Circuitos Eléctricos · Tema 15

Potencia en paralelo y mixtos

Cómo se reparte la potencia cuando cada rama recibe toda la tensión, por qué la regla del circuito serie se invierte y cómo se dimensiona cada pieza de un circuito mixto. Con un taller que predice, monta y mide todo lo visto desde el Tema 11.

≈ 45 minutos Taller: opcional con el kit del curso 1 Python ejecutable + taller virtual + entrenador

01 · Punto de partida

Las mismas piezas, otro calor

En el Tema 10 aprendiste que en una fila el resistor de mayor valor es el que más calienta. En el Tema 12 quedó anotado que en un paralelo pasa lo contrario, y en el Tema 14 la potencia fue lo que decidía si una falla se toleraba. Falta estudiar ese reparto con el mismo detalle que el de la fila.

Una escena típica. Tenés montada la fila del taller del Tema 10: 470 Ω y 1 kΩ con una pila de 9 V. Los dos resistores están fríos; el de 470 Ω, que disipa 17,6 mW, es el más frío de los dos. Para probar el circuito paralelo, movés dos cables y dejás las mismas dos piezas como ramas.

Al minuto, el resistor de 470 Ω está caliente al tacto. Disipa 172 mW, casi diez veces más que antes, y trabaja al 69 % de su potencia nominal. El de 1 kΩ, que en la fila era el más exigido, ahora es el más tranquilo. La pila, que entregaba 55 mW, entrega 253 mW.

No cambió ningún componente: cambió la conexión. Este tema explica ese resultado, lo extiende a los circuitos mixtos y cierra con un taller. Vas a poder responder:

  • ¿Cómo se reparte la potencia entre las ramas de un paralelo?
  • ¿Por qué la rama de menor resistencia es la que más calienta?
  • ¿Qué les pasa a las demás ramas cuando agrego o quito una?
  • ¿Cuál es el resistor más chico que puedo conectar directo a una fuente?
  • ¿Qué pieza de un circuito mixto conviene revisar primero?
  • ¿Cómo verifico las potencias de un paralelo en un montaje real?

02 · Regla

Cómo se reparte la potencia entre ramas

En la fila convenía la forma I² × R, porque la corriente era la misma en todos los resistores. En un paralelo lo que comparten las ramas es la tensión, y la forma hecha a medida es la tercera del Tema 4:

El factor V² es el mismo para todas las ramas. Lo único que cambia de una a otra es R, que ahora está dividiendo. Entonces la potencia de cada rama es inversamente proporcional a su resistencia: el doble de ohmios, la mitad de miliwatts.

Pila de 9 V con 470 Ω y 1 kΩ en paralelo: 9 V sobre las dos ramas.
RamaParte de la conductanciaCorrientePotenciaParte de la potenciaUso de 1/4 W
470 Ω68 %19,1 mA172 mW68 %69 %
1 kΩ32 %9,0 mA81 mW32 %32 %
Total100 %28,1 mA253 mW100 %—

En el Tema 12 viste que en un paralelo lo que se suma es la conductancia, la inversa de la resistencia. La potencia sigue esa misma proporción: la rama que aporta el 68 % de la conductancia toma el 68 % de la corriente y disipa el 68 % de la potencia. Escrito con la resistencia equivalente:

La menor es la que más calienta
La rama de menor resistencia toma la mayor parte de la corriente y de la potencia.
Iguales, partes iguales
Ramas del mismo valor disipan lo mismo: es el reparto parejo del Tema 12.
La suma es el total
Las potencias de todas las ramas suman lo que entrega la fuente: 172 + 81 = 253 mW = 9 V × 28,1 mA.
Cualquier forma da lo mismo
También sirve V × I con la corriente de cada rama: 9 V × 19,1 mA = 172 mW. Es la que se usa al medir.

03 · Comparación

Serie y paralelo, lado a lado

Las dos reglas son la misma física vista desde magnitudes distintas. En la fila, la corriente es común y cada resistor se queda con una parte de la tensión. En el paralelo, la tensión es común y cada resistor toma su propia corriente.

Los mismos dos resistores en serie y en paralelo A la izquierda, una fuente de 9 voltios con 470 ohmios y 1 kiloohmio en serie: disipan 17,6 y 37,5 milivatios. A la derecha, los mismos resistores en paralelo: disipan 172 y 81 milivatios. 470 Ω1 kΩ 17,6 mW37,5 mW 6,12 mA por los dos en serie: 55 mW 470 Ω172 mW 1 kΩ81 mW 9 V sobre los dos en paralelo: 253 mW
La misma pila y las mismas piezas. En la fila calienta más el resistor mayor; en el paralelo, el menor.
470 Ω y 1 kΩ con 9 V, en las dos conexiones.
AspectoEn serieEn paralelo
Lo que compartenLa corriente: 6,12 mALa tensión: 9 V
Forma más cómodaP = I² × RP = V² ÷ R
La potencia es proporcional aLa resistenciaLa conductancia
Potencia en 470 Ω17,6 mW · 7 %172 mW · 69 %
Potencia en 1 kΩ37,5 mW · 15 %81 mW · 32 %
Pieza más exigidaLa de mayor valorLa de menor valor
Potencia total55,1 mW253 mW

Al pasar de la fila al paralelo, cada resistor deja de recibir una fracción de los 9 V y pasa a recibirlos completos. El de 470 Ω tenía 2,88 V y ahora tiene 9 V: 3,1 veces más tensión, que al cuadrado son 9,8 veces más potencia. El de 1 kΩ tenía 6,12 V: su tensión sube 1,47 veces y su potencia, 2,2 veces.

