Circuitos Eléctricos · Tema 20

Verificar Kirchhoff

Leyes en la mesa: KCL y KVL medidas en protoboard, con tolerancias y dictamen por nodo y por malla.

01 · Punto de partida

Las leyes se montan

KCL y KVL en papel cierran exacto; en protoboard cierran dentro de tolerancia. Este tema es el taller del bloque Kirchhoff (16–20): montás el dos-mallas del Tema 19, medís nodos y mallas, y dictaminás con error % como en el Tema 6, pero ahora por cada nodo y cada ventana.

Circuito de trabajo: 9 V con R1 = 1k (malla A), R2 = 470 (compartida), R3 = 2k2 (malla B). Predicho: IA 6,49 mA, IB 1,14 mA, compartida 5,35 mA.

  • ¿Qué mido para verificar KCL?
  • ¿Qué mido para verificar KVL?
  • ¿Cuánta diferencia acepto?
  • ¿Cómo presento la auditoría?

02 · KCL en mesa

Corrientes sin abrir el loop

Medir las tres ramas en serie sería abrir tres veces. El método práctico: medir V en cada resistor (negra en su extremo bajo) y dividir por su R medida sin pila. Tres divisiones, cero cortes.

KCL esperada en N1 (9 V, ejemplo con tolerancias).
Rama en N1V medida típicaR medidaI inferida
R1 (entra desde N+)6,4 V0,99 kΩ6,5 mA
R2 (sale a GND)2,5 V461 Ω5,4 mA
R3 (sale a GND)2,5 V2,18 kΩ1,1 mA
Balance N16,5 ≈ 5,4 + 1,1: cierra en tolerancia

Nota honesta: los “6,4 / 6,5 / 1,1” incluyen tolerancia de ejemplo; lo que importa es el método, no estos decimales. En tu mesa saldrán los tuyos.

03 · KVL en mesa

Mallas que suman cero (casi)

Por malla, recorrer con la roja midiendo caídas con su signo y sumar. Ejemplo malla B (R2 + R3): −2,5 (R2, sentido horario) + 2,5 (R3) ≈ 0. Malla A: +9 − 6,4 − 2,5 ≈ +0,1: dentro de tolerancia.

Recorrer→anotar con signo→sumar→dictaminar
Tolerancia KVL práctica
±0,3 V en loops de 9 V (≈ 3 %): suma de tolerancias de instrumento y redondeo. Más que eso = medida o montaje a revisar.
Tolerancia KCL práctica
±5 % de la corriente mayor del nodo: con mA chicos, 0,5 mA de desbalance es normal.
Qué medir primero
La fuente. Si Vs está baja, todo el árbol de verificaciones hereda el error: se anota y se sigue con la Vs real.
Orden de auditoría
KCL en el nodo principal, KVL en cada malla, potencias por pieza (Temas 10/15). Tres dictámenes, un veredicto final.

04 · Informe

La tabla que cierra el taller

Modelo de informe de verificación (completar midiendo).
LeyDóndePredichoMedidoError
KCLNodo superior6,49 = 5,35+1,14…… %
KVLMalla A+9 −6,49 −2,51 = 0…… V
KVLMalla B−2,51 +2,51 = 0…… V
PPor pieza42/13/3 mWTacto + V×IMargen %

05 · Auditor en código

Dictamen automático de nodos y mallas

Funciones que reciben medidas y dictaminan con tolerancias del tema:

Python en tu navegador. Cargá tus medidas reales y ejecutá la auditoría.

def auditar_kcl(entran_ma, salen_ma, tol_pct=5.0):
    ent, sal = sum(entran_ma), sum(salen_ma)
    err = abs(ent - sal) / ent * 100 if ent else 0
    print(f"KCL: entran {ent:.1f} = salen {sal:.1f} -> error {err:.1f}% ->",
          "OK" if err <= tol_pct else "REVISAR")


def auditar_kvl(subidas, caidas, tol_v=0.3):
    bal = sum(subidas) - sum(caidas)
    print(f"KVL: suben {sum(subidas):.2f} bajan {sum(caidas):.2f} -> balance {bal:+.2f} V ->",
          "OK" if abs(bal) <= tol_v else "REVISAR")


auditar_kcl([6.4], [6.5, 1.1])
auditar_kvl([9.0], [6.4, 2.5])

La KCL da 5,5 %: ¿pasa con tol 5,0? Subí la tolerancia o revisá medidas: ¿qué elegís y por qué?

