La celda de carga o célula de carga es una estructura diseñada para soportar cargas de compresión, tensión y flexión, en cuyo interior se encuentra uno o varios sensores de deformación llamados Strain Gauges que detectan los valores de deformación.
La celda de carga digital produce esta deformación mediante circuitos wheatstone, que actúan en las bases de la máquina o sistemas de pesaje para encontrar reacciones, una vez obtenida la resistencia, se produce la transducción y se puede obtener el valor que la máquina resiste.
Las celdas de carga digitales, también son llamadas Digital Load Cell (es su traducción en Inglés), esta se fija en la parte donde quiere registrarse una carga que aplique un sistema mecánico. La señal de la carga se lleva a un dispositivo electrónico, microchip o computadora central (dependiendo de su utilidad) para recopilar los datos totales de una o varias celdas de carga, inclusive desarrollar análisis estadísticos de las cargas durante un tiempo determinado o evento en particular
Características de las celdas de carga digitales Sistema medidor de deformación:
Toda celda de carga debe poseer un adecuado sistema de deformación, que permita una calibración constante y que sea estable con el tiempo y la temperatura. También debe ser capaz de medir deformaciones con una exactitud de +1 in/in sobre el rango de deformación de 10% y apto para colocarse y ser usado como elemento sensor en otros sistemas
transductores donde la cantidad desconocida tal como la presión es medida en término de deformación.
Detección y corrección:
Las celdas de carga digitales, mediante sus sistemas electrónicos o el uso de micro computadoras, pueden detectar y a la vez corregir las señales que reciben y se aplican en un sistema mecánico, actuando como un aparato procesador.
Las celdas de carga digitales tienen la ventaja de procesar señales en peso kg/lb. newton o péndales de fuerza, teniendo característica de enviar esta señal a un amplificador digital, como son los display digitales, facilitando en proceso de lecturas.
Control de flujo:
Las celdas de carga, son un sistema de control muy efectivo para el control de flujo en un recipiente cilíndrico en una estructura sometida a cargas.
Resistencia:
Toda celda de carga tiene límites de resistencia que se establecen al momento de su fabricación, esta capacidad de resistir una carga, permite conocer su aplicación en sistemas mecánicos.
Sensibilidad:
La sensibilidad de una celda de carga varía en un conjunto de factores, pero debe tomarse en cuenta que la aleación de metales en su fabricación es por excelencia una manera de lograr mejores resultados en los procesos de medición de cargas. Lord Kelvin notó que la resistencia de un alambre aumenta con el incremento de la deformación y disminuye con el descenso de la deformación. Así que este principio ha sido desarrollado en la creación de celdas de carga con diferentes tipos de aleaciones entre ellas; la aleación karma, aleación Nichrome, platino, isoelástica, entre otros. Cada una ajustándose a diferentes estándares y necesidades.
Principios operacionales
Los principios operacionales de las celdas de carga digitales, se basan en la transducción eléctrica que transforma o traslada la fuerza o peso a cambios de voltaje. Este principio de operación depende sobre la deflexión de galgas extensiométricas, creando resistencia y una salida. Se debe considerar el grado de sensibilidad de la celda de carga digital, pues es determinante para conocer la capacidad, el rango de deformación y la máxima de deformación. Toda celda de carga digital toma en cuenta en sus operaciones; la razón de salida, la seguridad de calibración, la histéresis, escurrimiento, linealidad y repetibilidad. Son considerados parámetros básicos operacionales.
Los diseños de celda de carga se pueden distinguir según el tipo de señal de salida generada (neumática, hidráulica, eléctrica) o según la manera en que detectan el peso (doblez, cizalla, compresión tensión, etc.)
