¿Qué es un bucle de corriente de 4-20 mA? Sus ventajas y desventajas
En el mundo de la automatización industrial y el control de procesos, los detalles técnicos pueden parecer abrumadores. Sin embargo, hay un concepto que se destaca por su simplicidad y eficacia: el bucle de corriente de 4-20 mA. Este sistema de transmisión de señales ha revolucionado la manera en que se monitorean y controlan variables como la temperatura, la presión o el nivel de fluidos. Pero, ¿qué lo hace tan especial? En este artículo, desglosaremos las características esenciales de este sistema, así como sus ventajas y desventajas, para que puedas entender por qué es una herramienta tan valiosa en la industria moderna. ¡Acompáñanos en este recorrido técnico y descubre todo lo que necesitas saber sobre el bucle de corriente de 4-20 mA!
Si te encuentras en el mundo de la electrónica o la automatización industrial, es probable que hayas oído hablar del bucle de corriente de 4-20 mA. Este bucle se utiliza ampliamente en diferentes aplicaciones para medir y controlar dispositivos, pero ¿realmente sabes qué es y cuáles son sus ventajas y desventajas? En este artículo, te explicaremos a detalle qué es un bucle de corriente de 4-20 mA y su importancia en el ámbito industrial, así como las ventajas y desventajas que ofrece. ¡No te lo pierdas!
En esta publicación, discutiremos qué es un bucle de corriente de 4-20 mA y sus ventajas y desventajas. El bucle de corriente de 4-20 mA es el estándar para la transmisión de señales.
Utilizamos diferentes tipos de señales en el mundo del control de procesos. Los detectores de temperatura de resistencia (RTD) y los termopares proporcionan lecturas de temperatura directas. Por otro lado, las señales digitales como Modbus brindan un control preciso de las variables del proceso y su visualización.
Las señales analógicas a través de las cuales se transmite la información del proceso tienen diferentes niveles de voltaje o corriente. La señal de corriente de 4-20 mA es la más utilizada hoy en día en industrias que requieren control de procesos.
Para transmitir información de la variable de proceso (PV), la señal analógica, el bucle de corriente de 4-20 mA es el estándar predominante en la industria. Aunque este estándar es uno de los principales en la industria de control de procesos, en este artículo, discutamos y comprendamos los fundamentos de su configuración y uso.
¿Cómo funciona un bucle de corriente de 4-20 mA?
Para comprender qué es un bucle de corriente continua (CC) de 4-20 mA y cómo funciona, necesitamos conocer la relación entre voltaje, corriente y resistencia.
La fórmula que necesitamos es algo simple: V = I x R. Esta es la Ley de Ohm. Lo que indica es que el voltaje o tensión (V) es igual a la intensidad de corriente (I) multiplicada por la resistencia (R). Esta es una ecuación fundamental en ingeniería eléctrica.
Considere el siguiente circuito de CC, que consta de una fuente de alimentación y tres cargas. Un bucle de corriente requiere voltaje para producir corriente, lo proporciona la fuente de alimentación, indicada como «V Total» en el diagrama.
Luego, la corriente fluye a través del circuito, pasando a través de cada carga. Usando la ley de Ohm, podemos calcular la caída de voltaje en cada carga. A través de la resistencia R1 la caída de tensión V1 es
>Componentes de un lazo de 4-20 mA
Comencemos a entender exactamente cómo funciona el bucle. Como se muestra en la siguiente figura, se conecta un cable físico entre el sensor, el transmisor, la fuente de alimentación y el receptor. El receptor puede ser un controlador o indicador DCS.
1.Sensor
En primer lugar, debe haber algún tipo de sensor que mida una variable de proceso. Un sensor normalmente mide la temperatura, la humedad, el caudal, el nivel o la presión, etc. La tecnología incorporada en el sensor varía mucho. Depende del diseño del sensor para una medición en particular.
2. Transmisor
En segundo lugar, independientemente de lo que esté monitoreando el sensor, debe haber una forma de convertir la medición en una señal de corriente, entre 4 y 20 miliamperios. Aquí es donde entra en juego el transmisor.
>3. Fuente de alimentación
Debe haber una fuente de energía para generar una señal. Es como en la analogía del sistema de agua donde debe haber una fuente de presión.
Hay muchos voltajes comunes 9V, 12V, 24 V, que usamos con los lazos de corriente de 4-20 mA dependiendo de la configuración requerida.
4. Bucle
Además de una fuente de alimentación adecuada, también debe haber un bucle. El bucle se refiere especialmente al cable que conecta el sensor a un receptor que recibe la señal de 4-20 mA y luego regresa al transmisor. En el lazo, según la medición del sensor, la señal de corriente en el rango de 4-20 mA es regulada en consecuencia por el transmisor.
5. Receptor
Finalmente, el receptor es un dispositivo en algún lugar del bucle que puede recibir y leer la señal actual. Esta señal actual debe traducirse a unidades fácilmente comprensibles para los operadores. Las pantallas digitales, los controladores, los actuadores y las válvulas son equipos comunes que se conectan a un bucle.
Estos componentes son todo lo que se necesita para completar un bucle de corriente de 4-20 mA. Los sensores miden la variable del proceso, mientras que el transmisor convierte la medición correspondiente en una señal de corriente. A través de un bucle de cable, la señal actual pasa a un receptor y el receptor muestra o realiza una acción en esa señal.
Resumen de bucles de corriente de 4-20 mA
El lazo de corriente de 4-20 mA es la principal señal de control de procesos en muchas industrias. Es un método excelente para transmitir información de procesos porque la corriente no se degrada con la distancia de viaje.