04 · Criterio

Cada rama suma, y el total no dimensiona

En una fila, agregar un resistor baja la corriente y alivia a todos los demás. En un paralelo no pasa nada parecido: cada rama depende solo de la tensión de la fuente y de su propia resistencia. Es la independencia de las ramas del Tema 11, ahora en miliwatts.

Pila de 9 V a la que se le van agregando ramas.
Ramas conectadasEn 470 ΩEn 1 kΩCorriente de la pilaPotencia total
470 Ω172 mW—19,1 mA172 mW
470 Ω ∥ 1 kΩ172 mW81 mW28,1 mA253 mW
Se agrega 2,2 kΩ (36,8 mW)172 mW81 mW32,2 mA290 mW
Se agrega 10 kΩ (8,1 mW)172 mW81 mW33,1 mA298 mW

Las columnas de cada rama no cambian nunca. Lo que crece es lo que se le pide a la fuente: una pila de 500 mAh que con la fila duraba unas 80 horas, con el paralelo de dos ramas dura menos de 18. El total sirve para eso, para la fuente y la autonomía. No sirve para elegir resistores.

Dos razonamientos equivocados

Mirar el total

«Dos resistores de 250 mW soportan 500 mW y el circuito disipa 253 mW: sobra.» O el opuesto: «253 mW es más que 250 mW, van los dos de 1/2 W». Los dos suponen un reparto que no existe.

Razonamiento correcto

Mirar cada rama

172 mW en el de 470 Ω: al 69 %, exigido. 81 mW en el de 1 kΩ: al 32 %, cómodo. Hace falta un resistor de 1/2 W, y es solamente el de 470 Ω.

05 · Cambios

Qué pasa cuando el circuito cambia

Como cada rama solo depende de la tensión, hay un único cambio que afecta a todas a la vez: el de la fuente. Y las afecta con el cuadrado. Sobre el paralelo de 470 Ω y 1 kΩ:

El mismo par de ramas ante cinco cambios.
CambioEn 470 ΩEn 1 kΩTotalLectura
Circuito original, 9 V172 mW81 mW253 mW—
Fuente de 5 V53,2 mW25,0 mW78,2 mWPoco más de la mitad de tensión, menos de un tercio de potencia
Fuente de 12 V306 mW144 mW450 mWUn tercio más de tensión, 78 % más de potencia
Se abre la rama de 1 kΩ172 mW0 mW172 mWLa otra rama no se entera
Se agrega una rama de 2,2 kΩ172 mW81 mW290 mWSolo cambia el total

Con 12 V, el resistor de 470 Ω pasa a disipar 306 mW: el 123 % de 1/4 W. Estaba exigido y quedó sobrecargado por cambiar una pila de 9 V por una fuente de 12 V. Y el de 1 kΩ, que estaba cómodo, pasa al 58 %.

Las fallas del Tema 14 se leen distinto que en una fila. Allá, puentear un resistor castigaba a los que quedaban. Acá, una rama que se abre no le cambia nada a las demás, y una rama en corto las deja a todas sin tensión: disipan cero, y lo que se calienta es la fuente. En un paralelo, el peligro para un resistor no viene de sus vecinos. Viene de dos lugares:

Una tensión mayor que la prevista
Todas las ramas la reciben completa, y cada potencia crece con el cuadrado.
Un valor menor que el previsto
Montar 100 Ω en lugar de 1 kΩ, por leer mal una banda, lleva esa rama de 81 mW a 810 mW con 9 V. En una fila el resto de los resistores habría limitado la corriente; en un paralelo no hay nada que la limite.

06 · Límites

La resistencia mínima y la tensión máxima

Si una rama conectada a la fuente disipa V² ÷ R, para cada tensión existe un valor de resistencia por debajo del cual el resistor supera su potencia nominal. Sale de despejar R:

Resistor de 1/4 W conectado directamente a la fuente.
TensiónMínimo absoluto (100 %)Mínimo de diseño (50 %)Primer valor comercial cómodo
3,3 V44 Ω87 Ω100 Ω
5 V100 Ω200 Ω220 Ω
9 V324 Ω648 Ω680 Ω
12 V576 Ω1152 Ω1,2 kΩ
24 V2304 Ω4608 Ω4,7 kΩ

La tabla explica por qué el resistor de 470 Ω queda exigido con 9 V: está por encima del mínimo absoluto y por debajo del mínimo de diseño. Y vale la pena recordarla: con una pila de 9 V, cualquier resistor de 1/4 W menor que 680 Ω, puesto directo entre los bornes, trabaja fuera de la zona cómoda.

La misma cuenta, mirada desde el otro lado, da la tensión máxima que soporta un conjunto de ramas. La fija la rama que primero llega a su límite, que entre resistores de la misma potencia nominal es la de menor valor:

  1. 1
    Tensión máxima de la rama más exigida.

    Del Tema 4: V = √(P × R). Para el de 470 Ω y 1/4 W: √(0,25 × 470) = 10,8 V.

  2. 2
    Esa es la tensión máxima de todo el paralelo.

    La tensión es una sola: si pasa de 10,8 V, el de 470 Ω supera su límite, aunque el de 1 kΩ soportaría hasta 15,8 V.

  3. 3
    Con margen.

    Para no pasar del 50 %: √(0,125 × 470) = 7,7 V. La pila de 9 V ya está por encima.

Con las mismas dos piezas, la fila del Tema 10 soportaba 23,2 V. El paralelo soporta 10,8 V. No es que los resistores sean más frágiles: es que en el paralelo ninguno se reparte la tensión con otro.