Las celdas de carga hidráulica son dispositivos equilibrados en fuerza, que miden el peso como un cambio en la presión del fluido de relleno interno. En una celda de carga hidráulica de tipo de diafragma, una carga o fuerza que actúa en una cabeza de carga se transfiere a un pistón que a su vez comprime un fluido de relleno confinado dentro de una cámara de diafragma elastomérico. A medida que aumenta la fuerza, la presión del fluido hidráulico aumento. Esta presión se puede indicar en forma local o transmitir para indicación o control remotos. La salida es lineal y relativamente no es afectada por la cantidad de fluido de relleno ni su temperatura. Si las celdas de carga se instalaron y calibraron correctamente, la precisión puede ser de menos de 0.25% de escala completa o mejor, lo que es aceptable para casi todas las aplicaciones de medición de peso en proceso. Debido a que este sensor no tiene componentes eléctricos, es ideal para usar en áreas con riesgos. Las aplicaciones típicas de celda de carga hidráulica incluyen medición de peso en tanque, depósito y tolva. Para lograr la máxima precisión, el peso del tanque se deberá obtener al ubicar una celda de carga en cada punto de apoyo y sumar sus salidas.
Las celdas de carga neumáticas también funcionan con el principio de equilibrio de fuerza. Estos dispositivos usan varias cámaras de amortiguación para proporcionar mayor precisión que un dispositivo hidráulico. En algunos diseños, la primera cámara amortiguadora se usa como una cámara de peso de tara. Las celdas de carga neumáticas con frecuencia se usan para medir pesos relativamente pequeños en industrias en las que la limpieza y la seguridad son de importancia primordial. Las ventajas de este tipo de celda de carga incluyen que son
inherentemente a prueba de explosión e insensibles a las variaciones de temperatura. Además, no contienen fluidos que pudieran contaminar el proceso en caso de ruptura del diafragma. Entre las desventajas están una velocidad de respuesta relativamente lenta y la necesidad de aire o nitrógeno limpio, seco y regulado.
Las celdas de carga de calibrador de tensión convierten la carga que actúa en ellas en señales eléctricas. Los calibradores en sí están unidos a un haz o elemento estructural que se deforma cuando se aplica peso. En casi todos los casos, se usan cuatro calibradores de tensión para obtener la máxima sensibilidad y compensación de temperatura. Dos de los calibradores normalmente están en tensión y dos en compresión, y están cableados con ajustes de
compensación. Cuando se aplica peso, la tensión cambia la resistencia eléctrica de los calibradores en proporción a la carga. Otras celdas de carga están cayendo en el olvido, mientras las celdas de carga de calibrador de tensión siguen aumentando su precisión y reducen sus costos unitarios.
Tipos de celdas de carga
Celdas de carga de compresión
Las celdas de carga de compresión con frecuencia tienen un diseño de botón integral. Son ideales para montarse en situaciones en las que el espacio está restringido. Ofrecen excelente estabilidad a largo plazo.
Celdas de carga de compresión/tensión
Las celdas de carga de compresión/tensión se pueden usar para aplicaciones en las que la carga puede pasar de tensión a compresión o viceversa. Son ideales para entornos con espacio restringido. Los extremos roscados permiten una instalación fácil.
Celdas de carga de viga en S
Las celdas de carga de viga en S reciben ese nombre por su forma en S. Las celdas de carga de viga en S pueden ofrecer una salida si está bajo tensión o compresión. Las aplicaciones incluyen nivel de tanque, tolvas y básculas para camión. Ofrecen un rechazo superior a la carga lateral.
Las celdas de carga de viga flexible
se usan en aplicaciones de varias celdas de carga, medición de peso de tanque y control industrial y de proceso. Vienen con construcción de bajo perfil para integración en áreas restringidas.
Celdas de carga de plataforma y punto único
Las celdas de carga de plataforma y punto único se usan para sistemas de medición de peso comerciales e industriales. Proporcionan lecturas precisas in importar la posición de la carga en la plataforma.
Las celdas de carga de cartucho se usan para aplicaciones para medición de peso individual y múltiple. Muchas tienen un diseño totalmente en acero inoxidable y están herméticamente selladas para áreas de lavado y húmedas. Celdas de carga de bajo perfil
celdas de carga de compresión y tensión/ compresión. Los orificios de montaje y las roscas hembra permiten una instalación fácil. Se usan con frecuencia en investigación de medición de peso y en monitoreo de fuerza en línea.
Fig. N° 2.24 Celda de carga