¿Cómo elegir una célula de carga? Guía de características técnicas
Leer y orientarse en la ficha producto
A la hora de elegir la célula de carga más adecuada para su sistema de pesaje, hay que tener en cuenta muchos factores: desde el tipo de aplicación al que está destinada (las características de la estructura que se va a pesar, su funcionamento, la finalidad y el objeto del pesaje) hasta las condiciones ambientales en las que va a trabajar el sistema.
Una vez identificado el modelo de célula más adecuado, es importante consultar su ficha producto, donde se describen todas sus características y se proporcionan todos los datos para su elección.
¿Cuáles son las principales características de una célula de carga y qué indican acerca de sus prestacione?
→ Lea también ¿Cómo elegir una célula de carga? Factores a valorar.
→ Lea también Principales tipos de células de carga .
Certificaciones
Una certificación es un documento, expedido por un organismo oficial, que acredita que un determinado producto cumple un esquema normalizado intenacional de normas o reglas técnicas y de fabricación.
La certificación que debe tener una célula de carga depende del mercado, del entorno y del tipo de sistema en el que la célula va a trabajar.
En la oferta de LAUMAS hay varias a tener en cuenta, según el tipo de certificación y las normativas del país en el que se va a instalar la célula de carga.
▷ Certificaciones para uso legal en las transacciones comerciales.
OIML R 60 - certificación metrológica fundamental que certifica la calidad de medición de la célula de carga. Divide las células en clases de exactitud y certifica las divisiones legales y el nivel de exactitud de los sensores. Es necesaria en muchos países, incluidos la Unión Europea y el Reino Unido.
NTEP - cumple la normativa estadounidense.
PAC (Pattern Approval Certificate) - cumple las normas de la Federación Rusa.
CPA (Chinese Pattern Approval) - cumple la normativa de la República Popular China.
▷ Certificaciones para uso en atmósferas potencialmente explosivas.
ATEX y IECEx - la certificación ATEX es válida en la Unión Europea, mientras que la certificación IECEx está reconocida en más de 30 mercados internacionales.
EAC Ex - para uso en los países de la Unión Aduanera Eurasiática.
FM HazLoc (Hazardous Locations) - cumple la normativa de EE.UU y Canadá.
Ex NEPSI - cumple la normativa de la República Popular China.
→ Consulte todos los productos para atmósferas potencialmente explosivas.
▷ Certificaciones para uso en ambientes donde la higiene representa un requisito necesario o en todo caso importante.
3-A Sanitary Standards - norma americana que regula el diseño, la fabricación y la utilización de equipos higiénicos, para proteger el producto final contra los riesgos relacionados con la contaminación y la proliferación bacteriana.
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▷ Certificaciones y marcas necesarias para exportaciones a varios países.
CE - marca de conformidad europea, que certifica que el producto cumple toda la normativa de la UE durante todas las fases de su ciclo de vida: desde su diseño, fabricación, comercialización, puesta en servicio hasta su eliminación.
UKCA (UK Conformity Assessed) - marca de conformidad para el Reino Unido introducida en 2022 tras el Brexit. Es el equivalente a la marca CE europea y puede utilizarse para comercializar productos en Gran Bretaña (Iglaterra, Gales y Escocia).
EAC - certificación que garantiza que el producto es apto para la esportación el los países miembros de la Unión Aduanera Eurasiática.
Dependiendo de la categoría del producto y la legislación aplicada, las marcas CE y UKCA no van acompañadas obligatoriamente de un certificado. Para certificar que el producto es conforme, basta con la marca y la declaración de conformidad, que pueden ser cumplimentadas por el fabricante o quien comercializa el producto en la Comunidad Europea.
Material
Los materiales con los que normalmente se puede fabricar una célula de carga son:
- ACERO INOXIDABLE 17-4 PH
- ACERO INOXIDABLE AISI 420
- ALEACIÓN DE ALUMINIO
- ACERO ESPECIAL NIQUELADO (AISI 4140 o AISI 4340)
▷ ACERO INOXIDABLE 17-4 PH
Entre los distintos materiales utilizados para las células de carga, éste es el más "valioso", es decir, el más caro y el mejor en términos de resistencia a la corrosión.