07 · Rediseño

Cuando una rama queda exigida

Las salidas son las mismas del Tema 10, con una diferencia: como las ramas son independientes, lo que se cambia en una no altera a las demás. Aplicadas a la rama de 470 Ω con 9 V, que trabaja al 69 %:

Cinco formas de aliviar la rama de 470 Ω con 9 V.
OpciónCómo queda la ramaCorriente de la ramaPieza más exigidaCosto
Subir la potencia nominal470 Ω de 1/2 W19,1 mA172 mW, 34 %Ninguno: el circuito no cambia
Repartir en una filaDos de 220 Ω en serie20,5 mA92 mW, 37 %Una pieza más; la corriente sube un 7 %
Repartir en dos ramasDos de 1 kΩ en paralelo18,0 mA81 mW, 32 %Una pieza más; la corriente baja un 6 %
Aumentar la resistencia1 kΩ en lugar de 470 Ω9,0 mA81 mW, 32 %La rama toma menos de la mitad de la corriente
Bajar la tensiónFuente de 5 V10,6 mA53 mW, 21 %Todas las ramas reciben menos
Subir la potencia nominal
Sigue siendo la primera opción cuando la rama funciona como se quiere y lo único que sobra es calor.
Repartir, de dos maneras
Dos resistores de la mitad del valor en serie, o dos del doble en paralelo: en los dos casos cada pieza disipa cerca de la mitad. Es el reparto parejo entre iguales de los Temas 8 y 12.
Aumentar la resistencia
En un paralelo baja la potencia de esa rama sin vueltas, porque la tensión no cambia. Solo vale si la rama puede funcionar con menos corriente.
Bajar la tensión
Es la única opción que afecta a todas las ramas. Hay que rehacer las cuentas de todo el circuito.

08 · Circuitos mixtos

La potencia en un circuito mixto

En un circuito mixto no hay una regla única, porque no hay una magnitud común a todas las piezas. Lo que hay es el método del Tema 13: reducir, resolver y expandir. Cuando la vuelta termina, cada resistor tiene su tensión y su corriente, y su potencia es el producto de las dos.

Los dos circuitos mixtos del Tema 13, con 9 V y los mismos tres resistores.
Resistor(R1 + R2) ∥ R3Uso de 1/4 WR1 + (R2 ∥ R3)Uso de 1/4 W
R1 · 470 Ω2,88 V × 6,12 mA = 17,6 mW7 %3,65 V × 7,78 mA = 28,4 mW11 %
R2 · 1 kΩ6,12 V × 6,12 mA = 37,5 mW15 %5,35 V × 5,35 mA = 28,6 mW11 %
R3 · 2,2 kΩ9,00 V × 4,09 mA = 36,8 mW15 %5,35 V × 2,43 mA = 13,0 mW5 %
Fuente9 V × 10,2 mA = 91,9 mW—9 V × 7,78 mA = 70,0 mW—

Ninguno de los dos atajos sirve. En el primer circuito, el resistor de mayor valor y el del medio disipan casi lo mismo. En el segundo, el de menor valor empata con el del medio y el mayor queda último. En un circuito mixto, el valor de un resistor no alcanza para saber cuánto calienta: hay que saber dónde está.

Las dos reglas siguen valiendo, pero cada una dentro de su grupo. En el segundo circuito, con Ra = R2 ∥ R3 = 687,5 Ω:

R1 + (R2 ∥ R3): el reparto de los 70,0 mW, nivel por nivel.
NivelQué se reparteReglaResultado
La fila R1 + Ra70,0 mWEn proporción a la resistencia: 470 Ω y 687,5 Ω28,4 mW en R1 y 41,6 mW en Ra
El paralelo Ra = R2 ∥ R341,6 mWEn proporción a la conductancia: 1 kΩ y 2,2 kΩ28,6 mW en R2 y 13,0 mW en R3

Un equivalente disipa exactamente lo que disipaba el grupo que reemplaza. Por eso el reparto se puede hacer con el mismo recorrido de la vuelta: de afuera hacia adentro, cambiando de regla cada vez que se abre un grupo.

Por dónde empezar a mirar

Aunque no haya un atajo general, en un circuito mixto hay tres lugares donde suele estar la pieza más exigida:

El resistor por el que pasa toda la corriente
En R1 + (R2 ∥ R3), R1 lleva la suma de las dos ramas. Con tres resistores de 1 kΩ, R1 disipa cuatro veces más que cada uno de los otros.
La rama de menor resistencia conectada a la fuente
Recibe toda la tensión, como en un paralelo puro. En (R1 + R2) ∥ R3, si R3 fuera de 470 Ω disiparía 172 mW.
Dentro de cada fila, el resistor mayor
Es la regla del Tema 10, que sigue valiendo entre los resistores que comparten la corriente.

El circuito escalera del Tema 13, con 12 V, completa el cuadro: R1 disipa 32,7 mW; R2, 18,0 mW; R3, 8,2 mW y R4, 9,8 mW. El más exigido es el del tronco, con el 13 % de 1/4 W, y las cuatro potencias suman los 68,6 mW de la fuente. Ese balance es el control que cierra cualquier circuito, se haya resuelto por el camino que sea.

09 · Caso particular

Ramas con LED

El caso más común de paralelo en este curso es el del Tema 11: varias ramas, cada una con un LED y su resistor. Cada rama es una pequeña fila, así que adentro vale lo dicho en el Tema 10: el LED disipa su tensión por la corriente, y el resistor, lo que queda.

