Qué son los circuitos eléctricos y cómo funcionan

Los circuitos eléctricos están presentes en todo que funcione con electricidad, tanto en artefactos eléctricos como electrónicos. En el presente artículo vamos a ver su definición, componentes, clases y todo lo relacionado a ellos.

Definición de circuito eléctrico

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que permiten el paso de la corriente eléctrica y que van conectados entre sí formando un lazo cerrado.

Para ampliar en la definición de circuito eléctrico, vamos analizar el significado de los términos por separado:

En el caso de "circuito", el término proviene del latín circuitus, que tiene múltiples acepciones y aplicaciones en diferentes actividades del quehacer humano. No obstante, un significado general sería: recorrido cerrado que tiene el mismo punto de partida y de llegada.

El término "eléctrico" proviene del griego elektronque significa "ámbar". Los griegos le pusieron electrón al ámbar porque la luminosidad que emitía era parecida al de la estrella Electra de la constelación Tauro. Asimismo descubrieron que al frotarlo contra ciertas superficies, adquiría propiedades electrostáticas (atracción de objetos).

Componentes principales de los circuitos eléctricos

Un circuito eléctrico en su versión más simple, está compuesto por los siguientes elementos principales:

Generador

Es el encargado de proveer la fuerza electromotriz necesaria para alimentar a la resistencia o receptor conectado a el. Su unidad de medida es el voltio V y su símbolo en las fórmulas es la letra E.

Existen dos tipos de generadores: los de corriente continua y los de corriente alterna. Entre los primeros tenemos a las pilas, los dinamos, las baterías, los paneles solares, entre otros. Entre los segundos podemos mencionar a los alternadores y turbinas de las centrales hidroeléctricas.

El instrumento empleado para medir el voltaje se llama voltímetro.

Resistencia

También llamada carga o receptor, es el elemento que se conecta a la fuente de alimentación  y toma la energía de ella para producir calor, frío, luz, movimiento o cualquier otro tipo de energía útil. Su unidad de medida es el Ohmio Ω y se representa en las fórmulas con la letra R.

El instrumento para medir las resistencias es el óhmetro u ohmímetro.

Corriente

Si bien es cierto que no es un componente físico palpable, hemos querido mencionarla porque es la parte activa de todo circuito eléctrico. La corriente es el flujo de electrones resultado de aplicar el voltaje a la resistencia. Su unidad de medida es el amperio A y su representación en las fórmulas es la letra I. 

El instrumento empleado para medirla se llama amperímetro.

Conductores

Los conductores son los elementos que permiten el paso de la corriente eléctrica con facilidad. Su función es transportar la energía eléctrica y conectar entre sí los diferentes componentes de un circuito eléctrico.

Se fabrican principalmente de metales como el cobre, por ser uno de los que mejor conduce la energía eléctrica. Características adicionales como su maleabilidad y precio, son factores que han llevado a este metal a ser elegido como el conductor por excelencia.

Aislantes

Los aislantes, también llamados dieléctricos, son los materiales que presentan oposición al paso de la corriente y eventualmente pueden almacenar carga eléctrica. Son necesarios en una instalación eléctrica para evitar que polos opuestos se junten y que las personas u otros entornos hagan contacto con la electricidad.

Existen infinidad de materiales utilizados para esta función, entre los principales tenemos: madera, plástico, vidrio, goma, caucho, PVC, etcétera. El aire y el agua (destilada) bajo ciertas condiciones, también están considerados como elementos aislantes.

Elementos de protección y control de los circuitos eléctricos

Todo circuito eléctrico deben implementar elementos de protección y control para que sea gestionable y seguro.

Los elementos de control en los circuitos eléctricos sirven para encenderlos y apagarlos a voluntad. Los elementos de protección en tanto son necesarios para evitar daños a la instalación y para prevenir que las personas sufran descargas eléctricas. A continuación vamos a describir los principales:

Interruptores

Los interruptores son dispositivos mecánicos que permiten conectar y desconectar la corriente eléctrica de un circuito según sea la necesidad.

Existen de varios tipos, normalmente cerrado, normalmente abierto, conmutador y pulsador. Como ejemplos de ellos tenemos al interruptor de un foco de luz doméstica, el pulsador de un timbre, etcétera.

Fusibles

Los fusibles son los elementos  de protección eléctrica más simples que existen y también los más populares. Se fabrican de metales con un bajo punto de fusión, tales como el estaño o el plomo. Por lo general se construyen encapsulados en un "cartucho" para que cuando se "quemen" lo hagan de forma segura.

Están diseñados y calibrados para dejar pasar un máximo de corriente, que si es rebasada provoca la fundición del conductor que se encuentra al interior. De esta manera actúan como protección frente a sobrecargas, cortocircuitos y otras averías eléctricas.

Llaves termomagnéticas

Las llaves térmicas o termomagnéticas son dispositivos electromecánicos que realizan una labor combinada de los interruptores y fusibles. Están diseñadas para realizar el corte y restablecimiento manual del fluido eléctrico.

La función que realizan como fusibles es automática, ante una sobrecarga o cortocircuito cortan la energía inmediatamente. Después de eliminar la causa de la avería se puede subir el interruptor nuevamente, sin tener que hacer más. Ejemplo de este tipo de llaves son las que van instaladas en los tableros eléctricos y en los medidores de luz.

