Cómo convertir una señal 4-20 mA a unidades de proceso
La señal 4-20 mA es el estándar de comunicación en la inmensa mayoría de transmisores de campo en EDAR, ETAP, desaladores y plantas industriales. Pero el valor en miliamperios que ves en el PLC o en el indicador local no te dice directamente cuántos m³/h pasan por la tubería ni qué presión hay en el conducto. Aquí explico la fórmula —tanto para 4-20 mA como para 0-20 mA— con ejemplos reales de plantas de tratamiento de agua, y una calculadora que puedes usar al instante.
Calculadora 4-20 mA gratuita
Convierte señales a unidades de proceso en segundos. Incluye 4-20 mA y 0-20 mA, con todos los rangos típicos de EDAR.
Abrir calculadora¿Qué es la señal 4-20 mA?
Es un bucle de corriente analógica donde el transmisor de campo regula la corriente que circula por el cable entre 4 mA y 20 mA de forma proporcional al valor medido:
- 4 mA = 0% del rango del instrumento (cero de escala)
- 20 mA = 100% del rango del instrumento (tope de escala)
- 12 mA = 50% del rango
¿Por qué 4 mA y no 0 mA? Porque 4 mA permite alimentar el circuito electrónico del transmisor directamente desde el bucle (sin alimentación separada) y, lo más importante: si el cable se rompe, la corriente cae a 0 mA y el PLC detecta el fallo inmediatamente. A esto se le llama live zero.
¿Y la señal 0-20 mA?
Existe, es legal, y todavía se usa en ciertos equipos. La diferencia fundamental es que 0 mA equivale al 0% del rango y 20 mA al 100%. No hay "live zero". La fórmula cambia:
Valor = (mA / 20) × (Rango máx − Rango mín) + Rango mín
Comparación directa entre ambos estándares:
| Señal (mA) | 4-20 mA → % | 0-20 mA → % | Diferencia |
|---|---|---|---|
| 0 | FALLO DE CABLE | 0% | Aquí está el problema |
| 4 | 0% | 20% | 4 mA = 20% en 0-20 mA |
| 12 | 50% | 60% | Siempre 10% de diferencia |
| 20 | 100% | 100% | Solo coinciden en el tope |
Error crítico de aprendices: Configurar un transmisor de 4-20 mA en el PLC como si fuera 0-20 mA (o viceversa) da lecturas erróneas en toda la escala. Si el transmisor envía 4 mA y el PLC espera 0-20 mA, interpretará que estás al 20% cuando en realidad estás al 0%. Antes de calibrar, verifica siempre qué tipo de señal entrega el transmisor (lo dice en la placa de características o en el manual).
¿Dónde se encuentra 0-20 mA todavía?
- Equipos antiguos — Algunos transmisores de los años 80-90 usaban 0-20 mA como estándar propio del fabricante
- Convertidores I/P — Ciertos convertidores corriente-presión para válvulas de control trabajan en 0-20 mA
- Salidas de algunos PLCs — Salidas analógicas configurables que por defecto pueden venir en 0-20 mA
- Instrumentos de gama baja — Algunos analizadores de cloro, pH o turbidez de bajo costo
- Países con normativa histórica — En algunos países de Sudamérica y Asia se usó 0-20 mA como estándar nacional
Regla práctica: Si ves un transmisor con solo dos hilos (sin alimentación separada), es casi seguro que es 4-20 mA (necesita los 4 mA mínimos para alimentarse). Si tiene 4 hilos (dos de alimentación + dos de señal), podría ser 0-20 mA. Siempre verifica la placa del instrumento.
La fórmula de conversión (4-20 mA)
La conversión de miliamperios a unidades de proceso se hace en dos pasos: primero pasas de mA a porcentaje de rango, luego de porcentaje a unidades reales.
% = ((mA − 4) / 16) × 100
Valor = % × (Rango máx − Rango mín) + Rango mín
Combinadas en una sola expresión:
Valor = ((mA − 4) / 16) × (Rango máx − Rango mín) + Rango mín
Donde:
- mA = señal de corriente leída (entre 4 y 20)
- Rango mín = valor de proceso correspondiente a 4 mA (cero de escala)
- Rango máx = valor de proceso correspondiente a 20 mA (tope de escala)
Ejemplo 1: Caudalímetro en una EDAR (4-20 mA)
Tienes un caudalímetro electromagnético instalado a la entrada de la EDAR con las siguientes características:
- Rango: 0 a 500 m³/h
- Tipo de señal: 4-20 mA
- Señal actual del PLC: 12 mA
La planta está recibiendo exactamente 250 m³/h, que es el 50% del rango del instrumento. Esto coincide con lo esperado: 12 mA es justo la mitad del rango 4-20 mA.