El semáforo: pila de 9 V y tres ramas con resistor de 470 Ω.
RamaTensión sobre el resistorCorrientePotencia del resistorPotencia del LEDPotencia de la rama
Rojo · 2,0 V7,0 V14,9 mA104 mW · 42 %29,8 mW134 mW
Amarillo · 2,1 V6,9 V14,7 mA101 mW · 41 %30,8 mW132 mW
Verde · 2,2 V6,8 V14,5 mA98,4 mW · 39 %31,8 mW130 mW
Total—44,0 mA304 mW92,4 mW396 mW
El resistor no recibe la tensión de la fuente
Recibe lo que deja el LED. La cuenta es 7² ÷ 470 = 104 mW, no 9² ÷ 470 = 172 mW. Usar los 9 V sobredimensiona; el error contrario, olvidar que la rama está directa a la fuente, es el peligroso.
Los tres resistores quedan cómodos
Al 42 % como máximo. El total de casi 400 mW no cambia esa conclusión: ninguna pieza disipa más de 104 mW.
La mayor parte de la energía calienta resistores
De los 396 mW, 304 mW se van en los resistores y 92 mW llegan a los LED. Con 5 V y resistores de 220 Ω, cada resistor disipa 41 mW y cada LED 27 mW: casi la misma luz con la mitad del gasto.

10 · Taller

Calcular, montar, medir

El taller tiene dos partes: un paralelo puro y un circuito mixto. Si tenés el kit del curso 1, hacelo sobre la protoboard; si no, el simulador de la sección 12 reproduce cada paso con componentes simulados.

Materiales del taller.
ElementoDetalle
FuentePila de 9 V con su conector
Resistores470 Ω, 1 kΩ y 2,2 kΩ, de 1/4 W
MontajeProtoboard y cuatro cables
InstrumentoMultímetro, en tensión continua, en resistencia y, si querés, en corriente
  1. 1
    Predecir, por escrito.

    Tensión de las ramas, corriente de cada una y de la fuente, potencia y uso de la potencia nominal de cada pieza. Es la columna «predicho» de la ficha.

  2. 2
    Medir los resistores sueltos.

    En un paralelo, un valor diez veces menor que el previsto es la diferencia entre 81 mW y 810 mW. Esta medición no es una formalidad.

  3. 3
    Montar sin alimentación y medir entre los rieles.

    Para 470 Ω ∥ 1 kΩ tienen que leerse cerca de 320 Ω. Es el control del Tema 14: si da 0 Ω, hay un cortocircuito y la pila no se conecta.

  4. 4
    Conectar la pila y medir la tensión.

    Entre los rieles y, además, directamente sobre las patas de cada resistor. Las tres lecturas tienen que ser iguales.

  5. 5
    Deducir corrientes y potencias.

    La corriente de cada rama es la tensión dividida por su resistencia. La de la fuente, la suma. La potencia de cada rama, tensión por corriente.

  6. 6
    Si querés, medir la corriente de la fuente.

    Con el multímetro en serie con el cable positivo de la pila, como en el Tema 6. Tiene que coincidir con la suma del paso anterior.

  7. 7
    Comparar y dictaminar.

    Error de cada magnitud y uso de cada pieza. Y desconectar: este montaje le pide 28 mA a la pila.

Predecir→Montar→Medir→Deducir→Dictaminar

Primera ficha: el paralelo

T15-A · Paralelo de 470 Ω y 1 kΩ con pila de 9 V

Predicción
V = 9,00 V · I1 = 19,1 mA · I2 = 9,00 mA · total = 28,1 mA · P1 = 172 mW · P2 = 81,0 mW
Resistores
R1 = 465 Ω · R2 = 995 Ω · entre rieles = 317 Ω (esperado: 320 Ω)
Tensiones
Rieles = 8,80 V · sobre R1 = 8,80 V · sobre R2 = 8,80 V
Corrientes
8,80 ÷ 465 = 18,9 mA · 8,80 ÷ 995 = 8,84 mA · suma = 27,8 mA
Corriente medida
27,6 mA en el cable de la pila → coincide con la suma
Potencias
P1 = 8,80 V × 18,9 mA = 167 mW · P2 = 8,80 V × 8,84 mA = 77,8 mW
Errores
Tensión −2,2 % · potencias −3,4 % y −3,9 %
Conclusión
Acuerdo. R1 usa el 67 % de 1/4 W: caliente. R2, el 31 %: tibio. Para dejarlo armado, R1 de 1/2 W.

Segunda ficha: el circuito mixto

Con los mismos resistores y el de 2,2 kΩ se arma R1 + (R2 ∥ R3). Las tensiones son las que mediste en el Tema 13; ahora se les agregan las potencias.

T15-B · 470 Ω en serie con 1 kΩ ∥ 2,2 kΩ, pila de 9 V

Predicción
I = 7,78 mA · B = 5,35 V · P1 = 28,4 mW · P2 = 28,6 mW · P3 = 13,0 mW
Tensiones
A = 8,82 V · B = 5,24 V
Caídas
R1: 8,82 − 5,24 = 3,58 V · R2 y R3: 5,24 V
Corrientes
3,58 ÷ 470 = 7,62 mA · 5,24 ÷ 1000 = 5,24 mA · 5,24 ÷ 2200 = 2,38 mA → 5,24 + 2,38 = 7,62
Potencias
P1 = 27,3 mW · P2 = 27,5 mW · P3 = 12,5 mW · suma = 67,3 mW
Balance
Fuente: 8,82 V × 7,62 mA = 67,2 mW → cierra
Errores
Tensiones −2 % · potencias −4 %
Conclusión
Acuerdo. Ninguna pieza supera el 11 % de 1/4 W: todo frío.

Dos cosas para mirar en los resultados

Las tensiones de las ramas

Tienen que ser iguales

Si sobre un resistor se lee menos que entre los rieles, hay resistencia de más en serie con esa rama: un contacto flojo o un cable dañado. Es la «resistencia que nadie puso» del Tema 8.

