Los circuitos abiertos son fundamentales para la seguridad y la fiabilidad de los sistemas eléctricos. A menudo se consideran fallos o errores. Sin embargo, su uso intencional en sistemas eléctricos garantiza la seguridad y la fiabilidad del sistema. Por ejemplo, los circuitos abiertos, como interruptores y fusibles, son fundamentales para evitar daños por sobrecorriente en los dispositivos.

Por otro lado, cuando la corriente no fluye de la fuente a la carga sin intervención, se denomina falla de circuito abierto. Este tipo de circuito abierto no es deseable y debe abordarse a tiempo. Una falla de circuito abierto puede causar daños al sistema y, en el peor de los casos, una falla completa. Para garantizar la seguridad y la confiabilidad del sistema, las fallas de circuito abierto deben abordarse a tiempo.

Diversos dispositivos electrónicos, como disyuntores, fusibles y transistores, se utilizan ampliamente en sistemas eléctricos. Estos dispositivos funcionan según el principio de circuitos abiertos. Por ejemplo, cuando el dispositivo consume corriente por encima de un límite especificado, el fusible crea un circuito abierto e interrumpe la ruta del circuito. Por lo tanto, comprender los circuitos abiertos y sus principios de funcionamiento es fundamental para que los profesionales de la ingeniería eléctrica diseñen sistemas eléctricos robustos.

Este artículo le ayudará a comprender los conceptos de circuitos abiertos, sus causas, características, principios clave y cómo se diferencian de los cortocircuitos. También explora el papel de los circuitos abiertos en la seguridad y la confiabilidad del sistema.

¿Qué es un circuito abierto?

Un circuito electrónico es simplemente un circuito cerrado. La corriente fluye de la fuente a la carga a través de este circuito cerrado. Por otro lado, un circuito abierto es una condición en la que la corriente no puede fluir de la fuente a la carga. Esto puede ocurrir por diversas razones, como conexiones sueltas y cables rotos. En algunos casos, el sobrecalentamiento de los cables puede provocar su rotura. Si el circuito abierto no es necesario, puede causar fluctuaciones de voltaje y un consumo innecesario de energía.

Tomemos como ejemplo una luz LED, como se muestra en la Figura 1. Cuando el interruptor actúa como cortocircuito, la corriente fluye de la fuente a la carga y activa el LED. Por otro lado, cuando el interruptor actúa como circuito abierto, como se muestra en la Figura 2, la corriente no circula de la fuente a la carga y el LED permanece apagado. Por lo tanto, cabe destacar que la posición de un interruptor en circuito abierto o cortocircuito altera el funcionamiento completo del circuito.

Comprensión de los circuitos abiertos

Para trabajar con circuitos eléctricos, es fundamental comprender la anatomía de los circuitos abiertos y los cortocircuitos. Comprender estos conceptos puede ayudar a prevenir daños en los sistemas eléctricos y garantizar la seguridad. En esta sección, abordaremos en profundidad los detalles y las especificaciones técnicas de la anatomía de los circuitos abiertos y su resistencia.

La anatomía de un circuito abierto

La anatomía, en general, es el estudio de la estructura de un sistema. Por lo tanto, la anatomía de circuitos es el estudio de la estructura de un circuito. Comprender la anatomía de circuitos ayuda a los ingenieros a identificar y diagnosticar fallas en los sistemas eléctricos.

Un circuito tiene componentes básicos que son esenciales para mantener el flujo de electrones. Un circuito abierto es un tipo de circuito electrónico que impide el flujo de corriente hacia la carga. Un circuito abierto tiene los siguientes componentes clave.

1.     Fuente de alimentación: Generalmente, las baterías o celdas solares actúan como fuente de energía principal. La fuente de energía suele estar activa, pero la corriente no fluye en el circuito debido a un cable roto o una conexión suelta.

2.     Carga: Componente de un circuito que consume energía eléctrica para producir la salida deseada, como una resistencia, un ventilador y una bombilla.

3.     Cables rotos: Las roturas de cables pueden deberse a diversos factores, como el sobrecalentamiento y componentes defectuosos. Estos cables rotos crean un circuito abierto que provoca el mal funcionamiento del circuito.

