¿Cómo funciona una celda de carga?
Una celda de carga es un sensor electromecánico que se utiliza para medir la fuerza o el peso. Tiene un diseño simple pero efectivo que se basa en la conocida transferencia entre una fuerza aplicada, la deformación del material y el flujo de electricidad. Son dispositivos increíblemente versátiles que ofrecen un rendimiento preciso y robusto en una amplia gama de aplicaciones. No sorprende que se hayan vuelto esenciales para muchos procesos industriales y comerciales, desde la automatización de la fabricación de automóviles hasta el pesaje de sus compras en la caja. A medida que la tecnología avanza, surgen muchas aplicaciones nuevas y emocionantes que también se beneficiarán del uso de celdas de carga. Los nuevos avances en robótica, háptica y prótesis médicas, por nombrar algunos, necesitan formas efectivas de medir fuerzas y pesos. Continuamente se diseñan nuevos tipos de celdas de carga para satisfacer las necesidades de este mercado en constante cambio.
Cómo funcionan las celdas de carga
Cuando usamos celdas de carga, un extremo generalmente está asegurado a un marco o base, mientras que el otro extremo está libre para unir el peso o el elemento que soporta el peso.
Cuando se aplica fuerza al cuerpo de la celda de carga, se flexiona ligeramente bajo la tensión. Esto es similar a lo que le sucede a una caña de pescar cuando un pescador engancha un pez.
El pescador asegurará la caña en sus manos mientras el pez aplica una fuerza de tracción en el otro extremo de la línea de pesca. El resultado de esta fuerza es que la caña de pescar se dobla, con un pez más grande y más fuerte, lo que hace que la curva sea más extrema.
Cuando esta acción le sucede a un sensor de carga, la deformación es muy sutil y no es visible a simple vista. Para medir la deformación, las galgas extensiométricas se unen firmemente al cuerpo de la celda de carga en puntos predeterminados, lo que hace que se deformen al unísono con el cuerpo. El movimiento resultante altera la resistencia eléctrica de las galgas extensiométricas en proporción a la cantidad de deformación causada por la carga aplicada.
Mediante el uso de componentes electrónicos de acondicionamiento de señales, la resistencia eléctrica de las galgas extensiométricas se puede medir y la señal resultante se emite como una lectura de peso o fuerza.
¿Tecnología de una célula de carga?
Una célula de carga típica consta de dos partes: el cuerpo principal y un circuito eléctrico conectado. El cuerpo principal soporta el peso o la fuerza y representa la mayor parte de la célula de carga. Por lo general, se fabrica con acero o aluminio de alta calidad, lo que garantiza la fiabilidad mecánica y una distribución de tensiones predecible e uniforme.
El circuito eléctrico se encuentra dentro de la célula de carga, firmemente unido al cuerpo principal. El circuito incluye galgas extensiométricas que son componentes especiales del circuito, diseñados para detectar las deformaciones.
Las galgas extensiométricas consisten en un conductor eléctrico, en forma de alambre o fina lámina, dispuesto en un patrón de zig-zag. Este patrón las hace sensibles a la tracción y compresión a lo largo de su longitud, pero insensibles en todo su ancho. De tal manera pueden posicionarse con precisión para detectar fuerzas a lo largo de direcciones principales. Por ejemplo, las células de carga tipo Viga tienen sus medidores de tensión colocados en un ángulo de 45 grados con respecto al eje de carga, a fin de maximizar la detección de la tensión de corte que corre a través de la célula de carga.
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Protección ambiental
Dependiendo de la configuración, una célula de carga puede encontrarse en condiciones ambientales muy diferentes. Obviamente una sala limpia dentro de un laboratorio médico difiere completamente de la parte inferior de un camión de minería a cielo abierto, sin embargo en ambas situaciones las células de carga son la solución más efectiva. Por lo tanto, es importante que estén adecuadamente protegidas de los agentes ambientales, para garantizar un rendimiento duradero para las condiciones de uso previstas.
La mayoría de las células de carga están selladas. Esto significa que las cavidades se llenan con un material de resina o epoxi que cubre por completo los componentes electrónicos. Esto ayuda a proteger los circuitos de daños externos y de la humedad, además de ayudar en la disipación del calor.
Algunas células de carga cuentan con sellos herméticos para una mejor protección ambiental. Un sello completamente soldado proporciona una carcasa hermética y robusta, capaz de enfrentarse a los entornos más desafiantes.