La corriente de la fuente

Tiene que ser la suma

Si la corriente medida es menor que la suma, una rama no conduce. Si es mayor, hay un camino que no estaba en el plano. La diferencia dice cuánta corriente toma ese camino.

11 · Software

El taller en Python

Python en tu navegador. Hacé clic dentro de un bloque para editarlo y usá «Ejecutar Python». Ejecutá los bloques en orden: los últimos usan funciones de los primeros.

Predicción completa de un paralelo

def taller_paralelo(v_fuente, resistencias, nominal=0.25):
    """Corriente, potencia y uso de la potencia nominal de cada rama."""
    g_total = sum(1 / r for r in resistencias)
    i_total = v_fuente * g_total
    p_total = v_fuente * i_total
    print(f"{v_fuente} V sobre {1 / g_total:.1f} ohm: I = {i_total * 1000:.1f} mA, P total = {p_total * 1000:.1f} mW")
    resultado = []
    for n, r in enumerate(resistencias, 1):
        i = v_fuente / r
        p = v_fuente ** 2 / r
        uso = p / nominal * 100
        estado = "comodo" if uso <= 50 else "exigido" if uso <= 100 else "SOBRECARGADO"
        print(f"  R{n} = {r:>5} ohm  {i * 1000:5.2f} mA  {p * 1000:6.1f} mW  {p / p_total * 100:3.0f} % del total"
              f"  {uso:5.1f} % de {nominal} W  {estado}")
        resultado.append((i, p))
    assert abs(sum(p for _, p in resultado) - p_total) < 1e-9, "El balance no cierra"
    return i_total, resultado

taller_paralelo(9, [470, 1000])
taller_paralelo(12, [470, 1000])
taller_paralelo(9, [470, 1000, 2200, 10000])

En los tres casos, las líneas de 470 Ω y 1 kΩ solo cambian cuando cambia la tensión. Agregar ramas mueve únicamente la primera línea.

Las mismas piezas, en serie y en paralelo

def espejo(v_fuente, resistencias):
    i_serie = v_fuente / sum(resistencias)
    total_serie = total_paralelo = 0.0
    print(f"{v_fuente} V   {'en serie':>12} {'en paralelo':>13} {'factor':>8}")
    for r in resistencias:
        p_serie = i_serie ** 2 * r * 1000
        p_paralelo = v_fuente ** 2 / r * 1000
        total_serie += p_serie
        total_paralelo += p_paralelo
        print(f"{r:>6} ohm {p_serie:8.1f} mW {p_paralelo:10.1f} mW {p_paralelo / p_serie:7.1f}x")
    print(f"{'total':>10} {total_serie:8.1f} mW {total_paralelo:10.1f} mW {total_paralelo / total_serie:7.1f}x")

espejo(9, [470, 1000])
espejo(9, [470, 1000, 2200])

El factor más grande le toca siempre al resistor más chico: es el que más tensión gana al dejar la fila.

Resistencia mínima y tensión máxima

E12 = [10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82]

def e12_siguiente(ohmios):
    """Primer valor comercial igual o mayor que el pedido."""
    decada = 1
    while True:
        for base in E12:
            if base * decada >= ohmios:
                return base * decada
        decada *= 10

def r_minima(v, nominal=0.25, fraccion=0.5):
    return v ** 2 / (nominal * fraccion)

print("Resistor de 1/4 W directo a la fuente:")
for v in [3.3, 5, 9, 12, 24]:
    print(f"  {v:>4} V  minimo {r_minima(v, fraccion=1):6.0f} ohm  de diseno {r_minima(v):6.0f} ohm"
          f"  comercial {e12_siguiente(r_minima(v))} ohm")

def tension_maxima(resistencias, nominal=0.25):
    menor = min(resistencias)            # la rama que primero llega al límite
    for nombre, fraccion in [("maximo", 1.0), ("diseno al 50 %", 0.5)]:
        print(f"  {nombre:<15} {(nominal * fraccion * menor) ** 0.5:5.1f} V")

print("Paralelo de 470 y 1000 ohm:")
tension_maxima([470, 1000])

Un circuito mixto, pieza por pieza

def serie(*partes):
    return ("serie",) + partes

def paralelo(*partes):
    return ("paralelo",) + partes

def req(c):
    if c[0] not in ("serie", "paralelo"):               # un resistor es (nombre, ohmios)
        return c[1]
    valores = [req(parte) for parte in c[1:]]
    return sum(valores) if c[0] == "serie" else 1 / sum(1 / v for v in valores)

def piezas(c, v, i):
    """La vuelta del Tema 13: devuelve (nombre, ohmios, tension, corriente) de cada resistor."""
    if c[0] not in ("serie", "paralelo"):
        return [(c[0], c[1], v, i)]
    lista = []
    for parte in c[1:]:
        if c[0] == "serie":                              # misma corriente; la tension se reparte
            lista += piezas(parte, i * req(parte), i)
        else:                                            # misma tension; la corriente se reparte
            lista += piezas(parte, v, v / req(parte))
    return lista

def auditar(c, v_fuente, nominal=0.25):
    i = v_fuente / req(c)
    lista = piezas(c, v_fuente, i)
    for nombre, r, v, i_pieza in sorted(lista, key=lambda pieza: -pieza[2] * pieza[3]):
        p = v * i_pieza
        print(f"  {nombre} = {r:>5} ohm  {v:5.2f} V  {i_pieza * 1000:5.2f} mA  {p * 1000:5.1f} mW  {p / nominal * 100:4.0f} %")
    total = sum(v * i_pieza for _, _, v, i_pieza in lista)
    assert abs(total - v_fuente * i) < 1e-9, "El balance de potencia no cierra"
    print(f"  fuente: {i * 1000:.2f} mA y {total * 1000:.1f} mW")

R1, R2, R3 = ("R1", 470), ("R2", 1000), ("R3", 2200)
print("(R1 + R2) || R3")
auditar(paralelo(serie(R1, R2), R3), 9)
print("R1 + (R2 || R3)")
auditar(serie(R1, paralelo(R2, R3)), 9)
print("Tres de 1000 ohm: R1 + (R2 || R3)")
auditar(serie(("R1", 1000), paralelo(("R2", 1000), ("R3", 1000))), 9)

Las piezas salen ordenadas de la más exigida a la menos exigida. En el último caso, R1 disipa cuatro veces más que cada rama.

