Circuitos en Serie y Paralelo

Es importante saber identificar los tipos de conexiones que existen entre los componentes electrónicos que conforman cualquier circuito, ya que dependiendo de cómo estén conectados entre sí, varían su funcionamiento y sus características.

Sabiendo esto serás capaz de reconocer más fácilmente cuál es la función de cualquier circuito.

Las dos conexiones que se pueden encontrar entre componentes electrónicos son las conexiones en serie y en paralelo.

La necesidad de conectar componentes en serie o en paralelo es tan frecuente que justifica especial atención y cuidado al estudio de este tema.

CIRCUITO EN SERIE

Cualquier circuito en el que la electricidad tiene que pasar a través de todos los componentes del circuito y no tiene una ruta alternativa se denomina circuito en serie. En este circuito, todos los componentes están conectados en el mismo ciclo o bucle.

En un circuito en serie los componentes electrónicos están conectados como los eslabones de una cadena: el final de uno con el principio del otro.

Fórmulas

Recordemos que en un Circuito en Serie los receptores están instalados uno a continuación de otro en la línea eléctrica, de tal forma que la corriente que atraviesa el primero de ellos será la misma que la que atraviesa el último. Sabiendo esto y con ayuda de la Ley de Ohm podemos deducir las fórmulas que se utilizan para obtener alguna característica en específico de nuestro circuito.

Resistencia equivalente

La resistencia equivalente de un circuito es la cantidad de resistencia (ohms) que necesitaría una sola resistencia para igualar el efecto general de la colección de resistencias que están presentes en el circuito. Para los circuitos en serie, la fórmula matemática para calcular la resistencia equivalente ( R_eq ) es:

R_{eq}=R_1+R_2+R_3...+R_n

Intensidad total

La corriente en un circuito en serie es igual en todas partes. Se puede pensar que las cargas marchan juntas a través de los cables de un circuito eléctrico, avanzando en todas partes al mismo ritmo. La velocidad a la que fluye la carga, es igual en todas partes. Es lo mismo en la primera resistencia que en la última resistencia que en la batería. Matemáticamente, la fórmula se podría escribir de la siguiente manera:

I_T=I_1=I_2=I_3...=I_n

Voltaje final

El voltaje total o final en un circuito en serie no es más que la suma de todos los voltajes presentes en el circuito.

V_f=V_1+V_2+V_3...+V_n

Circuitos en serie Ejemplos

Ya sabemos que en un circuito en serie los elementos están conectados como los eslabones de una cadena. La salida de uno a la entrada del siguiente y así sucesivamente hasta cerrar el circuito (únicamente tocándose en un nodo).

El funcionamiento y las características de cualquier circuito en serie dependerán de los componentes que lo conforman. A continuación te presentamos algunos ejemplos de circuitos en serie:

Circuitos RLC en serie e impedancia

El circuito en serie RLC está compuesto por una resistencia pura de R ohmios, una inductancia pura de L henrio​s y una capacitancia pura de C faradios que se conectan entre sí en combinación en serie. Como los tres elementos están conectados en serie, la corriente que fluye en cada elemento del circuito será la misma que la corriente total I que fluye en el circuito.

La impedancia en un circuito en serie RLC se obtiene con la siguiente fórmula:

Z={\sqrt{R^2+(X_L-X_C)^2}}

Circuitos en serie capacitivos

Los capacitores se encuentran conectados en serie cuando están en cadena en una sola línea (presentan una conexión de lado a lado). Para los capacitores conectados en serie, la corriente de carga que fluye a través de ellos es LA MISMA para todos, ya que solo tiene un camino a seguir. Entonces, todos los condensadores en serie tienen la misma corriente que fluye a través de ellos. Por lo tanto, cada capacitor almacenará la misma cantidad de carga eléctrica Q en sus placas, independientemente de su capacidad. Esto se debe a que la carga almacenada por una placa de cualquier capacitor debe provenir de la placa de su capacitor adyacente. Por lo tanto, los condensadores conectados en serie deben tener la misma carga.

Circuitos en serie con resistencias

Las resistencias se encuentran conectadas en serie cuando están en cadena en una sola línea (presentan una conexión de lado a lado). Dado que toda la corriente que fluye a través de la primera resistencia no tiene otro camino por recorrer, también debe pasar a través de la segunda resistencia y la tercera y así sucesivamente. Las resistencias en serie tienen una corriente común que fluye a través de ellas, ya que la corriente que fluye a través de una resistencia también debe fluir a través de las otras, ya que solo puede tomar un camino.

Circuitos en serie con diodos

Los diodos se encuentran conectados en serie cuando están en cadena en una sola línea (presentan una conexión de lado a lado). En la conexión en serie, el voltaje directo del diodo resultante aumenta y las capacidades de bloqueo inverso de los diodos se incrementan.

