Circuitos Eléctricos · Tema 31

RL: establecimiento

La corriente que tarda en arrancar: de cero a Vs/R siguiendo la misma exponencial, al revés que RC.

01 · Punto de partida

El espejo temporal de RC

En RC la tensión arranca en 0 y sube; la corriente arranca al máximo y cae. En RL es al revés: la corriente arranca en 0 y sube (el inductor se opone al cambio), mientras su tensión arranca en Vs y decae. Misma exponencial, papeles cambiados.

Ejemplo guía: 9 V con R = 1k y L = 100 mH. τ = 100 µs, final 9 mA. A 1τ la corriente ya va por 5,7 mA.

  • ¿Cuánto vale la corriente en cada múltiplo de τ?
  • ¿Qué vale la tensión del inductor mientras tanto?
  • ¿Por qué no lo veo con multímetro?
  • ¿Qué tiene que ver con el pico al cortar?

02 · Curva

sube I, baja V_L

9 V, 1k, 100 mH (τ = 100 µs, Ifinal = 9 mA).
tIV_RV_L
00 mA0 V9,0 V (todo en L)
1τ (0,1 ms)5,7 mA5,7 V3,3 V
2τ (0,2 ms)7,8 mA7,8 V1,2 V
5τ (0,5 ms)9,0 mA9,0 V≈ 0 V (cable)

KVL en todo instante: V_R + V_L = Vs (5,7 + 3,3 = 9 ✓ a 1τ). Al inicio manda L, al final manda R.

03 · Energía y final

A dónde llega y qué queda guardado

Estado final: solo R
Con L establecido (cable ideal + DCR), Ifinal = Vs/(R + DCR). Todo el cálculo de continua de los Temas 7–15 vale tal cual.
Energía final: ½LI²
En el ejemplo: 0,5 × 0,1 × 0,009² ≈ 4 µJ. Lista para patear al cortar (Tema 28): el establecimiento de hoy es el pico de mañana.
Potencia durante el arranque
Parte calienta R desde el inicio; el resto arma el campo. Al final, todo es I²R de continua.
DCR incluida en R
τ = L/(R_circuito + DCR) e Ifinal con la misma suma. Ignorar la DCR infla τ y la corriente.

04 · Medir lo invisible

τ de microsegundos no se ve a ojo

Lo que SÍ medís

Final con multímetro

Tras 5τ: I final, V_R = Vs, V_L ≈ 0. El estado permanente es 100 % medible con lo que tenés.

Lo que NO ves aún

La curva intermedia

0,5 ms pasan antes de apoyar las puntas. La curva se calcula (este tema) y se verá con osciloscopio (curso 4).

05 · Curva RL en código

Tabla y dibujo del establecimiento

Curva completa de I y V_L con gráfico de texto:

Python en tu navegador. Cambiá R y L, y ejecutá: compará contra la tabla de arriba.

import math

def curva_rl(vs, r_ohm, l_mH, dcr=0.0):
    r = r_ohm + dcr
    tau = (l_mH / 1000) / r
    i_final = vs / r
    print(f"tau={tau*1e6:.0f} us Ifinal={i_final*1000:.1f} mA (5tau={tau*5*1e6:.0f} us)")
    for n in [0, 1, 2, 3, 5]:
        i = i_final * (1 - math.exp(-n))
        v_l = vs * math.exp(-n)
        barra = "#" * round(i / i_final * 20)
        print(f"  {n}tau: I={i*1000:5.2f}mA V_L={v_l:4.1f}V |{barra}")
    return tau


curva_rl(9, 1000, 100)

Probá curva_rl(9, 1000, 100, dcr=180): ¿cuánto cambian τ e Ifinal?

RC frente a RL, lado a lado

El espejo en una tabla:

import math

print(" n :  RC-Vc%  RL-I%")
for n in [0, 1, 2, 3, 5]:
    pct = 100 * (1 - math.exp(-n))
    print(f"{n}tau: {pct:5.1f}%  {pct:5.1f}%  <- iguales!")

06 · Analogía programador

Warm-up con rampa

  1. 1
    Arranque con rampa.

    Como un deploy gradual: 0 % → 63 % → 99 % del tráfico. Nada entra de golpe.

  2. 2
    DCR = baseline.

    El overhead fijo que limita el máximo aunque L tienda a cero: el sistema nunca es ideal.