Del cuaderno al veredicto

def verificar_paralelo(v_fuente, resistencias, v_medida, r_medidas, i_total_medida=None):
    """Compara la predicción con las mediciones de un paralelo."""
    i_pred, pred = taller_paralelo(v_fuente, resistencias)
    print(f"Mediciones: {v_medida:.2f} V en las ramas ({(v_medida - v_fuente) / v_fuente * 100:+.1f} %)")
    suma = 0.0
    for n, (r, (i_p, p_p)) in enumerate(zip(r_medidas, pred), 1):
        i = v_medida / r
        p = v_medida * i
        suma += i
        print(f"  R{n}: I = {i * 1000:.2f} mA ({(i - i_p) / i_p * 100:+.1f} %)"
              f"  P = {p * 1000:.1f} mW ({(p - p_p) / p_p * 100:+.1f} %)")
    print(f"  suma de corrientes: {suma * 1000:.1f} mA")
    if i_total_medida is not None:
        diferencia = (i_total_medida - suma * 1000) / (suma * 1000) * 100
        print(f"  corriente medida: {i_total_medida} mA ({diferencia:+.1f} % respecto de la suma)")

verificar_paralelo(9, [470, 1000], v_medida=8.80, r_medidas=[465, 995], i_total_medida=27.6)

Son los números de la primera ficha. Probá con i_total_medida=18.9: la diferencia con la suma es justo la corriente de la rama de 1 kΩ.

12 · Simulador

Taller virtual

Elegí la conexión, la fuente, los resistores y la potencia nominal de cada uno. El simulador calcula el reparto y muestra una vista térmica: cada resistor toma color según cuánto se calienta. Con «Montar y medir» simula un montaje real y arma la tabla de predicción contra medición.

SIMULADOR 15

Quién calienta en cada conexión

R1 ∥ R2 · 9 V

Circuito paralelo o mixto con vista térmica Una fuente alimenta dos o tres resistores conectados en paralelo o en forma mixta, según la conexión elegida. El color de cada resistor indica su temperatura estimada. Junto a cada uno se muestran su valor, su potencia, el uso de su potencia nominal y su temperatura. + − 9 V 28,1 mA GND · 0 V

R1:

R2:

R3:

Corriente de la fuente28,1 mA
Potencia total253 mW
Pieza más exigidaR1 · 69 %
Tensión máxima del conjunto10,8 V

Predicción contra medición. Las potencias medidas salen de cada caída y del valor nominal del resistor.
MagnitudPredichoMedidoError

Desafíos (se marcan solos cuando los lográs):

  • Armá un circuito que disipe más de 400 mW en total con todas las piezas en zona cómoda.
  • Con 9 V y piezas de 1/4 W, armá un paralelo cómodo que use el menor valor de resistor posible.
  • En R1 + (R2 ∥ R3), lográ que R1 sea la pieza más exigida y que quede en zona cómoda.
  • Montá y medí un circuito mixto con todas las lecturas a menos del 10 % de lo predicho.

Recorrido guiado (8 minutos)

  1. 1
    Mirá el estado inicial y tocá «Montar y medir».

    Es la primera parte del taller: R1 al 69 % y con color, R2 al 32 %. En la tabla, el error de cada potencia ronda el doble que el de la tensión.

  2. 2
    Cambiá la fuente a 12 V.

    R1 pasa a 306 mW, el 123 % de lo que soporta; R2, al 58 %. Volvé a 9 V y pasá solamente R1 a 1/2 W: queda al 34 %, y R2 no necesita nada.

  3. 3
    Elegí R1 ∥ R2 ∥ R3 y poné R3 en 10 kΩ. Después, en 100 Ω.

    Con 10 kΩ el total sube 8 mW y R1 y R2 no se mueven. Con 100 Ω, R3 recibe 810 mW y se destruye; R1 y R2 siguen exactamente igual.

  4. 4
    Reiniciá y elegí (R1 + R2) ∥ R3.

    Las mismas piezas: 17,6 mW, 37,5 mW y 36,8 mW. La fila se reparte los 9 V y ninguna pieza pasa del 15 %.

  5. 5
    Elegí R1 + (R2 ∥ R3).

    28,4 mW, 28,6 mW y 13,0 mW, con el punto B a 5,35 V. El resistor de mayor valor es el que menos disipa.

  6. 6
    En ese circuito, bajá R3 a 100 Ω.

    El que se calienta no es R3, que disipa 21 mW: es R1, que sube a 121 mW. Bajar una rama aumenta la corriente del tronco.

