Caída de Voltaje en Resistencias
Learn how to calculate voltage drop across resistors in series and parallel circuits with step-by-step examples, formulas, and a free calculator.
Entender cómo calcular la caída de voltaje es parte del conocimiento fundamental para las personas interesadas en crear sus propios circuitos electrónicos. Encontrar la caída de voltaje puede ser confuso ya que los métodos de cálculo pueden cambiar dependiendo del circuito y el número de resistencias dentro del circuito, lo cual explicaremos en este artículo.
Antes de entrar directamente en cómo calcular la caída de voltaje en resistencias, vamos a revisar el conocimiento básico útil no solo para calcular la caída de voltaje en una resistencia sino también para desarrollar cualquier tipo de circuito electrónico.
¿Qué es la caída de voltaje en una resistencia?
Hablar sobre calcular la caída de voltaje en una resistencia no tendría sentido si no entendemos qué es la caída de voltaje en una resistencia. Tomemos los siguientes circuitos en la imagen a continuación para ayudar a proporcionar más claridad.
En la imagen anterior, verás dos circuitos. El primer circuito con solo una resistencia, y el segundo circuito con dos resistencias. Cuando hablamos de la caída de voltaje en una resistencia, nos referimos al voltaje a través de una resistencia, o el voltaje una vez que el flujo de corriente ha pasado por una resistencia.
Entendiendo la Ley de Ohm
Si no has oído hablar de la ley de Ohm antes, vamos a hacer una parada rápida para entenderla.
La ley de Ohm es una fórmula comúnmente enseñada a estudiantes de electrónica y ayuda a calcular la relación entre el voltaje, corriente y resistencia de un circuito. La ley de Ohm se describe mejor usando una pirámide que muestra la relación entre estos tres valores.
La ley de Ohm establece que si hay dos valores conocidos en un circuito, como la corriente y la resistencia, podemos encontrar el tercer valor modificando la posición de los valores en la pirámide y haciendo un cálculo simple.
De esta manera, podemos tener las siguientes fórmulas:
- La resistencia es igual al voltaje dividido por la corriente
- El voltaje es igual a la corriente multiplicada por el valor de resistencia
- La corriente es igual al voltaje dividido por el valor de resistencia
Calcular la Caída de Voltaje en Resistencias Basado en el Tipo de Circuito
Circuito en Serie
¿Qué es un Circuito en Serie?
Un circuito en serie es un circuito donde la corriente fluye en una sola dirección a través de cada componente. En el siguiente ejemplo, nota cómo hay un camino y cómo la corriente tiene que fluir a través de las dos resistencias, R1 y R2.
Los circuitos en serie tienen un principio que necesitaremos tener en cuenta al calcular la caída de voltaje en resistencias: la corriente es la misma a través de todos los componentes del circuito. Si aplicamos este concepto al circuito anterior, eso significa que la corriente será la misma después de la resistencia R1 y la resistencia R2.
¿Cómo calculas la corriente en un circuito en serie?
Desafortunadamente, no conocemos la corriente que fluye en todo el circuito en nuestro ejemplo anterior.
¿Recuerdas la fórmula de la ley de Ohm que cubrimos anteriormente?
Al reorganizar los elementos correctamente de la pirámide de la ley de Ohm, podemos calcular la corriente usando el voltaje del circuito en serie dividido por la resistencia.
Corriente = Voltaje / Resistencia
Fórmula para Calcular la Corriente usando la Ley de Ohm
Sabemos que el voltaje (V1) del circuito es 9V. Sin embargo, no conocemos la resistencia total del circuito, aunque conocemos todos los valores de resistencia de todas las resistencias de un circuito.
¿Cómo determinas el valor de resistencia total del circuito en serie?
Esto nos lleva a otro principio de los circuitos en serie: La resistencia total de un circuito es igual a la suma de todas las resistencias individuales.
Resistencia Total = R1 + R2 + Rn
Fórmula para Calcular la Resistencia Total en un Circuito en Serie
Eso significa que podemos hacer un cálculo matemático simple para obtener la resistencia total del circuito:
Resistencia = 220Ω + 220Ω
Resistencia = 440Ω
Conociendo la resistencia y el voltaje del circuito, ahora podemos calcular la corriente usando la ley de Ohm:
Corriente = 9V / 440Ω
Corriente = 0.2A
¿Cómo calcular la caída de voltaje?
En este punto, podrías preguntarte por qué estamos calculando la corriente del circuito cuando lo que buscamos es calcular la caída de voltaje en las resistencias del circuito.
Para calcular la caída de voltaje de una resistencia en un circuito en serie, vamos a usar la ley de Ohm que establece que el voltaje es igual a la corriente multiplicada por el valor de resistencia.
Voltaje = Corriente x Resistencia
Fórmula para Calcular el Voltaje usando la Ley de Ohm
Vamos a ver algunos ejemplos para calcular la caída de voltaje. Sin embargo, antes de revisar algunos ejemplos, hay otro principio que sirve como guía para determinar si los cálculos son correctos: el voltaje total de un circuito en serie es igual a la suma de todos los voltajes individuales.
