Aplicación de cargas a las células: consejos para usuarios

La correcta aplicación de la carga a las células es un requisito indispensable para obtener resultados de pesaje precisos. En la aplicación de la carga influyen múltiples factores, como la dirección, la estructura de apoyo o los accesorios de montaje.

Es importante prestar una especial atención a los puntos de aplicación de la carga en las células, así como a los puntos de contacto entre la célula y la carga, y entre la célula y su superficie de contacto.

Los componentes de la carga que no actúan en la dirección de medida asignada de la célula distorsionan el resultado y pueden acortar la vida útil del equipo.

Las células solo deben utilizarse en la dirección de carga especificada. En muchas células de HBM, esta dirección se identifica mediante una flecha. En algunas de ellas (por ejemplo, las Z6, Z7 y HLC), es posible aplicar cargas positivas y negativas, siempre que se respete el eje de carga (aplicaciones de básculas no verificables).

Siempre que sea posible, también se deben evitar las fuerzas laterales y los momentos de tensión o flexión. La imagen siguiente muestra, en forma de diagrama, la carga correcta sobre una célula (a) y algunos ejemplos de cargas incorrectas.

Forma correcta de cargar las células y algunos ejemplos de carga incorrecta

Disposición de la estructura de apoyo de las células de carga

Las células que reciben cargas compresivas deben descansar sobre su base. La base, a su vez, debe situarse sobre una estructura de apoyo planas y nivelada con una resistencia adecuada. La carga no debe deformar la superficie. Para garantizar una transferencia homogénea de carga desde la base de la célula a la estructura de apoyo, la célula debe anclarse a una placa base rígida. Esto es de vital importancia en el caso, por ejemplo, de las células ubicadas sobre vigas seccionales sujetas principalmente por cintas. La estructura de apoyo de las células de carga debe ser capaz de ejercer una fuerza de apoyo equivalente a la carga.

A pesar de que esta estructura puede verse gravemente deformada por la acción de la carga en determinadas circunstancias, la seguridad de sujeción que ofrece está completamente garantizada.

Al mismo tiempo, estas deformaciones pueden hacer que los elementos de apoyo pierdan altura. Si esto ocurre, todos deben hacerlo en la misma medida para evitar cualquier inclinación, ya que eso cambiaría la distribución de la carga y las fuerzas laterales.

En general, las estructuras de apoyo rígidas resultan más adecuadas que las flexibles. En los diseños flexibles, es difícil que todos los elementos de apoyo pierdan altura de manera uniforme. También puede ejercerse tensión sobre la totalidad de la estructura.

Estructura de apoyo incorrecta para células de carga

Accesorios de montaje para células de carga

En las operaciones de pesaje de contenedores o control de niveles es preciso tener en cuenta la expansión térmica y los movimientos horizontales que conlleva, tanto en el contenedor en sí como en la estructura de apoyo. Una instalación rígida impide estos movimientos y, en último término, induce fuerzas horizontales que con frecuencia bastan para distorsionar los resultados de medición. En ocasiones, las células de carga se deterioran e incluso se averían por completo como consecuencia de estos efectos. La aplicación de cargas con momentos torsionales y fuerzas con componentes laterales puede tener consecuencias similares. Algunos ejemplos de ello son las cargas o fuerzas excéntricas que se aplican en ángulo. Del mismo modo, debe seleccionar una geometría de instalación que tenga en cuenta las fuerzas horizontales derivadas de la expansión térmica u otras fuentes (o, si es posible, que las elimine).

Los elementos utilizados con este fin, que se describen a continuación, ofrecen una solución específica al problema en función de la forma del contenedor. Los accesorios de montaje ayudan a garantizar el cumplimiento de los requisitos de instalación de las células de carga. Para eliminar las variables que causan perturbaciones es preciso utilizar estrategias muy diversas, en general con un enfoque específico en función de la aplicación. En última instancia, es el ingeniero de diseño quien determina la ponderación de cada una de estas variables perturbadoras, ya que conoce en detalle el producto. No solo existe una gran variedad de opciones para aplicar cargas a distintos modelos de células, sino que también se encuentran muchos tipos de accesorios de montaje.

