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Transmisores de 2, 3 y 4 hilos: alimentar correctamente el lazo
«¿Cuántos hilos necesita este transmisor?» parece una pregunta de cableado, pero en realidad trata de alimentación. Un transmisor debe hacer dos trabajos, medir y comunicar, y el número de hilos depende de dónde obtiene la energía. Un error puede dejar el lazo sin alimentación, causar lecturas incorrectas o quemar una tarjeta.
El transmisor de 2 hilos alimentado por lazo
Un transmisor de 2 hilos funciona enteramente con la corriente del propio lazo. Los mismos dos hilos transportan la alimentación DC y la señal de 4–20 mA. No hay un cable de alimentación separado: el transmisor se alimenta del lazo y la fuente de 24 V DC se conecta en serie en el extremo del cuadro o de las bornas de interconexión.
Es la solución habitual para la inmensa mayoría de los transmisores de proceso de presión, temperatura, nivel y caudal, porque solo necesita dos hilos por equipo y es sencilla por naturaleza. La contrapartida es un presupuesto de potencia estricto: toda la electrónica debe funcionar con la corriente mínima disponible en los modos de operación y fallo especificados, manteniendo correcta la corriente de señal. Por eso los equipos de 2 hilos disponen de poca potencia interna para pantallas grandes o sensores calentados.
| Propiedad | 2 hilos | 3 hilos | 4 hilos |
|---|---|---|---|
| Fuente de alimentación | El mismo par que la señal en un diseño alimentado por lazo | Alimentación separada con referencia compartida | Par de alimentación y par de señal separados |
| Salida típica | 4–20 mA | Corriente o tensión, según el diseño | Corriente o tensión, según el diseño |
| Potencia disponible | Limitada por tensión del lazo y corriente mínima | Límites de la alimentación y del conductor común | Capacidad nominal de la alimentación separada |
| Aislamiento | Comprobar la especificación real | Comprobar la especificación real | Cuatro hilos no lo garantizan |
| Comprobación de conexión | Alimentación del lazo y entrada compatible | Tipo de salida, común y comportamiento de suministro/absorción de corriente | Potencia nominal y salida activa/pasiva |
La solución intermedia de 3 hilos
Un transmisor de 3 hilos tiene dos conductores de alimentación y un tercero para la señal, con un conductor común compartido. Se utiliza en equipos que necesitan más potencia que la que proporciona un lazo, pero en los que el fabricante quiere ahorrar un hilo frente a una conexión completa de 4 hilos. Suele ofrecer una salida de tensión de 0–10 V o una salida de 4–20 mA referida al mismo común que la alimentación.
El común compartido de un equipo de tres hilos merece atención. La caída de tensión en ese conductor afecta directamente a una señal de tensión referenciada; una salida de corriente se comporta de otra forma hasta superar su límite de tensión de cumplimiento o de modo común. Compruebe resistencia de los conductores, tipo de entrada y diferencias de referencia admisibles para el circuito real.
El transmisor de 4 hilos con alimentación separada
Un transmisor de 4 hilos tiene dos conductores para su alimentación propia, normalmente 24 V DC o 110/220 V AC, y dos conductores separados para la señal de salida. Alimentación y señal pueden estar aisladas galvánicamente entre sí o no. Se emplea cuando el equipo necesita más potencia: transmisores de radar con calefacción de antena, analizadores, computadores de caudal y transmisores con una pantalla local grande o una salida de relé.
El diseño de cuatro hilos proporciona un presupuesto de potencia separado. El aislamiento es otra especificación que debe comprobarse entre alimentación, señal, sensor y tierra; no se deduce del número de conductores. Compruebe también si la salida de corriente es activa o pasiva antes de conectarla a una entrada alimentada.
El cálculo de caída de tensión que determina la viabilidad del lazo
En un circuito de corriente alimentado por lazo, la fuente debe cubrir la tensión mínima en bornes del transmisor, la resistencia de ida y vuelta del cable, las cargas en serie y las caídas de los equipos asociados. Una salida de tensión con alimentación separada requiere otro cálculo de carga. Para el lazo de corriente:
Tensión de alimentación ≥ tensión mínima del transmisor + Imax × resistencia total en serie + otras caídas de tensión especificadas, con margen de diseño.
A 20 mA, suponiendo una tensión mínima del transmisor de 12 V, una carga de 250 ohmios y 150 ohmios de cable de ida y vuelta, se consumen 12 + 5 + 3 = 20 V y quedan 4 V de una fuente de 24 V. A 22 mA, las mismas cargas resistivas consumen 8.8 V y quedan 3.2 V. Compruebe corriente máxima real, alimentación mínima, barreras y tolerancias antes de aceptar el margen.
Elegir el esquema adecuado
Medición estándar de 4–20 mA → Considere un instrumento de dos hilos cuando sus requisitos de potencia y respuesta se ajusten a la aplicación.
Sensor alimentado o equipo con necesidades moderadas de potencia → 3 hilos, vigilando los errores de tierra asociados al común compartido.
Equipo con mayor demanda de potencia → Utilice su disposición de alimentación separada especificada y verifique expresamente el aislamiento y el tipo de salida.
Lazo de seguridad o crítico → Siga el manual de seguridad y la arquitectura aprobada, incluidas fiabilidad de alimentación, diagnóstico y balance de tensión en el peor caso. El número de hilos por sí solo no demuestra idoneidad.
Preguntas de los técnicos
P1. ¿Puedo alimentar por lazo un transmisor de 4 hilos?
Solo si el fabricante ofrece expresamente una configuración de funcionamiento alimentada por lazo. Un equipo con alimentación separada necesita su fuente nominal; el par de salida de corriente por sí solo no alimenta su electrónica.
P2. ¿Por qué son habituales 24 V DC en lugar de 12 V?
Suelen proporcionar un margen útil para la tensión del transmisor, la resistencia del cable y las cargas en serie. Seleccione la fuente dentro de los valores admisibles de todos los equipos y circuitos. Ningún umbral único de tensión DC garantiza la seguridad al contacto en todas las condiciones húmedas, de zona peligrosa o de fallo.
P3. ¿Qué ocurre si conecto un transmisor de 2 hilos a una tarjeta de 3 hilos?
Compruebe los bornes reales y si la entrada alimenta el lazo o solo mide corriente. Algunas entradas admiten varias disposiciones. Utilice el esquema aprobado; las etiquetas basadas en el número de conductores no determinan por sí solas la compatibilidad.
P4. ¿Necesita un transmisor de 4 hilos un aislador separado?
Compruebe su especificación de aislamiento, tipo de salida y límites de modo común de la entrada. Algunos ya proporcionan el aislamiento necesario y otros no. Cuatro hilos no demuestran separación galvánica.
