Circuito en Serie

Un circuito en serie es aquel en el que los componentes eléctricos (como resistencias, lámparas o interruptores) se enlazan en cadena, uno tras otro, creando una única trayectoria por la que la corriente eléctrica puede fluir desde la fuente de energía hasta el final del circuito.

Por ejemplo, en el caso típico es el de un interruptor y una lámpara, el interruptor se coloca en serie con la lámpara para controlar el paso de corriente. Si el interruptor se abre (apaga), la corriente se interrumpe y la lámpara deja de funcionar.

En las conexiones de los circuitos eléctricos en serie, la corriente es la misma en todos los puntos del circuito, mientras que el voltaje total de la fuente se divide entre los diferentes componentes.

Características Principales de los Circuitos en Serie

Los circuitos en serie presentan propiedades únicas que determinan su comportamiento eléctrico y sus aplicaciones prácticas.

Voltaje de un Circuito en Serie

En un circuito serie, la tensión total del generador (fuente de alimentación) se divide entre todos los receptores conectados. Esto significa que cada componente recibe solo una parte del voltaje total.

Por ejemplo, si conectamos 2 lámparas idénticas en serie (suponiendo lámparas de filamento) a una batería de 12 V, cada una recibirá aproximadamente 6 V. Como resultado, brillarán con menos intensidad que si estuvieran conectadas individualmente. Cuantas más lámparas conectemos, menor será la tensión que recibirá cada una.

Corriente de un Circuito en Serie

La corriente eléctrica es la misma en todos los puntos del circuito en serie, ya que no hay derivaciones. Esto implica que, si uno de los componentes falla o se desconecta, la corriente se interrumpe en todo el circuito (efecto de circuito abierto).

Por ejemplo, en una serie de luces navideñas antiguas, si una bombilla se fundía, todas las demás dejaban de funcionar.

Ejemplos de Circuitos Serie

A continuación, se analizan 2 ejemplos prácticos de circuitos configurados en serie, caracterizados por una trayectoria única para la corriente y la misma intensidad en todos los elementos.

Ejemplo 1 de Circuito en Serie

Analizar la conexión del siguiente circuito serie:

La corriente fluye desde el polo positivo (+) de la pila a través de un conductor que se conecta al terminal izquierdo de la lámpara L1. Desde el terminal derecho de esta lámpara, otro conductor se extiende hacia la derecha, desciende, rodea a la pila y se conecta al terminal izquierdo de la lámpara L2.

Finalmente, un último conductor sale del terminal derecho de la lámpara L2 y regresa al polo negativo (–) de la batería, completando así un único camino para la corriente. Por tanto, la configuración del circuito es en serie.

Es importante destacar que en el esquema se muestran dos cruces de cables sin punto de conexión. Esto indica que los conductores se cruzan sin hacer contacto eléctrico (uno pasa por encima del otro). De haber existido un punto de unión (nodo) en alguno de esos cruces, se habrían creado derivaciones o caminos alternativos, dejando de ser una conexión puramente en serie.

Ejemplo 2 de Circuito en Serie

Analizar la conexión del siguiente circuito serie:

El circuito se inicia en el polo positivo (+) de la pila, desde donde un conductor se dirige al terminal de entrada izquierdo de la lámpara L2. La corriente sale por el terminal derecho de esta lámpara y, a través de un conductor, asciende para alimentar el terminal izquierdo de la lámpara L1. Tras atravesarla, la corriente sale por su terminal derecho.

En este punto, la representación esquemática muestra un nodo del cual parten 2 conductores distintos que convergen nuevamente en el polo negativo (–) de la pila, formando así 2 caminos físicos paralelos para el retorno de la corriente.

Sin embargo, asumiendo que se trata de conductores ideales (con resistencia nula), esta configuración no altera la naturaleza en serie del circuito.

La razón es que 2 conductores ideales en paralelo son equivalentes a un único conductor ideal, ya que ambos caminos mantienen los mismos puntos (el nodo y el negativo de la pila) al mismo potencial eléctrico.

Por lo tanto, no se crea una derivación que alimente componentes adicionales; simplemente se ofrece un camino de resistencia cero para el retorno de la corriente, manteniéndose la conexión en serie de las 2 lámparas.

Aplicaciones Prácticas de los Circuitos en Serie

Las conexiones en serie, a pesar de sus desventajas, tienen aplicaciones prácticas muy concretas donde su configuración única resulta ser la solución ideal.

Divisores de Voltaje

Una de las aplicaciones más importantes de los circuitos en serie es la creación de divisores de voltaje. Este es un circuito simple que toma un voltaje de entrada (V_i) y lo reduce a un voltaje de salida (V_o) más bajo y predecible.

Para hacerlo, se utilizan 2 o más resistencias en serie. La caída de voltaje a través de cada resistencia es proporcional a su valor, lo que permite obtener un voltaje específico en un punto intermedio. Esto es fundamental en electrónica para alimentar componentes que requieren un voltaje menor que el de la fuente principal, como microcontroladores o sensores.

La corriente I se calcula con la fórmula de la Ley de Ohm para resistencias en serie:

La tensión de salida V_o se obtiene aplicando la Ley de Ohm a la resistencia R₂:

Se pueden realizar estos cálculos de forma sencilla y automática mediante nuestra herramienta de divisor de tensión.

Fuentes de Alimentación y Baterías

En las fuentes de alimentación y baterías, los circuitos en serie se utilizan para aumentar el voltaje total. Al conectar las baterías de forma que el polo positivo de una se une al negativo de la siguiente, se suman los voltajes individuales.

Por ejemplo, si se conectan tres pilas de 1,5 V en serie, el voltaje total será de 4,5 V, aunque la capacidad (Ah) no cambia.

