Células de carga, módulos de pesaje y sensores de carga

¿Cómo funciona una célula de carga?
La base de la tecnología de célula de carga es convertir una carga (que es una fuerza aplicada a cualquier masa en el campo gravitatorio terrestre) en una señal eléctrica. En su interior, la mayoría de las células de carga cuentan con galgas extensiométricas, que convierten una galga mecánica en un cambio resistente. Obtenga más información sobre las galgas extensiométricas a continuación. La masa se aplica a una carga forzada por el campo gravitatorio, que carga de tensión el cuerpo de la célula de carga y provoca la deformación: la galga. Entonces, la galga se convierte en un cambio resistente y, finalmente, en una tensión de salida. Dicha salida es proporcional a la masa aplicada.

¿Qué es una célula de carga?
Una célula de carga de báscula (o sensor de célula de carga) se usa en diversas industrias en los que se requieren mediciones precisas. Las células de carga miden con exactitud el peso de depósitos, recipientes, tolvas o transportadores. La tecnología de célula de carga está diseñada para soportar las exigencias de diversas aplicaciones industriales en entornos adversos. La capacidad de las células de carga puede variar considerablemente. Algunas células de carga son más adecuadas para aplicaciones de laboratorio, mientras que otras son más adecuadas para lotes de alta capacidad o aplicaciones de logística.

Las células de carga deben cumplir con todos los estándares y homologaciones mundiales. Entre ellas, se incluyen las células de carga tipo viga de un solo extremo, que le permiten convertir su estructura en una báscula. Las células de carga tipo viga se usan en múltiplos en básculas industriales de suelo, equipos de pesaje de cintas, sistemas de pesaje, básculas para palés, básculas para control de peso y básculas de transportador. La tecnología de célula de carga tipo botella/anillo también ofrece solidez en entornos adversos. Estas células se suelen usar en básculas para depósitos, para el pesaje de recipientes, en básculas de silos y para el pesaje de camiones.

¿Qué es un módulo de pesaje?
Los módulos de pesaje están hechos de células de carga y acero. Están optimizados para los sistemas de báscula para depósitos y transportadores. Aparte de las células de carga, los módulos de pesaje también ofrecen funciones de seguridad para lidiar con las cargas de viento y sísmicas. Como la integración con el sensor de la célula de carga la realiza el fabricante, se puede dar por sentado que se tendrán en cuenta la mayor exactitud y el tiempo de elevación para las células de carga de básculas.    

¿Para qué sirven las células de carga?
Las células de carga sirven para medir el peso de cualquier material posible (por ejemplo, con una célula de carga de 50 kilogramos, de 50 toneladas o de cualquier otra capacidad). Abarcan desde las células de carga de microgramos y las células de carga micro hasta varios cientos de toneladas en básculas con células de carga de gran capacidad. Se necesitan pesos bajos para aplicaciones farmacéuticas en las que las fracciones de un gramo puedan marcar la diferencia. Las células de carga de tamaño medio se suelen usar para procesar materiales y comerciar con ellos. Las grandes capacidades se usan para las aplicaciones de almacenamiento.

¿Cuál es el grado de exactitud de las células de carga?
Con mucha frecuencia se confunde la exactitud con la resolución. La resolución consiste en cuántos dígitos se muestran, pero mostrar más dígitos no significa ofrecer mayor exactitud. La exactitud describe la autenticidad de los resultados de pesaje (cálculo de la exactitud de las células de carga y cálculo de la capacidad de las células de carga). Con razón, las básculas para comercio legal limitan la resolución para no tener que interpretar los resultados. Por ello, los mejores puntos de referencia de exactitud son aprobaciones de autorización legal. Normalmente, las células de carga de galga extensiométrica ofrecen exactitud desde 1/3000d hasta 1/10 000d (también se menciona en las especificaciones de célula de carga). Las células de carga que usan restauración de fuerza alcanzan los 1/200 000 o incluso más. En condiciones ideales, entre las que se incluyen la temperatura y humedad constantes, la exactitud puede ser entre 5 y 10 veces mejor.
Sin embargo, resulta bastante complicado calcular la exactitud final de un sistema de célula de carga. Se deben tener en cuenta muchos factores, como la temperatura, el tiempo o la resolución. Se recomienda pedir ayuda a los fabricantes de células de carga. El selector de componentes de pesaje ofrece estos cálculos de forma profesional.

¿Qué es la calibración de las células de carga?
La calibración es un proceso que evalúa la exactitud de una célula de carga para asegurar resultados de pesaje permanezcan dentro de las tolerancias predefinidas. Se deben calibrar los sensores de células de carga  en el sitio en el que se vayan a usar. El principal motivo para la calibración in situ es que la gravedad cambia según la ubicación. Una célula de carga fabricada en la ubicación A y usada en la ubicación B crearía un error sin calibración in situ. Otro motivo por el que es importante la calibración in situ es el continuo desgaste en el dispositivo en sí al que están sujetos todos los instrumentos técnicos. Según la importancia de la exactitud en el proceso en el que se usa la báscula, se recomienda calibrar una báscula cada 1 o 2 años. 

