Análisis de circuitos en serie y en paralelo

Este tutorial ha sido escrito por el técnico en electrónica César Antonio Saldías Caro, de Valparaíso, Chile. Quien nos ha otorgado el permiso de publicarlo en nuestro blog. Puedes encontrar más información en su sitio ingenieropic.wordpress.com.

Circuitos en serie

Un circuito en serie, es aquel en donde los terminales de cada dispositivo que forma el circuito están conectados secuencialmente. Es decir, el terminal de salida de un dispositivo, se conecta con el terminal de entrada del dispositivo siguiente, y así sucesivamente. En la siguiente imagen podemos apreciar un circuito con una fuente de alimentación de 12V y dos resistencias en serie:

En un circuito en serie, la resistencia total es igual a la suma de las resistencias parciales. Por lo tanto:

El símbolo de slatch ( / ) significa división. 
RT= Resistencia Total. 
I= Intensidad (Corriente)  

RT= 100Ω +  560Ω
RT= 660Ω

Teniendo la resistencia total del circuito, que es de 660Ω, podemos calcular la corriente que circula a través de él. Utilizando la ley de Ohm, sabemos que la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia. Por lo tanto:

I= V / R
I= 12V / 660Ω
I= 18,18mA

La corriente total que fluye por este circuito es de 18, 18mA, y por ley, en un circuito en serie la corriente es igual en cada uno de los dispositivos que lo forman. Es decir, que en ambas resistencias tendremos 18, 18mA de corriente.

La ley de Ohm dice que el voltaje es igual a la corriente multiplicada por la resistencia. De este modo podremos calcular el voltaje que está presente en cada resistencia, y comenzaremos con la resistencia de 100Ω:

V= I x R
V= 18,18mA x 100Ω
V= 1,818V

Lo mismo hacemos con la resistencia de 560Ω:

V= I x R
V= 18,18mA x 560Ω
V= 10,1808V

Según los cálculos teóricos, tenemos 1,818V en la Resistencia de 100Ω y 10,8108V en la resistencia de 560Ω. Y en base a esto se cumple otra ley de los circuitos en serie que dice que la suma de los voltajes parciales es igual al voltaje total del circuito. También es importante mencionar que el voltaje en cada resistencia será diferente si el valor de la resistencia es diferente.

En la siguiente simulación del circuito podemos ver que se cumplen los valores que hemos calculado:

Los voltímetros en la parte superior nos muestran el voltaje presente en cada resistencia. El amperímetro en la parte inferior refleja el valor de corriente que circula por el circuito.

Circuitos en paralelo

Un circuito en paralelo, es aquel en donde todos los terminales de entrada de los dispositivos están conectados entre sí. Del mismo modo, todos los terminales de salida están también conectados. En la siguiente imagen podemos ver un circuito con una fuente de alimentación de 12V y dos resistencias conectadas en paralelo:

Para calcular la resistencia total del circuito en este caso, no basta con sumar ambos valores, sino que debe aplicarse la siguiente fórmula:

RT= R1 x R2 / R1 + R2
RT= 300Ω x 560Ω / 300Ω + 560Ω
RT= 195Ω

En cualquier circuito en paralelo, la resistencia total siempre tendrá un valor inferior al valor de la resistencia más pequeña que se encuentre en el circuito.

La fórmula vista anteriormente solo es efectiva cuando tenemos dos resistencias. Pero, si tuviésemos tres o más resistencias, entonces la fórmula para calcular la RT sería diferente. Veamos el siguiente circuito:

En este caso, para calcular la RT debemos aplicar la siguiente fórmula:

Puedes observar que nuevamente la RT es inferior a la resistencia más pequeña del circuito que es de 220Ω. Si el circuito posee una mayor cantidad de resistencias en paralelo, solo debes agregarlas a la fórmula de la misma manera que se muestra arriba. No olvides elevar a -1 todo el contenido de paréntesis.

Volvamos al primer circuito en paralelo que estábamos analizando:

Vimos que la RT era de 195Ω. Una vez teniendo este valor, podemos calcular cuanta corriente circula por nuestro circuito:

I= V / R
I= 12V / 195Ω
I= 61,53mA

A diferencia de un circuito en serie, en donde la corriente total del circuito es la misma en todos los dispositivos, en un circuito en paralelo la corriente será distinta si el valor de la resistencia es distinto. Por el contrario, así como en un circuito en serie el voltaje es distinto en cada resistencia según su valor, en un circuito en paralelo todos los dispositivos tendrán el mismo voltaje.  

Dicho esto, sabemos que en ambas resistencias de nuestro circuito hay 12V, y sabemos que la corriente total es de 61,53mA. Ahora debemos saber cuál es la corriente que hay en cada resistencia. Para ello aplicamos la ley de Ohm:

I= V / R

IR1= 12V/ 300Ω
IR1= 40mA

IR2= 12V / 560Ω
IR2= 21,42mA

Por lo tanto, en la resistencia 1 tenemos 40mA, y en la resistencia 2 tenemos 21,42mA. La suma de ambas corrientes parciales nos da el valor de la corriente total que calculamos anteriormente.

Teniendo los valores de corriente y voltaje en cada resistencia, podemos calcular la potencia en cada resistencia, para ello simplemente multiplicamos la corriente por el voltaje, y el resultado obtenido se expresa en Watts (V x I = P).

En la siguiente simulación del circuito podemos ver que se cumplen los valores que hemos calculado:

Algunas diferencias en los resultados pueden variar en los decimales, pero eso se debe a que el programa simulador aproxima los decimales.

Conclusiones

Circuito en serie:
- La corriente que fluye por el circuito es la misma en el circuito completo y en cada dispositivo.
- El voltaje en cada dispositivo será distinto si la resistencia de estos es distinta.
- La suma de los voltajes de cada dispositivo, es igual al voltaje de la fuente de alimentación.
- La suma de las resistencias del circuito, es igual a la resistencia total del circuito.

Circuito en paralelo:
- El voltaje es el mismo en cada uno de los dispositivos y corresponde al voltaje de la fuente de alimentación.
- La corriente en cada dispositivo será distinta si la resistencia de estos es distinta.
- Por lo tanto, resistencia y corriente son inversamente proporcionales.
- La suma de las corrientes de cada dispositivo, será igual a la corriente total del circuito.
- La resistencia total, es menor que el valor de la resistencia más pequeña del circuito.