Cojinetes elastómeros

Los cojinetes elastómeros consisten típicamente en varias placas de acero y caucho superpuestas y unidas entre sí mediante vulcanización. Es posible aplicar una pequeña fuerza para que las superficies de aplicación de carga superior e inferior se aproximen entre sí, manteniéndose paralelas. De este modo, la placa superior del cojinete puede ceder cuando se introduce una fuerza lateral, sin transferir fuerza adicional a la placa inferior de la célula de carga. De este modo se puede compensar una desviación horizontal de hasta 15 mm entre el contenedor y las células de carga. El cojinete de elastómero acomoda la desviación; no obstante, cuando está es máxima, se reduce considerablemente la precisión de pesaje.

Cuando se produce una desviación, se desarrollan simultáneamente fuerzas de recuperación que tratan de devolver el contenedor a su posición original. Estas fuerzas actúan de forma proporcional a la desviación y son independientes de la carga. En función del tipo de cojinete elastómero, se puede aplicar una fuerza de hasta 800 N. El cojinete es capaz de compensar inclinaciones en los contenedores de hasta 1,7°.

Este efecto amortiguador del cojinete elastómero resulta muy ventajoso, sobre todo en el caso de cargas de choque, vibraciones y otras vibraciones inducidas de manera externa. Los cojinetes elastómeros también sirven de aislante térmico gracias a su estructura en capas, y minimizan la transferencia indeseable de calor entre el contenedor y la célula de carga.

La desviación lateral se puede limitar con solo colocar unos topes. No es necesario utilizar elementos de unión.

Atención
Cuando el contenedor que se está pesando está conectado, el cojinete elastómero se acorta aproximadamente 1 mm si se aplica la carga máxima. Esta distancia es considerablemente superior al desplazamiento real de la propia célula de carga y puede originar errores de medición importantes.

A pesar de que no se utilizan sujeciones de brazo transversal articulado convencionales, es preciso adoptar precauciones para fijar el contenedor en su posición, sobre todo si el centro de gravedad se encuentra en una ubicación desfavorable. El uso de cojinetes elastómeros en los contenedores resulta económico. Su diseño hace que su utilización sea sencilla y son aptos para requisitos de precisión de bajos a moderados.

Elemento ZEL y su grado de libertad para absorber la carga
Célula de carga C16 (diagrama) con grados de libertad

Célula de carga pendular

Célula de carga pendular autocentrante

Estas células de carga devuelven automáticamente la superestructura a su posición original cuando se introduce una carga con desplazamiento lateral (inclinación). El proceso se basa en un conocido principio físico: el estado de equilibrio estable. La célula de carga, que actúa como la masa de un péndulo, dispone de superficies de aplicación de la carga con un radio de flexión total superior a su altura. En consecuencia, una desviación hace que la carga se eleve, lo cual a su vez hace que vuelva a su posición original.

Nunca debe superarse la desviación máxima permitida que se especifica en las características técnicas (por ejemplo, un máximo de 13 mm / 5° para el tipo C16/40t). De lo contrario, pueden dañarse las células o los puntos de aplicación de la carga. Este problema se puede solucionar fácilmente instalando unos topes ajustables adecuados en la superestructura. No obstante, en muchos casos también es necesario emplear brazos transversales articulados en este tipo de instalaciones.
La instalación de dos piezas de aplicación de fuerza de HBM, una arriba y otra abajo, resulta económica, sencilla y conveniente para este fin. Un tope antirrotación evita movimientos giratorios no permitidos sobre el propio eje del objeto.

En la actualidad, la célula de carga C16 autocentrante de HBM se puede adquirir como célula pendular con capacidades máximas entre 20 t y 200 t. Resultan aptas para requisitos de precisión de moderados a altos.

Cojinete y soporte de péndulo

Un cojinete de péndulo y un soporte de péndulo proporcionan a las células de carga de perfil de viga y en C estándar propiedades similares a las de las células autocentrantes. De este modo, la configuración de una báscula de contenedores puede cumplir requisitos de alta precisión. El diseño de los componentes de montaje del cojinete de péndulo permite una desviación de aproximadamente 3° sin errores de medición significativos. En consecuencia, permiten el desplazamiento horizontal de los puntos de apoyo dentro de unos límites. Los cojinetes de péndulo ZPL constan normalmente de dos piezas de aplicación de fuerza y una pieza cilíndrica; en cambio, en el soporte de péndulo ZPS hace la misma función una sola pieza cilíndrica y una pieza de aplicación de fuerza EPO3.

