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Circuitos paralelos: definición y ejemplos

Publicado el 1 noviembre, 2020

Introducción a los circuitos eléctricos

La mayoría de las tomas de corriente en los hogares estadounidenses proporcionan electricidad entre 110 V y 120 V. ¿Cómo es posible que todos estos tomacorrientes puedan mantener el mismo voltaje, aunque haya varios aparatos y componentes conectados a ellos, todos con diferentes consumos de energía? En su automóvil, casi todos los componentes que requieren electricidad (faros, luces interiores, radio, limpiaparabrisas, etc.) funcionan con 12 voltios constantes. ¿Cómo es esto posible?

La respuesta radica en cómo están conectados los circuitos eléctricos. Para estos y muchos otros sistemas eléctricos, la solución es conectar los componentes del circuito en paralelo.

¿Qué es un circuito paralelo?

Antes de entrar en una definición de circuito paralelo, hagamos una revisión rápida de algunos fundamentos del circuito eléctrico, principalmente voltaje, corriente, resistencia y algunas leyes. Estos son los que necesitaremos:

  • El voltaje (V, en voltios – V) es la fuerza eléctrica responsable de hacer que la carga eléctrica se mueva.
  • La corriente (I, en amperios – A) es una medida del movimiento de la carga eléctrica a lo largo del tiempo.
  • La resistencia (R, en ohmios) es una medida de cuánto se opone un componente al movimiento de la corriente a través de él.
  • La ley de la corriente de Kirchoff ( KCL ) es simplemente una afirmación de que la carga debe conservarse, por lo que la suma de las corrientes que entran en un nodo del circuito (un punto en el circuito donde dos o más componentes están conectados) debe ser igual a la suma de las corrientes que entran fuera del mismo nodo:
Kirchoff
  • La ley de voltaje de Kirchoff ( KVL ) dice que si suma los voltajes alrededor de cualquier lazo en un circuito, obtendrá cero:
Kirchoff

Aplicación de la definición: ejemplo

Comencemos mirando una definición técnica de circuito paralelo. Se dice que dos o más componentes eléctricos están en paralelo si la corriente eléctrica total que fluye hacia la red en paralelo se divide entre los componentes y luego se recombina en la misma corriente total. Ahora bien, esta puede no parecer la definición más intuitiva, así que mire las implicaciones. Un circuito paralelo tendrá las siguientes características definitorias:

  • Comienza con dos o más componentes conectados entre sí en un circuito.
  • Cada uno de los componentes debe tener solo dos contactos eléctricos (cables, rutas de conducción, etc.)
  • Los componentes están conectados de tal manera que todos comparten el mismo nodo en cada lado del componente.
  • El voltaje en todos los componentes conectados en paralelo es el mismo
  • La corriente que fluye hacia la conexión en paralelo es la misma que la corriente que sale y es igual a la suma de las corrientes individuales que fluyen a través de cada componente.

Imaginemos esta definición práctica de la siguiente manera:


Componentes eléctricos conectados en paralelo
Ejemplo de circuito paralelo

El voltaje en los tres componentes (V) es el mismo y la ecuación KCL para cada nodo (superior o inferior) es la misma, por lo que los tres componentes están en paralelo:

Suma de corrientes

Aplicación de la definición: otro ejemplo

Al intentar decidir si varios elementos del circuito están en paralelo, no puede simplemente mirar cómo se dibuja el circuito; debe utilizar las características eléctricas de un circuito paralelo. Aquí hay un ejemplo:


Circuito con algunos componentes no conectados en paralelo
Circuito con algunos elementos no en paralelo

¿Qué componentes forman un circuito paralelo? Solo los componentes 1 y 2, porque ambos cumplen las siguientes tres condiciones:

  • Comparten los mismos nodos en cada uno de sus puntos de conexión.
  • Cada uno tiene exactamente el mismo voltaje (V) a través de ellos
  • La corriente que fluye hacia los dos componentes se separa en I1 e I2 y luego se recombina después

No podemos decir que el componente n. ° 3 o el componente n. ° 4 estén en paralelo con el n. ° 1 y el n. ° 2 porque no comparten los mismos nodos en cada lado y los voltajes individuales a través de estos componentes deben tener valores menores que V. puede mostrar esto usando la ecuación KVL para el ciclo que contiene los componentes # 2, # 3 y # 4. Sean V3 y V4 los voltajes a través de los componentes # 3 y # 4, respectivamente. Entonces:

Ecuaciones KVL, por ejemplo

Si V3 y V4 no son cero (se dan excepciones en la siguiente sección), entonces deben ser menores que V.