Aplicaciones

Las conexiones en serie pueden aplicarse en todo tipo de componentes electrónicos, y por ende, existen miles de combinaciones diferentes de circuitos en serie con distintas finalidades. Algunas de las aplicaciones más comunes de los circuitos en serie incluyen:

1. Circuitos resistivos en serie que se utilizan en circuitos de baja potencia
2. Circuitos divisores de voltaje
3. El voltaje de batería se incrementa cuando las baterías se colocan en serie
4. Circuitos LED dispuestos en serie requieren menos corriente eléctrica para operar
5. Resistencias conectadas en serie nos permiten crear resistencias con un valor más alto

Ventajas y desventajas

Las ventajas de los circuitos conectados en serie incluyen:

1. Circuito Fácil de diseñar y construir
2. El costo para construir un circuito en serie es menor en comparación con el circuito paralelo
3. Si un componente se rompe, el flujo de corriente se detiene
4. Actúa como un regulador de corriente

Las desventajas de los circuitos conectados en serie incluyen:

1. Si se quema una algún componente en serie, entonces no fluirá corriente en el resto del circuito
2. En un circuito LED si la carga aumenta, es decir, si se conectan más bombillas, la luz se atenúa

Ejemplos de circuitos en serie en la vida cotidiana

1 CALENTADORES DE AGUA
Los calentadores de agua usan un circuito en serie. La energía ingresa a través del termostato, que es un interruptor de control de temperatura. Cuando el agua alcanza la temperatura correcta, el termostato cortará la corriente al elemento calefactor, dejando la corriente sin otros caminos a seguir.

2 SERIES DE LUCES NAVIDEÑAS
Las series de luces navideñas que cada año ponemos en nuestro árbol de navidad no son más que pequeños focos LED conectados en serie. La electricidad pasa desde el enchufe eléctrico a través de todas las luces. Es por eso que si un LED se funde o se rompe, inmediatamente el flujo de corriente se detiene.

3 LAS LÁMPARAS DE TU CASA
Las lámparas también funcionan en un circuito en serie. La energía fluye desde el receptáculo al interruptor, a través de la bombilla y de regreso al receptáculo. Cuando se enciende el interruptor, la corriente fluirá hacia la bombilla. La corriente solo puede seguir un camino.

4 CONGELADORES Y REFRIGERADORES
Los congeladores y refrigeradores usan circuitos en serie. Los elementos en este circuito son el compresor y el interruptor de control de temperatura. Si la temperatura dentro del congelador o refrigerador se calienta demasiado, el interruptor de control de temperatura encenderá el compresor hasta que la temperatura baje. Una vez que se alcanza la temperatura correcta, el interruptor apagará el compresor nuevamente.

5 BOMBA DE AGUA DE POZO
El circuito en serie de una bomba de agua de pozo contiene tres elementos. El interruptor automático en el panel de alimentación principal es el primer elemento. El interruptor de presión está conectado entre el disyuntor y el motor de la bomba de agua. Cuando la presión del agua cae, el interruptor de presión se cerrará y enviará corriente al motor. Este es el único camino que puede seguir la corriente.

CIRCUITO EN PARALELO

Un circuito paralelo es un circuito eléctrico que tiene dos o más caminos para que fluya una carga eléctrica. Cada carga conectada en una ruta separada recibe el voltaje del circuito completo, y la corriente total del circuito es igual a la suma de las corrientes de derivación individuales.

Un circuito paralelo es un circuito cerrado en el que la corriente se divide en dos o más caminos antes de recombinarse para completar el circuito.

Fórmulas

Recordemos que en un circuito en paralelo los receptores están instalados tocándose en dos nodos en la línea eléctrica, de tal forma que la corriente total del circuito es la suma de las corrientes que atraviesan por cada malla, y el voltaje es el mismo en cada una de éstas. Sabiendo esto podemos deducir las fórmulas que se utilizan para obtener alguna característica en específico de nuestro circuito.

Resistencia equivalente

Al contrario de los circuitos en serie, aquí en el circuito en paralelo decimos que las resistencias individuales disminuyen en lugar de sumarse. La resistencia equivalente es menor que la menor de las resistencias del circuito. Matemáticamente, la relación entre la resistencia total y las resistencias individuales en un circuito paralelo se ve así:

\frac1{R_{eq}}=\frac1R_1+\frac1R_2+\frac1R_3...+\frac1R_n

Intensidad total

Sabemos que a cada uno de los caminos que puede seguir la corriente eléctrica se le denomina «rama». La suma de las intensidades de rama es la intensidad total del circuito. Donde I_T es la intensidad total e I_n son todas las intensidades de rama. Para los circuitos en paralelo, la fórmula matemática para calcular la intensidad total ( I_T ) es:

I_T=I_1+I_2+I_3...+ I_n

Voltaje final

El primer principio para entender los circuitos en paralelo es que el voltaje es igual en todos los componentes del circuito. Esto se debe a que solo hay dos conjuntos de puntos eléctricamente comunes en un circuito paralelo, y el voltaje medido entre conjuntos de puntos comunes siempre debe ser el mismo en un momento dado.

