Circuitos Eléctricos · Tema 19

Recorrido de mallas

El método que no pierde signos: una corriente por malla, KVL por ventana y un 2×2 que se resuelve solo.

01 · Punto de partida

De caminar a sistematizar

Hasta ahora recorriste mallas únicas a ojo. Con dos o tres ventanas, el ojo se pierde entre signos: ¿esta R la cruzan una o dos corrientes? ¿En qué sentido? El método de mallas elimina la duda: asigna una corriente ficticia por ventana (siempre horaria), escribe KVL por ventana con regla fija y resuelve el sistema. Mecánico, repetible, programable.

Es el primer método “de ingeniero” del curso: el que escala a circuitos que ya no se colapsan a ojo.

  • ¿Qué es una corriente de malla?
  • ¿Cómo se escribe la ecuación sin pensar signos?
  • ¿Cómo se resuelve el 2×2 resultante?
  • ¿Cómo sé que el resultado está bien?

02 · Método

Los 4 pasos con regla de signos

  1. 1
    Numerar mallas y sentido único.

    IA, IB… todas horarias. El sentido común evita la mitad de los errores de signo.

  2. 2
    KVL por malla con regla fija.

    (Suma de R propias) × I_propia − (R compartidas × I_vecina cada una) = suma de fuentes (subidas en el sentido).

  3. 3
    Resolver el sistema.

    Con 2 mallas: Cramer a mano o con código (sección 04). Con más: software (Tema 35).

  4. 4
    Verificar con KCL y KVL.

    Rama compartida: I_real = diferencia de mallas. Los nodos deben cerrar (Tema 17) y cada malla sumar cero (Tema 18).

Numerar→ecuaciones→resolver→verificar

03 · Ejemplo completo

Dos mallas, una fuente: 9 V con 1k, 470 y 2k2

Malla A (izquierda, con fuente): R1 = 1k propia + R2 = 470 compartida. Malla B (derecha, sin fuente): R3 = 2k2 propia + R2 compartida.

Ecuaciones por malla (horarias).
MallaEcuaciónValores
A(R1+R2)·IA − R2·IB = Vs1470·IA − 470·IB = 9
B−R2·IA + (R2+R3)·IB = 0−470·IA + 2670·IB = 0

Resolviendo (sección 04): IA ≈ 6,49 mA, IB ≈ 1,14 mA. Rama compartida R2: 6,49 − 1,14 = 5,35 mA → V = 2,51 V. Verificación malla B: −2,51 + 1,14 × 2,2 = −2,51 + 2,51 = 0 ✓. KCL en el nodo: 6,49 = 5,35 + 1,14 ✓.

04 · Resolver el 2×2

Cramer sin miedo

Con el sistema a·IA + b·IB = e, c·IA + d·IB = f: determinante D = a·d − b·c; IA = (e·d − b·f)/D; IB = (a·f − e·c)/D. Si D = 0 el sistema está mal planteado (ecuaciones dependientes: revisá mallas).

Cramer en el ejemplo (mA, V, kΩ coherentes).
PasoCuenta
D1470 × 2670 − 470 × 470 = 3 704 000
IA(9 × 2670 − 0) / D ≈ 6,49 mA
IB(1470 × 0 + 9 × 470) / D ≈ 1,14 mA

05 · Solver en código

Mallas que se resuelven solas

Solver genérico 2×2 con verificación KVL/KCL incorporada:

Python en tu navegador. Cambiá valores y ejecutá: verifica solo.

def mallas_2x2(vs, r1, r2, r3):
    # Malla A: fuente + R1 propia + R2 compartida; Malla B: R3 + R2
    a, b, e = r1 + r2, -r2, vs
    c, d, f = -r2, r2 + r3, 0.0
    D = a * d - b * c
    IA, IB = (e * d - b * f) / D, (a * f - e * c) / D
    print(f"IA={IA*1000:.2f} mA  IB={IB*1000:.2f} mA")
    print(f"R compartida: I={(IA-IB)*1000:.2f} mA -> V={(IA-IB)*r2:.2f} V")
    # Verificación KVL malla B y KCL en el nodo
    print(f"Check KVL-B: {-(IA-IB)*r2 + IB*r3:.3f} V (~0)")
    print(f"Check KCL: {IA*1000:.2f} = {(IA-IB)*1000:.2f}+{IB*1000:.2f}")
    return IA, IB


mallas_2x2(9, 1000, 470, 2200)

Probá mallas_2x2(12, 1000, 1000, 1000): por simetría, ¿cuánto debe dar IB respecto de IA?