Una excepción importante

Entonces, ¿qué pasa con el uso de interruptores, fusibles e interruptores automáticos en circuitos? ¿Están en paralelo? Si no es así, ¿violamos el principio de un circuito en paralelo para el resto de los componentes? Observe el siguiente diagrama, que es un modelo simple para algunos componentes eléctricos en un automóvil:


Diagrama simplificado de componentes eléctricos de automóviles
Sistema eléctrico del automóvil

Los componentes (como luces, radio, limpiaparabrisas, etc.) se muestran como R1, R2 y R3. Puede ver la batería del automóvil de 12V a la izquierda. Este circuito en particular también contiene tres fusibles y dos interruptores. Para todos los efectos, podemos decir que cuando los interruptores están cerrados, su resistencia interna es aproximadamente cero y, por lo tanto, parecen cables. Del mismo modo, los fusibles y los disyuntores, cuando funcionan correctamente, tienen esencialmente una resistencia cero, por lo que también parecen un cortocircuito. Por lo tanto, con los fusibles funcionando correctamente y los interruptores cerrados, el circuito ahora se ve así:


Diagrama simplificado de componentes eléctricos de automóviles
Sistema eléctrico de automóvil simplificado

Ahora podemos ver que se trata de un circuito en paralelo.

Otro ejemplo: baterías en paralelo

La mayoría de las veces, cuando coloca las baterías en un dispositivo, las conecta en serie. La razón por la que hace esto es porque los voltajes se suman cuando las baterías están conectadas en serie. Por ejemplo, podría estar insertando cuatro pilas AA de 1,5 V en un dispositivo que funciona a 6 V. ¿Qué pasa si conecta baterías en paralelo? Bueno, primero debes asegurarte de que tengan el mismo voltaje. ¿Por qué? Porque, como hemos visto, el voltaje en los componentes conectados en paralelo debe ser el mismo. Pueden suceder cosas dañinas si conecta dos baterías de diferentes voltajes en paralelo. Conectar varias baterías del mismo voltaje en paralelo simplemente aumenta la cantidad de corriente total que puede suministrar al circuito antes de que las baterías se agoten.

Aquí hay una aplicación concreta. Suponga que tiene un remolque y los sistemas eléctricos funcionan con una batería de automóvil recargable de 12V. Observa que puede ir de campamento sin cargar la batería durante 3 días. ¿Y si quisieras hacer esos 6 días? Si conecta una segunda batería de 12 V en paralelo con la primera, entonces cada batería solo tendrá que entregar la mitad de la corriente que necesita la batería individual. Dado que la corriente es el movimiento de carga, ¡ha duplicado la cantidad de carga disponible para acampar! Aquí hay una imagen simplificada:


Circuito paralelo de 12 V utilizado para duplicar la vida útil de la batería
Baterías de 12V conectadas en paralelo

Resumen de la lección

Un circuito en paralelo es aquel que tiene las siguientes características: 1) involucra dos o más componentes que tienen cada uno exactamente dos contactos; 2) los componentes comparten los mismos nodos en ambos lados; 3) todos los componentes en paralelo tienen el mismo voltaje a través de ellos; y 4) la corriente se divide pasando a través de los componentes y luego se recombina en el otro lado a la misma corriente total. Se muestra que los circuitos son eléctricamente paralelos utilizando la ley de corriente de Kirchoff ( KCL ) y la ley de voltaje de Kirchoff ( KVL), no por cómo se dibuja el circuito. Las baterías conectadas en paralelo deben tener el mismo voltaje de fuente; La duración de la batería se multiplica por el número de baterías en paralelo.

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