Voltaje Total = V1+ V2 + Vn
Fórmula para Calcular el Voltaje Total en un Circuito en Serie
Ejemplo 1
En este primer ejemplo, vamos a continuar con el diagrama original que hemos estado usando para explicar qué es el circuito en serie y sus principios relacionados.
Dados los siguientes valores:
- Voltaje Total = 9V
- Resistencia R1 = 220Ω
- Resistencia R2 = 220Ω
- Corriente = 0.02A
Encuentra la caída de voltaje de la resistencia R1 y la resistencia R2.
Solución
Voltaje para la Resistencia R1 = 0.02A x 220Ω
Voltaje para la Resistencia R1 = 4.5V
Dado que el valor de resistencia de la resistencia R2 es el mismo, podemos inferir que la caída de voltaje para la resistencia R2 es la misma que la caída de voltaje calculada para la resistencia R1.
Voltaje para la Resistencia R2 = 0.02A x 220Ω
Voltaje para la Resistencia R2 = 4.5V
En caso de que necesitemos verificar la caída de voltaje en cada resistencia, podemos tomar como referencia el principio de que sumar todos los voltajes individuales del circuito debería ser igual al voltaje del circuito en serie.
Voltaje Total = Voltaje R1 + Voltaje R2
Voltaje Total = 9V = 4.5V + 4.5V
Ejemplo 2
Veamos un ejemplo de circuito en serie mucho más simple.
Dados los siguientes valores:
- Voltaje = 12V
- Resistencia R1 = 330Ω
Encuentra la caída de voltaje en la resistencia R1 y la corriente que fluye a través de la resistencia R1.
Solución
En este caso, no necesitamos calcular la caída de voltaje en la resistencia R1 ya que el ejercicio ya nos está diciendo el voltaje. Al usar el principio de que sumar todos los voltajes individuales del circuito debería ser igual al voltaje del circuito en serie, podemos inferir que el voltaje de la resistencia R1 es 12V.
Voltaje Total = Voltaje R1
12V = 12V
Para calcular la corriente que fluye a través de la resistencia R1, vamos a encontrar la corriente de todo el circuito.
¿Recuerdas el primer principio que cubrimos en el circuito en serie?
La corriente es la misma a través de todos los componentes del circuito. Por lo tanto, vamos a usar la fórmula de la ley de Ohm ya que tenemos el voltaje a través de la resistencia R1 y su valor de resistencia.
Corriente = 12V / 330Ω
Corriente = 0.036A
Ejemplo 3
Veamos un ejemplo con más componentes de resistencias en el circuito.
Dados los siguientes valores:
- Voltaje = 5V
- Resistencia R1 = 33Ω
- Resistencia R2 = 100Ω
- Resistencia R3 = 4.7kΩ
- Resistencia R4 = 220Ω
Encuentra la caída de voltaje en las resistencias R1, R2, R3 y R4, y la corriente que fluye a través de todo el circuito.
Solución
Para calcular la corriente del circuito vamos a usar la fórmula de la ley de Ohm ya que necesitamos obtener el valor de resistencia total del circuito.
Resistencia Total = R1 + R2 + R3 + R4
Resistencia Total = 33Ω + 100Ω + 4.7kΩ + 220Ω
Resistencia Total = 5,053Ω
Ahora podemos encontrar la corriente total ya que tenemos el voltaje total y la resistencia total.
Corriente Total = Voltaje Total / Resistencia Total
Corriente Total = 5V / 5,053Ω
Corriente Total = 0.00098A
Ahora que tenemos la corriente total del circuito, eso significa que tenemos la corriente que fluye a través de todas las resistencias.
Corriente Resistencia R1 = 0.00098A
Corriente Resistencia R2 = 0.00098A
Corriente Resistencia R3 = 0.00098A
Corriente Resistencia R4 = 0.00098A
Eso significa que podemos calcular la caída de voltaje o simplemente el voltaje a través de cada resistencia ya que tenemos el valor de resistencia así como el valor de corriente.
Voltaje para la Resistencia R1 = 0.00098A x 33Ω = 0.032V
Voltaje para la Resistencia R2 = 0.00098A x 100Ω = 0.098V
Voltaje para la Resistencia R3 = 0.00098A x 4.7kΩ = 4.6V
Voltaje para la Resistencia R4 = 0.00098A x 220Ω = 0.21V
En caso de que necesitemos verificar la caída de voltaje en cada resistencia, podemos tomar como referencia el principio de que sumar todos los voltajes individuales del circuito debería ser igual al voltaje del circuito en serie.
Voltaje Total = Voltaje R1 + Voltaje R2 + Voltaje R3 + Voltaje R4
Voltaje Total = 5V ≈ 0.032V + 0.098V + 4.6V + 0.21
Circuito en Paralelo
¿Qué es un Circuito en Paralelo?
Un circuito en paralelo es un circuito donde la electricidad puede viajar a través de varios caminos diferentes. Una analogía común usada para pensar en un circuito en paralelo es un río que se divide en varios arroyos diferentes.