Cuando el cojinete de péndulo se desplaza, la carga se eleva ligeramente con respecto a su posición original. Esto genera una fuerza de recuperación que devuelve el sistema a su posición original. Por ello, se puede considerar que los cojinetes y soportes de péndulo tienen una función autocentrante. Su manejo es muy sencillo cuando se utilizan como soportes de montaje durante la instalación. No se necesitan brazos articulados laterales para mantener la plataforma en su sitio. No obstante, sí se recomienda limitar la deformación lateral colocando topes en los extremos. En los contenedores con agitadores deben utilizarse siempre sujeciones de brazo articulado transversal. Tal y como se ha dicho antes en relación al uso de cojinetes elastómeros, hay que evitar que el contenedor se levante o vuelque, por razones de seguridad.

C2A con ZPS Z7 con ZPL

Pie de carga

Los pies de carga resultan especialmente útiles en las células de carga de la serie HLC de HBM, cuando se utilizan en una configuración de báscula de plataforma. La carga se introduce a través de un pasador basculante. La movilidad del pasador permite movimientos que compensan los distintos estados de carga y los cambios de temperatura de la báscula. La carga se puede introducir a una altura regulable, lo que facilita el ajuste de la altura de la plataforma durante el montaje. No se necesita ningún otro elemento de bloqueo o montaje. Los pies de carga permiten un diseño plano y muy sencillo para este tipo de básculas de plataforma. Por sus propiedades, este tipo de sistema suele utilizarse si existe posibilidad de cambiar a menudo la ubicación de la báscula.

Células de carga HLC de HBM con pies de carga ZFP montados

Componentes de diseño adicionales

Cono y plato cónicoZ6 with ZK

Los sistemas de fabricación tradicionales han permitido producir básculas mecánicas con precisiones extremadamente altas. Para que las células de carga tengan una funcionalidad óptima se pueden utilizar accesorios de montaje tipo "cuchilla de dientes" para básculas híbridas, así como "conos" y "platos cónicos".

Estos accesorios de montaje se suministran sobre todo para aplicaciones de tecnología de pesaje con requisitos de precisión muy exigentes, y en básculas verificables. Las cargas dinámicas y las vibraciones son absolutamente incompatibles con esta aplicación.

Fuerza restablecedoraZ6 with ZRR

Las fuerzas restablecedoras se utilizan en células de carga a flexión de viga doble. Permiten aplicar cargas sin momentos de ningún tipo derivados de fuerzas de tracción o compresión, en toda la superficie de la célula. Sus posibles usos se limitan, por lo general, a aplicaciones con una única célula de carga colocada en una plataforma, o juntamente con anillas articuladas a ambos lados para aplicar cargas suspendidas.

Anillas articuladasRSC with ZGW

Las anillas articuladas son adecuadas para las cargas de tracción cuasiestáticas (ciclo de carga = 10 Hz). Por lo general, el resto de la conexión se establece mediante terminales de horquilla. Para cargas dinámicas con frecuencias más altas deben utilizarse barras tensoras flexibles.
La tabla de la Figura 4-10 facilita la selección por parte del usuario de los correspondientes accesorios de montaje y componentes adicionales para cada célula de carga. Adicionalmente, se recomienda consultar información actualizada sobre nuevos componentes de HBM.

Cojinetes fijos y basculantes

En caso de que no todos los soportes del contenedor estén colocados sobre las células de carga, se pueden utilizar cojinetes fijos o basculantes en su lugar. Cuando se utiliza un cojinete fijo, es posible hasta cierto punto usar componentes estándar. La imagen muestra los cojinetes fijos suministrados por HBM, que constan de un portador en doble T con tirantes. Los tirantes producen una zona de flexión definida. El cojinete fijo también sujeta el contenedor en la dirección horizontal, por lo que permite eliminar los elementos de unión. Téngase en cuenta que la zona de flexión del cojinete fijo se puede elevar ligeramente debido al desplazamiento de la célula de carga, lo que distorsiona la señal de medida. No obstante, esta distorsión se puede reducir considerablemente haciendo ajustes con los pesos definidos.


Aplicaciones de los accesorios de montaje de HBM

Cojinete fijo HBM

Con los cojinetes basculantes, la señal de medida apenas se distorsiona, ya que solo se produce una ligera fricción de rodamiento en lugar de un esfuerzo de flexión (⇒). Sin embargo, la sujeción horizontal que ofrecen los cojinetes basculantes es considerablemente menor que la de los cojinetes fijos, por lo que puede que, en función de la aplicación, sea inevitable emplear elementos de unión. En la práctica, las tapas elásticas flexibles de los cojinetes basculantes han resultado ser eficaces para evitar la contaminación y el posible deterioro de la función de balanceo.