Esta técnica es común en aparatos que requieren un voltaje más alto, como linternas, mandos a distancia o dispositivos electrónicos portátiles.

Limitación de Corriente

En electrónica, los circuitos en serie se usan para limitar la corriente que llega a un componente sensible, como un diodo LED (semiconductor que emite luz).

Al colocar una resistencia (Rs) en serie con el LED, se reduce la corriente que lo atraviesa, evitando que se queme. La resistencia limita el flujo de electrones, asegurando que el LED funcione de forma segura y eficiente.

La caída de tensión V_F que se produce entre los extremos del diodo LED cuando por él fluye la corriente suele ser del orden de 1,8 a 3,5 V dependiendo principalmente de su color. La caída de tensión determina el valor de la resistencia limitadora que se debe colocar en serie con el LED.

Entonces, la corriente I del circuito se obtiene aplicando la Ley de Ohm a la resistencia serie Rs. Como la caída de tensión en la resistencia es V – V_F, tenemos que:

Elementos de Seguridad

Los fusibles y los interruptores automáticos se conectan en serie con el componente o el circuito que protegen. La razón es simple: si el fusible (F) se quema debido a una sobrecarga, se rompe el circuito y se interrumpe el flujo de corriente a todo el sistema. Esto evita daños mayores en la instalación.

Un interruptor de seguridad funciona de la misma manera: al ser accionado, abre el circuito, interrumpiendo el flujo de energía a todos los componentes que están conectados en serie.

Ventajas y Desventajas de un Circuito en Serie

La configuración en serie es uno de los principios más elementales y, a la vez, uno de los más inflexibles en el diseño de circuitos eléctricos. Su conexión de los componentes uno tras otro en una única trayectoria para la corriente, la convierte en una opción sencilla. Sin embargo, esta misma característica es la raíz de sus limitaciones y sus fortalezas.

A diferencia de otras configuraciones, como el circuito en paralelo, las conexiones en serie no permiten la independencia de los componentes, lo que crea una interdependencia crítica que puede ser tanto una ventaja de control como una desventaja de vulnerabilidad.

Por ello, la selección de un circuito en serie debe basarse en necesidades específicas, como la suma de voltajes o la simplicidad de control. Sin embargo, esta ventaja debe ponderarse rigurosamente frente al riesgo inherente de depender de un punto único de fallo.

Analizar las ventajas y desventajas de este tipo de circuito es fundamental para cualquier técnico o aficionado, ya que permite comprender por qué se elige en ciertas aplicaciones y por qué se evita en otras.

Ventajas del Circuito en Serie

Aunque a menudo se subestima su utilidad en favor de los circuitos en paralelo, la configuración en serie posee ventajas únicas que la hacen indispensable en el diseño electrónico y eléctrico. Su principio fundamental de un único camino para la corriente no es una limitación, sino la base de muchas aplicaciones críticas:

– Simplicidad y bajo coste de cableado: al haber un único camino para la corriente, la conexión en serie es muy sencilla de diseñar y de cablear. Se requiere menos cable que en otros tipos de circuitos, lo que reduce el coste de instalación.

– Aumento de voltaje: conectar fuentes de energía en serie, como baterías o paneles solares, permite sumar sus voltajes. Esto es útil para obtener un voltaje más alto sin necesidad de adquirir una fuente de energía más grande.

– Control de corriente: la corriente es la misma en todo el circuito. Esto facilita la monitorización y el control de la corriente, ya que solo se necesita un amperímetro para medirla en cualquier punto del circuito.

– Divisor de voltaje: los circuitos en serie se pueden utilizar como divisores de voltaje. Esto permite obtener un voltaje de salida más bajo que el de la fuente de alimentación, una función muy útil en electrónica.

– Funcionamiento coordinado y en cadena: en ciertas aplicaciones, la característica de "todo o nada" es una ventaja de diseño. Muchos sistemas de seguridad, como sistemas de alarma antirrobo, utilizan interruptores magnéticos (en puertas y ventanas) conectados en serie. Si un solo sensor se abre (por ejemplo, al abrir una ventana), se interrumpe toda la corriente y se activa la alarma.

Desventajas del Circuito en Serie

Aunque los circuitos en serie poseen aplicaciones específicas valiosas, presentan desventajas fundamentales debido a su configuración inherente. Estas limitaciones los hacen inviables para la mayoría de aplicaciones domésticas, industriales y electrónicas modernas. Su uso contradice los principios de independencia y fiabilidad exigidos en estos entornos:

– Punto único de fallo: esta es la principal y más significativa desventaja. Si un solo componente del circuito falla, se interrumpe el flujo de corriente en todo el circuito y todos los demás componentes dejan de funcionar.

– Dependencia del voltaje: a medida que se añaden más componentes a un circuito en serie, el voltaje total se divide entre ellos. Esto significa que cada componente recibe una tensión menor. En el caso de las luces, esto hace que cada bombilla brille con menos intensidad.

– No se pueden controlar componentes por separado: para encender o apagar un componente en un circuito en serie, es necesario encender o apagar todo el circuito. No existe la posibilidad de controlar cada elemento de forma independiente.

– Mayor resistencia total: la resistencia total de un circuito serie es la suma de las resistencias individuales. Esto puede llevar a una reducción de la corriente total del circuito.

Estas limitaciones estructurales confinan el uso de los circuitos puramente en serie a aplicaciones muy específicas donde sus desventajas se convierten en ventajas (como en cadenas de seguridad) o donde su simplicidad es el factor principal.

Para la gran mayoría de aplicaciones que requieren fiabilidad, control independiente y un voltaje estable, la topología en paralelo es la solución óptima y universalmente adoptada.

También te puede interesar:

Circuito en Paralelo

Circuito en Cortocircuito

Circuito Abierto