Transmisores a 2 y 4 hilos: diferencias y cableado

Respuesta corta

Un transmisor a dos hilos recibe su alimentación y entrega su señal por el mismo par, con una fuente de unos 24 V en el lazo. Uno de cuatro hilos tiene alimentación aparte y su salida de 4-20 mA puede ser activa o pasiva. La diferencia define el cableado, cuánta energía dispone el instrumento y cómo se calcula la tensión que debe aportar la fuente.

El problema que resuelve cada arreglo

Un transmisor convierte una variable de proceso en una señal eléctrica estandarizada, casi siempre de 4 a 20 mA, y necesita energía para funcionar. La forma de entregarla define dos familias: los transmisores a dos hilos, que toman la energía de la propia señal, y los a cuatro hilos, que reciben alimentación por separado. La elección afecta el cableado, el costo de instalación, la potencia disponible en el instrumento y la forma de comprobar el lazo. Para entender el lazo en sí, vea señal 4-20 mA: cómo funciona y por qué se usa. Los sensores de proximidad inductivos, capacitivos y fotoeléctricos, con salida PNP o NPN, se explican en sensores inductivos, capacitivos y fotoeléctricos.

Transmisor a dos hilos

En el arreglo de dos hilos, un solo par de cables conecta el transmisor con el controlador, y por él circulan a la vez la alimentación y la señal. Una fuente de corriente continua, usualmente de 24 V, está en serie con el lazo; el transmisor actúa como una resistencia variable que regula la corriente entre 4 y 20 mA según la variable medida. El piso de 4 mA, o cero vivo, es la energía mínima con la que se alimenta la electrónica del instrumento.

Ventajas:

Un solo par de cables por instrumento, lo que reduce el costo de cableado y de bandejas.
Facilidad para llevarlo a áreas clasificadas con barreras de seguridad intrínseca, porque la energía en campo es limitada.
Detección natural de cable roto, ya que una interrupción lleva la corriente a cero.

Límites:

El consumo del instrumento no puede superar lo que permite la corriente mínima del lazo. Por eso son equipos de baja potencia.
La tensión disponible en el transmisor baja con cada ohmio que se añade al lazo.

Transmisor a cuatro hilos

El transmisor a cuatro hilos usa dos hilos para su alimentación, que puede ser de 24 V en corriente continua o de la red en corriente alterna según el modelo, y dos hilos para la salida de señal. Se utiliza cuando el instrumento consume más energía que la que un lazo puede dar: analizadores, caudalímetros electromagnéticos, medidores ultrasónicos, equipos con calefacción o con pantalla grande.

La salida de señal puede ser de dos tipos:

Activa: el transmisor tiene su propia fuente y entrega la corriente al lazo. El receptor debe ser pasivo.
Pasiva: el transmisor solo regula la corriente y necesita que una fuente externa cierre el circuito, como en uno de dos hilos.

La regla básica del lazo no cambia: una sola fuente y un solo transmisor por lazo, con los demás elementos pasivos en serie. Conectar una salida activa a una entrada que también aporta alimentación es el error más frecuente de cableado.

Comparación

Aspecto	Dos hilos	Cuatro hilos
Alimentación	Por el mismo par de la señal	Aparte, por dos hilos propios
Cantidad de conductores	Un par	Dos pares
Potencia disponible	Baja, limitada por los 4 mA	Alta, la que ofrezca la alimentación
Salida	Pasiva (necesita fuente en el lazo)	Activa o pasiva, según el modelo
Uso típico	Presión, temperatura, nivel, caudal por presión diferencial	Analizadores, caudalímetros magnéticos y ultrasónicos
Áreas clasificadas	Más sencillo con barreras	Requiere más análisis
Falla de alimentación	Se ve como corriente cero	Puede dejar la salida congelada o en cero

Presupuesto de tensión del lazo

Todo lazo de dos hilos debe cumplir una condición: la tensión de la fuente tiene que alcanzar para que el transmisor tenga su tensión mínima de operación incluso con la corriente máxima circulando por las resistencias del lazo. En forma general:

V fuente ≥ V mínima del transmisor + I máxima × R total del lazo

La resistencia total incluye el resistor de entrada del controlador, los indicadores en serie, las barreras o aisladores y la resistencia de los dos conductores. La tensión mínima del transmisor sale de su hoja de datos. Esta es una aplicación de la ley de Ohm.

Ejemplo ilustrativo. Una fuente de 24 V alimenta un transmisor cuya tensión mínima de operación es de 12 V (valor supuesto para el ejemplo; el real está en la hoja de datos del equipo).

Tensión que queda para la resistencia del lazo: 24 − 12 = 12 V.
Resistencia máxima admisible con 20 mA: 12 V / 0,020 A = 600 Ω.
Cargas reales: resistor de entrada de 250 Ω, un indicador local de 50 Ω y 40 Ω de cable ida y vuelta. Total: 340 Ω.
Margen: 600 − 340 = 260 Ω. El lazo cumple.

Si se añade un aislador de señal que consuma otros 300 Ω equivalentes, el total pasa a 640 Ω, supera los 600 Ω y el transmisor ya no entregará 20 mA con los 12 V mínimos. El síntoma típico es que la señal se «aplana» cerca del 100 % y el sistema nunca lee el valor máximo.

El cálculo debe repetirse cada vez que se modifica el lazo: se agrega un indicador, se cambia la longitud del cable o se instala una barrera.