Auditoría completa del ejemplo

Todo el informe en una llamada (nodo N1: entra R1, salen R2 y R3):

def informe(vs, v_r1, v_r2, v_r3, r1=1000, r2=470, r3=2200):
    print("== KVL-A ==")
    auditar_kvl([vs], [v_r1, v_r2])
    print("== KVL-B ==")
    auditar_kvl([v_r2], [v_r3])
    print("== KCL nodo N1 ==")
    i1, i2, i3 = v_r1 / r1, v_r2 / r2, v_r3 / r3
    print(f"I_R1={i1*1000:.1f} I_R2={i2*1000:.1f} I_R3={i3*1000:.1f} mA")
    auditar_kcl([i1 * 1000], [i2 * 1000, i3 * 1000])


informe(9.0, 6.4, 2.5, 2.5)

06 · Analogía programador

Suite de integración

  1. 1
    KCL = test de suma.

    Cada nodo es un test unitario del balance. Un nodo en rojo localiza la rama culpable.

  2. 2
    KVL = test de ciclo.

    Cada malla es un test de integración del loop. Un ciclo en rojo localiza la medida mala.

  3. 3
    Informe = coverage.

    Tabla completa con errores: si todo está en verde dentro de tolerancia, el circuito tiene cobertura total.

07 · Exploración

Laboratorio: auditoría simulada

Elegí un caso de mesa (sano o con una medida mala): el laboratorio corre KCL + KVL con tolerancias y señala qué dictamen cae y dónde buscar.

AUDITOR 20

Caso → dictámenes

KCL + KVL + P

KCL nodoOK: 1,2 %
KVL malla AOK: +0,1 V
KVL malla BOK: 0,0 V
VeredictoVerde total: seguir

Caso sano: KCL y KVL en verde.

Preguntas para explorar

  1. ¿Por qué el caso “pila baja” puede dar verde en todo aunque los números cambien?
  2. ¿Qué distingue “nodo mal medido” de “malla descuadrada” en los dictámenes?
  3. ¿Qué harías primero ante un KVL en rojo y KCL en verde?
Ver respuestas sugeridas
  1. Porque las leyes son relativas: con Vs real anotada (7,6), los balances cierran igual. Verde = coherente, no = nominal.
  2. KCL rojo apunta a corrientes (rama mal medida o R equivocado); KVL rojo a tensiones (punta o nodo mal leído). Cada test localiza su familia.
  3. Remedir las caídas de esa malla con negra fija en GND (Tema 6): el descuadre suele ser método, no circuito.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«Si KCL cierra, KVL también»

No necesariamente: miden cosas distintas (ramas vs. loops). Un error de tensión no mueve corrientes y viceversa. Se auditan ambas, siempre.

«Tolerancia cero porque la ley es exacta»

La ley es exacta; las medidas no (instrumento, redondeo, temperatura). Exigir cero convierte ruido en falsos culpables.

«Con pila baja la auditoría no vale»

Vale con la Vs real anotada: las leyes se cumplen a cualquier tensión. Nominal ≠ real; auditar es comparar contra lo medido, no contra la etiqueta.

«Audito solo el nodo principal»

Cada nodo no auditado es un punto ciego: el error se esconde donde no mirás. Todos los nodos, todas las mallas, siempre.

09 · Práctica guiada

Ejercicios de auditoría

Ejercicio 1: informe real

Montá el dos-mallas (9 V, 1k, 470, 2k2) y completá la tabla de la sección 04 con tus medidas. Ejecutá informe() con tus números. ¿Todo verde?

Ver solución razonada

Si KCL < 5 % y KVL ±0,3 V, verde total: el informe cierra. Lo rojo se ataca con el Tema 27 (curso 1): remedir antes de recablear.

Ejercicio 2: pila baja coherente

Repetí con pila en 7,8 V. Predice con mallas_2x2() adaptado (Vs = 7,8) y verificá: ¿cierran KCL/KVL aunque todo bajó?

Ver solución

Sí: IA ≈ 5,63, IB ≈ 0,99 mA; balances relativos iguales. La auditoría valida coherencia, no nominalidad. Anotar Vs real es la clave.

Ejercicio 3: romper a propósito

Cambiá R3 por 10 kΩ sin avisarle a tu tabla. ¿Qué dictamen cae primero? ¿Qué dice del método?

Ver solución

KVL-B descuadra (IB y V_R3 cambian) y KCL del nodo también. El método detecta el cambio aunque no sepas cuál fue: auditar descubre, no solo confirma.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • KCL por nodo (inferir ramas con V/R) + KVL por malla (sumar con signos).
  • Tolerancias: KCL ±5 %, KVL ±0,3 V a 9 V; pila real anotada.
  • Informe predicho/medido/error por ley: la mitad del Tema 36.
  • auditar_kcl() + auditar_kvl() + informe() en cada taller.
  • Verde total = seguir; rojo = remedir antes de recablear.

Bloque Kirchhoff cerrado con veredicto en mesa. Ahora, a fabricar tensiones: en el próximo tema, el divisor de tensión.