Circuitos Eléctricos · Tema 08

Equivalente serie

Colapsar N resistores en uno solo: suma directa que simplifica el loop sin cambiar lo que la fuente ve.

01 · Punto de partida

Cinco resistores que fingen ser uno

Un loop con cinco resistores se analiza igual que uno con uno solo para la fuente: la pila entrega la misma corriente que entregaría a un único resistor de valor suma. Colapsarlos acelera el cálculo de I total; después se “descolapsa” para el reparto interno (Tema 7).

Es tu primera refactorización de circuitos: misma conducta externa, interior simplificado. Y como toda abstracción, tiene su costo: el equivalente esconde el reparto.

  • ¿Por qué la suma vale como reemplazo?
  • ¿Qué se conserva y qué se pierde al colapsar?
  • ¿Para qué sirve si después igual reparto?
  • ¿Cuándo no se puede sumar?

02 · Demostración

Por qué la suma funciona, en 3 líneas

Cada resistor cumple Ohm con la misma I: V1 = I·R1, V2 = I·R2. La fuente ve la suma: Vs = V1 + V2 = I·(R1 + R2). Comparando con Vs = I·Req, el paréntesis es el equivalente.

N resistores→un Req (I total)→reparto interno
Colapso del ejemplo del Tema 7.
VistaCircuitoCálculo
Real9 V, 470 + 1000I por cada uno
Colapsada9 V, Req 1470I = 9/1470 ≈ 6,1 mA directo
RecuperadaV1 = I·470, V2 = I·10002,9 V y 6,1 V

03 · Para qué sirve

Tres usos que pagan el concepto

  1. 1
    I total de un vistazo.

    Sumás de cabeza y dividís: 9 V / ~1,5 kΩ ≈ 6 mA sin calculadora. Estimación en segundos antes del cálculo fino.

  2. 2
    Comparar diseños.

    Dos loops con igual Req piden la misma corriente a la fuente aunque repartan distinto: la autonomía (Tema 8, curso 1) depende del total.

  3. 3
    Detectar absurdos.

    Req menor que cualquier sumando = cuenta mal (en serie el total siempre supera al mayor). Chequeo de 2 segundos.

04 · Lo que esconde

El equivalente no cuenta todo

El equivalente SÍ dice

Lo que ve la fuente

Corriente total, potencia total entregada y autonomía. Para la pila, 470 + 1000 es 1470, punto.

El equivalente NO dice

El reparto interno

Cuánto cae en cada uno, cuál calienta más, dónde medir. Para eso se descolapsa con la I total (Tema 7).

Potencia total: dos caminos
P = Vs × I con el colapsado, o suma de I²R individuales: dan lo mismo. Si discrepan, hay error de cuenta.
Calor por pieza: solo descolapsado
El Req de 1470 disipa 55 mW “en total”, pero el de 1 kΩ sufre 37 mW y el de 470 solo 18 mW. El tamaño se elige por pieza (Tema 5).
Medición: el equivalente no se mide
Se miden nodos reales (Tema 6). Req es herramienta de cálculo, no punto de prueba.
LED en la fila: no se suma
El LED no es óhmico: se descuenta su ~2 V primero y se suman solo los resistores. Mezclarlo en la suma falsea todo.

05 · Equivalente en código

Colapsar y descolapsar con funciones

Dos funciones que trabajan en pareja: una colapsa, la otra reparte con la I total:

Python en tu navegador. Pasale tu lista de resistores y ejecutá: colapso, corriente y reparto.

def req_serie(resistencias):
    return sum(resistencias)


def analizar_serie(vs, resistencias):
    req = req_serie(resistencias)
    i = vs / req
    print(f"Req = {req:.0f} ohm -> I total = {i*1000:.2f} mA")
    for n, r in enumerate(resistencias, 1):
        print(f"  R{n}={r}: V={i*r:.2f} V  P={i*i*r*1000:.0f} mW")
    print(f"Chequeo P total: {vs*i*1000:.0f} mW")


analizar_serie(9, [470, 1000])
analizar_serie(12, [1000, 2200, 3300])

Probá analizar_serie(5, [330, 470, 1000]): ¿qué R se lleva más potencia?

