Aplicación gratuita online para el cálculo de lazos de corriente.

Introducción

El propósito de los lazos de corriente es transmitir la información desde los sensores, que miden parámetros físicos tales como temperatura, caudal, presión, velocidad, etc., hasta el receptor (normalmente sistema de control). El transmisor convierte la señal física en una pequeña corriente eléctrica, cuyo valor será proporcional al valor del parámetro físico que representa. Típicamente, el lazo se calcula de forma que 4 mA se corresponda con el valor más pequeño que queremos medir y 20 mA con el mayor (aunque podría ser al revés). Por ejemplo, si tenemos un sensor de nivel en un depósito, podemos configurarlo de forma que cuando no hay líquido, la corriente del lazo sea 4 mA y cuando esté completamente lleno, 20 mA. Si el nivel está justo al 50% la corriente estará justo a mitad de camino entre 4mA y 20mA, es decir (20-4)/2 + 4 = 12 mA.

o, si se quieren evitar confusiones, se puede utilizarse la siguiente calculadorara: calculadora de lazos de corriente.

¿Porqué los lazos de corriente son útiles para transmitir las señales a largas distancias?

Los lazos de corriente son útiles cuando la información tiene que ser transmitidas a largas distancias. Aunque largas distancias producen caidas de tensión debido a la resistencia de los cables, esto no reduce la corriente si el lazo está calculado correctamente. El transmisor se encarga de asegurarse que la corriente que transmite sea la correcta, independientemente de que la resistencia del cable u otros elementos sea superior o inferior. Lógicamente, esto tiene ciertos límites, porque si la resitencia que encuentra el transmisor es superior a cierto límite, según sus especificaciones, no será capaz de mantener el nivel de corriente correcto y, como poco, se producirá un error en la medida. Por eso, es importante verificar que la carga a la que se somete al transmisor no supere la indicada en su hoja de datos.

Una vez que el instrumento de campo (transmisor) está calibrado, la correspondencia entre los valores máximo y mínimo del parámetro físico ha quedado establecida.

TRANSMISORES ACTIVOS, PASIVOS. FUENTES (SOURCE) Y SUMIDEROS (SINK)

Estos conceptos frecuentemente generan bastante confusión. A un dispositivo se le llama pasivo o se dice que tiene una salida sumidero (sinking output) cuando necesita de una fuente de alimentación adicional en el lazo 4-20mA para funcionar correctamente y se le llama activo o tipo fuente (source), cuando no necesita de esta fuente. Por tanto, por ejemplo si tenemos un transmisor activo, este será el que proporcione la alimentación al lazo. Cualquier otro dispositivo conectado (por ejemplo un PLC) a ese lazo deberá de ser por tanto pasivo.

TRANSMISORES DE 4-20mA a 2, 3 ó 4 hilos

Transmisores a dos hilos:

Para transmitir la señal de 4-20mA, normalmente se utilizan únicamente dos hilos. A veces estos dos hilos sirven, además de para transmitir la señal de 4-20mA, para proporcionar alimentacion al transmisor. En estos casos hablamos de transmisores pasivos y la alimentación es proporcionada por una fuente de alimentación externa al transmisor (como por ejemplo en el diagrama de arriba).

Esto es posible porque el transmisor es capaz de regular el nivel de corriente, de forma que esta intensidad represente un parámetro físico. El transmisor no es realmente el que produce la intensidad, sino que lo único que hace es variar su impedancia para regular la corriente del lazo. Por tanto, el transmisor debe de ser capaz de funcionar correctamente con el valor más bajo de intensidad posible, es decir con tan sólo 4mA. Es decir, si por ejemplo la tensión de la fuente de alimentación es de 24V, la resistencia del dispositivo activo es de 250 Ohm, al transmisor le llegará (cuando estamos en 4mA) una tensión de 24V - 0.04Ax250 = 14V (habiendo despreciado la caida de tensión en los cables). La potencia disponible para el transmisor será de 14V x 0.04A = 0.56W !!, lo cúal es bastante bajo aunque suficiente para muchos transmisores. Cuando se requiere más potencia, ya no es posible alimentar al transmisor a través de tan sólo dos hilos y es necesario recurrir a la configuración a tres o cuatro hilos.

Transmisores a tres hilos:

Se añade un tercer hilo que no transporta señal, sino la alimentación para el transmisor. Los otros dos hilos sirven para proporcionar el valor de De los dos otros hilos, uno transporta el valor de la corriente que representa la medida de la variable de proceso. El hilo que queda sirve de retorno de las corrientes de alimentación y señal.

Con la configuración a tres hilos el transmisor todavía se puede comportar como fuente (source) o sumidero (sink) en función de como se comportan los otros dos hilos.

Con un transmisor "sourcing" la señal de 4-20mA circulará por el hilo de alimentación y el hilo de señal (el hilo de 0V, sólo servirá para la corriente de retorno de alimentación).

Con un transmisor "sinking" la señal de 4-20mA circulará por el hilo de 0V y el hilo de señal (el hilo de alimentación, sólo servirá para eso, para alimentar el transmisor).

Transmisores a cuatro hilos:

Por último los transmisores a 4 hilos, utilizan dos conductores para la alimentación y los otros dos para transmitir la señal 4-20mA. Esta configuración tiene como ventaja frente a los tres hilos que al estar separada la alimentación de la señal, es más difícil que ruido en la alimentación pueda afectar a la medida.

TRANSMISORES DE SEGURIDAD INTRÍNSECA

Este tipo de transmisor se utiliza en instalaciones donde hay riesgo de formación de atmósferas potencialmente explosivas, debidos a gases o polvo. La seguridad intrínseca es un método de protección que garantiza que la energía entregada esté por debajo de unos límites que se consideran seguros y que eviten la generación de una chispa. También debe de tenerse en cuenta que un exceso de calentamiento puede producir una explosión, si se superan determinadas temperaturas características de cada gas. Estos transmisores siempre llevarán asociados una barrera de seguridad intrínseca, que es un dispositivo que se instala en zona segura y es precisamente el que nos garantiza que a campo la energía que se entrega está por debajo de los límites necesarios. Hay que tener especial precaución con la verificación de las certificaciones y selección de modelos para asegurar su compatibilidad, así como de seguir ciertas pautas en la instalación.