Introducción
En muchas aplicaciones eléctricas y electrónicas, una sola batería o fuente de corriente continua (CC) no es suficiente para proporcionar el voltaje o la capacidad (corriente/energía) requeridos por el circuito. Para solucionar esto, las fuentes se pueden agrupar o asociar. Las dos formas principales de asociación son en Serie y en Paralelo.
1. Asociación en Serie
La asociación en serie consiste en conectar el borne positivo de una fuente con el borne negativo de la siguiente, creando una única rama o camino para la corriente.
Polaridad: La suma de los voltajes en serie es algebraica. Esto significa que si conectamos las baterías correctamente (+ con -), sus voltajes se suman. Si las conectamos en oposición (es decir, + con + o - con -), el voltaje de la menor se resta del mayor.
2. Asociación en Paralelo
La asociación en paralelo consiste en conectar todos los bornes positivos juntos a un mismo nodo, y todos los bornes negativos juntos a otro nodo. En esta configuración, por ahora solo contemplaremos fuentes con la misma tensión.
El propósito principal de asociar baterías en paralelo no es aumentar el voltaje, sino aumentar la capacidad de corriente del banco de baterías, permitiendo entregar mayor amperaje o funcionar durante más tiempo.
Nunca se deben conectar en paralelo baterías o fuentes de corriente continua que tengan diferentes niveles de tensión. Si se hace esto, la batería de mayor voltaje intentará cargar agresivamente a la de menor voltaje. Al tener una resistencia interna muy baja, se producirá una descarga altísima y descontrolada de corriente de una fuente hacia la otra, lo que puede provocar daños severos, sobrecalentamiento, y hasta riesgo de incendio o destrucción del equipo.
Ejemplos de Cálculo
Enunciado: Un control remoto requiere 3 V para funcionar y utiliza dos pilas AA de 1.5 V y 1000 mAh de capacidad cada una. ¿Cómo deben conectarse y cuál será la capacidad resultante?
- Deben conectarse en serie, uniendo el positivo de una con el negativo de la otra.
- Voltaje Total = 1.5 V + 1.5 V = 3.0 V.
- Capacidad = 1000 mAh (En serie, la capacidad no se suma, permanece igual a la de una celda).
Enunciado: En un circuito, por error se conecta una batería de 12 V en serie con otra de 5 V, pero sus terminales positivos están unidos frente a frente (+ con +). ¿Cuál es el voltaje final del conjunto?
- Al estar conectadas en oposición, los voltajes se restan algebraicamente.
- Voltaje Total = 12 V - 5 V = 7 V.
- El terminal positivo resultante será el de la fuente de 12 V, ya que domina.
Enunciado: Un sistema de iluminación LED funciona a 12 V y consume mucha energía, por lo que una sola batería dura poco. Se agregan dos baterías idénticas de 12 V y 50 Ah. ¿Cómo se asocian y cuál es el resultado?
- Al tener el mismo voltaje, se pueden conectar de forma segura en paralelo (+ con +, y - con -).
- Voltaje Total = 12 V (Se mantiene constante).
- Capacidad Total = 50 Ah + 50 Ah + 50 Ah = 150 Ah.
- El sistema ahora durará el triple de tiempo.
Enunciado: Un robot eléctrico requiere 24 V y una capacidad de 20 Ah. Tienes a disposición 4 baterías individuales de 12 V y 10 Ah. ¿Cómo configuras el banco de baterías?
- Se necesita una asociación mixta para elevar tanto voltaje como capacidad.
- Paso 1: Conectas dos baterías en serie: 12 V + 12 V = 24 V (Capacidad: 10 Ah).
- Paso 2: Repites lo mismo con las otras dos baterías (creas una segunda "rama" de 24 V y 10 Ah).
- Paso 3: Conectas ambas ramas de 24 V en paralelo.
- Resultado Final: Voltaje = 24 V, Capacidad = 20 Ah.
Enunciado: Para demostrar el riesgo, supongamos que conectamos una batería de 12.5 V en paralelo con una batería muy descargada de 10 V. La resistencia interna total es de 0.05 Ω. ¿Qué corriente fluirá de una batería a la otra?
- La diferencia de voltaje entre ambas impulsa la corriente (Ley de Ohm).
- Diferencia (ΔV) = 12.5 V - 10 V = 2.5 V.
- Corriente (I) = ΔV / R = 2.5 V / 0.05 Ω = 50 Amperios.
- Conclusión: Una corriente altísima de 50 A fluirá instantáneamente y dañará severamente ambas baterías con riesgo de incendio.