Comparador de diseños equivalentes

Mismo Req, distinto reparto: la fuente no nota la diferencia, las piezas sí:

def comparar(vs, diseno_a, diseno_b):
    for nombre, rs in [("A", diseno_a), ("B", diseno_b)]:
        req = req_serie(rs)
        i = vs / req
        print(f"Diseño {nombre} {rs}: Req={req} -> I={i*1000:.1f} mA, Ptot={vs*i*1000:.0f} mW")


comparar(9, [470, 1000], [735, 735])

06 · Analogía programador

Refactor con misma interfaz

  1. 1
    Colapsar = extraer constante.

    Cinco sumandos se vuelven un nombre (Req): la fuente llama a la interfaz, no al detalle.

  2. 2
    Descolapsar = inline para debug.

    Para perfilar por pieza se expande de nuevo: la abstracción se abre cuando hay que medir.

  3. 3
    Req menor que un sumando = test rojo.

    Invariante barato: en serie el total supera al mayor. Si no, la cuenta está mal.

07 · Exploración

Laboratorio: colapsar 3 resistores

Mové R1, R2 y R3: el laboratorio muestra el Req, la I total y el reparto con potencias. Verificá que colapsar no cambia lo que la fuente entrega.

LABORATORIO 08

Req = R1 + R2 + R3

suma → I total

Req3 670 Ω
I total (9 V)2,45 mA
Mayor caída enR3 (60 %)
P total22 mW

Req 3 670 Ω: 2,45 mA totales a 9 V.

Preguntas para explorar

  1. Triplicá R1 solo. ¿Cuánto sube Req y cuánto baja I? ¿Lineal?
  2. ¿Puede Req ser menor que R3? Probalo y explicá por qué no.
  3. ¿Qué le pasa al reparto si R3 es 10× mayor que R1 + R2?
Ver respuestas sugeridas
  1. Req sube lo mismo que R1 (suma lineal); I baja hiperbólicamente (I = V/Req). Sumar es lineal, su efecto en I no.
  2. No: la suma supera a cada sumando por definición. Si tu cuenta dice lo contrario, sumaste mal (o restaste).
  3. R3 se lleva ~91 % de V y P: domina el loop. El resto es decorado que apenas calienta.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«El equivalente reemplaza al circuito»

Solo para la fuente. Para caídas, potencias por pieza y mediciones se descolapsa. Guardar solo el Req es perder el reparto.

«En paralelo también se suma»

No: en paralelo el equivalente es menor que el menor (Tema 12). Sumar en paralelo es el error más caro del curso: da Req mayor y todo lo demás mal.

«Sumo el LED como 100 Ω»

El LED no tiene R fija: su “equivalente” cambia con la corriente. Se descuenta su caída (~2 V) y se suman solo resistores.

«Req con decimales exactos»

Con tolerancias ±5 %, Req = 3670 tiene dos cifras útiles como mucho. 3670,0 Ω es falsa precisión (Tema 3).

09 · Práctica guiada

Ejercicios de equivalente

Ejercicio 1: reducir cuatro

9 V con [220, 470, 1k, 2k2]. Calculá Req, I y V en cada uno con analizar_serie(). ¿Cuál calienta más?

Ver solución razonada

Req = 3890 Ω, I ≈ 2,31 mA. Caídas ≈ 0,51 / 1,09 / 2,31 / 5,09 V; el de 2k2 disipa ≈ 11,7 mW: el mayor calienta más, como siempre.

Ejercicio 2: I objetivo con Req

Querés 5 mA con 12 V usando dos R iguales. ¿Req? ¿Cada una? Verificá P por pieza para 1/4 W.

Ver solución

Req = 12/0,005 = 2400 Ω → 2× 1,2 kΩ (E12). V = 6 V c/u, P = 0,03 W c/u: sobradísimas en 1/4 W.

Ejercicio 3: detectar el intruso

Alguien dice que Req de [470, 1000] es 320 Ω. Sin calculadora: ¿por qué es imposible? ¿Qué error cometió probablemente?

Ver solución

Imposible porque es menor que 470: en serie el total supera al mayor. Probablemente aplicó la fórmula de paralelo (producto/suma = 320 Ω, Tema 12).

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • Req serie = suma; la fuente ve un solo resistor.
  • Colapsar da I y P totales; descolapsar da reparto y calor por pieza.
  • Req > mayor sumando, siempre: test de 2 segundos.
  • LED no se suma; potencias se suman; mediciones son por nodo real.
  • analizar_serie() colapsa, reparte y chequea la suma.

El loop colapsado ya es rutina. Ahora, cuánto le toca a cada uno en detalle: en el próximo tema, caídas de tensión en serie.