Conceptos Generales de Circuitos: Elementos Activos y Pasivos

Se denomina circuito a un conjunto de elementos que tienen como misión transportar energía desde un punto de generación hasta un lugar de consumo. Este transporte de energía se realiza por medio de cargas eléctricas en los circuitos eléctricos, mediante un fluido líquido en los circuitos hidráulicos o un fluido gaseoso. En el automóvil también existen circuitos hidráulicos o neumáticos, como los que gobiernan los sistemas de frenado y de embrague.

El elemento generador se encarga de transformar la energía de entrada al circuito para poner en movimiento las cargas eléctricas o el fluido; es el elemento activo del circuito, a diferencia de todos los demás, que son pasivos. En ocasiones, es necesario tener energía almacenada en un acumulador. Los elementos de transporte llevan las cargas eléctricas o el fluido desde las inmediaciones del acumulador hasta los centros de consumo. En los circuitos existen elementos de protección que, en caso de fallos en alguna de sus partes o zonas, protegen las partes restantes.

Circuitos Eléctricos: Generalidades

Los circuitos eléctricos deben entenderse siempre como cerrados. Los electrones, como partículas portadoras de carga eléctrica, deben recorrer un camino de ida desde el generador hasta el receptor y otro de retorno desde este hasta aquel.

Corriente Eléctrica: Intensidad de Corriente

La carga eléctrica que pasa por una sección del conductor en la unidad de tiempo se denomina intensidad de corriente y se expresa en amperios. El sentido real del movimiento de los electrones es opuesto al de las cargas positivas, que se considera convencional.

Corriente Continua y Corriente Alterna

Por corriente continua se entiende aquella en la que el sentido del movimiento de los electrones es siempre el mismo y, consecuentemente, también lo es el de la intensidad, así como su frecuencia es constante y la diferencia de potencial. Por corriente alterna se entiende aquella en la que varía periódicamente el sentido del movimiento de los electrones y, en consecuencia, el de la intensidad. En la corriente alterna, al no ser constante la diferencia de potencial en los bornes del generador, tampoco lo es el valor de la intensidad.

Valores Eficaces

En todo circuito de corriente continua, al ser constante la tensión y la intensidad, sus valores reales coinciden numéricamente. Pero en las corrientes alternas, en general, no se comportan en la realidad con los valores de fuerza electromotriz y de intensidad acumulada.

¿Qué se entiende por valor eficaz? Se entiende por valor eficaz de una corriente alterna, tanto para la tensión como para la intensidad, aquel valor que debería tener una corriente continua para producir la misma energía en las mismas condiciones, es decir, en el mismo tiempo y a través de la misma resistencia.

Representación Vectorial o Fasorial de la Tensión y la Intensidad

En los circuitos de corriente continua, al ser constantes la tensión y la intensidad, y sus valores reales coincidentes con los teóricos, estas magnitudes se consideran escalares. Esto no es posible en los circuitos de corriente alterna, donde, como hemos visto, los valores de la tensión y de la intensidad dependen de la pulsación con que gira el inducido en el interior del generador. Para resolver este inconveniente, se asigna un carácter vectorial a las magnitudes intensidad y tensión. Cuando un vector gira con una velocidad dada, se le denomina fasor.

Desfases en los Circuitos de Corriente Alterna

Los valores instantáneos de la tensión y de la intensidad vienen dados por las expresiones citadas. La respuesta a esta cuestión depende de la presencia o no de ciertos elementos pasivos en el circuito. Si en este existen resistencias puras, la tensión y la intensidad alcanzan simultáneamente sus valores máximos o nulos, y la corriente se dice que está en fase. En cambio, si existen autoinducciones o condensadores, sucede en ocasiones que la tensión no alcanza sus valores máximos y nulos al mismo tiempo que la intensidad, sino que se adelanta o se retrasa respecto a la otra; esta corriente es desfasada.

Elementos Pasivos de un Circuito Eléctrico

En general, podemos hablar de tres elementos pasivos típicos: resistencias, condensadores y bobinas.

Resistencias

El concepto de resistencia es simplemente el de la oposición que ofrece todo conductor al paso de la corriente eléctrica: resistividad, longitud y sección a una temperatura dada. Las llamadas resistencias aglomeradas están constituidas por una mezcla de materiales, por lo general carbón y un aglutinante adecuado, todo ello moldeado en forma de cilindro. Las resistencias vienen dadas por colores.

¿Qué es la tolerancia? La tolerancia indica el valor de error relativo en la media de la resistencia. En todo circuito de corriente alterna en el que únicamente existan resistencias puras, no se producen desfases; la corriente y la tensión alcanzan simultáneamente sus valores máximos, mínimos y nulos.