Los certificados ATEX y FM están disponibles para algunas células de carga. Estos certificados garantizan que es apropiado utilizarlas en entornos potencialmente explosivos sin riesgo de chispas. Ideal para actividades que liberan gases o vapores inflamables, como la pulverización de pintura sobre vehículos o lugares de trabajo en los que se manejan polvos orgánicos finos como harina de grano o madera.
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Precisión de la célula de carga
Diferentes tareas requieren diferentes grados de precisión. Una báscula médica que mide dosis de medicamentos obviamente necesita tener una resolución mayor que una báscula industrial que pesa grandes cantidades de grava o arena. Para ello encontrará diferentes tipos de células de carga capaces de ofrecer distintos niveles de precisión y capacidad, para adaptarse a diferentes aplicaciones.
Existen normas y acuerdos internacionales que tienen como objetivo proporcionar control de calidad sobre el pesaje y los equipos de medición de fuerza. La idea es que dicha regulación ayude a promover la armonía entre diferentes jurisdicciones, facilitando el comercio y la actividad económica.
A nivel internacional, la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) gobierna dichos reglamentos metrológicos, y en los EE. UU. el Comité de Evaluación Nacional de Tipo (NTEP) realiza la misma función.
Muchas actividades comerciales en las que el producto se vende por peso, requieren de equipos de pesaje legalizados para el comercio. Estos equipos son certificados por las autoridades pertinentes (OIML, NTEP o normas nacionales) para su uso en dichas aplicaciones. Por lo general, para básculas de pesaje comerciales, estarán certificadas para una clase C3 según OIML.
Las células de carga con certificación OIML o NTEP son adecuadas para aplicaciones legales como transacciones comerciales. En ocasiones tendrán tanto certificación OIML como NTEP, en otras solamente una, según el mercado o la región en la que se comercialice.
Fuera de estas certificaciones, las células de carga están etiquetadas para uso genérico (GP). Estas no están certificadas pero a menudo ofrecen niveles similares de precisión, ideales en situaciones donde las regulaciones legales para el comercio no aplican.
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Instalación y uso
El rendimiento de una célula de carga depende de muchos factores, entre estos están su correcta instalación y alineación. A menudo se dice que una célula de carga es tan buena como lo es su montaje. Por ello es importante seguir cuidadosamente las recomendaciones del fabricante para obtener las mejores prestaciones de su dispositivo y garantizar un uso seguro y duradero. Estas recomendaciones a menudo incluyen información sobre el correcto montaje y alineación de su célula de carga, la selección apropiada de tornillería y sujeciones, el uso de accesorios de montaje, accesorios electrónicos y procedimientos de calibración.
Trabajar estrechamente con su proveedor de células de carga le permite elegir la mejor estrategia y producto para satisfacer sus necesidades, el soporte continuo le dará la certeza de que su solución es la más efectiva y duradera.
Tipos de celda de carga
Una celda de carga está disponible en varias formas y configuraciones que se pueden especificar para su uso en diferentes áreas de aplicación. Comúnmente, las celdas de carga se dividen en cuatro áreas de categorías diferentes, sin embargo, su tecnología central sigue siendo la misma.
Las cuatro categorías principales de celdas de carga son:
Viga
Las celdas de carga de viga son sensores muy versátiles que normalmente funcionan como voladizos con un extremo fijo y el otro libre para desviarse cuando se somete a una fuerza.
Algunas celdas de carga de haz también se pueden considerar de dos extremos, lo que significa que el sensor está fijo en ambos extremos y cargado en el centro.
Punto único
Por lo general, las celdas de carga dependen de que la fuerza aplicada se coloque en un punto central del cuerpo del sensor. La desviación de la fuerza aplicada centralmente resultará en una pérdida de precisión.
Las celdas de carga de un solo punto funcionan de manera diferente, lo que permite la carga descentrada mientras se mantiene la precisión. Esta capacidad los convierte en una opción ideal para aplicaciones donde la carga se aplica con un grado de variabilidad de ubicación.
Compresión
Como sugiere el nombre, una celda de carga de compresión mide una fuerza de aplastamiento o empuje. Por lo general, su diseño imita una columna, lo que le da al sensor una fuerza adicional para su uso en aplicaciones estáticas de alta capacidad.
Tensión
Una celda de carga de tensión se usa principalmente para medir una fuerza de tracción, por lo que la carga se suspende del pie del sensor, lo que hace que se estire.
Las celdas de carga de tensión a veces se denominan tipo S o celdas S debido a que su forma se asemeja a la letra S. Muchas celdas de carga de tensión también se pueden usar para medir una fuerza de compresión, lo que las hace muy versátiles.
