Convención pasiva de signos - Circuitos
Introducción
Para aprender a realizar análisis de circuitos, es muy importante examinar cada elemento que está presente en el circuito, así como determinar si dichos elementos absorben o aportan energía. Para poder lograrlo, necesitamos aprender la regla “Convención pasiva de signos”, una herramienta que nos ayudará a determinar la acción que está realizando cada elemento del circuito.
¿Qué es la convención pasiva de los signos?
Es una regla que nos ayuda a determinar si un elemento está absorbiendo o suministrando potencia al circuito eléctrico, además nos ayuda a realizar análisis de circuitos estableciendo la polaridad de los elementos y la dirección del flujo de corriente. Esta regla nos dice que un elemento está suministrando potencia cuando la corriente fluye desde el terminal negativo del elemento hacia el terminal positivo.
Para que se considere que un elemento está absorbiendo potencia, la corriente debe fluir desde el terminal positivo del circuito hacia el terminal negativo. A continuación mostramos dos elementos de un circuito, uno está suministrando potencia y otro está absorbiendo potencia.
Los elementos que entregan energía, o elementos activos, son fuentes de voltaje y corriente, y los elementos que absorben energía son elementos pasivos, como resistencias, inductores y capacitores.
Polaridad de voltaje utilizando convención pasiva de signos
La dirección de la corriente nos ayuda a determinar la polaridad de los elementos en el circuito y a medir su voltaje.
Para elementos activos, la convención pasiva de signos nos dice que la polaridad del voltaje con respecto a la corriente es la siguiente:
Para elementos pasivos, la convención pasiva de signos nos dice que la polaridad con respecto a la corriente es la siguiente:
Dirección de corriente utilizando convención pasiva de signos
La convención pasiva de signos nos dice que la corriente fluye desde el terminal negativo hacia el positivo para elementos activos (como fuentes de voltaje o corriente), y para el caso de elementos pasivos (Resistencias, inductor, capacitor) la corriente fluye desde el terminal positivo hacia el negativo.
Por ejemplo, si tenemos el siguiente circuito, la corriente fluiría de la siguiente manera, recordando que la corriente es la misma para todos los elementos que juntos forman un circuito cerrado (Malla).
También se puede visualizar la corriente de la siguiente manera, por ejemplo, digamos que la corriente vale 8 amperes.
En este caso la corriente vale + 8 amperes, recalcando que el signo positivo indica que está siguiendo la convención pasiva de los signos.
Pero digamos que queremos cambiar el flujo de la corriente, y ponerlo en sentido opuesto a la convención pasiva de signos, en ese caso, la corriente valdría – 8 amperes. La corriente sigue valiendo 8 amperes, pero tiene signo negativo porque está en sentido opuesto a la convención pasiva de signos.
Análisis de potencia utilizando la convención pasiva de signos
La convención pasiva de signos también nos indica que si la corriente de un elemento entra por la terminal positiva, se considera que esta es una potencia positiva (p = +vi), dicho caso indica que el elemento está absorbiendo potencia. Si la corriente del elemento entra por la terminal negativa, se considera que esta es una potencia negativa (p = -vi), dicho caso indica que el elemento está entregando potencia.
Los elementos que entregan energía son fuentes de voltaje y corriente (Elementos activos), y los elementos que absorben energía son elementos pasivos, como resistencias, inductores y capacitores.
Ejemplo
Tenemos el siguiente circuito que se compone de una fuente de voltaje y una carga.
Para determinar si los elementos están entregando o recibiendo potencia debemos seguir la convención pasiva de signos.
Para la potencia 1 (P1), que es para la fuente de voltaje, notamos que la corriente fluye desde el terminal negativo hacia el positivo, por lo tanto, está entregando energía, y la potencia se calcularía así:
Para la potencia 2 (P2), que es para la carga, la corriente fluye desde el terminal positivo hacia el negativo, lo que indica que está absorbiendo energía y la potencia se calcularía así:
Por lo que podemos decir que, una potencia negativa indica una fuente que está entregando energía, y una potencia positiva indica una carga que está absorbiendo energía.
Ejercicio
Determina la potencia de cada elemento del circuito utilizando la convención pasiva de signos, indicando si el elemento absorbe o entrega potencia.
Elemento A
La corriente está entrando por la terminal positiva y saliendo por la negativa, lo que indica que está absorbiendo energía. Por lo tanto para calcular la potencia:
Elemento B
La corriente está entrando por la terminal negativa y saliendo por la positiva, lo que indica que está entregando energía (Es una fuente). Por lo tanto para calcular la potencia:
Elemento C
La corriente está entrando por la terminal positiva y saliendo por la negativa, lo que indica que está absorbiendo energía. Por lo tanto para calcular la potencia:
Elemento D
La corriente está entrando por la terminal negativa y saliendo por la positiva, lo que indica que está entregando energía. Por lo tanto para calcular la potencia:
Elemento E
La corriente está entrando por la terminal negativa y saliendo por la positiva, lo que indica que está entregando energía. Por lo tanto para calcular la potencia, sabiendo que el valor de la corriente ix es la misma que circula por el elemento B.
Conclusión
La mayoría de los libros de texto que encuentres notarás que utilizan la convención pasiva de signos explicada en este artículo, pero quizá en otros libros o ejercicios, notes que no se sigue la convención pasiva. En este caso debemos comprender que lo importante es determinar si un elemento está entregando o absorbiendo energía, y la convención pasiva de signos nos ayudará a determinar esto, además de que nos facilitará la tarea de realizar análisis de circuitos.
Elementos pasivos de circuitos eléctricos
Ley de Ohm