Si te preguntas cómo elegir la célula de carga adecuada, ya has dado el primer paso fundamental para diseñar un sistema de pesaje eficiente y fiable. Una célula de carga es un tipo especial de transductor de fuerza que se utiliza específicamente en la tecnología de pesaje. A diferencia de los transductores de fuerza clásicos, que suelen calibrarse en newtons o kilonewtons, las células de carga suelen calibrarse directamente en gramos, kilogramos o toneladas, lo que facilita la lectura y el uso de sus resultados en los sistemas de pesaje.
En la práctica, una célula de carga mide la fuerza del peso que actúa sobre ella. La carga aplicada deforma elásticamente el cuerpo de medición. Los extensómetros integrados (puente de Wheatstone) convierten esta deformación elástica en una señal eléctrica proporcional al peso aplicado. Una vez retirada la carga, el sensor vuelve a su forma original. Las modernas células de carga WIKA alcanzan precisiones de medición muy elevadas, normalmente entre el 0,01 % y el 0,05 % de la carga nominal, y se utilizan en básculas de plataforma, de llenado, de cinta transportadora y de embalaje, sistemas de ensayo dinámicos y muchos tipos de básculas electrónicas de precisión e industriales.
Por lo tanto, elegir la célula de carga adecuada significa combinar este cuerpo de medición y su electrónica con tu propio diseño mecánico, tu proceso y tus requisitos de precisión.
¿Qué es una célula de carga y cómo funciona?
Tecnología de pesaje
Desde un punto de vista físico, las células de carga y otros transductores de fuerza se basan en el mismo principio. La fuerza que actúa sobre el sensor provoca una deformación elástica del cuerpo de medición. Esta deformación da lugar a una variación proporcional de la señal de salida del puente de medición. Una vez eliminada la fuerza, el cuerpo vuelve a su posición inicial y el sensor vuelve a su estado inicial.
La diferencia entre un transductor de fuerza genérico y una célula de carga radica principalmente en la calibración y la aplicación prevista. Las células de carga están optimizadas para la medición del peso. Están diseñadas para integrarse en básculas y recipientes de proceso y para proporcionar una salida estable y repetible en condiciones reales. La gama de productos WIKA para la tecnología de pesaje abarca una serie completa de estas soluciones, desde células de carga de punto único, de flexión y de cizallamiento, de tipo S, de compresión (rocker-pin) y en forma de perno, hasta los correspondientes kits de montaje y módulos de pesaje.
Criterios clave para elegir la célula de carga adecuada
Para elegir la célula de carga adecuada, el punto de partida es siempre la aplicación. En primer lugar, es necesario definir el intervalo de peso que se va a medir, incluyendo un margen de sobrecarga adecuado. Una célula de carga no debe seleccionarse en función de la carga máxima absoluta prevista, sino con un margen suficiente para hacer frente a sobrecargas ocasionales, efectos dinámicos y factores de seguridad.
La precisión de medición requerida es otro factor fundamental. Una báscula de control en una línea de envasado, un sistema de dosificación en una planta química y un silo de almacenamiento requieren diferentes niveles de precisión. Los sistemas de alta precisión pueden requerir células de carga más sensibles, un diseño mecánico más preciso y una electrónica de pesaje más sofisticada.
La geometría del cuerpo de medición debe corresponder a la configuración mecánica. Las células de carga de un solo punto son ideales para plataformas compactas. Las células de carga de flexión y de cizallamiento son adecuadas para recipientes y depósitos de pequeño tamaño. Las células de carga de compresión se utilizan en silos pesados y contenedores de gran tamaño. Las células de carga tipo S son la solución clásica para cargas suspendidas y medición de tensión. Para aplicaciones con altura reducida, se suelen utilizar células de punto único o células de flexión y de cizallamiento con geometrías compactas, manteniendo la precisión y la estabilidad incluso en condiciones dinámicas.
También es necesario tener en cuenta cómo se introducen las fuerzas en el sensor. En algunos casos, las células de carga pueden fijarse directamente a los dispositivos de fijación existentes, por ejemplo, cuando el depósito ya dispone de puntos de montaje adecuados. En otros casos, se necesitarán módulos de pesaje o kits de montaje específicos para garantizar que la carga se transmita de forma limpia y que ninguna fuerza indeseada o lateral distorsione la medición. WIKA destaca que una instalación correcta requiere experiencia y que el uso de accesorios específicos ayuda a obtener mediciones seguras y precisas.
Las influencias ambientales completan el panorama. Las variaciones de temperatura, las vibraciones, los golpes, la humedad, los procedimientos de limpieza y las posibles atmósferas explosivas influyen en la elección de los materiales, la estanqueidad, la clase de protección e incluso el diseño mecánico del montaje.
Los principales tipos de células de carga y cuándo utilizarlas
- Células de carga de punto único: son uno de los modelos más utilizados en la tecnología moderna de pesaje. Visualmente, se asemejan a un paralelepípedo con una muesca central y orificios de montaje.
