Circuitos Eléctricos · Tema 17

Ley de corrientes (KCL)

Lo que entra a un nodo sale: conservación de carga convertida en ecuación para cada unión.

01 · Punto de partida

La carga no se esconde en los nodos

Del Tema 3 del curso 1: la carga se conserva, no aparece ni desaparece. KCL es esa idea aplicada a cada nodo: si a una unión llegan 44,7 mA por el cable de fuente, por las ramas tienen que salir 44,7 mA. Ni un microamperio se queda a vivir en la soldadura.

En tu semáforo ya la usaste sin nombre: la fuente paga la suma de las tres ramas. Hoy la escribimos como ecuación y la usamos para hallar la corriente que falta y para detectar mediciones malas.

  • ¿Cómo se escribe KCL con signos?
  • ¿Para qué sirve en un nodo de 2 ramas?
  • ¿Cómo hallo la corriente que no medí?
  • ¿Cómo delata una medición errónea?

02 · Enunciado

Dos formas, una ley

Forma suma cero

ΣI = 0 con signos

Entrantes positivas, salientes negativas: +44,7 − 14,9 − 14,9 − 14,9 = 0. La que usa el código.

Forma balance

Entra = Sale

44,7 = 14,9 + 14,9 + 14,9. La que se lee en voz alta ante un esquema.

KCL en tus nodos conocidos (9 V, ramas 470 Ω con LED ≈ 14,9 mA).
NodoEntraSaleBalance
+ del semáforoIfuente 44,7 mA3 × 14,9 mA44,7 = 44,7 ✓
Medio de serie6,1 mA (de R1)6,1 mA (a R2)Igualdad trivial: misma rama
N+ del mixto T13Itot 10,2 mA6,1 + 4,1 mA10,2 = 10,2 ✓

03 · Usos

Hallar y auditar

  1. 1
    Hallar la faltante.

    Conocés todas menos una: se despeja. Ifuente = suma de ramas; I_rama = Ifuente − resto. Medir una menos es medir igual.

  2. 2
    Auditar mediciones.

    Medís todas y no suman cero: alguna está mal (punta, escala, rama confundida). KCL es el test de coherencia de tus medidas.

  3. 3
    Verificar diseños.

    En el mixto, Itot calculada debe igualar la suma de ramas calculadas: si no, el reparto está mal antes de montar.

04 · Signos

La convención que evita el caos

Flechitas primero
Dibujá una flecha de referencia por rama (sentido supuesto). Si el cálculo da negativo, la real va al revés: no es error, es información.
Entrante +, saliente −
Con flechas dibujadas, la suma con signos debe dar cero. El signo lo pone la flecha, no la “verdad”.
Negativo = al revés
I = −5 mA con tu flecha significa 5 mA al contrario. Se corrige la flecha o se sigue con el signo: ambas valen.
Tolerancia al auditar
Mediciones reales suman ≈ 0 (±5 % por instrumento y redondeo). Cero exacto solo existe en el papel.

05 · KCL en código

Verificador y resolvedor

Lista con signos (+ entra, − sale): la suma debe dar ~cero. Y resolvedor de la rama faltante:

Python en tu navegador. Cargá tus mediciones de ramas y ejecutá la auditoría.

def kcl(corrientes_ma, tol=0.5):
    # corrientes_ma: + si entra, - si sale. tol en mA para medidas reales
    balance = sum(corrientes_ma)
    estado = "OK: cierra" if abs(balance) <= tol else "NO CIERRA: revisar medidas"
    print(f"Suma = {balance:.1f} mA -> {estado}")
    return balance


kcl([44.7, -14.9, -14.9, -14.9])  # nodo + del semáforo
kcl([10.2, -6.1, -4.1])           # N+ del mixto
kcl([44.7, -14.9, -14.0, -14.9])  # una medida floja: ¿cierra?

La tercera da 0,9 mA: ¿cierra con tol 0,5? ¿Y con tol 1,0? ¿Qué significa cada tolerancia?

Hallar la que falta

Si conocés el total y el resto, la faltante sale sola:

def rama_faltante(total_ma, conocidas_ma):
    # Total entrante (+), conocidas salientes: faltante = total - suma
    faltante = total_ma - sum(conocidas_ma)
    print(f"Faltante = {faltante:.1f} mA")
    return faltante


rama_faltante(28.1, [19.1])   # paralelo 470+1k: ¿I de la 1k?
rama_faltante(44.7, [14.9, 14.9])  # semáforo: tercera rama

06 · Analogía programador

Conservación de flujo

  1. 1
    Balance de requests.