V_F=V_1=V_2=V_3...= V_n

Circuitos en paralelo Ejemplos

La conexión en paralelo se utiliza cuando es preciso conservar la independencia absoluta entre cada uno de los componentes y la alimentación.

En los extremos de cada uno de los elementos existe la misma diferencia de potencial, y la interrupción de un conductor no perjudica la circulación por los demás.

En cambio, en una conexión en serie la interrupción de un utilizador deja sin alimentación a todo el circuito. A continuación te presentamos algunos ejemplos de circuitos en paralelo:

Circuitos con baterías en paralelo

Las pilas eléctricas están conectadas en paralelo si todos los polos del mismo signo están unidos entre sí. De estos puntos comunes de unión sale el cable que lleva la corriente al circuito.

Un conjunto de pilas en paralelo ofrece el mismo voltaje que una sola pila: las 4 pilas de 1,5 V de la imagen conectadas en paralelo dan un voltaje de 1,5 V.

• La ventaja que logramos es que la duración del sistema manteniendo esa tensión es mayor que si usamos una pila única.
• La resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica del circuito es menor que la de una sola pila.

Circuitos en paralelo con leds y resistencias

Es posible conectar LEDS en paralelo, pero al conectarlo de esta manera da más problemas que en serie. Los voltajes directos de los LED deben coincidir estrechamente; de lo contrario, solo se iluminará el LED de voltaje más bajo y posiblemente se queme por la corriente más grande.

Incluso si los LED tienen la misma especificación, pueden tener características I-V de mala correspondencia debido a variaciones en el proceso de producción. Esto hace que los LED pasen una corriente diferente. Para minimizar la diferencia de corriente, los LED en paralelo normalmente tienen una resistencia de lastre para cada rama.

Circuitos RC en paralelo

Las caídas de voltaje en un circuito RC paralelo son las mismas que en cualquier otro circuito paralelo; y por lo tanto, son iguales. Aplicamos un voltaje y ese voltaje se aplica igualmente a través de la resistencia y a través del capacitor.

El valor de la corriente entregada por la fuente de voltaje, se divide entre la resistencia y el capacitor ( I_T = I_R + I_C ).

Aplicaciones

El circuito en paralelo es el circuito eléctrico estándar que se encuentra en la mayoría de los hogares y dispositivos. Debido a que proporciona más de una forma para que la corriente fluya a través de un dispositivo, crea un sistema de energía mucho más estable y eficiente.

Los usos del circuito paralelo son múltiples.

Ventajas

1. Mantiene el flujo de electricidad aún cuando se interrumpe alguna vía
2. Nos permiten enrutar la electricidad a través de múltiples secciones en los ensambles electrónicos
3. Tiene el mismo voltaje en todos los componentes
4. Podemos fácilmente dar una corriente diferente a los dispositivos que están conectados
5. La tensión es la misma en todos los puntos del circuito

Ejemplos de circuitos en paralelo en la vida cotidiana

1 EL CABLEADO DE TU CASA
Sería difícil encontrar un hogar que no utilizara circuitos en paralelo en su cableado eléctrico básico. Gracias a que en un circuito en paralelo la energía se le puede cortar a un dispositivo o aparato en una línea sin quitarle la energía a otro. Además, si ocurre un mal funcionamiento o un cortocircuito, el circuito no necesariamente deshabilitará toda la fuente de alimentación de la casa.

Un circuito paralelo permite que todos los dispositivos tengan el mismo acceso a la misma potencia.

2 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
Los circuitos en paralelo se utilizan dentro de muchos dispositivos y aparatos eléctricos. La principal razón por la que se utilizan los circuitos paralelos en éstos es para aprovechar más de una fuente de alimentación, como cuando se usa más de una batería en un dispositivo portátil.

Usando circuitos paralelos, un dispositivo toma la misma cantidad de energía de diferentes fuentes y lo combina en la misma línea. Los circuitos en paralelo también han hecho que dispositivos como las luces de Navidad sean más confiables.

3 INFRAESTRUCTURA
Los circuitos en paralelo son uno de los principales bloques de construcción utilizados en la infraestructura que suministra energía a grandes poblaciones. Al hacer uso de circuitos paralelos, los ingenieros han podido crear redes de energía que son más seguras y más eficientes. Cuando se corta la energía en un circuito de una red, los otros mantienen la función.

Los circuitos paralelos también hacen que sea más fácil proporcionar una fuente de alimentación igual a diferentes hogares y edificios.

Características de los circuitos en serie y en paralelo

Las características y el funcionamiento entre los circuitos en serie y en paralelo varían entre sí. Tales características se pueden apreciar en la siguiente tabla:

Ejercicios de circuitos en serie y paralelo resueltos pdf

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