Los cojinetes fijos y basculantes se recomiendan únicamente cuando los requisitos de precisión no son altos y la posición del centro de gravedad en el contenedor solo cambia de forma horizontal. Este es el caso, sobre todo, en líquidos y medios fluidos.

Example of a rocker bearing

Ejemplo de un cojinete basculante

Sujeciones del contenedor

Topes

La configuración de las básculas de contenedores depende de las células de carga, que o bien permiten movimientos mediante los accesorios de montaje adecuados, o bien son móviles directamente. En función de su principio mecánico, los accesorios de montaje pueden ser, hasta cierto punto, autocentrantes. Por lo tanto, solo es necesario disponer de un tope mecánico, que se sitúa a la distancia del desplazamiento lateral máximo permitido. En estos casos resultan útiles los topes angulares, como pueden ser las almohadillas de caucho.

Stops

Topes

Seguridad de levantamiento

Si el centro de gravedad del contenedor está por encima de los puntos de apoyo y no es posible eludir los efectos del viento u otras fuerzas externas, es preciso proteger el contenedor frente al volcado o levantamiento.

Para ello se pueden instalar topes en un segundo nivel o un dispositivo antilevantamiento especial. Estos últimos dispositivos se pueden aplicar, por ejemplo, mediante tirantes roscados verticales, en las proximidades de los puntos de apoyo. Estos tirantes atravesarían un orificio en el pie junto al contenedor, sin hacer contacto. En tal caso, la distancia máxima entre el apoyo y el soporte del contenedor viene dada por una tuerca situada en el tirante roscado. El tamaño del orificio en el soporte del contenedor también permite limitar el desplazamiento lateral máximo.

Anti-liftoff device

Dispositivo antilevantamiento

Brazos transversales articulados

Cuando se utilizan cojinetes sin función de autocentrado, se recomienda instalar brazos transversales articulados para sujetar el contenedor. Estos brazos deben contar con unas dimensiones y alineación tales que les permitan recibir las fuerzas externas, pero ejerciendo la menor fuerza de oposición posible al movimiento del contenedor.

Los siguientes formatos de brazos transversales articulados han resultado eficaces:

Cables tensores:
Los cables tensores no transmiten ninguna fuerza en sentido vertical, por lo que son excelentes para evitar transferencias de fuerza no deseadas.

Cable tensor

Brazos transversales articulados:
Los brazos transversales articulados están sometidos a una carga de tracción en sentido longitudinal por fuerzas horizontales.

Por tanto, es preciso utilizar dos brazos transversales articulados en cada eje para garantizar una sujeción completa.

Brazos transversales articulados

Brazos transversales articulados planos:
En los brazos transversales articulados planos, el desplazamiento horizontal recibido origina una fuerza longitudinal. La desviación vertical provoca una flexión que da lugar a una transferencia de fuerzas. No obstante, dado que los brazos planos se articulan en su sentido de flexión, los efectos son relativamente reducidos, aunque se doblen grandes secciones con puntos de anclaje a ambos lados. A la hora de hacer ajustes es preciso tener en cuenta las transferencias de fuerzas que se producen.

Brazos transversales articulados planos
Se recomienda sujetar los brazos con anclajes simétricos y conexiones roscadas (arriba y abajo) sobre todo para la excitación dinámica del sistema de pesaje, de modo que las distancias de flexión sean idénticas cuando se aplican cargas repetidas.

Brazos transversales articulados de tornillo:
Este tipo de brazo apenas genera derivaciones de fuerzas en sentido vertical. No obstante, la más mínima inclinación del brazo puede provocar efectos de anclaje y, en consecuencia, fuerzas de fricción que dan lugar a derivaciones verticales. Por lo tanto, su montaje requiere un trabajo de enderezamiento minucioso. También es preciso dotar el contenedor de sujeciones para que los desplazamientos producidos no inclinen los brazos transversales articulados de tornillo.

Brazos transversales articulados de tornillo


Brazos transversales articulados con rótulas:

Básicamente, los brazos transversales articulados con rótulas actúan igual que los brazos de tornillo. No obstante, la inclinación se evita porque el cojinete de la articulación se mueve libremente hacia todos los lados. Al margen de la alineación horizontal de los brazos transversales articulados que se requiere durante la instalación, este tipo de brazos con rótula no se ven afectados por las tolerancias de producción e instalación en la estructura del contendor.
En caso de que se utilicen de forma externa, las rótulas deben protegerse para evitar el riesgo de que las uniones se deformen.