    Lo que entra al load balancer sale a los workers: si faltan, hay fuga (o mala métrica). KCL es tu chequeo de tráfico.

  2. 2
    Assert de invariante.

    assert abs(suma) <= tol en cada nodo: el test que corre en tu función kcl().

  3. 3
    Signo = dirección.

    Negativo significa “al revés de lo supuesto”, como un diff con líneas −: no es error, es dirección.

07 · Exploración

Laboratorio: balancear el nodo

Mové tres corrientes (I1 entra, I2 e I3 salen): el laboratorio calcula la cuarta para cerrar, muestra el balance y dictamina con tolerancia de medida real.

LABORATORIO 17

Nodo con 4 ramas

I1 = I2 + I3 + I4

Balance ΣI0 mA ✓
DictamenCierra: nodo sano
I4 esperada15 mA
AcciónAnotar y seguir

Semáforo: 45 = 15+15+15, balance cero.

Preguntas para explorar

  1. Subí I1 a 50 sin tocar salidas. ¿Qué dice el balance y qué harías en la mesa?
  2. En el caso “medida floja”, ¿cuánto desbalance hay y qué harías?
  3. ¿Para qué sirve la casilla “I4 esperada” si ya mediste I4?
Ver respuestas sugeridas
  1. Balance +5 mA: no cierra. En la mesa significa rama no contabilizada o medida mala: buscar la cuarta corriente o remedir.
  2. +5 mA (45 − 40): supera la tolerancia de 1 mA → remedir la rama sospechosa (la de 10) antes de culpar al circuito.
  3. Para predecir antes de medir (ritual del Tema 1): si la medida coincide con lo esperado, doble confianza; si no, el balance dice cuánto falta.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«KCL genera la corriente faltante»

No genera nada: describe lo que hay. Si el cálculo pide 20 mA por una rama de 10 kΩ a 9 V, el error está en tus datos, no hay magia.

«En serie KCL no sirve»

Sirve trivialmente: entra = sale en cada nodo de 2 ramas confirma que es la misma I. Trivial no es inútil: valida el cableado.

«Vale solo en continua»

Vale siempre para cargas (también en CA y transitorios con cuidado). La conservación no toma vacaciones: este curso la usa en CC.

«El signo negativo es error»

Es dirección respecto de tu flecha supuesta. Cambiar la flecha o seguir con el signo dan lo mismo: elegir y ser consistente.

09 · Práctica guiada

Ejercicios de corrientes

Ejercicio 1: fuente del semáforo

Tres ramas medidas: 14,5 / 15,2 / 14,8 mA salientes. ¿Ifuente esperada? Verificá con kcl() si la medida de fuente 44,0 mA cierra.

Ver solución razonada

Esperada: 44,5 mA. Balance: 44,0 − 44,5 = −0,5 mA: cierra justo en tol 0,5 (medidas reales). Aprobado por poco: repetir la de 15,2 si querés afinar.

Ejercicio 2: nodo del mixto

N+ con Itot 10,2 entrando, rama B 4,1 saliendo. ¿Rama A sin medirla? Confirmá con rama_faltante().

Ver solución

IA = 10,2 − 4,1 = 6,1 mA. Después se mide para confirmar: predecir primero, medir después (ritual del Tema 1).

Ejercicio 3: cazar la medida mala

Nodo con +20 entrando y −8, −7 saliendo. Balance −5: ¿qué opciones tenés? Ordenalas por probabilidad.

Ver solución

Falta una rama de ~5 mA no contabilizada (lo más probable), o una medida mal (escala, punta). Opciones: 1) buscar la cuarta rama, 2) remedir la sospechosa, 3) revisar puntas y modo. KCL no miente: los datos sí pueden.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • ΣI = 0 por nodo (+ entra, − sale): entra = sale.
  • Sirve para hallar la faltante y auditar mediciones.
  • Flechas de referencia primero; negativo = al revés, no error.
  • Tolerancia al auditar medidas reales (±5 % o tol explícita).
  • kcl() + rama_faltante() en cada nodo de 3+ ramas.

Corrientes bajo control. Ahora, la otra conservación: en el próximo tema, KVL, la vuelta suma cero.