Preguntas para pensar

  1. En el paso 3, R3 se destruyó y a R1 y R2 no les pasó nada. ¿Qué habría pasado con los otros dos si el resistor de 100 Ω hubiera estado en una fila con ellos?
  2. En el paso 6, ¿por qué bajar R3 hace que R1 disipe más, si R1 no cambió?
  3. En un paralelo puro, «Montar y medir» da el mismo error de potencia en todas las ramas. ¿Por qué? ¿Y por qué la corriente de la fuente tiene un error distinto?
Ver respuestas sugeridas
  1. Los habría aliviado: con 100 Ω más en la fila, la corriente baja para todos. En serie, un resistor agregado protege a los demás; en paralelo, ni los protege ni los perjudica. El que se quema es él solo, y la fuente es la que entrega la diferencia.
  2. Porque el paralelo R2 ∥ R3 pasa de 687,5 Ω a 91 Ω, y con eso la resistencia total baja de 1157,5 Ω a 561 Ω. La corriente de la fuente se duplica, de 7,78 mA a 16,0 mA, y esa corriente pasa entera por R1: su potencia se multiplica por más de cuatro.
  3. Porque todas las ramas tienen la misma tensión, y el simulador calcula cada potencia como esa tensión al cuadrado sobre el valor nominal: el único error que entra es el de la fuente, dos veces. La corriente de la fuente, en cambio, depende de los valores reales de los resistores, que se desvían cada uno por su lado.

13 · Entrenador

Entrenador de potencia en paralelo y mixtos

Ocho preguntas al azar sobre un banco de veinte: el reparto entre ramas, la comparación con la fila, límites, rediseño, circuitos mixtos y taller.

ENTRENADOR 15

Reparto, límites y verificación

Pregunta 1 de 8

Pregunta
Aciertos0
Respondidas0 de 8
7 u 8 aciertos
Sabés dimensionar cada pieza en cualquier conexión. Podés pasar al Tema 16.
6 o menos
Volvé a jugar: las preguntas cambian. Ante cada caso, preguntate primero qué tensión recibe esa pieza.

14 · Mirada de programador

Cada servicio paga su propia cuenta

Un paralelo se parece a un conjunto de servicios independientes que comparten la misma infraestructura. Todos reciben lo mismo de ella, cada uno consume según cómo está hecho, y la factura del mes es la suma.

La potencia en paralelo y en mixtos, con vocabulario de sistemas.
En softwareEn un circuito
Cada servicio consume por su cuentaCada rama disipa V² ÷ R, sin depender de las otras
La factura total es la suma de los serviciosLa potencia de la fuente es la suma de las ramas
Agregar un servicio no abarata los que ya estabanAgregar una rama no alivia a las demás
El servicio con menos límites es el que más consumeLa rama de menor resistencia es la que más disipa
El tablero global esconde a la instancia saturadaEl total esconde a la rama exigida
La cuota se fija por instancia, no por clústerLa potencia nominal es de cada resistor, no del conjunto
El componente compartido por el que pasan todos los pedidosEl resistor en serie con todas las ramas, en un circuito mixto
Auditar el costo recorriendo el árbol de llamadasCalcular la potencia recorriendo la vuelta, grupo por grupo

La función auditar() hace exactamente eso: recorre un árbol, le asigna a cada hoja su parte y verifica al final que la suma coincida con el total. Es el mismo control que usa cualquier sistema que reparte un costo entre componentes: lo asignado tiene que cerrar con lo facturado.

Y se repite la advertencia sobre los costos que crecen con el cuadrado. En un paralelo, la tensión de la fuente es un parámetro global: subirla un tercio le sube la potencia un 78 % a todas las ramas a la vez, sin que ninguna pueda evitarlo.

15 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«El resistor más grande siempre es el que más calienta»

Eso vale dentro de una fila, donde la corriente es la misma. Entre ramas con la misma tensión es al revés: disipa más la de menor resistencia.

«Agregar una rama reparte la potencia entre más resistores»

Cada rama recibe toda la tensión, haya las que haya. Una rama nueva agrega su propia potencia al total y no le saca nada a las otras.

«Con 253 mW en total, hacen falta resistores de 1/2 W»

El total no se compara con la potencia nominal de ninguna pieza. Se compara cada rama con la suya: una disipa 172 mW y la otra 81 mW, y solo la primera necesita 1/2 W.

«Si en la fila estaba frío, en paralelo también»

El resistor de 470 Ω pasa de 17,6 mW a 172 mW con la misma pila. Cambiar la conexión cambia la tensión que recibe cada pieza, y la potencia sigue al cuadrado de esa tensión.

«En una rama con LED, el resistor recibe la tensión de la fuente»

Recibe la tensión de la fuente menos la del LED. La potencia se calcula con esa diferencia: 7 V, no 9 V.

«En un circuito mixto, la pieza más exigida es la de menor valor»

Depende de dónde esté. Puede ser el resistor por el que pasa toda la corriente, o el mayor de una fila. Hay que calcular tensión y corriente de cada pieza.

«Dos ramas iguales pueden calentar distinto»

Con la misma tensión y la misma resistencia, la potencia es la misma. Si una calienta más, no son iguales: una tiene otro valor, o hay un contacto con resistencia en serie con la otra.

16 · Práctica guiada

Ejercicios de potencia en paralelo y mixtos

Ejercicio 1: un taller en papel

Una fuente de 12 V alimenta tres ramas de 1 kΩ, todas de 1/4 W. Calculá la potencia de cada rama, el uso de su potencia nominal, la corriente y la potencia totales. ¿Qué cambiarías?

Ver solución razonada

Cada rama: 12² ÷ 1000 = 144 mW, el 58 % de 1/4 W: las tres quedan exigidas. La fuente entrega 36 mA y 432 mW. Con resistores de 1/2 W cada uno queda al 29 % sin cambiar el circuito. Subir a 1,2 kΩ deja 120 mW, el 48 %, con un 17 % menos de corriente por rama.

Ejercicio 2: la misma pareja, dos conexiones

Con 5 V y resistores de 220 Ω y 330 Ω, calculá la potencia de cada uno en serie y en paralelo. ¿Cuál es el más exigido en cada caso? ¿Por cuánto se multiplica la potencia total?

