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Lazo 4-20 mA: carga y conversión de la señal

Indique la fuente, el transmisor, el cable y todo lo conectado en serie para saber si sobra tensión hasta la corriente de alarma, cuántos receptores caben y cuánto vale cada mA de la señal.

Herramienta de predimensionamiento y estimación: los resultados no sustituyen al proyecto, cálculo o informe firmado por un técnico competente ni la verificación conforme a las normas aplicables.

Verificación
Fuente y transmisor
Cable
Cargas en serie

Barrera zéner típica de 28 V: 300 a 340 Ω de extremo a extremo. Aislador activo alimentado: indique 0 Ω y trate su lado de salida como receptor.

Señal y rango calibrado
—Margen de tensión en el transmisor
—

Tensión disponible en el transmisor según la corriente

Tensión de la fuente en la tolerancia mínima menos las caídas en el cable, los receptores y los indicadores. El lazo funciona mientras la línea quede por encima del lift-off.

Toque el gráfico para ver los valores.

Conversión de la señal mA a unidad de ingeniería

Rango calibrado entre 4 y 20 mA, con las zonas de fallo de NAMUR NE 43. Punto: corriente leída.

Toque el gráfico para ver los valores.

Siguiente paso

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Método, hipótesis y referencias

Ecuaciones utilizadas

Fuente mínima: Vmín = Vfuente · (1 − tolerancia); cable: Rc = 2 · L · ρ20 · (1 + 0,00393 · (T − 20)) ÷ A, ρ20 = 0,017241 Ω·mm²/m
Tensión en el transmisor: Vt = Vmín − n_ind · V_ind − I · (Rc + n · R_rec + R_barrera + R_otras); margen = Vt − V_lift-off
Carga máxima: Rmáx = (Vmín − n_ind · V_ind − V_lift-off) ÷ I, con I = 20 mA y la corriente de alarma elegida
Lineal: valor = LRV + (I − 4) ÷ 16 · (URV − LRV); raíz cuadrada: Q = LRV + √((I − 4) ÷ 16) · (URV − LRV)
NAMUR NE 43: medida de 3,8 a 20,5 mA; fallo ≤ 3,6 mA o ≥ 21,0 mA

Hipótesis y límites

  • Transmisor a dos hilos alimentado por el propio lazo; la tensión mínima viene de la hoja de datos e incluye la electrónica interna.
  • Conductor de cobre recocido (resistividad de la IEC 60228) con coeficiente de temperatura de 0,00393 /K; la resistencia de bornes y empalmes va en “otras resistencias”.
  • Indicadores de lazo tratados como caída de tensión constante; barreras zéner como resistencia en serie. No se comprueban los parámetros de seguridad intrínseca.

Normas y documentos técnicos

  • IEC 60381-1:1982: Analogue signals for process control systems — Part 1: Direct current signals
  • ANSI/ISA-50.00.01-1975 (R2017): Compatibility of Analog Signals for Electronic Industrial Process Instruments
  • NAMUR NE 43: Standardization of the Signal Level for the Failure Information of Digital Transmitters
  • FieldComm Group HCF_SPEC-54: HART FSK Physical Layer Specification
  • IEC 60228:2004: Conductors of insulated cables
  • IEC 60079-11 e IEC 60079-14: proteção por segurança intrínseca e projeto de instalações em atmosferas explosivas

Legislación y reglamentos en España y la UE

  • Real Decreto 842/2002 (REBT), ITC-BT-29: instalaciones en emplazamientos con riesgo de incendio o explosión
  • Real Decreto 144/2016 (Directiva 2014/34/UE, ATEX): equipos para atmósferas explosivas
  • UNE-EN 60079-14: atmósferas explosivas — diseño, elección y realización de instalaciones eléctricas

Preguntas frecuentes

¿Cuántos receptores de 250 Ω caben en un lazo de 24 V?

Con fuente de 24 V, transmisor de 10,5 V y comprobación a 22 mA, la carga máxima es (24 − 10,5) ÷ 0,022 ≈ 614 Ω. Descontando 10 a 20 Ω de cable, caben dos receptores de 250 Ω. Con tolerancia de −5% en la fuente, la carga baja a unos 559 Ω.

¿Por qué comprobar a 22 mA y no a 20 mA?

Según NAMUR NE 43, el transmisor señala el fallo yendo a 21 mA o más, y muchos van a 22 o 22,5 mA. Si el lazo no soporta esa corriente, la alarma alta no llega al sistema de control.

¿Cuánto vale 12 mA en un rango de 0 a 200 °C?

Es el 50% del rango: 100 °C. En caudal medido por ΔP sin extracción de raíz en el transmisor, 12 mA son el 50% de la ΔP, pero el 70,7% del caudal máximo.

¿Qué resistencia tiene el cable en un lazo de 300 m?

Con cable de 1,0 mm² a 40 °C, cada conductor tiene unos 18,6 Ω/km. En 300 m (ida y vuelta, 600 m de conductor), la resistencia es de 11,2 Ω, pequeña frente a los 250 Ω de un receptor.