Ventaja
- El bucle de corriente de 4-20 mA es el estándar general en muchas industrias.
- Es una opción fácil de conectar y configurar.
- Utiliza muy pocas conexiones y cableado que otras señales, lo que reduce enormemente los costos.
- La señal de 4-20 mA es mejor para viajar largas distancias, la corriente no se reduce como lo hace el voltaje.
- La señal actual es menos sensible al ruido eléctrico.
- Dado que 4 mA equivalen al 0% de una señal, es fácil detectar una falla en el sistema.
Desventajas
- El bucle de corriente se limita a transmitir una sola señal de proceso en particular.
- Para cada variable de proceso, debe haber un bucle de corriente de 4-20 mA separado. Por lo tanto, el número de bucles de 4-20 mA es mayor si las variables del proceso son mayores. Se necesitan bucles independientes para estar correctamente aislados, de lo contrario, puede causar problemas con los bucles de tierra.
- Estos requisitos de aislamiento se vuelven sustancialmente más complejos a medida que aumenta el número de bucles.
¿Qué es un bucle de corriente de 4-20 mA? Sus ventajas y desventajas
En el mundo de la automatización industrial y el control de procesos, el bucle de corriente de 4-20 mA se ha establecido como un estándar crucial para la transmisión de señales. Este sistema es ampliamente utilizado para monitorear y controlar variables como la temperatura, la presión y el nivel de fluidos.
¿Cómo funciona un bucle de corriente de 4-20 mA?
Un bucle de corriente de 4-20 mA utiliza dos niveles de corriente para representar el rango total de la señal. A continuación, se detalla su funcionamiento:
- Sensor: Un dispositivo que mide una variable de proceso.
- Transmisor: Convierte la medición del sensor en una señal de corriente de 4-20 mA.
- Fuente de alimentación: Genera la energía necesaria para proporcionar la corriente.
- Bucle: Los cables que conectan el sensor al receptor y completan el circuito.
- Receptor: Dispositivo que recibe y procesa la señal enviada por el transmisor.
Ventajas del bucle de corriente de 4-20 mA
- Estándar industrial: Utilizado durante más de 50 años, lo que garantiza la disponibilidad de numerosos dispositivos y equipos compatibles [[1]].
- Menos interferencias: Al ser una señal de corriente, es menos susceptible a interferencias eléctricas y de ruido en comparación con las señales de voltaje.
- Detección de fallos: Permite identificar fallos en la línea, ya que una corriente menor a 4 mA generalmente indica problemas en el sensor o en la conexión.
- Gran alcance: Puede transmitir señales a largas distancias sin pérdida significativa de calidad.
Desventajas del bucle de corriente de 4-20 mA
- Limite de resolución: La resolución está limitada al rango de 4-20 mA, lo que puede ser insuficiente para algunas aplicaciones donde se requiere mayor precisión.
- Requiere más componentes: Necesita un transmisor adicional para convertir la señal, lo que puede aumentar el coste del sistema.
- Dependencia de la alimentación: Un fallo en la fuente de alimentación puede interrumpir la transmisión de la señal.
Conclusión
El bucle de corriente de 4-20 mA se ha consolidado como una herramienta fundamental en la industria de control de procesos. Sus ventajas, como la robustez y la resistencia a ruidos, superan generalmente sus desventajas. Sin embargo, su implementación debe ser evaluada dependiendo de las necesidades específicas de cada sistema.
Preguntas Frecuentes (FAQs)
¿Por qué se utiliza el rango de 4-20 mA y no otro?
El rango de 4-20 mA se ha elegido históricamente para garantizar que la señal de 0 mA no confunda el sistema con una condición de fallo, mientras que 20 mA representa el nivel máximo de señal.
¿Qué tipo de sensores se pueden utilizar?
Se pueden utilizar múltiples tipos de sensores, incluyendo termopares, RTDs, y sensores de presión, siempre que estén diseñados para generar una señal de 4-20 mA.
¿Cuál es la diferencia entre 4-20 mA y otras señales como 0-10 V?
La principal diferencia es que las señales de corriente (4-20 mA) son menos afectadas por las distancias más largas y las interferencias eléctricas en comparación con las señales de voltaje (0-10 V), que pueden experimentar caídas de voltaje significativas.
Para más información, consulta Prelectronics [[2]]y Itztli [[3]].
¡Hola QuipsyBeauppyfz! La verdad es que el artículo me parece súper útil, sobre todo para quienes estamos empezando a familiarizarnos con el tema. Yo también he tenido mis experiencias con el bucle de 4-20 mA en un par de proyectos y, aunque al principio me costó un poco entender cómo funcionaba, ahora me parece increíble lo confiables que son las lecturas. Eso sí, a veces un mal cable puede jugarte una mala pasada, ¡como me pasó a mí una vez! Pero las ventajas de tener un sistema que te da señales tan estables son indiscutibles.
¡Totalmente de acuerdo, ukugxilaab! A mí también me pasó algo parecido cuando empecé. Recuerdo que en mi primer proyecto, me volví loco tratando de identificar un problema de señal y resulta que era un tema de interferencias por un cable mal colocado. Sin embargo, después de superarlo, empecé a ver todas las ventajas de usar el bucle de 4-20 mA, como la facilidad para hacer diagnósticos a distancia. De verdad, si no hubieran esos detalles de instalación, sería todo mucho más sencillo. ¡Gracias por compartir tu experiencia!