Fundamentos de electricidad
Seis lecciones que van de la ley de Ohm a la iluminación de una casa. Cada lección abre con la teoría que necesitas y sigue con un laboratorio interactivo donde mueves controles, abres interruptores y fundes componentes mientras los cálculos se actualizan.
¿Qué es un circuito eléctrico?
Un circuito es un camino cerrado por donde circulan cargas eléctricas. Siempre tiene cuatro partes, y su comportamiento lo resume una sola relación: la ley de Ohm.
Partes de un circuito
- Fuente: entrega la energía (batería, fuente DC).
- Conductor: cables que forman el camino.
- Carga: transforma la energía (lámpara, LED, motor).
- Control: abre o cierra el camino (interruptor).
Analogía hidráulica
El voltaje es la presión de la bomba, la corriente es el caudal de agua y la resistencia es qué tan estrecha es la tubería. Más presión o tubería más ancha significan más caudal.
I = 12 V / 48 Ω = 0.25 A
P = 12 V × 0.25 A = 3 W
En el laboratorio vas a observar los tres estados de un circuito: cerrado, abierto y en cortocircuito, y cómo cambian I y P cuando mueves V y R.
Fuente, interruptor y lámpara
El circuito más simple: una fuente empuja corriente a través de una lámpara. Cambia el voltaje y la resistencia, y compara los tres estados de un circuito.
Circuito cerrado
Camino continuo desde el borne + hasta el −. La corriente circula y la carga funciona: I = V / R.
Circuito abierto
El camino se interrumpe (interruptor, cable roto). La resistencia es infinita e I = 0 A. La tensión aparece entre los contactos abiertos.
Cortocircuito
Un conductor de resistencia casi nula puentea la carga. La corriente sube sin control, la lámpara se apaga y el cable se calienta. Lo detiene un fusible o breaker.
Empuje eléctrico. Voltios.
Flujo de carga. Amperios.
Oposición al flujo. Ohmios.
Energía por segundo. Vatios.
El diodo LED y su resistencia
Un LED es un diodo: deja pasar corriente en un solo sentido y emite luz cuando conduce. A diferencia de una lámpara, no limita su propia corriente, así que necesita una resistencia en serie.
Ánodo y cátodo
La corriente entra por el ánodo (+, pata larga) y sale por el cátodo (−, pata corta, lado plano). En el símbolo, el triángulo apunta en el sentido de la corriente.
Tensión directa (Vf)
El LED necesita una tensión mínima para encender, que depende del color: rojo ≈ 2.0 V, verde ≈ 2.2 V, azul y blanco ≈ 3.0–3.2 V. Por debajo de Vf no hay luz.
¿Por qué la resistencia?
Una vez superada Vf, la corriente del LED crece casi sin freno. La resistencia toma la tensión sobrante (V − Vf) y fija la corriente en un valor seguro, normalmente 10–20 mA.
R = (9 − 2.0) / 0.020 = 350 Ω → valor comercial: 390 Ω
I real = (9 − 2.0) / 390 = 17.9 mA ✓
En el laboratorio vas a cambiar el color del LED, invertir su polaridad y encontrar qué resistencia lo mantiene en rango… y cuál lo quema.
Resistencia limitadora y LED
Un LED no se conecta directo a la fuente: necesita una resistencia que absorba la tensión sobrante. Cambia el color, invierte el LED y busca el valor de R que lo mantiene en 20 mA.
LED
Diodo emisor de luz. Solo conduce de ánodo a cátodo y necesita una tensión mínima (Vf) que depende del color. Corriente típica: 20 mA.
Resistencia limitadora
Absorbe la tensión sobrante (V − Vf) y fija la corriente. Sin ella, el LED se destruye. R = (V − Vf) / I.
Polarización
Directa: ánodo hacia + y el diodo conduce. Inversa: ánodo hacia − y el diodo bloquea; I = 0 A, se comporta como circuito abierto.
Vf típicos: rojo 2.0 V, verde 2.2 V, azul 3.2 V. Verifica la hoja de datos del LED real.
Conexión en serie
En serie los componentes se conectan uno tras otro, formando un único camino. Eso tiene dos consecuencias que se pueden medir y una desventaja práctica.
Misma corriente
Como solo hay un camino, la corriente es la misma en todos los elementos: I = IR = ILED1 = ILED2 = ILED3.
Las tensiones se suman
Ley de voltajes de Kirchhoff (LKV): en una malla cerrada, la suma de las caídas de tensión es igual a la tensión de la fuente.
Desventaja
Si un elemento se abre (se funde), el camino se interrumpe y todo el circuito deja de funcionar.
ΣVf = 2.0 + 2.2 + 3.2 = 7.4 V
R = (12 − 7.4) / 0.020 = 230 Ω → comercial: 220 Ω o 270 Ω
Comprobación LKV: 12 = 4.6 + 7.4 ✓
En el laboratorio vas a comprobar que la corriente es igual en todo el lazo, que la fuente debe superar ΣVf y qué pasa cuando fundes un LED.
LEDs RGB en serie
Tres LEDs en un único camino comparten la misma corriente y sus caídas de tensión se suman. Haz clic en un LED para fundirlo y observa qué pasa con los demás.
Circuito en serie
Los elementos van uno tras otro en un único camino. La misma corriente atraviesa todos: I es igual en R y en cada LED.
Ley de voltajes de Kirchhoff
La suma de caídas en la malla iguala la fuente: V = V_R + Vf₁ + Vf₂ + Vf₃. Por eso la fuente debe superar ΣVf.
Falla en serie
Si un elemento se abre, se corta el único camino y todo se apaga. Es la desventaja clásica de las conexiones en serie.