4.     Cambiar: El interruptor es el dispositivo que conectamos intencionalmente al circuito para un flujo controlado de corriente, como un relé, un transistor, un tiristor o un diodo.

Resistencia de circuito abierto

Cuando el cable o conductor que conecta el circuito para formar un bucle cerrado se rompe o interrumpe, detiene el flujo de corriente. La ley de Ohm establece que la resistencia se opone al flujo de corriente. Por lo tanto, teóricamente, una corriente cero en el circuito ofrece una resistencia infinita. Esta resistencia infinita se conoce como resistencia de circuito abierto. Para la condición de circuito abierto, se puede concluir que:

   La aplicación de la Ley de Ohm establece que:

La resistencia de circuito abierto desempeña un papel importante en los sistemas eléctricos, ya que representa el bloqueo o la interrupción completa del circuito. Generalmente, una resistencia infinita en el circuito indica un mal funcionamiento que puede causar daños al sistema si no se corrige a tiempo. Por ejemplo, un funcionamiento anormal de un teléfono inteligente puede deberse a tensión física o a pistas rotas en la placa de circuito impreso (PCB). Estas pistas rotas provocan un circuito abierto. Otras posibles causas de circuito abierto en dispositivos electrónicos pueden incluir tensión física, vibraciones intensas y variaciones extremas de temperatura.

Causas de los circuitos abiertos  

La posibilidad de que se produzca un circuito abierto puede ser intencional o no. Sin embargo, las causas más comunes son fallos de componentes, factores externos y errores humanos.

Falla de componente

Cuando uno o más componentes de un circuito presentan fallas o están dañados. Las causas de fallo de un componente pueden ser diversas, pero las más comunes son:

1.     Resistencias fundidas: En los circuitos electrónicos, las resistencias suelen quemarse por sobrecalentamiento, lo que crea un circuito abierto.

2.     Cables rotos: Con el paso del tiempo y el envejecimiento, los cables pueden romperse y crear un circuito abierto. Otras causas de rotura de cables también pueden deberse al estrés físico y a accidentes.

3.     Interruptores defectuosos: Un problema común es el fallo del sistema de iluminación. Esto se debe a un interruptor defectuoso. El fallo del interruptor provoca un circuito abierto.

Factores externos

Varios factores externos también contribuyen de manera significativa a las fallas de circuito abierto.

1.     Factores climáticos: Un mal funcionamiento de un circuito también puede deberse a variaciones en la temperatura que provocan una condición de circuito abierto.

2.     Fallo de energía: Un corte de energía es una falla importante de circuito abierto que debe abordarse de manera oportuna.

3.     Daños de hardware: Los daños en los circuitos de los dispositivos electrónicos debidos a tensiones físicas o vibraciones también pueden provocar una interrupción en el circuito. Por ejemplo, la conexión de la batería de una bicicleta puede romperse debido a las vibraciones de la carretera.

Error humano

En ocasiones, un operador o técnico de instalación puede cometer un descuido que puede provocar un error y provocar fallos en el circuito abierto. Estos incluyen conexiones incorrectas, aislamiento inadecuado y manipulación incorrecta de los componentes eléctricos.

Circuito abierto vs. cortocircuito

En ingeniería eléctrica, comprender dos conceptos extremadamente opuestos, como circuitos abiertos y cortocircuitos, es esencial para diseñar sistemas eléctricos seguros y confiables. Un circuito abierto es un estado en el que la corriente no puede circular de la fuente a la carga y ofrece una resistencia infinita. Por otro lado, un cortocircuito ofrece la ruta de menor resistencia (0 Ω) para el flujo de corriente y proporciona una corriente infinita. Los conceptos de circuitos abiertos y cortocircuitos son esenciales para identificar y corregir fallas del sistema y prevenir su fallo.

En un circuito abierto, la corriente no puede circular de la fuente a la carga. Como los electrones no pueden circular en un circuito abierto, ofrecen una resistencia infinita, corriente cero y ninguna transferencia de potencia de la fuente a la carga. Por otro lado, un cortocircuito ofrece una ruta de resistencia mínima. Por lo tanto, esta ruta de resistencia mínima genera un flujo de corriente enorme, una diferencia de potencial cero y una transferencia de potencia máxima. Esto puede provocar el sobrecalentamiento de los componentes eléctricos y posibles daños a los componentes electrónicos.

