Lección 8: Circuitos en serie

🔷 circuitos en Serie

Objetivos:

• Modelar circuitos en serie
• Comprender distribución de voltaje
• Analizar fallas eléctricas
• Diseñar divisores de voltaje

La razón es simple: una enorme cantidad de problemas reales se reducen a una malla única (o a varias mallas que, por etapas, se simplifican a equivalentes en serie). Un circuito en serie se reconoce porque la corriente tiene un solo camino; por lo tanto, la misma corriente atraviesa cada elemento del lazo. Esa idea, que parece trivial, es en realidad una herramienta de diagnóstico y diseño: te permite decidir cuándo dos componentes están realmente en serie y, a partir de ahí, construir el resto del cálculo de forma mecánica y confiable. 

Vamos a trabajar con un modelo claro y verificable: una fuente de voltaje (Vf) y varias resistencias (R_1…R_n). Primero aprenderás a obtener la resistencia equivalente (R_eq) (en serie, se suma) y a calcular la corriente total con la Ley de Ohm. Después, usando el hecho de que la corriente es común, obtendrás las caídas de voltaje en cada resistencia y cerrarás el problema con una verificación obligatoria: Kirchhoff de voltaje debe cumplirse (la suma de caídas coincide con el voltaje de la fuente). Esta verificación no es “teoría bonita”; es el cinturón de seguridad del análisis: si no cierra, hay un error en planteamiento, aritmética o unidades. 

Pero aquí no nos quedamos en el circuito ideal. En cuanto el circuito toca el mundo real aparecen tres preguntas inevitables: (1) ¿se va a calentar algo? (potencia disipada en cada resistor), (2) ¿qué tan exacto es mi resultado? (tolerancias y temperatura), y (3) ¿cómo lo mido sin romper nada? (multímetro, conexiones correctas y riesgos típicos). Estas tres preguntas son las que convierten un ejercicio académico en una habilidad técnica útil. Al final tendrás ejercicios resueltos, práctica guiada y una simulación para variar parámetros, observar tendencias y entrenar intuición. 

Concepto clave:
👉 La corriente es la misma en todo el circuito
I = constante

Fórmula:

• Req = R1 + R2 + … + Rn
• Vx = Vf · (Rx / Req)

⚡ ¿Cómo funciona este Simulador de circuito en serie?

🧪 GUÍA PARA EL ALUMNO — USO DEL SIMULADOR DE CIRCUITO EN SERIE

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🎯 OBJETIVO

Aprender cómo se comportan:

• La corriente (I)
• La resistencia equivalente (Req)
• La caída de voltaje (V1, V2, V3)

cuando modificas los valores del circuito.

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🔧 PASO 1 — Ajusta los valores

Usa los controles deslizantes:

• R1 → resistencia 1
• R2 → resistencia 2
• R3 → resistencia 3
• Vf → voltaje de la fuente

👉 Observa cómo cambian los resultados automáticamente.

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🧠 PASO 2 — Observa la corriente

Fíjate en este valor:

👉 I = corriente del circuito

✔️ Regla clave:

• La corriente es la misma en todo el circuito

$$I = I_1 = I_2 = I_3$$

📌 Experimento:

• Aumenta R1 → la corriente disminuye
• Disminuye R total → la corriente aumenta

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⚡ PASO 3 — Analiza la resistencia equivalente

Observa:

👉 Req = R1 + R2 + R3

✔️ Regla:

• En serie, las resistencias se suman

📌 Experimento:

• Sube cualquier resistencia → Req aumenta → I baja
• Baja resistencias → Req disminuye → I sube

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🔻 PASO 4 — Analiza la caída de voltaje

Mira los valores:

• V1
• V2
• V3

✔️ Regla clave:

$V_x = V_f \cdot \frac{R_x}{R_{eq}}$

👉 Cada resistencia “toma” una parte del voltaje

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🧪 Experimento importante

Haz esto:

1. Pon:
   • R1 = grande (ej. 50Ω)
   • R2 = pequeña (10Ω)
   • R3 = pequeña (10Ω)

👉 Verás que:

• V1 es mayor
• V2 y V3 son menores

💥 Conclusión:
👉 La resistencia más grande tiene mayor caída de voltaje

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⚖️ PASO 5 — Verifica la ley de Kirchhoff

Suma:$$V_1 + V_2 + V_3$$

Debe ser igual a:$$V_f$$

📌 Si no coincide → hay error (o estás leyendo mal)

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🔬 PRÁCTICAS QUE DEBES HACER

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🧪 Práctica 1 — Control de corriente

• Mantén Vf fijo
• Aumenta resistencias

👉 Observa cómo la corriente baja

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🧪 Práctica 2 — Distribución de voltaje