Vf típicos: rojo 2.0 V, verde 2.2 V, azul 3.2 V. ΣVf = 7.4 V.
Conexión en paralelo
En paralelo cada componente tiene su propio camino entre los mismos dos nodos. Es la conexión que se usa en casas, tableros y casi cualquier instalación real.
Misma tensión
Todas las ramas están conectadas a los mismos nodos, así que todas reciben la misma tensión V de la fuente.
Las corrientes se suman
Ley de corrientes de Kirchhoff (LKC): la corriente que entra a un nodo es igual a la suma de las que salen. La fuente entrega la suma de todas las ramas.
Independencia
Si una rama se abre, las demás siguen funcionando. Por eso cada LED lleva su propia resistencia: una sola resistencia compartida no reparte bien la corriente.
I rojo = (9 − 2.0) / 390 = 17.9 mA
I verde = (9 − 2.2) / 390 = 17.4 mA
I azul = (9 − 3.2) / 390 = 14.9 mA
IT = 17.9 + 17.4 + 14.9 = 50.2 mA
En el laboratorio vas a ver cómo cada rama toma su propia corriente, cómo se suman en la fuente y por qué falla el atajo de usar una sola resistencia.
LEDs RGB en paralelo
Cada LED tiene su propia rama y su propia resistencia. Todas las ramas ven la misma tensión y la fuente entrega la suma de sus corrientes. Prueba también el error de usar una sola resistencia.
Circuito en paralelo
Cada rama se conecta entre los mismos dos nodos. Todas reciben la misma tensión V, y si una falla las demás siguen funcionando.
Ley de corrientes de Kirchhoff
La corriente que entra a un nodo es igual a la que sale: I_T = I₁ + I₂ + I₃. La fuente entrega la suma de todas las ramas.
Una sola R para varios LEDs
Error común: el LED de menor Vf fija la tensión del nodo y acapara la corriente; los demás no encienden. Cada LED necesita su propia resistencia.
Modelo ideal de LED con Vf fijo: rojo 2.0 V, verde 2.2 V, azul 3.2 V.
La instalación de iluminación de una casa
Todo lo que viste en las lecciones anteriores está en las paredes de tu casa. La iluminación residencial es un circuito en paralelo con protección general y controles por habitación.
Tablero y breaker
La energía llega al tablero. El breaker (interruptor automático) está en serie con todo el circuito: protege contra sobrecorriente y cortocircuito, y permite desenergizar la instalación para trabajar con seguridad.
Ramas en paralelo
Cada luminaria es una rama. Todas reciben la misma tensión y cada una se controla de forma independiente con su interruptor sencillo.
Conmutador de 3 vías
Para controlar una luz desde dos puntos (pasillo, escalera) se usan dos conmutadores unidos por dos hilos viajeros. La luz enciende cuando ambos eligen el mismo viajero.
Tabla de verdad · conmutada
| Conmutador A | Conmutador B | Luz |
|---|---|---|
| Viajero 1 | Viajero 1 | Encendida |
| Viajero 1 | Viajero 2 | Apagada |
| Viajero 2 | Viajero 1 | Apagada |
| Viajero 2 | Viajero 2 | Encendida |
I rama = (12 − 3.0) / 470 = 19.1 mA
Con 3 encendidas: IT = 3 × 19.1 = 57.4 mA
PT = 12 × 0.0574 = 0.69 W
En el laboratorio vas a operar los interruptores de cada habitación, controlar el pasillo desde sus dos extremos y bajar el breaker general.
Modelo didáctico en DC de baja tensión. La instalación real en Colombia es AC 120 V y se rige por el RETIE.
Iluminación de una casa
Cada habitación es una rama en paralelo con su interruptor de pared. El pasillo usa dos conmutadores de 3 vías y todo pasa por el breaker general. El plano y el esquema se mueven juntos.
Instalación en paralelo
En una casa, cada luminaria es una rama. Todas reciben la misma tensión y cada una se controla sola. Por eso apagar la cocina no apaga la sala.
Conmutador de 3 vías
Dos interruptores unidos por dos hilos viajeros. La luz enciende cuando ambos eligen el mismo viajero; cualquiera de los dos la cambia. Típico en pasillos y escaleras.
Breaker general
Está en serie con todas las ramas, antes del reparto. Si se abre, toda la casa queda sin corriente, sin importar la posición de los interruptores.
Modelo didáctico en DC de baja tensión. La instalación real es AC 120 V y se rige por el RETIE.
Procedimiento para diseñar una instalación LED
El ejercicio te pide diseñar tres ramas de iluminación en paralelo. Cada vez que lo abras los datos cambian. Sigue este procedimiento y verifica tus resultados.
Paso 1 · Identifica los datos
Tensión de la fuente V, corriente de trabajo I y color de cada LED. Busca el Vf correspondiente a cada color.
Paso 2 · Calcula cada rama
Aplica R = (V − Vf) / I en cada rama. Convierte la corriente a amperios antes de dividir (15 mA = 0.015 A).
Paso 3 · Suma en la fuente
Con todas las ramas encendidas, IT = I₁ + I₂ + I₃ y la potencia total es PT = V · IT.
Tolerancia aceptada al verificar: ±3 %
Escribe tus respuestas con el valor calculado, sin redondear a valores comerciales.
Ejercicio: diseña la iluminación
Cada ejercicio se genera con datos distintos. Calcula, escribe tus resultados y verifica. Si te bloqueas, revisa la solución paso a paso.
Enunciado
Tolerancia aceptada: ±3 %. Vf típicos: rojo 2.0 V, verde 2.2 V, azul 3.2 V, blanco 3.0 V.