Ejemplo 2: Misma señal con 0-20 mA (para ver la diferencia)
Imagina que el mismo caudalímetro fuera 0-20 mA en vez de 4-20 mA. Con la misma señal de 12 mA:
Mismo cable, misma señal, resultado distinto: 12 mA da 250 m³/h en 4-20 mA pero 300 m³/h en 0-20 mA. Una diferencia de 50 m³/h que puede provocar decisiones operativas equivocadas. Por eso es fundamental verificar el tipo de señal antes de interpretar cualquier lectura.
Ejemplo 3: Presión en una planta de ósmosis inversa
Transmisor de presión a la entrada de los módulos OI:
- Rango: 0 a 16 bar
- Señal leída: 14.4 mA
En planta real: Si el manómetro local marca 10.4 bar y el PLC indica lo mismo, el transmisor está bien calibrado. Si hay diferencia, el problema puede estar en el calibrador, en la configuración del rango del bloque analógico del PLC, o en el propio transmisor.
Ejemplo 4: Nivel con rango desplazado (no empieza en cero)
Este es el caso que más errores causa. Un transmisor de nivel en un tanque de decantación con rango desplazado:
- Rango: 1.5 a 4.0 metros (no empieza en cero)
- Señal leída: 7.2 mA
Error frecuente: Muchos técnicos calculan solo el porcentaje (20%) y lo aplican al rango máximo: 20% × 4.0 = 0.8 m. Eso es incorrecto. Hay que sumar siempre el valor mínimo del rango (1.5 m en este caso). Ignorar el rango desplazado es una de las causas más comunes de lecturas erróneas en EDAR. Este error ocurre igual con 0-20 mA — la fórmula del rango desplazado es la misma para ambos tipos de señal.
Ejemplo 5: Temperatura en una torre de enfriamiento
- Rango: 15 a 45 °C
- Señal leída: 17.6 mA
Tabla de referencia rápida
Para un rango genérico de 0 a 100%, estos son los valores de correspondencia de ambos estándares:
| Señal (mA) | 4-20 mA → % | 0-20 mA → % | Ej: 0-500 m³/h (4-20) | Ej: 0-500 m³/h (0-20) |
|---|---|---|---|---|
| 0 | FALLO | 0% | — | 0 |
| 4 | 0% | 20% | 0 | 100 |
| 8 | 25% | 40% | 125 | 200 |
| 12 | 50% | 60% | 250 | 300 |
| 16 | 75% | 80% | 375 | 400 |
| 20 | 100% | 100% | 500 | 500 |
Inversa: de unidades a mA
A veces necesitas saber qué señal deberías leer para un valor dado de proceso (por ejemplo, para verificar una calibración). Las fórmulas inversas son:
mA = ((Valor − Rango mín) / (Rango máx − Rango mín)) × 16 + 4
mA = ((Valor − Rango mín) / (Rango máx − Rango mín)) × 20
Ejemplo: ¿qué mA debería dar un caudalímetro de 0-500 m³/h midiendo 200 m³/h?
Misma lectura de proceso, señales completamente distintas. Verifica siempre qué tipo de señal espera el PLC.
Calculadora interactiva
Prueba aquí mismo con tus valores reales de planta. Selecciona el tipo de señal (4-20 mA o 0-20 mA) y compara los resultados:
mA Convertir señal a unidades de proceso
Comparativa 4-20 mA vs Pulso
¿Cuándo usar señal analógica y cuándo pulso en caudalímetros? Descúbrelo con nuestra guía interactiva.
Ver análisis comparativoResistencia máxima del bucle
Un detalle que se olvida a menudo: la suma de resistencias del bucle (cable + resistencia de shunt del PLC + indicadores en serie) tiene un límite. La fórmula es:
R máx = (V alim − 10 V) / 0.02 A
Se restan 10 V porque la mayoría de transmisores necesitan un mínimo de 10 V para operar. Ejemplos típicos:
| V alimentación | R máxima | Distancia aprox. (cable 1.5 mm²) |
|---|---|---|
| 24 VDC | 700 Ω | Aprox. 2.800 m |
| 12 VDC | 100 Ω | Aprox. 400 m |
En plantas EDAR existentes: Es frecuente encontrar bucles con más de 1 km de cable hasta el transmisor de campo. Si la resistencia total supera el máximo, la señal no llegará a 20 mA con carga completa. Verifica siempre la sección del cable y la longitud total del bucle.