Una celda de carga, también llamada célula de carga, es un aparato transductor que convierte la fuerza que se aplica sobre ella en una señal eléctrica que se puede medir. Se trata, además, del sensor de fuerza más frecuente en el mercado.
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.
Cabe destacar, además, que las células de carga pueden ser de varios tipos dependiendo del tipo de señal que general y de la forma en que detectan el peso.
Las celdas de carga son transductores, es decir, son dispositivos que transforman una energía de entrada de cierto tipo en una energía de salida de otro. Las celdas de carga transforman la energía mecánica que ejerce el camión sobre la plataforma en una señal eléctrica que se transmitirá a otro dispositivo que la procesa y muestra un resultado.
Visto de otra forma, las celdas de carga también pueden considerarse un tipo de sensor de fuerza, ya que toman un estímulo mecánico (peso) y lo transforman en una señal eléctrica medible por un sistema de control, que lo expresa de forma visual a través de un indicador.
Existen diversos tipos de celdas de carga. ¿Cuál es la que mejor funciona para tu equipo? Es una pregunta interesante. Pregúntales a nuestros expertos cuál sería la mejor opción para tus balanzas. No todas las celdas de carga son compatibles con todos los modelos. La aplicación en su mayoría depende del circuito de fabricación.
Las celdas de carga tienen una capacidad máxima y una sensibilidad. En su conversión de fuerza a impulso eléctrico, dependiendo del receptor que el Display tiene integrado. Puede traducirse en un error. Lo que conocemos como margen de error en las balanzas están condicionadas por la distancia entre las celdas de carga y el indicador de peso.
Las celdas de carga transforman la fuerza mecánica de entrada, como carga, peso, tensión o compresión, en una señal de salida eléctrica que se puede medir, convertir y estandarizar, esto quiere decir que a medida que aumenta la fuerza aplicada al sensor, la señal eléctrica cambia proporcionalmente.
Las celdas de carga son un elemento primordial para las industrias que requieran de una medición de carga que sea confiable y de alta precisión.
Dado a su importancia existe una gran variedad de celdas de cargas que se ajusta a diversos modelos de balanzas. Dependiendo del modelo y uso que le des a tu balanza, nuestro equipo de expertos en Balanzas te dará recomendaciones acerca del tipo correcto para que tu báscula pueda funcionar al 100% durante el mayor tiempo posible.
Este tipo de celdas es el más utilizado en básculas pequeñas y comunes. Por lo general pequeñas y medianas. Funciona de manera muy sencilla. Se coloca bajo el punto focal o el centro del plato de pesaje. Es un pesaje directo y confiable.
También llamadas celdas de carga de un solo punto, son usadas en sistemas de pesaje de pequeña escala, tal como lo son; joyería, básculas de cocina, entre otros. Su capacidad/resistencia de carga oscila entre los 100 mg hasta los 50 kg, opera con efecto de elasticidad sobre la viga y no en la flexión de la misma usando un solo punto. El objetivo base de la implementación de las celdas de carga solo punto, es su instalación de forma individual o bien sea única, sin embargo, no existen limitantes técnicas, prácticas o teóricas que impidan la conjunción de otra celda en un mismo sistema de pesaje al que pertenezca su celda de carga del tipo solo punto.
Esta celda es utilizada para el control automático de retroalimentación y aplicación de procesos de línea.
Se trata un tipo de celda muy funcional característica de la industria del pesaje. Por su diseño es considerada una de las más modernas dentro del catálogo de celdas. Se utiliza con regularidad en balanzas que se encuentran en suspensión como balanzas tipo grúa como balanzas colgantes. Su diseño en forma de “S” tan característico ayuda a garantizar un pesaje tanto del extremo superior como inferior.
Las celdas de carga tipo S, conocidas también como Z, evidentemente por su estructura externa, pueden ser empleadas en procesos de pesaje que involucren compresión o tensión. Son usados en sistemas de alto pesaje y pesaje industrial. Este tipo de celda de carga se implementa en actividades de pesaje relacionadas con: pesaje de tanques, pesaje de bin, pesaje de tolvas, conversión de básculas de camiones, medición de tensión y compresión, nivel y control de inventario; cubre necesidades en entornos comerciales e industriales exigentes.