Cómo se ve en un plano

En el plano de lazo deben aparecer, como mínimo:

la fuente y su protección;
la polaridad;
los bornes de cada caja de paso;
el blindaje y el punto donde se conecta a tierra;
el resistor de entrada o el modo de la tarjeta;
el rango calibrado y el tag del instrumento. Una buena identificación de tags sigue las convenciones que explica diagramas P&ID e identificación ISA 5.1.

Alimentación, aisladores y áreas clasificadas

Cuando varios instrumentos comparten una fuente, un fallo de ella los deja a todos sin señal, y por eso en servicios críticos se reparte la alimentación por grupos y se supervisa. El aislamiento galvánico entre el campo y el sistema de control evita que un potencial de tierra distinto entre dos puntos se convierta en una corriente de circulación. Los aisladores de señal y las tarjetas con entradas aisladas cumplen esa función. Cada elemento añadido consume tensión del lazo y debe entrar en el presupuesto.

En áreas con atmósferas explosivas, el transmisor de dos hilos se presta a la protección por seguridad intrínseca. Una barrera o un aislador intrínsecamente seguro limita la energía que puede llegar al campo. El lazo se calcula con las resistencias y los parámetros de la barrera. Un equipo de cuatro hilos suele requerir otro método de protección porque trae alimentación propia. La clasificación del área y el método de protección se definen en el diseño, y son una decisión de ingeniería que no se improvisa en obra.

Ejemplo ilustrativo de elección. Un medidor electromagnético de caudal para una línea de agua necesita alimentación de la red y una pantalla local: se compra a cuatro hilos, con salida activa de 4-20 mA hacia el PLC. En cambio, el transmisor de presión del mismo sistema consume muy poco y se instala a dos hilos desde la misma tarjeta analógica. En el mismo proyecto conviven los dos arreglos, y el plano de lazo debe mostrar a cuál corresponde cada tag.

Los transmisores de cuatro hilos con salida activa y los de dos hilos no se pueden intercambiar en un mismo lazo sin revisar quién aporta la fuente. Esa revisión forma parte de cualquier cambio de instrumentos y de la actualización de planos.

Errores frecuentes

Cablear un transmisor de cuatro hilos como si fuera de dos, o a la inversa.
Poner dos fuentes en el mismo lazo, por ejemplo la del controlador y una fuente externa de campo.
Invertir la polaridad: si el transmisor trae protección contra inversión no se daña, pero no regula y la lectura queda en cero o fuera de rango.
No recalcular la tensión del lazo al sumar indicadores, barreras o aisladores.
Usar una entrada analógica con alimentación de lazo para un transmisor que ya tiene fuente propia.
Medir la corriente conectando el multímetro en paralelo en vez de en serie.
Dejar la malla del cable conectada en los dos extremos.
Medir el consumo en la fuente con equipos de baja resolución y concluir que «tiene corriente».

Lista de verificación

Tipo de transmisor (dos o cuatro hilos) confirmado con la placa y el manual.
Salida activa o pasiva identificada y coherente con el tipo de entrada del controlador.
Una fuente y un transmisor por lazo.
Presupuesto de tensión calculado con la resistencia real del cable y los elementos en serie.
Polaridad verificada en cada borne.
Alimentación auxiliar disponible y protegida en los equipos de cuatro hilos.
Blindaje conectado en un solo extremo, según el plano.
Comprobación del lazo con inyección en 4, 12 y 20 mA.
Plano de lazo actualizado después de cada cambio.

Cómo le ayudamos

Un lazo que no cierra suele esconderse tras un transmisor «dañado» que en realidad funciona bien. Revisar el presupuesto de tensión y la polaridad ahorra el cambio de equipos. En el diseño, nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios deja los planos de lazo con su cálculo; en campo, las pruebas y puesta en servicio verifican cada lazo con inyección y lectura en el sistema de control. Para ver cómo se comprueba una señal de principio a fin, lea pruebas punto a punto de señales.

Guías relacionadas

Referencias

IEC 60381-1, Analogue signals for process control systems – Direct current signals (citada por título).
Wikipedia, «Current loop» (CC BY-SA 4.0), consultada el 2026-11-05.
Kuphaldt, T. R., Lessons in Industrial Instrumentation, capítulo de instrumentación analógica electrónica (CC BY 4.0).

Preguntas frecuentes

¿Un transmisor a dos hilos puede alimentar un sensor con calefacción o un display grande?

No siempre. Todo lo que consume el instrumento sale de la corriente del lazo, que en su mínimo es de 4 mA. Por eso los equipos a dos hilos son de bajo consumo, y los que necesitan más potencia, como los analizadores o los medidores con calefacción, se fabrican a cuatro hilos.

¿Cómo sé si la salida de un transmisor a cuatro hilos es activa o pasiva?

En la placa y en el manual del equipo, y en el diagrama de conexión. Una salida activa entrega la corriente al lazo con su propia fuente; una pasiva necesita que una fuente externa cierre el circuito. Conectar dos activas entre sí es un error de lazo.

¿Qué pasa si la fuente de 24 V no alcanza para el lazo?

El transmisor deja de poder entregar la corriente máxima: la señal se satura por debajo de 20 mA o el equipo se reinicia. Es un problema frecuente cuando se agregan indicadores, barreras o cable largo a un lazo existente sin recalcular la tensión.

¿Se puede cambiar un transmisor de dos hilos por uno de cuatro hilos sin cambiar el cableado?

No directamente. El de cuatro hilos requiere alimentación independiente, que puede no existir en campo, y su salida debe coincidir en tipo con la entrada del controlador. Se revisa en el plano de lazo antes de cambiar el equipo.