Ecuaciones de Voltajes Nodales

El análisis nodal es una técnica fundamental en circuitos eléctricos. Su cálculo sigue un procedimiento sistemático basado en la Ley de Corrientes de Kirchhoff (LCK).

Procedimiento General

Para aplicar el análisis de voltajes nodales, se sigue una secuencia de cinco pasos que garantizan un planteamiento correcto del sistema de ecuaciones.

Identificación de nodos

Localizar todos los nodos del circuito.

Nodo de referencia

Seleccionar el nodo de referencia (tierra, V = 0).

Identificación de corrientes

Definir el sentido de las corrientes en cada rama.

Planteamiento de LCK

Aplicar la Ley de Corrientes de Kirchhoff en cada nodo.

Reemplazo nodal

Sustituir voltajes de elementos por voltajes nodales.

Planteamiento de ecuaciones de voltajes nodales

El siguiente circuito ilustra el método nodal con dos nodos activos A (V1) y B (V2), un nodo de referencia C (tierra), dos fuentes de corriente y tres resistencias. Las flechas rojas indican el sentido convencional de las corrientes.








Aplicación de LCK en los Nodos
LCK — Nodo A

La corriente que entra por la fuente IF1 se distribuye entre I1 e I2:

Expresando en términos de voltajes nodales:

LCK — Nodo B

La corriente I2 que llega al nodo B se divide entre IF2 e I3:

Expresando en términos de voltajes nodales:

Ecuaciones Nodales Finales

Sustituyendo las expresiones de corriente en las ecuaciones de LCK, se obtiene el sistema de ecuaciones nodales para cada nodo:

Nodo A
Nodo B
Ejemplo

Se aplica el método a un circuito con una fuente de 12 V a la izquierda, una fuente de 5 V a la derecha y tierra común. Los nodos activos son A y B, conectados por resistencias de 5 Ω, 10 Ω, 15 Ω, 25 Ω y 2 Ω.










Resolución del Sistema

Resolviendo el sistema de ecuaciones obtenido de los nodos A y B, se obtienen los voltajes nodales y posteriormente los voltajes en cada resistencia:

7.76 V
Voltaje V₁ (Nodo A)
5.03 V
Voltaje V₂ (Nodo B)
4.24 V
Voltaje V₅


2.73 V
Voltaje V₁₀


Análisis por Inspección

El método de inspección permite plantear directamente el sistema matricial I = G · V sin desarrollar las ecuaciones paso a paso. Solo es válido con fuentes de corriente.

Resistencias de nodo

La diagonal principal de la matriz G contiene la suma de conductancias conectadas a cada nodo.

Corriente positiva

Si la corriente de la fuente entra al nodo por el terminal positivo, se suma con signo positivo.

Corriente negativa

Si la corriente de la fuente sale del nodo por el terminal negativo, se suma con signo negativo.








Forma Matricial del Análisis por Inspección

El sistema de ecuaciones nodales se expresa de forma compacta como Ī = [G] · V̄, donde G es la matriz de conductancias nodales:

Análisis de Súper nodos: Definición

Un supernodo se forma cuando una fuente de voltaje (independiente o dependiente) conecta dos nodos de no referencia. Se trata como un nodo único donde se aplica la Ley de Corrientes de Kirchhoff (LCK) y, adicionalmente, la Ley de Voltajes de Kirchhoff (LVK) se usa para relacionar los voltajes de los nodos internos.



La principal razón para esta aproximación especial es que no se puede determinar directamente la corriente a través de una fuente de voltaje usando la ley de Ohm. Sin embargo, la LCK debe cumplirse en el supernodo en su conjunto.

Aplicación de LCK y LVK

Al aplicar la LCK, se suman todas las corrientes que entran y salen del supernodo como si fuera un solo nodo grande. Las corrientes internas entre los nodos que forman el supernodo se cancelan. Para el ejemplo ilustrado, la LCK se expresaría como:

Adicionalmente, se aplica la LTK alrededor del lazo que contiene la fuente de voltaje entre los nodos del supernodo para obtener una ecuación de restricción:

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