Un método eficaz de calibrar básculas para depósitos mayores es RapidCal.

¿Cuál es la salida de la célula de carga?
La mayoría de las células de carga ofrece una salida analógica de entre 2 y 3 mV/V. Dado que son dispositivos pasivos, necesitan una fuente de alimentación externa para la excitación. La señal de salida varía en relación con la tensión de excitación relativa y la carga actual. Por ello, resulta crucial tener una fuente de excitación muy estable que elimina los efectos causados por la fuente de alimentación. Una célula de carga de 2 mV/V ofrece una salida mínima de 20 mV a plena capacidad cuando se alimenta con una salida de 10 V. Los terminales modernos (lector de célula de carga) ofrecen una fuente de alimentación estable y amplificación exacta de la señal de salida para convertir los resultados en información digital. Para la señal es muy importante aplicar el cableado correcto de la célula de carga.

¿Cuántos tipos de células de carga existen?
Las células de carga se distinguen principalmente por su forma. Las células de carga de punto único se usan para aplicaciones pequeñas y de tamaño medio. Las células de carga de viga se usan para las básculas de suelo y las básculas para depósitos de tamaño medio. Las células de carga tipo botella se usan para las aplicaciones de gran capacidad. Otro criterio de separación para el tipo de célula de carga es la salida proporcionada. Las células de carga analógicas necesitan un terminal externo para la amplificación y conversión A/D mientras que las células de carga digitales tienen inteligencia incorporada con ventajas como una mayor exactitud, una transferencia de datos mucho más robusta y el potencial para monitorizar la condición de la célula de carga para ayudar con el mantenimiento. Todas las células de carga tienen un precio distinto, en función del rendimiento necesario.

¿Acaba de empezar con las células de carga?
Las células de carga miden el peso muerto y la carga neta de una báscula, de modo que se debe tener en cuenta al calcular la capacidad de la célula de carga. También es importante la posición de la mercancía sobre la báscula. No se recomienda usar células de carga más grandes de lo necesario para una aplicación determinada, ya que se ve afectada la exactitud. En el caso de básculas en los que la mercancía está más bien centrada (para la mayoría de las básculas para depósitos, silos y recipientes) la fórmula es:
C >= sf*(TDL + SC)/N (por ejemplo, basculas para depósitos)

En el caso de básculas con cuatro células de carga en las que la mercancía suele estar descentrada (para básculas industriales de suelo, para camiones pequeños y de transportador) la fórmula es:
C >= sf*(TDL/4 + SC/2)  (por ejemplo, básculas de suelo, para vehículos pequeños y de transportador)

C = LC o capacidad del módulo de pesaje
TDL = Peso muerto total
SC = capacidad de la báscula
sf = factor de seguridad (normalmente, 1,25)
N = número de células de carga o módulos de pesaje

Busque ayuda profesional en el caso de sistemas más complicados.

Encontrará más detalles en el Manual de sistemas de módulos de peso sobre temas de ingeniería.

Trucos y consejos para el uso de células de carga
Un problema común a la hora de usar células de carga es escoger la protección inadecuada. Las células de carga son muy sensibles a la humedad y a los lavados periódicos. Aunque ofrezca una elevada clasificación IP, la protección no es buena para el calor húmedo. Cuando hay mucha humedad y cambios de temperatura repentinos (entorno frío, lavado caliente), se recomienda elegir siempre células de carga de acero inoxidable selladas herméticamente. De este modo, se deben tener en cuenta distintos parámetros al comprar células de carga.

A menudo, se subestiman los costes de calibración de los sistemas de célula de carga. Si su sistema de calidad requiere calibraciones periódicas de tales sistemas de pesaje, pida ayuda a uno de los mayores fabricantes de células de carga a nivel mundial para obtener el método más eficaz. Un método que cumpla con la ISO9001 necesita un equipo de calibración independiente trazable conforme a los estándares internacionales. Bajo ningún concepto se puede dar por sentado que la calibración no cambia nunca ni que no hace falta volver a calibrar un sistema de célula de carga.  Un método eficaz de calibrar básculas para depósitos mayores es  RapidCal.

A menudo, se subestima el impacto que tiene el cableado de las células de carga en la exactitud. En cualquier caso, se recomienda usar cables apantallados, ya que la señal de la célula de carga tiene muy poca tensión y se perturba con facilidad. Elija los cables más cortos posibles, ya que el cobre cambia de resistencia con la temperatura y, cuanto más baja sea la resistencia del cable, mejor.