Barrer la compartida

Qué pasa al variar la R compartida, manteniendo el resto:

for r2 in [100, 470, 1000, 4700]:
    a, b, e = 1000 + r2, -r2, 9.0
    c, d, f = -r2, r2 + 2200, 0.0
    D = a * d - b * c
    IA, IB = (e * d - b * f) / D, (a * f - e * c) / D
    print(f"R2={r2}: IA={IA*1000:.1f} IB={IB*1000:.1f} mA")

06 · Analogía programador

Sistema lineal, no adivinanza

  1. 1
    Ecuaciones = constraints.

    Cada malla aporta una restricción; el solver halla el punto que cumple todas, como un constraint solver.

  2. 2
    Cramer = fórmula cerrada.

    Para 2×2 hay solución directa O(1). Para N×N, eliminación o librería (Tema 35): no escalar a mano.

  3. 3
    Checks = tests.

    KVL por malla y KCL por nodo tras resolver: la suite que valida el solver en cada corrida.

07 · Exploración

Laboratorio: dos mallas en vivo

Mové las tres resistencias (R2 es la compartida): el laboratorio resuelve IA e IB por Cramer, muestra la rama compartida y verifica KVL-B y KCL.

LABORATORIO 19

Mallas A y B

Cramer 2×2

IA / IB6,49 / 1,14 mA
Rama compartida5,35 mA · 2,51 V
Check KVL-B0,00 V ✓
Check KCL6,49 = 6,49 ✓

Ejemplo: IA 6,49 mA, IB 1,14 mA, checks verdes.

Preguntas para explorar

  1. Subí R2 a 4,7k. ¿Qué le pasa a IB? ¿Por qué las mallas se “desacoplan”?
  2. ¿Qué pasa si R2 → 0? ¿Tiene sentido físico?
  3. Igualá las tres en 1k con 12 V. ¿IA e IB? ¿Simetría?
Ver respuestas sugeridas
  1. IB cae: R grande compartida aísla las mallas (cada una vive su vida). Acoplamiento ∝ 1/R compartida.
  2. R2 = 0 es un corto entre nodos: las mallas colapsan en una (Tema 14). El método pide otro planteo: no forzar.
  3. IA = 12×2000/3 000 000 = 8 mA e IB = 12×1000/3 000 000 = 4 mA: mitad justa. La malla sin fuente vive de la compartida; la simetría de R no implica simetría de I (la fuente rompe el empate).

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«Las corrientes de malla se miden»

No existen físicamente: son ficticias. Lo medible son las ramas (combinación). IA no la muestra ningún amperímetro: la de R1 sí.

«Sentidos distintos por malla»

Se puede, pero los signos se vuelven un laberinto. Todas horarias: la regla mnemotécnica que evita el 90 % de errores.

«Más mallas que ventanas»

Solo ventanas mínimas (Tema 16): el perímetro exterior es combinación lineal y su ecuación depende de las demás (D = 0).

«Negativo = mal»

Negativo = al revés de lo supuesto, como en KCL. Se sigue con el signo o se corrige la flecha: el álgebra no se ofende.

09 · Práctica guiada

Ejercicios de mallas

Ejercicio 1: escribir sin resolver

Dos mallas con Vs = 12, R1 = 2k2 (solo A), R2 = 1k (compartida), R3 = 3k3 (solo B). Escribí el sistema y resolvé con mallas_2x2().

Ver solución razonada

3220·IA − 1000·IB = 12; −1000·IA + 4300·IB = 0. D = 12 760 000. IA ≈ 4,04 mA, IB ≈ 0,94 mA. Compartida: 3,10 mA → 3,10 V.

Ejercicio 2: simetría 12 V

mallas_2x2(12, 1000, 1000, 1000): predecí IA e IB antes de ejecutar. ¿IB es la mitad de IA?

Ver solución

D = 2000×2000 − 1000² = 3 000 000. IA = 12×2000/D = 8 mA; IB = 12×1000/D = 4 mA: sí, mitad. La malla sin fuente vive de la compartida.

Ejercicio 3: verificar a mano

Con IA = 6,49 e IB = 1,14 del ejemplo: verificá KVL-A completa y KCL en el nodo superior. Mostrá las cuentas.

Ver solución

KVL-A: 9 − 6,49×1 − 5,35×0,47 = 9 − 6,49 − 2,51 = 0 ✓. KCL: 6,49 = 5,35 + 1,14 ✓. Dos checks verdes = resultado confiable.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • Una corriente ficticia por ventana, todas horarias.
  • Propias suman, compartidas restan, fuentes con su signo.
  • 2×2 por Cramer; N×N con software (Tema 35).
  • Rama = combinación de mallas; verificar KVL + KCL siempre.
  • mallas_2x2() resuelve y audita en una llamada.

Mallas dominadas. Ahora, a comprobarlas en la mesa: en el próximo tema, verificar Kirchhoff midiendo.