos

I₁ = V_AB / R2 = 7.5 / 5 000 = 1.5 x 10 ^-3 = 1.5 mA

Calcular el valor de I₂ que circula en R2

La forma mas sencilla de obtener I₂ es analizando el nodo A, el cual cumple con las leyes de corriente de Kirchhoff

I₂ = I_T - I₁ = (3 x 10 ^-3) - (1.5 x 10 ^-3) = 1.5 x 10 ^-3 = 1.5 mA

Como ejercicio intenta comprobar el resultado de I₂ aplicando ley de Ohm utilizando el valor del receptor equivalente R_E1

Obtener la potencia consumida por el circuito

Por ultimo obtengamos el valor de la potencia total, lo cual al tener IT y VF solo debemos aplicar los siguiente

P_T = V_T * I_T = (9)(3 x 10 ^-3) = 2.7 x 10 ^-2 = 27 mW

Listo la potencia total de este circuito es P_T = 27 mW

Excelente, eres de los pocos que llegan al final, felicidades, ahora conoces ¿Qué son los circuitos eléctricos? Sus partes y como identificar las topologías más utilizadas, espero que te haya sido útil y nos vemos en el siguiente tema.