Читать книгу Montaje de componentes y periféricos microinformáticos. IFCT0108 - Jesús Martín Alloza - Страница 14

Se establecen varias configuraciones básicas a la hora de diseñar un circuito eléctrico, ya que se pueden conectar los receptores en serie o en paralelo. Dependiendo de esto, se tendrán que calcular las magnitudes de tensión, resistencia y corriente eléctrica de distinta forma.

Así pues, las configuraciones básicas que se encuentran en un circuito son:

1 Circuito serie.

2 Circuito paralelo.

3 Circuito mixto (conexión de circuitos serie y paralelo).

9.1. Circuito serie

La configuración en serie consiste en la colocación de los elementos uno a continuación del otro, donde el terminal de salida de un dispositivo se conecta al terminal de entrada del dispositivo siguiente. Todo componente conectado en serie está atravesado por la misma corriente, es decir, la intensidad de corriente se mantiene fija en el circuito serie, mientras que la tensión que tiene cada receptor dependerá de su valor resistivo. En el circuito de la imagen se muestra un ejemplo donde las resistencias están conectadas en serie.

Cuando existen dos o más resistencias conectadas en serie, estas actúan a efectos de cálculo con un valor resistivo total denominado resistencia equivalente, representado por Requ. Este valor resistivo se puede calcular fácilmente, siendo n el número de resistencias conectadas en serie, mediante la siguiente fórmula:

Es decir, la resistencia que habrá que poner para sustituir a las que hay conectadas en serie para que tenga un valor equivalente, es la que tenga como valor la suma de los valores de todas las resistencias conectadas en serie.

Una vez que se ha hallado la resistencia equivalente se podrá calcular la intensidad de corriente, dado que se conoce la tensión, y se sabe que la intensidad es la misma.

Asimismo, se podrá calcular la tensión que hay en cada resistencia mediante la fórmula del divisor de tensión.

Aplicación práctica

A continuación, se propone el análisis de un circuito de corriente continua muy sencillo formado por 3 resistencias (R1= 2 Ω; R2 = 3 Ω; R3 = 4 Ω) conectadas en serie a una pila de 12 V (VG = 12 V). Calcule la intensidad de corriente, la caída de tensión y la potencia disipada en cada una de ellas.

SOLUCIÓN

1 a. Cálculo de la intensidad que pasa por las resistencias:

1 Para calcular la intensidad que suministra la pila, se determina la resistencia equivalente que conforman R1, R2 y R3 (serie).

1 Requ = R1 + R2 + R3;

2 Requ = 2 + 3 + 4;

3 Requ = 9Ω

1 A continuación, se aplica la Ley de Ohm para calcular la intensidad que recorre el circuito:

1 IG = VG / Requ ;

2 IG = 12 / 9 ;

3 IG = 1,33 A

1 Al estar dispuestas la resistencias en serie, la intensidad que suministra la pila (IG) es la misma que pasa por todas las resistencias (IG=IR1= IR2= IR2).

1 1.33 = IR1 = IR2 = IR2;

1 a. Cálculo de la caída de tensión de las resistencias: Al conocer la intensidad que pasa por cada resistencia, se puede calcular, a partir de la Ley de Ohm, la caída de tensión de cada una de ellas (resultados redondeados):

1 VR1 = IR1 ∙ R1; VR1 = 1.33 ∙ 2; VR1 = 2.67 V;

2 VR2 = IR2 ∙ R2; VR2 = 1.33 ∙ 3; VR2 = 4 V;

3 VR3 = IR3 ∙ R3; VR3 = 1.33 ∙ 4; VR3 = 5.33 V;

1 b. Cálculo de la potencia disipada por cada elemento:

1 PG = VG ∙ IG; PG = 12 ∙ 1.33; PG = 15.96 W

2 PR1 = VR1 ∙ IR1; PR1 = 2.67 ∙ 1.33; PR1 = 3.55 W

3 PR2 = VR2 ∙ IR2; PR2= 4 ∙ 1.33; PR2 = 5.32 W

4 PR3 = VR3 ∙ IR3; PR3 = 5.33 ∙ 1.33; PR3 = 7.08 W

9.2. Circuito paralelo

Cuando la salida de un dispositivo se conecta a la salida de otro se dice que están conectados en paralelo. En un circuito eléctrico en paralelo sus elementos comparten el mismo valor de tensión, pero la corriente que pasa por cada elemento dependerá de su valor resistivo y de la energía que suministre la fuente.

La resistencia equivalente para n resistencias conectadas en paralelo viene dada por la siguiente expresión matemática:

Hay un caso especial que se puede calcular más fácilmente, y es cuando el circuito lo forman dos resistencias en paralelo, donde se podrá calcular la resistencia equivalente mediante la fórmula siguiente:

Aplicación práctica

Calcule la resistencia equivalente de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo de valores: R1 = 5 Ω, R2 = 15 Ω y R3 = 20 Ω.

SOLUCIÓN

Al estar conectadas en paralelo se verifica que:

1 1/Requ = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3;

Entonces:

1 1/Requ = 1/5 + 1/15 + 1/20;

2 1/Requ = 0.2 + 0.07 + 0.05;

3 1/Requ = 0.32;

Despejando Requ se tiene:

1 Requ = 1/0.32;

2 Requ = 3.13 Ω

9.3. Circuito mixto

Estos circuitos están formados por mezclas de agrupaciones en serie y en paralelo.

Para calcular la resistencia equivalente en este tipo de circuitos se deberá dividir en grupos de resistencias en serie y en paralelo. Se calculan sus resistencias equivalentes por separado y después la resistencia equivalente total del circuito.

Ejemplo

En el circuito de la imagen se observa una resistencia en serie con una agrupación de dos resistencias en paralelo, por tanto se podrá calcular la resistencia equivalente de la agrupación en paralelo y sumarla a la otra resistencia, ya que el grupo está en serie con ella:

Req=R1+(R2⋅R3)/(R2+R3)