• Haz una resistencia mucho mayor que las otras

👉 Observa cómo “se roba” el voltaje

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🧪 Práctica 3 — Equilibrio

• Usa resistencias iguales

👉 Verás:$$V_1 = V_2 = V_3$$

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🧪 Práctica 4 — Análisis inverso (nivel pro)

Mira los voltajes:

• Si V1 > V2 > V3

👉 Entonces:$$R_1 > R_2 > R_3$$

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🚨 ERRORES COMUNES (para que no te pase)

• ❌ Pensar que la corriente cambia en cada resistencia
• ❌ Creer que el voltaje es igual en serie
• ❌ No verificar que Vtotal = suma de caídas

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🧠 CONCLUSIÓN (mentalidad ingeniería)

Este simulador te enseña 3 verdades clave:

🔻 El voltaje se divide

🔁 La corriente es constante

➕ Las resistencias se suman

Funciona mejor si lo trabajas desde tu PC.

🔁Como se mide la Corrriente en un circuito en serie?

Para medir la corriente en un circuito en serie, debes usar un multímetro configurado en la función de amperímetro (A). El paso clave es que la medición se hace en serie, no en paralelo. 

Aquí tienes el proceso rápido:

1. Corta la energía: Apaga la fuente de alimentación por seguridad.
2. Abre el circuito: Desconecta un cable o un componente en cualquier punto del lazo (en serie, la corriente es la misma en todo el recorrido).
3. Conecta el multímetro: Coloca las puntas de prueba de modo que el multímetro “complete” el camino. La corriente debe entrar por una punta del multímetro y salir por la otra.
4. Configura el dial: Asegúrate de elegir la escala correcta (amperios o miliamperios) y que los cables estén en los puertos adecuados (común y el de corriente).
5. Enciende y mide: Vuelve a conectar la energía y lee el valor en la pantalla. 

🔁 Solo hay un camino para la corriente

Eso significa:

👉 La corriente es exactamente la misma en todo el circuito$$I = I_1 = I_2 = I_3$$

No hay bifurcaciones, no hay decisiones… la corriente pasa por todo, sí o sí.

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🔋 Elementos del circuito

• Fuente: $V_f$
• Resistencias: $R_1, R_2, R_3$
• Caídas de voltaje: $V_1, V_2, V_3$

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🧠 Paso 1: Calcular la resistencia equivalente

👉 En serie todo se suma, sin trucos.

⚡ Paso 2: Calcular la corriente total

Usamos Ley de Ohm:$$I = \frac{V_f}{R_{eq}}$$

💡 Esta corriente es la misma en todo el circuito.

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🔻 Paso 3: Calcular la caída de voltaje en cada resistencia

Aquí entra el concepto clave que muestra tu imagen:

$V_x = V_f \cdot \frac{R_x}{R_{eq}}$

👉 Esto es el divisor de voltaje

Entonces:

• $V_1 = V_f \cdot \frac{R_1}{R_{eq}}$
• $V_2 = V_f \cdot \frac{R_2}{R_{eq}}$
• $V_3 = V_f \cdot \frac{R_3}{R_{eq}}$

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🧩 Interpretación clave

🟢 1. La corriente no cambia

Porque no hay caminos alternos.

🔴 2. El voltaje se reparte

Cada resistencia “toma” una parte del voltaje según su valor.

👉 Resistencia más grande = mayor caída de voltaje

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⚖️ Paso 4: Verificación (Ley de Kirchhoff)

La Ley de Kirchhoff de Voltaje (KVL/LKV) formaliza que la suma algebraica de elevaciones y caídas de voltaje en una malla es cero; con convenciones de polaridad y un procedimiento explícito para plantear ecuaciones sin perderse.

La suma de voltajes debe dar el total:$$V_f = V_1 + V_2 + V_3$$

✔️ Si no se cumple → hay error en cálculos

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🔥 Ejemplo rápido (para que lo aterrices)

Supón:

• $V_f = 12V$
• $R_1 = 2Ω$
• $R_2 = 4Ω$
• $R_3 = 6Ω$

1. Req:

$$R_{eq} = 2 + 4 + 6 = 12Ω$$

2. Corriente:

$$I = \frac{12}{12} = 1A$$

3. Voltajes:

• $V_1 = 1A \cdot 2Ω = 2V$
• $V_2 = 1A \cdot 4Ω = 4V$
• $V_3 = 1A \cdot 6Ω = 6V$

✔️ Suma:$$2 + 4 + 6 = 12V$$

Perfecto.

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🧠 Resumen brutalmente claro

• 🔁 Corriente: misma en todo el circuito
• ➕ Resistencias: se suman
• 🔻 Voltaje: se divide proporcionalmente
• ⚖️ Energía: se conserva (Kirchhoff)

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🚀 Tip nivel ingeniería (esto te interesa mucho)

Este tipo de circuito es la base para:

• Divisores de voltaje
• Polarización de transistores
• Control de señales analógicas
• Limitadores de corriente
• Electrónica aplicada a CNC (muy importante en entradas analógicas)

Aplicaciones:

En un circuito en serie, cualquier alteración en un elemento afecta a todo el sistema porque:$$I = I_1 = I_2 = … = I_n$$I=I1​=I2​=…=In​

Si algo cambia, cambia todo.