Las células de carga miden la fuerza aunque, por desgracia, no las masas, que sería lo ideal. Esto nos lleva al hecho de que cualquier otra fuerza vertical accidental en un sistema de célula de carga tiene un impacto directo en la exactitud. Normalmente, se deben tener en cuenta las fuerzas de las tuberías de un recipiente, el contacto a tierra (por ejemplo, por recogida de residuos), el contacto de cables de sistemas de célula de carga micro y de pequeña capacidad, vibración vertical, etc. Póngase en contacto con un experto para evitar estos problemas en el sistema.

A menudo, la velocidad del sistema de célula de carga es crítica. Un proceso de llenado es más exacto cuanta más alta sea el periodo de actualización. Lo mismo ocurre con los sistemas de trabajo por lotes en los que la receta es más repetible cuanto más rápidas sean las mediciones del sistema de célula de carga. La velocidad supone pequeños costes, pero puede marcar una gran diferencia.

Muy a menudo, la integración de las células de carga resulta compleja y requiere conocimientos de ingeniería. Los módulos de pesaje ofrecen una mayor integración, así como seguridad y unas condiciones de carga ideales para células de carga. Consulte los detalles sobre cómo seleccionar módulos de pesaje.  

¿Cómo funcionan las galgas extensiométricas?
En este breve tutorial se explica la función de las galgas extensiométricas. Las galgas extensiométricas usan el efecto físico por el cual los cables prolongados aumentan la resistencia eléctrica, mientras que los cables comprimidos la reducen. Una vez aplicada en el cuerpo de una célula de carga la deformación inducida por la carga, las galgas extensiométricas deben seguir esa deformación y cambiar la resistencia. Ese cambio de resistencia es proporcional a la deformación. El cambio de resistencia es muy pequeño: normalmente, inferior a 1 Ohm. Es algo difícil de medir en una distancia larga. Para convertir el cambio de resistencia en un cambio de tensión, se usa el puente de Wheatstone. Normalmente, se usan cuatro galgas extensiométricas para realizar un cambio de tensión razonable. Transferir el cambio de tensión en una distancia mayor es mucho más sencillo y vanguardista.

¿Cuál es la diferencia entre la célula de carga y la galga extensiométrica?
Las galgas extensiométricas son componentes de las células de carga. Las células de carga son una contrafuerza que convierte la carga en tensión. La galga extensiométrica recoge la tensión y cambia su resistencia por una cantidad eléctrica que se puede medir y registrar como un resultado de pesaje. 

¿Qué es la tensión de excitación de una célula de carga?
Las células de carga y los cables son dispositivos pasivos que necesitan una fuente de alimentación externa para la excitación. En relación con dicha excitación, la tensión puede cambiar según la carga actual, lo que provoca errores. Por ello, resulta crucial tener una fuente de excitación muy estable para eliminar los efectos causados por la fuente de alimentación. Los terminales modernos ofrecen una fuente de alimentación estable, amplificación exacta de la señal de salida pequeña y conversión de los resultados en información digital.

¿Qué es una célula de carga hidráulica?
Las células de carga hidráulica usan el principio de cambio de presión al cargar un fluido cerrado. El cambio de presión se mide a través de un transductor de presión. Las células de carga hidráulicas no son muy exactas y no muy habituales estos días. Ya no queda nada de esa ventaja de robustez que ofrecían cuando los componentes electrónicos no eran tan exactos.

¿Son lineales las células de carga?
Normalmente, las células de carga son muy lineales, con un 0,03 % o incluso mucho más. Las básculas de hoy en día principalmente se calibran solo a cero y con un punto de zona máximo que indica que el rango intermedio es lineal.

¿Serían suficientes 1 o 2 células de carga para una báscula para depósitos de 3 o 4 patas?
Se pueden usar menos células de carga que patas de depósitos para los sistemas de control de nivel de líquidos. La clave consiste en asegurar que el centro de gravedad del sistema no se desplaza en horizontal con la carga. Puede que la exactitud no sea ideal para un sistema así. No use un sistema semejante para material a granel.

¿Funcionarán el PT1000 o el PT100 electrónicos con células de carga analógicas?
Las células de carga analógicas tienen una interfaz de mV/V diferente de los sensores de temperatura pasivos como el PT100 y el PT1000, de modo que se requieren componentes electrónicos especiales.

¿Qué tolerancias de medición puedo esperar de un sistema de pesaje?
Las tolerancias de medición de los sistemas de pesaje están influidos por muchas cosas, como los impactos mecánicos, eléctricos y ambientales. Nuestros expertos en pesaje pueden ofrecer más información y ayudarle a diseñar un sistema de pesaje que cumpla sus requisitos.