Condensadores

Por condensador se entiende un dispositivo capaz de almacenar carga eléctrica en superficies relativamente pequeñas. Consta de dos placas metálicas o armaduras separadas por una sustancia no conductora. Un condensador estudiado globalmente es un elemento eléctricamente neutro. Se llama carga de un condensador a la que existe en cualquiera de sus armaduras. La carga almacenada en un condensador es directamente proporcional al valor de la tensión que existe entre sus armaduras. Un condensador tiene la capacidad de un faradio cuando, al someter sus armaduras a la tensión de 1 voltio, en cada una de ellas se almacena una carga de 1 culombio.

Efecto de un Condensador en un Circuito de Corriente Continua

Cuando un condensador se carga conectándolo a un generador, o una vez cargado se descarga a través de una resistencia, se modifica la tensión en sus armaduras. Expresado de otro modo, en los circuitos de corriente continua, al existir una tensión constante en las armaduras del condensador, no habrá paso de corriente y, por lo tanto, el condensador actúa como un elemento de resistencia infinita: circuito abierto.

Efecto de un Condensador en un Circuito de Corriente Alterna

En realidad, el efecto es doble: introduce en el circuito una nueva resistencia (capacitancia, reactancia capacitiva o impedancia del condensador).

Bobinas

Una bobina consiste en un conductor arrollado en espiral sobre un núcleo neutro, frecuentemente de material magnético.

Efecto de una Bobina en un Circuito de Corriente Continua

Al permanecer constante la tensión en los extremos de la bobina, que actúa como un conductor de resistencia nula, no tiene lugar en ella fenómenos de autoinducción y, en consecuencia, se comporta como un cortocircuito.

Efecto de una Bobina en un Circuito de Corriente Alterna

Al igual que en el caso de los condensadores, el efecto es doble: introduce en el circuito una nueva resistencia, denominada inductancia, reactancia inductiva o impedancia de la bobina, que es directamente proporcional a un coeficiente característico de la bobina denominado coeficiente de autoinducción, cuyo valor se mide en henrios.

Circuitos de Corriente Alterna RLC en Serie

Un circuito sencillo constituido por un generador de corriente alterna, una resistencia óhmica, una bobina de autoinducción y un condensador de capacidad conectados en serie, tal como se indica en la figura.

Ley de Ohm en Corriente Alterna

la intensidad eficaz de una corriente alterna k recorre un circuito constituido por una resistencia ohmica una bobina y un condensador todos ellos en seria es igual al cociente entre la tension eficaz existente en lso extremos de la asociacion y su impedancia.Desfase entre la tension y la intensidad el valor del angulo k mide el desfase entre la ension y la intendsidad puede deducirse de la figura que es la representacion conocida como triangulo de impedancias.Energia y potencia de la corriente electrica una corriente electrica consiste en un desplazamiento de una carga entre dos puntos de un campo electrico a distinto potencial fenomeno k da origen a una manifestacion energetica.

Circuitos de corriente continua cuando se trata de circuitos de corriente continua y se refieren exclusivamente al valor de la enrgia k consumen lso elementos pasivos del circuitos en este caso las resistencias prua,el generador es el elemneto activo tambien consume su parte de la energia k transforma y en consecencia debe sumarse a la gastada en el circuito.Circuitos de corriente alterna en el caso de la corriente alterna el procuto de la fuerza eletromotriz por la intensidad no nos da el valro de la potencia real suministrada por el generador como sucedia en el caso de la corriente continua sino un valor aparente o teorico de dicha potencia, de esta manera la potencia aparente se expresa en watios,la potencia instantanea suministrada pro el generador del circuito.Factor de potencia el factor cos Y k figura en la expresion de la potencia media recibe el nombre de factor de potencia y convine k su valro se aproxime lo mas posible a 1,si el angulo de desfase es nulo la potencia sera maxima lo cual consigue cuando la resitencia del conductor recorrido por la corriente alterna es ohmica y tambien en el caso de la resonancia.Resonancia un circuitos de coriente alterna es resonantes cuando la intensidad de corriente k pro el circula es maxima.Potencias activa,reactiva y aparente el cateto horizontal representa la potencia consumida por la resistencia del circuito k se disipa en forma de calor y k se denomina potencia activa,se le denomina potencia reactiva al cateto vertical k representa la potencia almacenada en lso campos magneticos y electrico e la bobina y del condensador respectivamente k pro l otanto no se disipa como calor y pro ultimo la hipotenusa representa la potencia total del circuito denomianda portencia aparente.