¿Cómo funciona una célula de carga de flexión tipo barra?

Durante una medición, el peso actúa sobre el elemento de muelle metálico de la célula de carga, produciendo una deformación elástica. Esa deformación (que puede ser positiva o negativa) se convierte en una señal eléctrica por medio de una galga extensométrica instalada en el elemento de muelle. El tipo más sencillo de célula de carga consiste en una viga de flexión equipada con una galga extensométrica. A menudo, los elementos básicos (obligatorios), es decir, el elemento de muelle y la galga extensométrica, se complementan con otros elementos adicionales (como una carcasa, juntas, etc.), que aportan protección a la galga extensométrica.

Células de carga de flexión tipo barra simples

Las células de carga de flexión tipo barra son la mejor solución para numerosas tareas de medición. Por su principio de medida, la señal depende del momento de flexión. Pero si para una misma carga varía el punto de introducción de fuerza en la dirección longitudinal de la viga de flexión, se obtienen señales diferentes. Por esta razón, la viga de flexión simple rara vez se utiliza en células de carga porque requiere medidas especiales que garanticen un punto de introducción de fuerza constante (para evitar el efecto del brazo de palanca).

Fig. 1: Principio de la viga de flexión doble

Células de carga de flexión tipo barra múltiples

Las vigas de flexión múltiples se utilizan con frecuencia como elementos de muelle para cargas de hasta 5 Tm. Este tipo de célula suele emplear dos o tres vigas de flexión (vigas de flexión dobles y triples). Las vigas se acoplan entre sí por medio de elementos rígidos en el punto de anclaje y en el lado de introducción de la carga. El acoplamiento rígido fuerza un desplazamiento estrictamente vertical del punto de introducción de la carga y una deformación en forma de S de las dos vigas. Este sistema es mucho menos sensible a los cambios en el punto de introducción de la carga que la viga de flexión simple. La deformación en S genera zonas con deformaciones positivas y negativas en la superficie. Las deformaciones están próximas entre sí, lo cual facilita considerablemente la instalación y el cableado de la galga extensométrica. La Fig. 2 muestra distintos tipos de viga de flexión doble. 

Fig. 2: Varios tipos de vigas de flexión dobles

Células de carga de flexión tipo barra de HBM

La gama de células de carga HBM utiliza diversas variantes de vigas de flexión. Entre sus aplicaciones, destaca el pesaje de contenedores, la ingeniería de plantas y el pesaje de procesos. Muchas de estas células de carga de flexión tipo barra múltiples han sido aprobadas, por ejemplo, por el Instituto alemán de metrología (PTB), para su integración en básculas para aplicaciones de pesaje legal o para atmósferas potencialmente explosivas. También se encuentran disponibles certificados para uso internacional. Los modelos de célula de carga de flexión tipo barra más típicos de HBM son la Z6 y la HLC. Sus diferencias se explican a continuación:

Células de carga Z6/Z6R

Este tipo de células de carga cilíndricas se utiliza ampliamente. HBM desarrolló la Z6 en 1972. Desde entonces, se ha convertido en la cota de referencia en todo el mundo y se han fabricado millones de unidades. Esta célula de carga, para cargas nominales comprendidas entre 5 kg y 1 Tm, se utiliza en básculas de plataforma y para cintas transportadoras, en aplicaciones de dosificación y medición de nivel. Asimismo, se emplea en módulos de pesaje; por ejemplo, en aplicaciones de pesaje de contenedores. El elemento de medida sensible se encuentra protegido por un fuelle metálico característico.

La célula de carga de flexión tipo barra Z6R, apta para pesaje legal, está diseñada para cargas nominales comprendidas entre 20 y 200 kg. Es mecánica y eléctricamente compatible con la célula de carga Z6. Se ha desarrollado especialmente para uso en aplicaciones con requisitos de higiene estrictos o en entornos difíciles. A diferencia de la Z6, el diseño no incorpora un fuelle sino un cuerpo de medición herméticamente estanco, sin holguras ni aristas, muy fácil de limpiar.

En las células de carga Z6/Z6R, las galgas extensométricas van instaladas en la superficie plana de la zona de deformación (por encima o por debajo de los dos orificios pasantes). Para más detalles, ver las Figuras 1 y 2 (según la capacidad nominal). A continuación, la zona de deformación se sella herméticamente con un fuelle soldado de acero inoxidable (Z6) o con un tubo robusto de acero inoxidable (Z6R).     

Célula de carga Z6
Célula de carga Z6R

Células de carga HLC

Estas células de carga tienen forma de prisma rectangular y se encuentran disponibles para cargas nominales entre 110 kg y 10 Tm. Se emplean en depósitos, dosificación y básculas de plataforma, y también en aplicaciones de monitorización de nivel. En las células de carga HLC, las galgas extensométricas van instaladas en el orificio pasante del elemento de medida (ver la última imagen de la Figura 2). Esta zona está sellada herméticamente mediante tapas soldadas de acero inoxidable.

Célula de carga HLC

Otros diseños

Aparte de las células de carga de flexión tipo barra, existen otros diseños de célula de carga, entre ellos los siguientes:

Células de carga para fuerzas de tracción/compresión

Las células de carga a tracción permiten pesar cargas suspendidas o colgantes como, por ejemplo, depósitos. Algunas de sus aplicaciones típicas son la medición gravimétrica de nivel o la dosificación con depósitos de proceso colgantes. Las células de carga a compresión miden cargas en básculas de vehículos, pesan silos y cucharas de hornos o se incorporan a básculas de dosificación.

Célula de carga de barra de cizalladura

Las células de carga de barra de cizalladura ofrecen una estabilidad excelente a las fuerzas laterales. Las deformaciones causadas por la cizalladura no varían cuando el punto de introducción de carga se mueve (a condición de que lo haga dentro de un cierto rango). Así, la señal eléctrica proporcional a la carga aplicada resulta independiente del punto de introducción de la carga. Sin embargo, los resultados de medición se pueden ver afectados por otros efectos secundarios.

Diseños especiales, como células de carga de torsión anular

Las células de carga de torsión anular tienen un tamaño muy reducido, que hace posible utilizarlas en numerosas aplicaciones de pesaje. Su diseño robusto garantiza unas condiciones favorables de instalación y funcionamiento, incluso en entornos difíciles, como medios agresivos, o en presencia de interferencias y variaciones de temperatura. Las células de carga basadas en este principio son capaces de soportar grandes cargas transversales.

Célula de carga para fuerzas de tracción/compresión
Célula de carga de barra de cizalladura
Célula de carga de torsión anular
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