  3. 3
    Apagar de golpe = pico.

    Matar el ramp-up a la fuerza genera el spike (Tema 28): los apagados también se diseñan.

07 · Exploración

Laboratorio: establecimiento a pedido

Fijá Vs, R y L: el laboratorio calcula τ, Ifinal, I en 1τ/5τ, V_L inicial y dice si la curva es medible o solo calculable.

LABORATORIO 31

I(t) con τ = L/R

I = Ifinal(1−e^−t/τ)

τ / 5τ100 µs / 0,5 ms
Ifinal9,0 mA
I en 1τ / V_L(0)5,7 mA / 9,0 V
CurvaSolo calculable

9 V, 1k, 100 mH: τ 100 µs, Ifinal 9 mA.

Preguntas para explorar

  1. Con R 100 Ω y L 100 mH: ¿τ? ¿Ifinal? ¿P en R al final?
  2. ¿Qué combinación da τ = 1 ms con Ifinal ≈ 10 mA a 9 V?
  3. ¿Por qué subir R acelera pero baja Ifinal?
Ver respuestas sugeridas
  1. τ = 1 ms; Ifinal = 90 mA; P = 0,81 W: el resistor debe ser de 2 W o más. Rápido y caliente.
  2. R = 900 Ω → 1k (Ifinal 9 mA) con L = 100 mH (τ = 0,1 ms)... para 1 ms exacto: L = 1 H con 1k, o 100 mH con 100 Ω (Ifinal 90 mA). Ritmo y consumo se negocian.
  3. Porque τ = L/R baja e Ifinal = Vs/R baja: R apura el establecimiento pero achica el resultado. Compromiso inevitable.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«La corriente arranca en Vs/R»

Arranca en cero: el inductor se opone al cambio inicial con toda Vs sobre él. Vs/R es el final, no el inicio.

«V_L se mantiene»

Decae a cero con la misma exponencial: al final L es cable (más DCR). Tensión inicial toda, final nada.

«τ grande se mide mejor»

Solo si τ ≥ 0,4 s (≈ 2 s para 5τ cómodos). Con L realistas eso pide henrios o ohmios bajos con potencia seria: calcular sí, medir a veces.

«RC y RL son lo mismo con otras letras»

La matemática coincide pero la física no: C guarda tensión y bloquea al final; L guarda corriente y conduce al final. Dual no es igual.

09 · Práctica guiada

Ejercicios de establecimiento

Ejercicio 1: tabla 12 V

12 V, R 2k2, L 47 mH. Calculá τ, Ifinal, I a 2τ y V_L a 2τ. Verificá con curva_rl().

Ver solución razonada

τ = 0,047/2200 ≈ 21 µs; Ifinal ≈ 5,45 mA; I(2τ) ≈ 4,7 mA; V_L(2τ) = 12×e⁻² ≈ 1,6 V.

Ejercicio 2: diseñar τ = 1 ms

Con L = 100 mH, ¿R para τ = 1 ms? ¿Ifinal con 9 V? ¿P en R? ¿Aguanta 1/4 W?

Ver solución

R = 0,1/0,001 = 100 Ω; Ifinal = 90 mA; P = 0,81 W: no aguanta 1/4 W (324 %). Subir a 2 W o aceptar τ menor con más R.

Ejercicio 3: DCR que importa

Bobina 100 mH, DCR 180 Ω, sola a 5 V. Con curva_rl(..., dcr=180): τ, Ifinal y E. ¿Y si ignorás la DCR?

Ver solución

τ = 0,1/180 ≈ 0,56 ms; Ifinal ≈ 27,8 mA; E ≈ 39 µJ. Sin DCR: división por cero (τ ∞, I ∞): absurdo que muestra que la DCR nunca es opcional.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • I sube 0 → Ifinal, V_L baja Vs → 0, ambas exponenciales con τ = L/R.
  • Ifinal = Vs/(R + DCR); la DCR siempre cuenta.
  • 1τ = 63 %, 5τ = listo; KVL vale en cada instante.
  • τ de µs–ms: calcular siempre, medir el final; la curva pide osciloscopio.
  • curva_rl() predice la tabla que el diseño necesita.

RC y RL dominados en el tiempo. Ahora, a leer cualquier curva de un vistazo: en el próximo tema, transitorio vs. permanente.