Las diferencias clave entre circuitos abiertos y cortocircuitos se ilustran en la Tabla I. 

Tabla I: Comparación entre circuito abierto y cortocircuito

	VOLTIOS	Current	Resistencia	Potencia
Circuito abierto	Igual a un voltaje de entrada
Cortocircuito	V= I x R => I x 0 => 0 Voltios		Cero ohmios (0 Ω)

Por tanto, las características clave de los circuitos abiertos y cortocircuitos se pueden encontrar en la Tabla I.

Tabla II: Características de circuito abierto y cortocircuito

Abra el circuito de voltaje

El voltaje de circuito abierto desempeña un papel importante a la hora de determinar la capacidad máxima de voltaje de un dispositivo. Este voltaje es el máximo que un dispositivo puede producir. Se mide en vacío. Las empresas de fabricación de productos electrónicos mencionan este voltaje en el manual técnico del dispositivo.

Corriente de cortocircuito

La corriente de cortocircuito se define como la alta corriente que produce una batería para activar el fusible, evitando así daños en el dispositivo electrónico. Normalmente, la corriente de cortocircuito se mide sin carga conectada. Generalmente, las empresas la mencionan como una especificación de los dispositivos electrónicos.

Identificación de circuitos abiertos en sistemas eléctricos

Identificar los circuitos abiertos en los sistemas eléctricos es el primer paso para un diagnóstico eficaz. Existen diversas maneras de identificar posibles circuitos abiertos en sistemas eléctricos. Estas incluyen:

• Inspección física:  Un técnico, al inspeccionar, puede buscar cables rotos y conexiones sueltas, si las hay.

• Prueba de pitido: Configure el multímetro digital (DMM) en modo de prueba de diodos. Si hay un circuito abierto entre dos terminales, las sondas del DMM no emitirán pitidos.

• Prueba del multímetro:  Mida la resistencia y el voltaje en diferentes puntos sospechosos. Si el multímetro muestra una resistencia infinita, indica un circuito abierto.

Importancia de los circuitos abiertos en la confiabilidad y seguridad del sistema

Los circuitos abiertos y los cortocircuitos son críticos para los dispositivos eléctricos y deben abordarse con cuidado. Su manejo inadecuado puede tener consecuencias graves para la seguridad y la fiabilidad del sistema. Los disyuntores, fusibles, transistores y relés funcionan según el principio de circuito abierto para proteger el sistema de cualquier peligro.

A.    Cortacircuitos: Los disyuntores utilizan un diseño de circuito abierto automático. Si el dispositivo consume una corriente superior a su límite especificado, el disyuntor abre el circuito. Esto evita posibles daños al dispositivo.

B.    Fusible: El componente vital de un fusible es el cable metálico. Cuando el dispositivo intenta consumir la corriente más allá del límite especificado, el cable metálico se funde y crea un circuito abierto, protegiendo al dispositivo de posibles daños. 

C.   Cambiar: Un cuadro eléctrico en casa también es un ejemplo de circuito abierto. Estos cuadros se utilizan para controlar el encendido y apagado de electrodomésticos como ventiladores y bombillas.

Los circuitos abiertos también son cruciales para garantizar la confiabilidad de los sistemas eléctricos como:

A.    En situaciones peligrosas, los circuitos abiertos aíslan la sección defectuosa del sistema y evitan una posible falla del dispositivo. 

B.    Cuando la corriente excede los límites especificados, los circuitos abiertos protegen el sistema eléctrico desconectando el flujo de corriente.

Conclusión

En conclusión, los circuitos abiertos desempeñan un papel importante en los sistemas eléctricos. En la mayoría de los casos, se clasifican como fallas. Sin embargo, también se utilizan en dispositivos de protección electrónica como interruptores automáticos y fusibles. Por lo tanto, comprender los circuitos abiertos, sus principios clave, diferencias, causas y características es esencial para la seguridad, la fiabilidad y el diagnóstico de los sistemas electrónicos.