Este tipo de celda de carga también se le conoce como tipo botella, en general se consiguen en el mercado esta variedad de celda de carga ensambladas con materiales y acabados resistente, ya que su diseño se basa en altas capacidades de carga, por lo que es necesario hacer uso del acero y del acero inoxidable. Ideal para entornos industriales exigentes. Pueden implementarse celdas de carga de compresión en labores como: pesaje de silos, pesaje de tanques, pesaje de tolvas y básculas de plataformas de mediano tamaño, básculas de plataformas de gran tamaño, básculas de mesas, y otras.
La celda de carga tipo barra está diseñada para aplicaciones de tensión y compresión con un alto desempeño, precisión y un soporte a deformaciones.
La característica de mayor peso de este tipo de celda de carga, es su capacidad para operar en conjunto con otras celdas de carga, bien sea del mismo tipo o de otros, permitiendo la suma de 1, 2 o más celdas de carga a fines de consolidar un sistema de pesaje específico requerido para una determinada laborar, con requerimientos determinados. Su capacidad de carga es de mediana a alta, ideales para actividades industriales o comerciales.
El diseño de este tipo de celda de carga tiene propósitos en aplicaciones relacionados con el sector económico industrial o comercial, en especial son ideales para su implementación en entornos corrosivos. Este tipo de celda de carga doble apoyo, se caracterizan por ser piezas sólidas constituidas por metales como aluminio, acero, aleación de acero o acero inoxidable, su estructura física tiende a construirse de forma cilíndrica-rectangular, además, son herramientas diseñadas para permisibilidad de las cargas dinámicas, lo cual consiste en suprimir la rigidez de todos los elementos que la componen cuando está ejecutando funciones de pesaje de cargas que se encuentren en movimiento, como en el caso de: cintas transportadoras.
resistencia llamada galga extensiométrica o extensómetro (strain gauge en inglés) conectada a la estructura de la celda, la cual tiene la capacidad de comprimirse y estirarse según sea necesario. Cuando una fuerza mecánica es ejercida sobre las celdas, estas se deforman causando variaciones en la resistencia, produciendo una señal eléctrica que es interpretada por un sistema que finalmente indica el peso al usuario.
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 u in/in (mt/mt) 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.
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 el proceso de lectura.
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.
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.
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.
Como mencionamos en la primera parte, las celdas de carga son un elemento fundamental en el funcionamiento de la balanza. No solo es la encargada de indicarnos el pesaje de los elementos escogidos, sino también tiene la capacidad de convertir los indicadores de fuerza en indicadores eléctricos para que puedan leerse en pantalla.
Su potencia es infinita por lo que toman muchas formas para lograr adaptar su uso a distintos dispositivos y objetos. Las celdas de cargas suelen tener usos tanto domésticos con balanzas para baños. Como de uso industrial.
Las celdas de carga funcionan como un resorte. Cuando el dispositivo recibe el peso se estira, dependiendo de la cantidad de peso, puede hacerse más grande. Esta acción es la que registra el pesaje en cuanto a fuerza. Dentro de la celda de carga, existe otro dispositivo denominado las galgas extensométricas.
Las galgas extensométricas se encuentran fijadas también al resorte. Es la encargada de convertir la fuerza registrada por el resorte en una señal eléctrica. La galga extra métrica es el conductor que se encuentra sujeto a la final película del resorte. Mientras ocurre la deformación por peso, la contracción en ella disminuyo, lo que crea un cambio en su modo de procesar y ocurre el proceso de pesaje.
Las celdas de cargas se encuentran en todas las balanzas digitales, ya que es el método por la cual se experimenta el pesaje. Una de los elementos que tenemos que tener en cuenta cuando se trata de celdas de carga, de balanzas y peso. Es que las básculas que conocemos, no corresponden a la unidad de peso que trabajamos en física.
