0. Introduccción
0. Introducción
Una celda de carga, también conocida como célula de carga, es un dispositivo que convierte una fuerza (masa multiplicada por la gravedad) en una señal eléctrica que puede ser interpretada y leída en un indicador de peso digital.
Aunque existen muchas variedades de sensores de fuerza, las celdas de carga de galgas extensiométricas son el tipo más utilizado.
La fuerza aplicada sobre el material de la celda causa una deformación del circuito que contiene las galgas, provocando un cambio en la resistencia eléctrica de las mismas. Midiendo este cambio de resistencia se genera una señal eléctrica que luego se traduce en peso dentro del indicador digital. Esto se explica en la siguiente figura, misma que ilustra el principio del Puente de Wheatstone:
1. Tipos de Celdas de Carga
1. Tipos de Celdas de Carga
Los diseños de celdas de carga se pueden distinguir según el tipo de señal de salida generada (neumática, hidráulica, eléctrica) o según la forma en que detectan el peso (flexión, cizallamiento, compresión, tensión, etc.)
Celdas hidráulicas:
Son dispositivos de equilibrio de fuerza que miden el peso como un cambio en la presión del fluido de llenado interno. En los sensores de fuerza hidráulica de tipo diafragma rodante, una carga o fuerza que actúa sobre un cabezal de carga se transfiere a un pistón que, a su vez, comprime un fluido de llenado confinado dentro de una cámara de diafragma elastomérico.
A medida que aumenta la fuerza, aumenta la presión del fluido hidráulico. La salida es lineal y no se ve afectada por la cantidad de fluido de llenado o por su temperatura.
Debido a que este sensor no tiene componentes eléctricos, es ideal para uso en áreas con peligro eléctrico.
Las aplicaciones típicas de celdas de carga hidráulicas incluyen pesaje de tanques, contenedores y tolvas. Para obtener la máxima precisión, el peso del tanque se debe obtener al ubicar un sensor de fuerza en cada punto de apoyo y sumar sus salidas.
Celdas neumáticas:
Funcionan según el principio de equilibrio de fuerzas. Estos dispositivos utilizan múltiples cámaras de amortiguación para brindar mayor precisión que un dispositivo hidráulico. En algunos diseños, la primera cámara de amortiguación se utiliza como una cámara de tara. Las celdas de carga neumática se usan a menudo para medir pesos relativamente pequeños en industrias donde la limpieza y la seguridad son una preocupación primordial.
Son a prueba de explosiones e insensibles a las variaciones de temperatura. Además, no contienen fluidos que puedan contaminar el proceso si se rompe el diafragma. Las desventajas incluyen una velocidad de respuesta relativamente lenta y la necesidad de aire limpio, seco y regulado o nitrógeno.
Celdas con galgas extensométricas:
convierten la carga que actúa sobre ellos en señales eléctricas. Los indicadores en sí mismos están unidos a una viga o miembro estructural que se deforma cuando se aplica el peso. En la mayoría de los casos, se utilizan cuatro medidores de tensión para obtener la máxima sensibilidad y compensación de temperatura.
Dos de los medidores están generalmente en tensión y dos en compresión; se cablean con ajustes de compensación.
Las celdas están diseñadas para deformarse en respuesta a una carga, modificando la resistencia eléctrica existente en el circuito de las galgas (bandas) extensométricas y generando una señal eléctrica mesurable.
Las celdas de carga de galgas extensiométricas ofrecen precisiones desde una escala máxima de 0.03% a 0.25% y son adecuadas para casi todas las aplicaciones industriales.
Celdas piezorresistivas:
Funcionan de manera similar a las celdas de carga de bandas extensométricas. Generan una señal de salida de alto nivel, lo que los hace ideales para sistemas de pesaje simples porque se pueden conectar directamente a un medidor de lectura. Sin embargo, la disponibilidad de amplificadores lineales de bajo costo ha disminuido esta ventaja. Un inconveniente adicional de los dispositivos piezorresistivos es su salida no lineal.
Celdas inductivas y reluctivas:
Ambos dispositivos responden al desplazamiento proporcional al peso de un núcleo ferromagnético. Uno cambia la inductancia de una bobina solenoide debido al movimiento de su núcleo de hierro; el otro cambia la reticencia de un espacio de aire muy pequeño.
Células magnetostrictivas:
El funcionamiento de este sensor de fuerza se basa en el cambio en la permeabilidad de los materiales ferromagnéticos bajo tensión aplicada. Se construye a partir de una pila de laminados que forman una columna de carga alrededor de un conjunto de devanados de transformador primario y secundario. Cuando se aplica una fuerza, las tensiones causan distorsiones en el patrón de flujo, generando una señal de salida proporcional a la carga aplicada. Este es un sensor robusto y se sigue utilizando para la medición de fuerza y peso en laminadores y laminadores de bandas.
2. Aplicaciones
2. Aplicaciones
Las celdas de carga representaron el primer gran cambio de diseño en la tecnología de pesaje. En las plantas de procesamiento actuales, los sensores digitales son los preferidos en la mayoría de las aplicaciones, aunque las básculas de palanca mecánica aún se usan si la operación es manual y el personal de operación y mantenimiento prefiere su simplicidad.
Las aplicaciones más comunes son las siguientes:
- Sistemas de pesaje de camiones
- Sistemas de pesaje de trenes
- Sistemas de pesaje de tanques y tolvas
- Sistemas de pesaje de silos
- Sistemas de pesaje de aviones
- Plataformas de pesaje de piso
- Plataformas de pesaje de mesa
