Nuestra vida cotidiana esta rodeada de circuitos eléctricos, estos están presentes en los hogares, los comercios y hasta en los teléfonos celulares.
¿Qué es un Circuito Eléctrico?
Un circuito eléctrico es una trayectoria o camino a través del cual fluye una corriente eléctrica. La trayectoria puede estar cerrada (unido en ambos extremos), lo que lo convierte en un bucle. Un circuito cerrado hace posible el flujo de corriente eléctrica. También puede ser un circuito abierto donde el flujo de electrones se corta debido a que la trayectoria se rompe. Un circuito abierto no permite que la corriente eléctrica fluya.
Un circuito eléctrico es la combinación de distintos componentes activos y pasivos, como resistores, condensadores, inductores, diodos, transistores, etc., que forman una red eléctrica. En un circuito cerrado, la corriente eléctrica fluye desde la fuente (por ejemplo, una batería) por el material conductor (por ejemplo, alambres y cables) hasta la carga (por ejemplo, una bombilla) y vuelve a la fuente.
¿Qué son los Circuitos Electrónicos?
Un circuito electrónico es un tipo de circuito eléctrico formado por muchos componentes electrónicos, como diodos, transistores, resistores, condensadores, etc., en el que al menos uno de los componentes activos debe estar presente en el circuito, lo que lo diferencia aún más del circuito eléctrico. De este modo, se conoce como circuito electrónico en lugar de circuito eléctrico.
¿Qué es una red eléctrica?
Se denomina red eléctrica a una combinación de diferentes elementos y componentes eléctricos conectados de cualquier forma (configuración simple o compleja). Es el mismo término que se utiliza para un circuito eléctrico, pero se asocia más comúnmente a las redes complejas que se resuelven mediante teoremas de red.
Redes Complejas
Un circuito que contiene muchos elementos eléctricos como resistores, condensadores, inductores, fuentes de corriente y tensión (tanto de CA como de CC) en el que todos los componentes y elementos del circuito están configurados de forma compleja se denomina red compleja. Este tipo de redes no pueden resolverse fácilmente mediante la simple Ley de Ohm o las leyes de Kirchhoff. Si es así, el número de ecuaciones será notablemente mayor.
La forma más sencilla de resolver y analizar una red compleja es utilizar técnicas específicas como los teoremas de red, es decir, el teorema de Norton, el teorema de Thevenin, el teorema de superposición, la transformación estrella – delta, el análisis de circuitos de supernodo y supermalla, etc.
Tipos de Circuitos Eléctricos
Existen muchos tipos de circuitos eléctricos, como:
Circuito abierto
Un circuito por el que no circula corriente (es decir, que no se ha completado) se denomina circuito abierto. En otras palabras, un circuito en el que la tensión tiende al Campo Electromagnético (de la fuente generadora) y no fluye corriente alguna se denomina circuito abierto.
Ejemplo de circuito abierto: Un circuito con un interruptor abierto o un fusible fundido en el que la bombilla está conectada a la batería. La bombilla no se enciende porque el circuito no se ha completado, es decir, es un circuito abierto en el que no circula corriente.
Circuito cerrado
Un circuito que tiene un camino de retorno para que la corriente fluya en él (es decir, circuito completado) se conoce como circuito cerrado.
Ejemplo de circuito cerrado: Un circuito con un interruptor cerrado en el que la bombilla está conectada a la batería. Entonces, la bombilla brilla cuando la corriente fluye en el filamento de la bombilla debido al circuito completo.
Cortocircuito
Un circuito que tiene un camino de retorno para que la corriente fluya en él donde el valor de la resistencia = cero. (es decir, un circuito completo o cerrado sin carga conectada) se conoce como cortocircuito. En otras palabras, un circuito en el que la tensión tiende a cero y la corriente tiende a infinito se denomina cortocircuito.
Ejemplo de cortocircuito: Un circuito con un interruptor cerrado sin carga conectada a la tensión de alimentación. En otras palabras, cuando un conductor de Fase o Línea toca al conductor Neutro sin carga entre ellos. En ese caso, se fundirá el fusible o se disparará el disyuntor. En ausencia de una protección adecuada, el cortocircuito puede dañar el aparato o causar lesiones muy graves.
Circuito en serie
En estos circuitos, todos los elementos eléctricos (fuentes de tensión o corriente, inductores, condensadores, resistencias, etc.) están conectados en serie, es decir, sólo hay un camino para el transporte de la electricidad.
Circuito en paralelo
En estos circuitos, todos los elementos eléctricos (fuentes de tensión y corriente, inductores, condensadores, resistores, etc.) están conectados en paralelo, es decir, hay muchos caminos para que la electricidad viaje y las ramas mínimas en este circuito son dos.