Su trabajo es medir y cuantificar el volumen de la masa de un cuerpo. ¿Qué ocurre con las celdas de cargas con respecto a la fuerza de gravedad? Una vez que la celda es instalada en la balanza, se procede a identificar el punto de tierra. O el centro en la cual se va a mover todo el circuito. Esto es fundamental cuando se busca medir el peso, ya que el valor de la gravedad, siempre tiene que ir calculado en este índice.
Además de las balanzas camioneras, hay numerosas aplicaciones de pesaje donde las celdas de carga son utilizadas. Esto incluye, por ejemplo, supermercados donde se utilizan balanzas digitales para pesar alimentos como verduras o carnes. Las células de carga también se ven en procesos industriales de envasado, de gestión de materias primas, en tolvas, en cintas transportadoras. También se utilizan en balanzas de piso para pesaje de productos terminados y control de stock.
A menudo surge la pregunta, ¿cuál es la diferencia entre una celda analógica y una digital?
La respuesta está en las características de la señal eléctrica que se genera y cómo se procesa.
Un elemento clave que las diferencia es la presencia de microprocesadores en las celdas digitales, los cuales tienen la capacidad de enviar una señal más potente, estable y segura que una señal analógica, la cual es más susceptible a interferencias y es más débil.
Partiendo de su definición, los dispositivos inteligentes son aquellos capaces de realizar una tarea de forma autónoma. Por ejemplo, en el caso de las celdas de carga inteligentes, estas tienen la capacidad de enviar información de su funcionamiento constantemente y diagnosticar fallos cuando algún parámetro sale de lo normal, indicando a los usuarios a través de alarmas o avisos en el indicador.
La capacidad de obtener información de errores en tiempo real facilita en gran medida las tareas de mantención de una celda de carga. En términos prácticos esto se traduce en menos tiempo de detención para diagnósticos y reparaciones, reduciendo las pérdidas que genera la parada improductiva.
Existen varios criterios claves al momento de elegir una celda de carga para una aplicación:
Capacidad– Como mencionamos anteriormente, los distintos tipos de celdas de carga tienen distintos rangos de peso en los que trabajan, por lo que es importante dimensionar correctamente la aplicación y elegir la clase de celda acorde a esta, tanto en su peso mínimo como en su capacidad máxima.
Exactitud– Esto será particularmente importante en dos casos: cuando se trabaja con materiales valiosos ya que un mayor nivel de exactitud representa menor posibilidad de pérdidas; y cuando las mediciones deben ajustarse a una normativa legal que obliga a elegir una solución que esté acorde con los parámetros establecidos por dicha ley.
Condiciones Ambientales– Las celdas de carga pueden operar en ambientes desde ambientes limpios, a ambientes hostiles con variaciones de temperatura extrema, humedad, rayos y otros factores. Debido a esto es importante estar familiarizado con las certificaciones de seguridad y niveles de protección que ofrecen las celdas, ya que de esto dependerá que tengan la capacidad de operar correctamente por más tiempo.
Forma y diseño – La ubicación y espacio disponible, además del tipo de aplicación, influirá en qué tipo de celda de carga elegir según su forma.
Calibrar una celda de carga te permitirá ajustarla, es decir, asegurarte de que el peso que mide es el correcto.
Lo primero que debes saber sobre este procedimiento es que la calibración de la celda de carga se realiza con base a un sistema patrón que indica la relación de desviaciones micrométricas en relación a la carga aplicada.
Esta relación se relaciona con la carga aplicada y el voltaje del sensor de presión. Veamos cómo:
Los sensores, que son aquellos que se emplean para medir las deformaciones axiales y transversales, se calibran aplicando valores conocidos de desplazamiento o deformación, generados y medidos gracias a micrómetros de alta exactitud.
De esta forma es posible monitorear las variables físicas que intervienen en el proceso de pruebas mecánicas. Y, por ende, calibrar las celdas de carga de forma precisa.
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