Los circuitos en paralelo son diferentes de los circuitos en serie ya que el valor de corriente puede ser diferente en cada camino que viaja.
¿Cómo calcular la caída de voltaje?
Si miras el diagrama de circuito en paralelo anterior, tenemos dos caminos diferentes por donde fluye la corriente. Esto técnicamente significa que hay dos circuitos en serie en caso de que cada resistencia (R1 y R2) no estuviera conectada en el circuito usando el mismo voltaje.
Si recuerdas todos los principios de los circuitos en serie, uno establece que el voltaje total de un circuito en serie es igual a la suma de todos los voltajes individuales.
Sabiendo eso, podemos determinar la caída de voltaje sin hacer ningún cálculo para las resistencias R1 y R2 ya que conocemos el voltaje total del circuito.
Voltaje Resistencia R1 = 9V
Voltaje Resistencia R2 = 9V
En este caso, el voltaje es el mismo en ambos caminos del circuito en paralelo. Sin embargo, la corriente puede ser diferente en cada camino.
Corriente Resistencia R1 = Voltaje Resistencia R1 / Resistencia R1
Corriente Resistencia R1 = 9V / 330Ω = 0.027A
Corriente Resistencia R2 = Voltaje Resistencia R2 / Resistencia R2
Corriente Resistencia R2 = 9V / 100Ω = 0.09A
Veamos algunos ejemplos para calcular la caída de voltaje en diferentes circuitos en paralelo.
Ejemplo 1
Dado el siguiente circuito.
Calcula la caída de voltaje en las resistencias R1, R2 y R3.
Solución
Todos los caminos en el circuito en paralelo tienen solo una resistencia en serie. Esto es más fácil de visualizar si dividimos el circuito en paralelo en múltiples circuitos en serie, tendremos los siguientes circuitos.
Eso significa que el voltaje a través de cada resistencia es el mismo que el voltaje total del circuito.
Voltaje Resistencia R1 = 12V
Voltaje Resistencia R2 = 12V
Voltaje Resistencia R3 = 12V
Ejemplo 2
Veamos un ejemplo un poco más complejo. Dado el siguiente circuito.
Calcula la caída de voltaje en las resistencias R1, R2 y R3.
Solución
Para hacer las cosas simples, recomiendo dividir el circuito en paralelo en múltiples circuitos en serie.
De esta manera, podemos inferir que el voltaje a través de la resistencia R3 será el mismo del voltaje total del circuito.
Voltaje Resistencia R3 = 9V
Esto es un poco diferente en el caso del otro circuito en serie, primero necesitamos calcular la corriente total que fluye en ese circuito para que podamos aplicar la fórmula de la ley de Ohm para calcular el voltaje a través de las resistencias R1 y R2.
Recuerda, la corriente es la misma a través de todos los componentes en un circuito en serie. Por lo tanto, sumaremos todas las resistencias en el circuito y calcularemos el voltaje.
Corriente Total en Circuito en Serie = 9V / (150Ω + 330Ω) = 0.01875A
Corriente Total en Circuito en Serie = Corriente Resistencia R1 = Corriente Resistencia R2
Corriente Resistencia R1 = 0.01875A
Corriente Resistencia R2 = 0.01875A
Ahora, que tenemos la corriente que fluye en cada resistencia (R1 y R2), podemos calcular la caída de voltaje a través de las resistencias.
Voltaje para la Resistencia R1 = 0.01875A x 150Ω = 2.8125V
Voltaje para la Resistencia R2 = 0.01875A x 330Ω = 6.1875V
¿Por qué necesito reducir el voltaje en un circuito?
La mejor manera de entender por qué necesitamos reducir el voltaje en un circuito es viendo un ejemplo. Si tienes una bombilla LED y una batería de 9V, ¿conectarías el LED directamente a la batería?
Depende.
Necesitamos mirar el rango de voltaje aceptable que el LED necesita para encender la luz. Generalmente, las luces LED tienen un rango de voltaje entre 1.8V y 3.4V dependiendo del color del LED.
Ahora, si sabemos que el rango de voltaje para nuestro LED está entre 3V y 3.2V, y conectamos el LED directamente a la batería, matará el LED.
Por lo tanto, necesitamos calcular cuánta resistencia podemos usar para reducir el voltaje de la batería de 9V. Una vez que hagamos el cálculo, encontramos la resistencia apropiada usando el código de color de resistencias para determinar la correcta. Finalmente, usamos la resistencia en el circuito en serie con el LED, previniendo matar la bombilla una vez que la batería esté conectada.
Conclusión
Calcular la caída de voltaje en resistencias puede ser confuso al principio. Los consejos para hacer este cálculo más simple son:
- Entender la ley de Ohm y sus diferentes variaciones de la fórmula para encontrar resistencia, voltaje y corriente en un circuito y componentes del circuito.
- Determinar qué tipo de circuito tenemos, ya sea un circuito en serie o un circuito en paralelo
- Entender los principios de los circuitos en serie y en paralelo
- Convertir un circuito en paralelo en múltiples circuitos en serie.