La principal ventaja es que la medición sigue siendo correcta independientemente de la posición de la carga en la plataforma. Esto significa que es posible colocar un objeto en el centro o cerca de una esquina y obtener una lectura precisa. Las células de carga de punto único se utilizan normalmente en todo tipo de básculas de plataforma, desde básculas de baño y de supermercado hasta básculas de mostrador en la industria, y suelen ser adecuadas para pesos más ligeros, de hasta unos pocos cientos de kilogramos. Las células de carga de punto único de WIKA ofrecen una alta precisión de medición entre el 0,01 % y el 0,05 % de la carga nominal y se utilizan en básculas de plataforma, básculas de llenado, básculas de cinta transportadora y básculas de embalaje, sistemas de ensayo dinámico, etiquetadoras de precios y muchas otras aplicaciones industriales.
- Células de carga de flexión y de cizallamiento: pueden imaginarse como robustas vigas metálicas, normalmente de acero inoxidable, que se deforman cuando se les aplica un peso.
Este tipo de células de carga de flexión y de cizallamiento suelen instalarse debajo de recipientes, tolvas o depósitos más pequeños, a menudo en combinación con un módulo de pesaje que incluye topes mecánicos, protección antielevación y compensación de la expansión térmica. Son especialmente adecuadas para aplicaciones con cargas de unos pocos cientos de kilogramos hasta unas diez toneladas, dependiendo del diseño y la configuración de la célula. En la gama de productos de tecnología de pesaje de WIKA, constituyen un puente entre los sistemas de plataforma más pequeños y las células de carga de compresión muy grandes para silos pesados.
- Células de carga de compresión: cuando los recipientes son grandes y pesados, las células de carga de compresión suelen ser la solución preferida. Se presentan en forma de discos compactos o cilindros con salientes de menor diámetro en una o ambas caras.
Las células de carga de compresión de WIKA están diseñadas en formato compacto o basculante (rocker-pin) y son adecuadas para mediciones estáticas y dinámicas en el flujo de fuerza directo. Se utilizan principalmente para el pesaje de alta precisión de tanques y contenedores pesados, incluidos silos y recipientes de proceso que pueden alcanzar pesos de hasta 300 toneladas por soporte. En combinación con kits de montaje especiales, la fuerza del peso se transfiere de forma óptima y la protección antielevación está integrada en el sistema. La página de células de carga de compresión ofrece una visión general de estas soluciones de alta capacidad y sus aplicaciones típicas.
- Células de carga tipo S: reciben su nombre por su característico perfil en forma de S. Los extremos de la «S» suelen incorporar una protección contra sobrecargas integrada, mientras que la sección central alberga el elemento de medición. WIKA ofrece células de carga tipo S tanto en versión estándar como en versión miniaturizada. Las versiones miniaturizadas son ideales cuando el espacio de montaje es muy limitado o cuando solo se deben detectar fuerzas reducidas. Ambas variantes se montan con roscas hembra y se caracterizan por su alta precisión, comportamiento dinámico y resistencia a la fatiga.
Las células de carga tipo S se utilizan a menudo para pesar recipientes suspendidos. Dado que la carga se cuelga directamente del sensor, la trayectoria de la fuerza es lineal y fácil de comprender. También son muy comunes en máquinas de ensayo y en muchas aplicaciones en las que es necesario medir tanto la tensión como la compresión.
Modelos especiales y transductores de deformación
Además de las geometrías estándar, existen numerosos modelos especiales de células de carga para aplicaciones complejas o no estándar. WIKA define como transductores de fuerza especiales aquellos transductores de fuerza que no se corresponden con las formas típicas y los ofrece junto con extensómetros o sensores de deformación en la categoría de transductores de fuerza especiales.
Entre ellos, los transductores de deformación o los extensómetros son especialmente interesantes para los diseñadores y los proyectos de modernización. En lugar de insertar un nuevo transductor de fuerza en la estructura, el sensor de deformación se atornilla directamente a una célula o soporte existente. El sensor mide la deformación causada por las fuerzas que actúan sobre este cuerpo. Una vez montado y ajustado, esta deformación se transfiere al sensor por contacto por fricción y, en consecuencia, la combinación se comporta como un transductor de fuerza clásico, a pesar de la medición indirecta. Los transductores de deformación son especialmente interesantes para silos o depósitos existentes en los que la modernización de las células de carga de flexión y de cizallamiento sería costosa e invasiva. Los extensómetros WIKA son adecuados para mediciones estáticas y dinámicas y están disponibles con diferentes señales de salida, como mV/V, 4-20 mA, 0-10 V y opciones digitales como CANopen y CAN SAE J1939.
El papel de los accesorios y la electrónica de pesaje en la elección de las células de carga
La elección de la célula de carga adecuada no se limita al propio cuerpo de medición. Los componentes circundantes, tanto mecánicos como electrónicos, son fundamentales para obtener el rendimiento especificado.