Circuito mixto
Si los elementos de un circuito están conectados en serie en algunas partes y en paralelo en otras, se trataría de un circuito mixto. En otras palabras, se trata de una combinación de circuitos en serie, paralelo y mixto.
A continuación se muestran más circuitos derivados de los circuitos serie, paralelo y mixto:
- Circuito Resistivo Puro
- Circuito Inductivo puro
- Circuito Capacitivo Puro
- Circuito resistivo, inductivo, es decir, circuito RL
- Circuito resistivo, capacitivo, es decir, circuito RC
- Circuitos inductivos, capacitivos, es decir, circuitos LC
- Circuito resistivo, inductivo, capacitivo, es decir, circuito RLC
- Serie y paralelo de circuitos R, L y C
- Combinación de circuito en serie-paralelo, es decir, circuito complejo
En los circuitos dados, todos los componentes o elementos mencionados pueden conectarse en serie, en paralelo o en ambas combinaciones de configuración serie-paralelo.
Circuito Estrella-Triángulo
Este tipo de circuitos se conectan en estrella o en triángulo. En estos circuitos, los elementos eléctricos están conectados de forma indefinida en términos de configuración serie, paralelo o mixto. Los circuitos estrella-triángulo pueden resolverse mediante la transformación de estrella a triángulo y de triángulo a estrella.
Circuito de Corriente Alterna
Un circuito que contiene una fuente de alimentación de tensión alterna se conoce como circuito de corriente alterna. Las fuentes de alimentación son, por ejemplo, el alternador y los generadores síncronos.
Circuito de Corriente Continua
Un circuito que contiene una fuente de alimentación de tensión continua se conoce como circuito de corriente continua. Las fuentes de alimentación son, por ejemplo, baterías y generadores de CC.
Circuitos Monofásicos
La alimentación de CA en la que todas las tensiones tienen el mismo patrón sinusoidal en un periodo de tiempo específico se conoce como alimentación de CA monofásica. En los circuitos de CA monofásicos, sólo se necesitan dos hilos (conocidos como fase o línea y neutro) para completar el circuito.
Circuitos Polifásicos
Poli significa más de uno. Como su nombre indica, se trata de alimentación de CA en la que hay tres tensiones sinusoidales con una diferencia de fase de 120°. En los circuitos trifásicos de CA, se necesitan tres hilos trifásicos o cuatro hilos trifásicos para completar el circuito.
Características de un Circuito Eléctrico
Las características básicas de los circuitos eléctricos son:
- Un circuito eléctrico es siempre un camino cerrado.
- Un circuito eléctrico siempre contiene al menos una fuente de energía que actúa como fuente de electrones.
- Los elementos eléctricos incluyen una fuente de energía incontrolada y otra controlada, resistores, condensadores, inductores, etc.
- En un circuito eléctrico el flujo de electrones tiene lugar desde el terminal negativo al positivo.
- El sentido del flujo de la corriente convencional es del terminal positivo al negativo.
- El flujo de corriente provoca una caída potencial en los distintos elementos.
Diferencia entre circuito Eléctrico y Electrónico
La diferencia entre los circuitos eléctricos y electrónico no esta muy clara. Por lo general podemos decir que, si un circuito contiene semiconductores es un Circuito Electrónico. En cambio un Circuito Eléctrico posee una serie de elementos o componentes eléctricos como resistencias, inductancias, condensadores y fuentes de alimentación. Estos componentes están conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales eléctricas.
| Circuitos Eléctricos | Circuitos Electrónicos |
|---|---|
| Componentes: Además de los generadores, los circuitos eléctricos contienen componentes pasivos y sistemas de control manual como interruptores y pulsadores. | Componentes: Los circuitos electrónicos contienen elementos activos como los semiconductores y en muchas ocasiones incluyen sistemas de control automático. |
| Objetivo: Aprovechar la energía eléctrica como fuente para transformarla en otras formas de energía. En relación a ésto nos interesa la Potencia eléctrica: la cantidad de energía por unidad de tiempo que podemos utilizar. | Objetivo: Están diseñados para que las señales eléctricas transporten información, ya sea mediante señales analógicas o digitales. |
| Tipo de corriente: Funcionan con corriente alterna o continua dependiendo del circuito. La intensidad puede llegar a variar en amperios y el rango de voltaje es amplio. | Tipo de corriente: Trabajan generalmente con corriente continua. Funcionan con unos pocos voltios y la intensidad de corriente suele ser del orden de los miliamperios (mA). |
| El flujo y la intensidad de la corriente se controla mediante interruptores y resistencias. | El control de estos circuitos se realiza mediante señales eléctricas. |
Componentes Activos y Pasivos
- Los Componentes Activos son aquellos que son capaces de excitar los circuitos o de controlar el flujo de corriente. Fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores.