Ver solución razonada

En serie: 5 ÷ 550 = 9,09 mA; 18,2 mW en 220 Ω y 27,3 mW en 330 Ω, que es el más exigido. En paralelo: 25 ÷ 220 = 114 mW y 25 ÷ 330 = 75,8 mW; el más exigido es el de 220 Ω, al 45 %. El total pasa de 45,5 mW a 189 mW: se multiplica por 4,2.

Ejercicio 3: el valor mínimo

Vas a conectar un resistor directamente a una fuente de 12 V. ¿Cuál es el menor valor comercial que queda en zona cómoda si es de 1/4 W? ¿Y si es de 1/2 W?

Ver solución

Con 1/4 W, al 50 %: 144 ÷ 0,125 = 1152 Ω, así que el primero es 1,2 kΩ (120 mW, 48 %). Con 1/2 W: 144 ÷ 0,25 = 576 Ω, y el primero es 680 Ω (212 mW, 42 %).

Ejercicio 4: un mixto sin atajos

Con 12 V se arma R1 + (R2 ∥ R3), con R1 de 220 Ω, R2 de 330 Ω y R3 de 10 kΩ, todos de 1/4 W. Calculá la potencia de cada pieza. ¿Cuál es la más exigida? ¿Es la de menor valor?

Ver solución razonada

R2 ∥ R3 = 319,5 Ω; total, 539,5 Ω; corriente, 22,2 mA. El punto de unión queda a 7,11 V. R1: (22,2 mA)² × 220 Ω = 109 mW (44 %). R2: 7,11² ÷ 330 = 153 mW (61 %). R3: 5,0 mW. Suman 267 mW, lo mismo que 12 V × 22,2 mA. La más exigida es R2, que no es ni la menor ni la del tronco: conviene de 1/2 W.

Ejercicio 5: tres indicadores con 12 V

Una fuente de 12 V alimenta tres ramas iguales: un LED rojo de 2 V con un resistor de 680 Ω. Calculá la corriente de cada rama y la potencia de cada resistor. ¿Alcanza con resistores de 1/4 W? ¿Qué potencia entrega la fuente?

Ver solución razonada

Sobre cada resistor hay 10 V: 10 ÷ 680 = 14,7 mA y 10² ÷ 680 = 147 mW, el 59 % de 1/4 W. Funciona, pero exigido: conviene 1/2 W. Cada LED disipa 29 mW. La fuente entrega 44,1 mA y 529 mW. Si se hubiera usado 12 V en la cuenta del resistor, habría dado 212 mW, un valor que no corresponde a ninguna pieza.

Ejercicio 6: la rama que mide menos

En el paralelo de 470 Ω y 1 kΩ medís 8,80 V entre los rieles y 8,80 V sobre el resistor de 470 Ω, pero solo 8,10 V sobre las patas del de 1 kΩ. ¿Qué está pasando? ¿Cuánta corriente toma esa rama y cuánto disipa el resistor?

Ver solución razonada

Faltan 0,70 V, que quedan en algo que está en serie con el resistor: un contacto con resistencia. La rama toma 8,10 ÷ 1000 = 8,1 mA en lugar de 8,8 mA, y el resistor disipa 8,10 V × 8,1 mA = 65,6 mW. El contacto vale 0,70 V ÷ 8,1 mA = 86 Ω y disipa 5,7 mW. La otra rama no se entera.

17 · Síntesis

Ideas para recordar

  • En paralelo, P = V² ÷ R con la misma V: la potencia se reparte en proporción a la conductancia.
  • La rama de menor resistencia es la que más calienta: al revés que en una fila.
  • Cada rama es independiente: agregar o quitar una solo cambia el total.
  • El total dimensiona la fuente; cada resistor se dimensiona con su propia potencia.
  • Para cada tensión hay una resistencia mínima, V² ÷ P. La rama menor fija la tensión máxima del conjunto.
  • En un circuito mixto no hay atajo por valor: la potencia de cada pieza es su tensión por su corriente.
  • En el taller, las ramas tienen que medir la misma tensión y la corriente de la fuente tiene que ser la suma.

Cierre del bloque: lo que ya sabés hacer

Circuitos paralelos y mixtos: Temas 11 a 15.
TemaHerramienta
11 · Circuito paraleloReconocer un paralelo y aplicar sus dos reglas: una tensión, corrientes que suman
12 · Resistencia equivalenteReemplazar un conjunto de ramas por un solo resistor, menor que el menor
13 · Circuitos mixtosReducir por etapas y volver, repartiendo tensiones y corrientes
14 · Corto y abiertoCalcular cada falla y reconocerla por su firma
15 · Potencia y tallerDimensionar cada pieza en cualquier conexión y verificar el circuito midiendo

¿Listo para el Tema 16?

Podés avanzar si sos capaz de hacer esto sin mirar:

  • Decir cuál de las ramas de un paralelo disipa más, y por qué.
  • Calcular la potencia de cada rama en 9 V con 470 Ω y 1 kΩ.
  • Explicar qué les pasa a las demás ramas cuando se agrega una.
  • Calcular el menor resistor de 1/4 W que queda cómodo con 9 V.
  • Obtener la potencia de cada pieza en R1 + (R2 ∥ R3).

Todo lo que resolviste hasta acá se podía reducir a series y paralelos. En el Tema 13 apareció un circuito, el puente, en el que ese método no tiene por dónde empezar. Para resolverlo hace falta un vocabulario más preciso que «fila» y «rama». En el próximo tema, nodos, ramas y mallas: el lenguaje de las leyes de Kirchhoff.