Desde el punto de vista mecánico, WIKA destaca que la instalación de las células de carga requiere un gran conocimiento técnico y que se recomienda encarecidamente el uso de accesorios adecuados. La gama de accesorios para pesaje es amplia e incluye kits de montaje, pies de carga, cabezales giratorios, troqueles, cables, pasadores de balancín, cargadores y muchos otros componentes. Estos accesorios contribuyen a garantizar una transmisión correcta de la fuerza, a evitar desviaciones de la misma, a proporcionar una protección mecánica integrada contra sobrecargas, a compensar la dilatación térmica y las vibraciones, y a garantizar una conexión a tierra correcta mediante cables de dimensiones adecuadas.
Desde el punto de vista electrónico, una célula de carga solo se convierte en una solución de pesaje completa si se combina con los componentes electrónicos adecuados. WIKA destaca que solo como sistema todos los componentes pueden ofrecer la máxima ventaja, por lo que la empresa ofrece un sistema de pesaje completo de un único proveedor. Los componentes de electrónica para pesaje incluye indicadores y pantallas, pantallas grandes y portátiles, cajas de conexiones y cables. Hay disponibles amplificadores a medida para los componentes de medición con señales de salida analógicas y digitales, que permiten una integración perfecta en PLC, sistemas SCADA y otras plataformas de control.
Por lo tanto, al elegir la célula de carga adecuada, siempre hay que tener en cuenta toda la cadena: cuerpo de medición, accesorios, electrónica e integración en el proceso global.
Preguntas frecuentes
¿Cómo sé qué tipo de célula de carga debo utilizar?
El diseño mecánico de tu aplicación suele ser el mejor punto de partida. Las plataformas planas y las básculas de mesa suelen requerir células de carga de un solo punto. Los depósitos y contenedores más pequeños suelen utilizar células de carga de flexión y de cizallamiento. Los silos grandes y los depósitos de proceso pesados requieren células de carga de compresión con kits de montaje adecuados. Los contenedores suspendidos y las mediciones de tensión suelen utilizar células de carga tipo S, mientras que las estructuras complejas o existentes pueden beneficiarse de transductores de fuerza especiales o transductores de deformación. Si comparas tu proyecto con las familias presentadas en la descripción general de la tecnología de pesaje de WIKA, podrás reducir rápidamente el campo de las mejores opciones.
¿Cuál es la diferencia entre una célula de carga estándar y un transductor de fuerza especial?
Las células de carga estándar siguen geometrías típicas como las de punto único, de flexión y de cizallamiento, tipo S o compresión. Son adecuadas para una amplia gama de aplicaciones comunes. Los transductores de fuerza especiales, por el contrario, están diseñados para casos complejos o no estándar. WIKA utiliza este término para los sensores que no entran dentro de las formas típicas, por ejemplo, los sensores twistlock para determinar el peso de los contenedores o los transductores para cables metálicos para controlar la tensión de los cables. Los transductores de deformación son un tipo especial de sensores de fuerza que miden la deformación en una estructura existente en lugar de insertar una nueva célula de carga, lo que los hace ideales para reacondicionamientos.
¿Por qué son tan importantes los accesorios a la hora de elegir una célula de carga?
Muchos errores de medición no se deben a la célula de carga en sí, sino a la forma en que está montada. Una introducción incorrecta de la fuerza, desviaciones de fuerza, desalineaciones o una protección insuficiente contra la elevación pueden distorsionar la medición o dañar el sensor. Por lo tanto, WIKA recomienda utilizar accesorios específicos para el pesaje. La gama de accesorios para pesaje incluye kits de montaje, pies de carga, cabezales giratorios, piezas de compresión, cables y pasadores de balancín que se combinan con las células de carga WIKA y contribuyen a garantizar un funcionamiento seguro y preciso.
¿Siempre necesito la electrónica de pesaje WIKA con las células de carga WIKA?
Una célula de carga necesita una electrónica adecuada para convertirse en una solución de pesaje completa. En principio, es posible conectar una célula de carga a cualquier amplificador compatible, pero el uso de una electrónica específicamente adaptada a los sensores WIKA ofrece claras ventajas. La gama de electrónica de pesaje incluye indicadores, pantallas grandes y portátiles, cajas de conexiones y amplificadores con salidas analógicas y digitales, todos ellos optimizados para funcionar con las células de carga WIKA. Esto simplifica la configuración, mejora la estabilidad de la medición y garantiza que todo el sistema esté respaldado por un único proveedor.
¿Dónde puedo encontrar una visión general de todas las células de carga WIKA?
Para obtener una visión general compacta, la página de tecnología de pesaje enumera todas las principales familias de células de carga, incluidas las células de carga de compresión, las células de carga de punto único, las células de carga de tipo S, las vigas de flexión y de cizallamiento, así como los transductores de fuerza especiales y los accesorios. Desde allí se puede navegar directamente a las páginas dedicadas a las células de carga de punto único, las células de carga de compresión, las células de carga tipo S, los transductores de fuerza especiales y los accesorios para pesaje.
Visita nuestra página web para conocer todas las células de carga WIKA y todos nuestros productos. Además, no dudes en ponerte en contacto con nosotros para cualquier información. Nuestros expertos estarán encantados de ayudarte con tu aplicación específica.