Celdas de Carga / Aplicación de Carga

El entendimiento de la forma exacta en que una carga o fuerza debe ser aplicada a la celda de carga es de vital importancia para el buen diseño de una balanza o sistema de peso en tanques, tolvas y silos, permitiendo además una correcta selección del modelo de celda de carga adecuado para su aplicación.

EL IDEAL

Las especificaciones técnicas de las celdas de cargas han sido determinadas bajo condiciones de laboratorio, aplicando la carga o fuerza a la celda bajo condiciones lo más cercanas posibles a la perfección.

carga ideal para celda de carga

En la figura vemos una simple aplicación con una celda de carga de tipo viga de flexión. Uno de los lados está firmemente fijado a una base rígida, con el extremo opuesto libre para flexionar de acuerdo al peso o carga aplicada. Bajo condiciones ideales, la superficie será perfectamente plana, horizontal y totalmente rígida.

La carga F se introduce en forma vertical con un mínimo de fuerzas extrañas aplicadas. Las celdas de carga están preparadas para ser insensibles en lo posible a todas las fuerzas distintas a la vertical.

Lamentablemente, en el mundo real, el montaje de las celdas y las condiciones de aplicaciones de fuerzas están generalmente alejados del ideal. La incorrecta aplicación de fuerzas es muchas veces la causa encontrada por un buen técnico en problemas de precisión de una balanza. Entendiendo los problemas de aplicación de fuerzas descritos a continuación le permitirá prevenir la mayoría de los problemas en la instalación de sus sistemas de pesaje.

Aunque en este caso la discusión está centrada en las celdas tipo viga de flexión, la mayoría de estos principios son igualmente aplicables para otros tipos de celdas.

FUERZAS ANGULARES

Esta es una condición en que la fuerza F es introducida al orifico de recepción de carga en un ángulo en relación con el eje central. Esta fuerza se anula si el componente angular llega a los 90° en relación con el eje central. Este componente horizontal es una fuerza lateral, a la que la celda de carga es totalmente insensible.

Por ejemplo, si la fuerza F está inclinada en 4° en relación a al eje central, en ese caso la fuerza registrada por la celda de carga se reduce en un 0.4° pues se aplica una fuerza lateral de 0.1F.

cargas excentricas

Si esta dirección de la fuerza aplicada es constante, la calibración compensará este error y la balanza será precisa. En cambio, si este ángulo varía al aplicar el peso, se producirá falta de linealidad en la balanza, fricciones en el sistema mecánico y errores por histéresis.

Las fuerzas angulares se pueden producir por accesorios de montaje no alineados debidamente, una base poco rígida, expansión o contracción térmica, deflexión al aplicar la carga etc.

CARGAS EXCÉNTRICAS

Esta es una condición en que la fuerza es aplicada a la celda en forma vertical pero la línea del eje de acción está apartado del eje del orificio de carga de la celda de carga.

cargas excentricas

Esta condición no afectará el normal funcionamiento de la balanza o sistema de pesaje si la posición es constante, pues al calibrar se compensará el error.

En cambio, si este punto de aplicación varía durante el funcionamiento del sistema, se producirán errores de linealidad e histéresis.

Las cargas excéntricas se producen generalmente por accesorios de montaje defectuosos o mal diseñados y por expansión o contracción por acción térmica.

CARGAS LATERALES

cargas laterales

Esta es una condición en que la fuerza F ( la que usted desea medir) está acompañada por otra fuerza R aplicada a 90° en relación a F. Esta fuerza podría ser constante, pero casi siempre varia en el tiempo produciendo errores de linealidad e histéresis.

La celda de carga ideal debe ser totalmente insensible a estas fuerzas laterales, sin embargo en la práctica se producen errores de precisión por causa de estas fuerzas y generalmente no todas las celdas reaccionan en la misma forma ante problemas similares.

Un problema similar es la fuerza P, similar a la anterior pero que actúa sobre el extremo de la celda de carga.

Las fuerzas laterales son causadas por expansión o contracción térmica, montajes no nivelados y movimientos de los contenedores (silos, tanques, tolvas).

FUERZAS GIRATORIAS O DE TORQUE

Generalmente, las fuerzas laterales no actúan directamente sobre un eje neutro, causando una fuerza de torque, adicional a la fuerza lateral. Una celda puede ser afectada por fuerzas de torque (T) de muchas maneras. En la figura (a) se ilustra una condición en que la línea de acción de la fuerza lateral, es apartada del eje neutro por una distancia h resultante del torque sobre Rh.

cargas giratorias

La figura (b) ilustra una condición en que el peso cuelga del eje de la celda por medio de un perno. Cualquier fuerza lateral aplicada a este sistema tendrá un efecto de trorque mucho mayor, aumentado por la distancia h1 en relación al eje de fuerzas.

cargas giratorias

Finalmente vemos una fuerza de torque de magnitud Fy como causa de la fuerza aplicada fuera del eje de carga de la celda. La causa esta generalmente determinada por accesorios de montaje no nivelados, expansión / contracción térmica, deflexión de las estructuras de soporte, fuerzas dinámicas laterales causadas por acción de agitadores o batidores en los tanques, etc.

Teniendo en cuenta que estas fuerzas son generalmente variables, no es posible predeterminar la forma en que pueden degradar la precisión del sistema de pesaje.

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