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❌ Fallas típicas en uncircuito en serie

🔴 1. Circuito Abierto

🔎 Causa física

• Resistencia fracturada
• Cable cortado
• Soldadura fría
• Terminal suelto

⚡ Manifestación eléctrica

$$R_{eq} \rightarrow \infty$$$$I = \frac{V}{R_{eq}} = 0$$

• Corriente total = 0 A
• No hay caída de voltaje en resistencias intactas
• El voltaje de la fuente aparece en el punto abierto

👀 Síntomas observables

• Sistema completamente inactivo
• LEDs apagados
• No consumo de corriente

🛠 Diagnóstico

• Medición de continuidad
• Medición de corriente (0 A)
• Medición de voltaje entre nodos

✅ Solución

• Reparar conexión
• Reemplazar componente abierto

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🔥 2. Cortocircuito en un elemento

🔎 Causa física

• Soldadura puenteada
• Aislamiento dañado
• Componente colapsado internamente

⚡ Manifestación eléctrica

$$R_x = 0$$$$R_{eq} ↓$$ $$I = \frac{V}{R_{eq}} ↑$$

• Aumento de corriente total
• Caída de voltaje en ese elemento = 0 V

👀 Síntomas

• Sobrecalentamiento
• Fusible disparado
• Fuente entra en protección

🛠 Diagnóstico

• Medición de resistencia anormalmente baja
• Medición de corriente excesiva
• Caída de voltaje nula en el componente

✅ Solución

• Eliminar el puente
• Sustituir el componente
• Verificar protecciones

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🌡 3. Sobrecarga térmica (resistencia fuera de especificación)

🔎 Causa

Potencia disipada mayor a la nominal:$$P = I^2 R$$

⚡ Manifestación

• Cambio de valor resistivo
• Deriva térmica
• Eventual circuito abierto

👀 Síntomas

• Resistencia ennegrecida
• Olor a quemado
• Variación en mediciones

🛠 Diagnóstico

• Medir resistencia fuera de circuito
• Calcular potencia esperada

✅ Solución

• Sustituir por resistencia de mayor wattaje
• Rediseñar valores

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📉 4. Deriva de valor (tolerancia o envejecimiento)

🔎 Causa

• Envejecimiento
• Temperatura
• Resistencia de baja calidad

⚡ Manifestación

Cambio en distribución de voltaje:$$V_x = V_f \cdot \frac{R_x}{R_{eq}}$$​​

• Una resistencia mayor “roba” más voltaje

👀 Síntomas

• Voltajes incorrectos
• Polarización errónea
• Sensores mal calibrados

🛠 Diagnóstico

• Comparar valor nominal vs medido
• Medir caídas de voltaje

✅ Solución

• Reemplazo
• Usar resistencias de precisión

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🔌 5. Falsos contactos (intermitencia)

🔎 Causa

• Vibración
• Conectores flojos
• Oxidación

⚡ Manifestación

• Corriente intermitente
• Variaciones bruscas de voltaje

👀 Síntomas

• Parpadeos
• Fallas esporádicas
• Lecturas inestables

🛠 Diagnóstico

• Prueba mecánica (mover cableado)
• Osciloscopio para detectar interrupciones

✅ Solución

• Rehacer soldaduras
• Limpiar contactos
• Asegurar conexiones

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💣 6. Fuente insuficiente o caída de alimentación

🔎 Causa

• Fuente mal dimensionada
• Caída interna de la fuente

⚡ Manifestación

$$V_f ↓ \Rightarrow I ↓ \Rightarrow V_1, V_2, V_3 ↓$$

👀 Síntomas

• Todo funciona débil
• LEDs con baja intensidad
• Señales digitales inestables

🛠 Diagnóstico

• Medir voltaje bajo carga
• Comparar con especificación

✅ Solución

• Fuente adecuada
• Mejor regulación

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📊 Resumen técnico

Falla	Corriente	Voltaje	Riesgo
Abierto	0 A	Vf en punto abierto	Sistema inactivo
Corto	Muy alta	0 V en elemento	Sobrecalentamiento
Sobrecarga	Alta	Alterada	Daño térmico
Deriva	Normal	Desbalanceado	Mal funcionamiento
Intermitente	Variable	Inestable	Difícil diagnóstico

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🎯 Conclusión clave

En un circuito en serie:

El análisis siempre comienza por medir I y Vf

Una falla afecta a todo el sistema

La corriente depende de la resistencia total

El voltaje se redistribuye automáticamente