Brazos transversales articulados con rótulas

En la posición de instalación definitiva, las rótulas deben estar desplazadas 90° (en contraste con la Figura 4-18) para que encajen en la estructura.

Sujeciones del contenedor

Topes

La configuración de las básculas de contenedores depende de las células de carga, que o bien permiten movimientos mediante los accesorios de montaje adecuados, o bien son móviles directamente. En función de su principio mecánico, los accesorios de montaje pueden ser, hasta cierto punto, autocentrantes. Por lo tanto, solo es necesario disponer de un tope mecánico, que se sitúa a la distancia del desplazamiento lateral máximo permitido. En estos casos resultan útiles los topes angulares, como pueden ser las almohadillas de caucho.

Stops

Topes

Seguridad de levantamiento

Si el centro de gravedad del contenedor está por encima de los puntos de apoyo y no es posible eludir los efectos del viento u otras fuerzas externas, es preciso proteger el contenedor frente al volcado o levantamiento.

Para ello se pueden instalar topes en un segundo nivel o un dispositivo antilevantamiento especial. Estos últimos dispositivos se pueden aplicar, por ejemplo, mediante tirantes roscados verticales, en las proximidades de los puntos de apoyo. Estos tirantes atravesarían un orificio en el pie junto al contenedor, sin hacer contacto. En tal caso, la distancia máxima entre el apoyo y el soporte del contenedor viene dada por una tuerca situada en el tirante roscado. El tamaño del orificio en el soporte del contenedor también permite limitar el desplazamiento lateral máximo.

Anti-liftoff device

Dispositivo antilevantamiento

Brazos transversales articulados

Cuando se utilizan cojinetes sin función de autocentrado, se recomienda instalar brazos transversales articulados para sujetar el contenedor. Estos brazos deben contar con unas dimensiones y alineación tales que les permitan recibir las fuerzas externas, pero ejerciendo la menor fuerza de oposición posible al movimiento del contenedor.

Los siguientes formatos de brazos transversales articulados han resultado eficaces:

Cables tensores:
Los cables tensores no transmiten ninguna fuerza en sentido vertical, por lo que son excelentes para evitar transferencias de fuerza no deseadas.

Cable tensor

Brazos transversales articulados:
Los brazos transversales articulados están sometidos a una carga de tracción en sentido longitudinal por fuerzas horizontales.

Por tanto, es preciso utilizar dos brazos transversales articulados en cada eje para garantizar una sujeción completa.

Brazos transversales articulados

Brazos transversales articulados planos:
En los brazos transversales articulados planos, el desplazamiento horizontal recibido origina una fuerza longitudinal. La desviación vertical provoca una flexión que da lugar a una transferencia de fuerzas. No obstante, dado que los brazos planos se articulan en su sentido de flexión, los efectos son relativamente reducidos, aunque se doblen grandes secciones con puntos de anclaje a ambos lados. A la hora de hacer ajustes es preciso tener en cuenta las transferencias de fuerzas que se producen.

Brazos transversales articulados planos
Se recomienda sujetar los brazos con anclajes simétricos y conexiones roscadas (arriba y abajo) sobre todo para la excitación dinámica del sistema de pesaje, de modo que las distancias de flexión sean idénticas cuando se aplican cargas repetidas.

Brazos transversales articulados de tornillo:
Este tipo de brazo apenas genera derivaciones de fuerzas en sentido vertical. No obstante, la más mínima inclinación del brazo puede provocar efectos de anclaje y, en consecuencia, fuerzas de fricción que dan lugar a derivaciones verticales. Por lo tanto, su montaje requiere un trabajo de enderezamiento minucioso. También es preciso dotar el contenedor de sujeciones para que los desplazamientos producidos no inclinen los brazos transversales articulados de tornillo.

Brazos transversales articulados de tornillo


Brazos transversales articulados con rótulas:

Básicamente, los brazos transversales articulados con rótulas actúan igual que los brazos de tornillo. No obstante, la inclinación se evita porque el cojinete de la articulación se mueve libremente hacia todos los lados. Al margen de la alineación horizontal de los brazos transversales articulados que se requiere durante la instalación, este tipo de brazos con rótula no se ven afectados por las tolerancias de producción e instalación en la estructura del contendor.
En caso de que se utilicen de forma externa, las rótulas deben protegerse para evitar el riesgo de que las uniones se deformen.

Brazos transversales articulados con rótulas

En la posición de instalación definitiva, las rótulas deben estar desplazadas 90° (en contraste con la Figura 4-18) para que encajen en la estructura.

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