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Malha 4-20 mA: carga e conversão do sinal

Informe a fonte, o transmissor, o cabo e o que está ligado em série para saber se sobra tensão até a corrente de alarme, quantos receptores ainda cabem e quanto vale cada mA do sinal.

Ferramenta de pré-dimensionamento e estimativa: os resultados não substituem projeto, cálculo ou laudo assinado por profissional habilitado nem a verificação conforme as normas aplicáveis.

Verificação
Fonte e transmissor
Cabo
Cargas em série

Barreira zener típica de 28 V: 300 a 340 Ω de ponta a ponta. Isolador ativo alimentado: informe 0 Ω e a carga do lado de saída como receptor.

Sinal e faixa calibrada
—Folga de tensão no transmissor
—

Tensão disponível no transmissor conforme a corrente

Tensão da fonte na tolerância mínima menos as quedas no cabo, nos receptores e nos indicadores. A malha funciona enquanto a linha fica acima do lift-off.

Toque no gráfico para ver os valores.

Conversão do sinal mA na unidade de engenharia

Faixa calibrada entre 4 e 20 mA, com as zonas de falha da NAMUR NE 43. Ponto: corrente lida.

Toque no gráfico para ver os valores.

Próximo passo

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Converter esta temperatura em ohms ou milivolts (PT100 e termopares) →

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Método, hipóteses e referências

Equações usadas

Fonte mínima: Vmín = Vfonte · (1 − tolerância); cabo: Rc = 2 · L · ρ20 · (1 + 0,00393 · (T − 20)) ÷ A, ρ20 = 0,017241 Ω·mm²/m
Tensão no transmissor: Vt = Vmín − n_ind · V_ind − I · (Rc + n · R_rec + R_barreira + R_outras); folga = Vt − V_lift-off
Carga máxima: Rmáx = (Vmín − n_ind · V_ind − V_lift-off) ÷ I, com I = 20 mA e a corrente de alarme escolhida
Linear: valor = LRV + (I − 4) ÷ 16 · (URV − LRV); raiz quadrada: Q = LRV + √((I − 4) ÷ 16) · (URV − LRV)
NAMUR NE 43: medição 3,8 a 20,5 mA; falha ≤ 3,6 mA ou ≥ 21,0 mA

Hipóteses e limites

  • Transmissor a dois fios alimentado pela própria malha; a tensão mínima vem da folha de dados e já inclui a eletrônica interna.
  • Condutor de cobre recozido (resistividade da IEC 60228) e coeficiente de temperatura de 0,00393 /K; a resistência dos bornes e emendas entra em “outras resistências”.
  • Indicadores de laço tratados como queda de tensão constante; barreiras zener como resistência em série. Parâmetros de segurança intrínseca não são verificados.

Normas e 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

Legislação e regulamentos no Brasil

  • NR-10: segurança em instalações e serviços em eletricidade (painéis e circuitos de instrumentação)
  • ABNT NBR IEC 60079-14: atmosferas explosivas — projeto, seleção e montagem de instalações elétricas (malhas com barreiras)
  • Portaria Inmetro nº 115/2022: certificação de equipamentos para atmosferas explosivas

Perguntas frequentes

Quantos receptores de 250 Ω cabem numa malha de 24 V?

Com fonte de 24 V, transmissor de 10,5 V e verificação a 22 mA, a carga máxima é (24 − 10,5) ÷ 0,022 ≈ 614 Ω. Descontando 10 a 20 Ω de cabo, cabem dois receptores de 250 Ω. Com tolerância de −5% na fonte, a carga cai para cerca de 559 Ω.

Por que verificar a 22 mA e não a 20 mA?

Pela NAMUR NE 43, o transmissor sinaliza falha indo para 21 mA ou mais, e muitos vão a 22 ou 22,5 mA. Se a malha não aguenta essa corrente, o alarme alto não chega ao sistema de controle.

Quanto vale 12 mA numa faixa de 0 a 200 °C?

É 50% da faixa: 100 °C. Em vazão medida por ΔP sem extração de raiz no transmissor, 12 mA são 50% da ΔP, mas 70,7% da vazão máxima.

Qual a resistência do cabo numa malha de 300 m?

Com cabo de 1,0 mm² a 40 °C, cada condutor tem cerca de 18,6 Ω/km. Em 300 m (ida e volta, 600 m de condutor), a resistência é de 11,2 Ω, pequena perto dos 250 Ω de um receptor.