Diferenciales

Los diferenciales son dispositivos parecidos a las llaves térmicas, pero a diferencia de éstas, su función es proteger a las personas contra descargas eléctricas.

El nombre de "diferenciales" se debe a que su modo de operación consiste en medir y comparar las corrientes que circulan en los dos polos de un circuito eléctrico; cuando la diferencia entre ellas es de más de 25 mili-amperios cortan el fluido eléctrico. Esos 25mA vienen a ser en teoría, el máximo de corriente que soporta el cuerpo humano sin sufrir daños letales.

Circuito eléctrico abierto y circuito eléctrico cerrado.

El circuito eléctrico abierto es aquel que no permite el paso de la corriente eléctrica; generalmente se abre con un interruptor, tal como se observa en el siguiente diagrama.

El circuito eléctrico cerrado es aquel que permite el paso de la corriente; en el siguiente diagrama se puede observar el interruptor cerrado y la corriente circulando desde el polo negativo hacia el polo positivo.

Como funciona un circuito eléctrico

Para explicar como funciona un circuito eléctrico, vamos a utilizar una batería para representar al generador, y un foco para la resistencia. A continuación mostramos un diagrama pictórico de un circuito eléctrico simple:

El circuito eléctrico entra en funcionamiento cuando el foco se conecta a la batería accionando el interruptor. Esto produce un flujo de electrones que sale del polo negativo, pasa por el interruptor, luego por el receptor y concluye su camino en el polo positivo.

Para cortar o restablecer el paso de la corriente, basta con presionar el interruptor. Es importante aclarar que el interruptor puede ir tanto en el polo positivo, como en el negativo de la batería.

En el siguiente gif, se puede observar como al cerrar el interruptor se produce la circulación de corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el positivo de la batería.

Clases de circuitos eléctricos

Según el tipo de conexión se clasifican en:

Circuitos eléctricos en serie

Los circuitos en serie son aquellos en que las resistencias van conectadas de forma secuencial, una a continuación de la otra.

Características de los circuitos en serie:

-En los circuitos en serie el voltaje se divide de manera directamente proporcional al valor de cada resistencia; La resistencia más alta toma mas voltaje de la batería.

-La resistencia total del circuito es igual a la suma de los valores de todas los resistencias conectadas.

-La corriente que circula por el circuito es la misma en todos los puntos del circuito.

-A mayor cantidad de resistencias conectadas en serie, menor será la corriente que circula y menor el voltaje en cada una de ellas. En este caso el brillo de los focos disminuirá y la duración de la batería aumentará debido al menor consumo.

-Si uno de las resistencias se quema, las demás dejan de funcionar.

-El interruptor se puede colocar en cualquier punto del circuito.

Circuitos eléctricos en paralelo

Los circuitos en paralelo son aquellos en que las resistencias van conectadas directamente a la fuente de alimentación. Es decir todos los polos positivos van al positivo de la batería, y todos los polos negativos al polo negativo de la fuente.

Características de los circuitos en paralelo:

-En los circuitos en paralelo el voltaje de la batería es el mismo para todas las resistencias.

-La resistencia total del circuito es menor que la menor de las resistencias conectadas.

-La corriente total es igual a la suma de las corrientes de cada resistencia.

-En esta forma de conexión los focos que se conecten mantendrán su brillo, pero disminuirá la duración de la batería.

-Si uno de las resistencias se quema, las demás siguen funcionando con normalidad.

-Esta forma de conexión es la más empleada en las instalaciones eléctricas domiciliarias (en los tomacorrientes por ejemplo).

-El interruptor se tiene que colocar lo más cerca posible a la batería, no importa si es la polo positivo o negativo.

Circuitos eléctricos mixtos

Los circuitos mixtos son los que utilizan una disposición combinada de circuitos serie y circuitos paralelo.

Para estos circuitos aplican las mismas características de los circuitos en serie y paralelo. No son de uso común en instalaciones eléctricas, sino más bien en circuitos electrónicos.

Circuitos eléctricos de corriente continua

Los circuitos de corriente continua son aquellos que trabajan con fuentes de energía donde la polaridad es fija, tales como una batería o una pila. En este tipo de circuitos cuentan con dos polos: polo positivo y polo negativo.

Circuitos eléctricos de corriente alterna

Los circuitos de corriente alterna son aquellos que trabajan con fuentes de energía donde la polaridad cambia constantemente. La frecuencia de la corriente alterna en una casa puede ser de 50 o 60 ciclos por segundo según el país. En este tipo de corriente a los polos se les llama fase y neutro o línea y neutro.

Cortocircuito eléctrico

El cortocircuito eléctrico no es un circuito eléctrico normal sino más bien uno con falla; donde los dos polos de la fuente de alimentación se unen de manera accidental generalmente. Esta falla ocasiona daños en las infraestructura y componentes de una instalación debido a la subida descontrolada de la corriente.

Diferencia entre circuitos eléctricos y electrónicos

Las diferencias entre los circuitos eléctricos y electrónicos, vienen dadas por la naturaleza de los dispositivos que los conforman.

En el caso de los circuitos eléctricos, están compuestos en su mayoría por elementos pasivos tales como resistencias, condensadores e inductancias.

Mientras los circuitos electrónicos cuentan, además de los elementos antes mencionados, con componentes activos que modifican y amplifican señales. Entre los más conocidos podemos mencionar a los diodos, los transistores y los circuitos integrados, que son el "ADN" de la electrónica moderna.