Ejemplos de Componentes Activos: Diodo, Amplificador Operacional, Tiristor, Pila, etc. - Los Componentes Pasivos son aquellos que no necesitan una fuente de energía para su funcionamiento. No tienen la capacidad de controlar la corriente en un circuito.
Ejemplos de Componentes Pasivos: Resistencia, Capacitor, Inductor.
Esquema de un Circuito Eléctrico
Un circuito eléctrico se puede representar gráficamente mediante un esquema eléctrico. En un esquema eléctrico cada elemento eléctrico se representa por un símbolo eléctrico. En la siguiente tabla se muestra los componentes del circuito eléctrico más habituales y el símbolo con que se representa en un diagrama de circuito eléctrico.
La siguiente imagen muestra un ejemplo de un esquema de un circuito eléctrico. Los componentes eléctricos se conectan por medio de cables. Los puntos gruesos señalan puntos de unión o conexión entre cables. Los cruces de cables no implican una conexión si no se indica por un punto negro grueso.
Los circuitos eléctricos realizan funciones muy diversas distribuyendo y transformando la energía eléctrica.
¿Cuál es la función de un circuito eléctrico?
La finalidad de un Circuito Eléctrico es transformar la energía eléctrica que producen los electrones que se están moviendo, en una energía diferente y útil para lo que necesitamos, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla), energía mecánica (motor), etc…
Análisis de Circuitos Eléctricos
Analizar un circuito eléctrico consiste en conocer el valor de magnitudes eléctricas, habitualmente tensión y corriente, en determinados puntos del circuito. A partir de éstas pueden obtenerse otras magnitudes de interés como la potencia o la resistencia. Las magnitudes eléctricas se pueden obtener utilizando instrumentos de medida si el circuito existe físicamente, o deducirlas de forma teórica a partir de un conjunto de leyes aplicadas al esquema eléctrico que representa al circuito real. En este último caso hablamos de análisis teórico de circuitos. El objetivo del análisis teórico de circuitos es deducir unos valores de tensión y corriente en cada punto del circuito que se aproximen a los valores que se obtendrían si se sustituyesen los símbolos del esquema eléctrico por componentes eléctricos reales y realizáramos la medida.
Mediante el análisis de circuitos podemos determinar para qué sirve un circuito, conocer qué valores de tensión existen en cada punto o qué corriente circula por cada elemento. También podemos determinar si un circuito real está funcionando adecuadamente. En este caso, se debe hacer una medida de la magnitud y compararla con el valor que predice la teoría.
Para realizar el análisis teórico de un circuito es necesario conocer:
- La relación matemática que existe entre la corriente y la tensión en los terminales de cada componente eléctrico del circuito. Esta relación se denomina modelo matemático o ecuación característica.
- La relación matemática que se deriva de la forma en que se conectan los componentes, es decir, la relación que se deriva de la topología del circuito.
Historia del Circuito Eléctrico
Las primeras investigaciones de electricidad estática se remontan a cientos de años. La electricidad estática es una transferencia de electrones producidos por fricción, como cuando frotas un globo sobre un suéter. Puede producirse una chispa o un flujo de corriente muy breve cuando los objetos cargados entran en contacto, pero no hay flujo continuo de corriente. En ausencia de una corriente continua, no hay una aplicación útil de electricidad.
La invención de la batería, que podría producir un flujo continuo de corriente, hizo posible el desarrollo de los primeros circuitos eléctricos. Alessandro Volta inventó la primera batería, la pila voltaica, en 1800. Los primeros circuitos utilizaron una batería y electrodos sumergidos en un recipiente con agua. El flujo de corriente a través del agua produjo hidrógeno y oxígeno.
La primera aplicación generalizada de circuitos eléctricos para uso práctico fue para la iluminación eléctrica. Poco después de que Thomas Edison inventó su bombilla incandescente, buscó aplicaciones prácticas para desarrollar un sistema completo de generación y distribución de energía. El primer sistema de este tipo en los Estados Unidos fue la estación de Pearl Street en el centro de Manhattan. Proporcionó energía eléctrica a unas pocas cuadras de la ciudad, principalmente para iluminación.
Una clasificación de circuitos tiene que ver con la naturaleza del flujo de corriente. Los primeros circuitos funcionaban con baterías, lo que generaba una corriente estable y constante que siempre fluía en la misma dirección. Esto es corriente continua o CC. El uso de CC continuó durante el tiempo de los primeros sistemas de energía eléctrica. Un problema importante con el sistema de CC era que las centrales eléctricas podían servir energía en un área de solo una milla cuadrada debido a la pérdida de energía en los cables.