Voltaje de circuito abierto: ¿Qué es? (Y cómo encontrarlo y probarlo)

Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

¿Qué es el voltaje de circuito abierto?

Cuando se crea una condición de circuito abierto en cualquier dispositivo o circuito, la diferencia de potencial eléctrico entre los dos terminales se conoce como voltaje de circuito abierto. En el análisis de redes, el voltaje de circuito abierto también se conoce como voltaje de Thevenin . El voltaje de circuito abierto a menudo se acorta a OCV o V _OC en ecuaciones matemáticas.

En condiciones de circuito abierto, la carga externa se desconecta de la fuente. Una corriente eléctrica no fluirá a través del circuito.

Cuando una carga está conectada y el circuito está cerrado, el voltaje de la fuente se divide entre la carga. Pero cuando se desconecta la carga completa del dispositivo o circuito y se abre el circuito, el voltaje del circuito abierto es igual al voltaje de la fuente (suponga la fuente ideal).

El voltaje de circuito abierto se usa para mencionar una diferencia de potencial en celdas solares y baterías . Sin embargo, dependerá de ciertas condiciones como temperatura, estado de carga, iluminación, etc.

¿Cómo encontrar el voltaje de circuito abierto?

Para encontrar el voltaje de circuito abierto, necesitamos calcular el voltaje entre dos terminales desde donde se abre el circuito.

Si se desconecta toda la carga, el voltaje de la fuente es el mismo que el voltaje de circuito abierto. La única caída de voltaje ocurre en la batería. Y eso será muy pequeño.

Si se desconecta la carga parcial, el voltaje de la fuente se divide entre otra carga. Y si desea encontrar el voltaje de circuito abierto, puede derivarse del mismo modo que el voltaje de Thevenin. Entendamos con un ejemplo.

En la figura anterior, las resistencias A, B, C y la carga están conectadas con una fuente de CC (V). Supongamos que la carga está desconectada de la fuente y hace un circuito abierto entre los terminales P y Q.

Ahora, encontraremos el voltaje a través de las terminales P y Q. Por lo tanto, tenemos que encontrar la corriente que pasa por el lazo-1 usando la ley de Ohm .

Esta es la corriente que pasa por el bucle 1. Y la misma corriente fluirá a través de las resistencias A y B.

El segundo bucle es un circuito abierto. Entonces, la corriente que pasa a través de la resistencia C es cero. Y la caída de voltaje de la resistencia C es cero. Por lo tanto, podemos descuidar la resistencia C.

La caída de voltaje a través de la resistencia B es la misma que el voltaje disponible entre los terminales de circuito abierto P y Q. Y la caída de voltaje a través de la resistencia B es,

Este voltaje es un voltaje de circuito abierto o voltaje de Thevenin.

Prueba de voltaje de circuito abierto

El voltaje de circuito abierto es una diferencia de potencial entre terminales positivos y negativos. La prueba de voltaje de circuito abierto se realiza en baterías y celdas solares para identificar la capacidad de potencial eléctrico.

La batería se utiliza para convertir energía química en energía eléctrica. Y hay dos tipos de baterías; batería recargable y batería primaria.

La prueba de voltaje de circuito abierto se aplica a ambos tipos de baterías. Y los datos de esta prueba se utilizan para calcular el estado de carga (SOC) de las baterías recargables.

El voltaje de circuito abierto estándar se deriva de la hoja de datos del fabricante de la batería. El voltaje mencionado en la batería es un voltaje de circuito abierto.

La prueba de voltaje de circuito abierto mide el voltaje de la batería cuando una carga no está conectada. Por lo tanto, para realizar una prueba de voltaje de circuito abierto, retire la batería si es posible o tome los terminales para la prueba.

Ahora, configure un multímetro digital en voltaje CC. Y mida la lectura en los terminales de la batería. Este voltaje está cerca del voltaje estándar. Si el voltaje medido es bajo, la batería está dañada.

En el caso de las baterías recargables, esta prueba se realiza para comprobar que la batería está cargada o descargada. En este caso, se realiza una prueba de capacidad para verificar la condición.

¿Por qué el voltaje no es cero en un circuito abierto?

El voltaje se define como una diferencia de potencial entre dos terminales. Entonces, dos puntos no están conectados entre sí y ambos puntos están conectados con diferentes niveles de voltaje. En esta condición, debido a la diferencia de potencial, la tensión presente entre dos puntos.

De manera similar, en condición de circuito abierto, ambos terminales están abiertos pero están conectados con la batería u otras fuentes de voltaje. Y ambos terminales de una batería tienen diferentes niveles de voltaje.

Por lo tanto, se crea una diferencia de potencial y hay un voltaje presente entre dos terminales en condiciones de circuito abierto.

Voltaje de circuito abierto de una celda solar

En una celda solar, el voltaje máximo está disponible en condiciones de corriente cero. Y este voltaje se conoce como voltaje de circuito abierto.

Cuando los fotones golpean las células solares, la corriente se genera debido al sesgo de las uniones de las células solares. El voltaje de circuito abierto es un voltaje de polarización directa en una celda solar.

En las características IV de una celda solar, el voltaje de circuito abierto es como se muestra a continuación.

La ecuación de voltaje de circuito abierto es;

Dónde,

I ₀ = Corriente de saturación oscura
I _L = Corriente generada por luz
N = Factor de idealidad
T = Temperatura
k = Constante de Boltzmann
q = Carga electrónica

De la ecuación anterior, V _oc y temperatura son directamente proporcionales. Por tanto, V _oc aumenta linealmente con respecto a la temperatura. Pero en realidad, esto no está sucediendo. Porque la corriente de saturación también aumenta rápidamente con un aumento de temperatura. Por lo tanto, el efecto de la temperatura sobre el voltaje de circuito abierto es una tarea complicada. Si la corriente de saturación cambia con los cambios de temperatura, el voltaje de circuito abierto disminuye con la temperatura.

Preguntas de ejemplo de voltaje de circuito abierto

El método para encontrar el voltaje de circuito abierto es el mismo que para encontrar el voltaje de Thevenin. Entendamos cómo encontrar el voltaje de circuito abierto con un ejemplo.

Ejemplo 1

En la figura anterior, la carga R _L está conectada con la fuente de CC. Ahora, desconectamos la carga de la fuente y el circuito restante es como se muestra a continuación en la figura.

Debido al circuito abierto, la corriente que pasa a través de la carga y la resistencia de 10 ohmios es cero. Y el voltaje de circuito abierto es el mismo que el voltaje a través de una resistencia de 3 ohmios.

Aplicar KVL en loop-1;

El voltaje en la resistencia de 3 ohmios es;

Ejemplo 2

En condición de circuito abierto, la carga R _L se desconecta del circuito y encontraremos el voltaje en dos terminales de carga. Por lo tanto, el circuito restante después del circuito abierto es el siguiente.

El voltaje de circuito abierto es igual al voltaje a través de una resistencia de 6 ohmios. Entonces, necesitamos encontrar la corriente que pasa a través de la resistencia de 6 ohmios.

Ahora, aplique KVL en el bucle exterior;

(1)

Podemos expresar la fuente de corriente de 3A en términos de corrientes de bucle.

(2)

Ahora, al resolver eq-1 y eq-2, podemos encontrar las corrientes I ₁ e I ₂ . Pero solo necesitamos corriente que pase a través de la resistencia de 6 ohmios. Y esa corriente es I ₂ .