Su nombre oficial sería AISI 630, per comúnmente se denomina 17-4 PH por su definición "técnica". De hecho, está compuesto por 17 partes de níquel y 4 de cromo, mientras que PH es la abreviatura de Precipitation Hardening, es decir, el proceso de precipitación utilizado para endurecer el material.
El endurecimiento por precipitación (o envejecimiento) es un tratamiento térmico que tiene lugar en un horno y pasa por 3 etapas: solubilizado, temple y envejecimiento. El proceso provoca la liberación controlada de elementos constituyentes para formar agregados precipitados que producen un aumento de la dureza.
→ Lea también ¿Cómo es una célula de carga? para conocer todas las etapas de fabricación.
▷ ACERO INOXIDABLE AISI 420
Aunque su resistencia a la corrosión es inferior a la del inoxidable 17-4 PH, tiene una mayor resistencia mecánica y es más barato.
▷ ALEACIÓN DE ALUMINIO
La más utilizada es la de tipo AVIONAL, es decir, la que se utiliza para fabricar aviones o componentes de aviación.
Es muy útil en las células de carga off-center poque tiene una buena resistencia a los agentes ambientales. Además es ligero y fácil de mecanizar, también en los acabados finales que son necesarios para este tipo de células.
▷ ACERO ESPECIAL NIQUELADO (AISI 4140 o AISI 4340)
El AISI 4140 y el AISI 4340 son dos materiales muy similares y, de hecho, intercambiables.
Se denominan "aceros especiales" porque tienen características especiales. De hecho, se les añaden sustancias como cromo, níquel, molibdeno y manganeso que mejoran su calidad en comparación con el hierro y siempre están niquelados, ya que de lo contrario se oxidan inmediatamente.
→ Lea también Cómo elegir una célula de carga? Factores a valorar, para deteminar el material más adecuado para su aplicación.
El niquelado (al igual que el galvanizado) es una operación que se denomina genéricamente galvanizado o recubrimiento galvánico, es decir, es proceso de recubrir un metal con otro metal.
El proceso adquiere una denominación especifica dependiendo del material que se utilice.
Grado de protección (IP)
Es el parámetro que evalúa y clasifica el nivel de resistencia y la eficacia de la estanqueidad de las carcasas eléctricas frente a entrada de objetos, polvo y agua. Está definido por la norma internacional IEC 60529 y corresponde a la norma europea EN 60529.
Aunque la norma IEC 60529 tiene validez internacional, se utiliza principalmente en Europa y Asia. En otros países, prevalecen otras normas: por ejemplo, EE.UU., México y Canadá prefieren la norma NEMA 250.
Es esencial elegir el grado de protección en función del entorno en el que tendrá que trabajar la célula de carga. En efecto, los requisitos de protección son diferentes dependiendo del lugar (interior o exterior) y las condiciones ambientales en las que se vaya a instalar el sistema, los lavados frecuentes u ocasionales a los que deberá someterse la célula y su modo, así como si deberá sumergirse o no, a qué profundidad y durante cuánto tiempo.
Se indica mediante le acrónimo IP (Ingress Protection) seguido de 2 dígitos y eventualmente de la letra K.
Si los digitos se sustituyen por la letra X, significa que no se dispone de datos suficientes para especificar el grado de protección.
▷ El primer dígito del código indica el grado de protección del dispositivo contra la entrada de objetos sólidos y contra la posibilidad de que las personas tengan un contacto deliberado con partes peligrosas como conductores eléctricos.
El valor puede ir de 0 a 6, donde 6 indica una carcasa totalmente estanca al polvo y los humos y una protección total contra el contacto.
▷ El segundo dígito indica la protección contra la entrada de líquidos y humedad e va de 0 a 9. Si el dígito va seguido de la letra K, significa que el componente está protegido contra la entrada de agua durante la limpieza con chorro de vapor a alta presión.
Carga nominal (capacidad)
La capacidad, también denominada "carga nominal", es el peso máximo que puede soportar la célula de carga.
Cada tipo de sensor viene con su propio rango de capacidad específico, de hecho la capacidad es una característica mecánica que está predeterminada en el diseño de cada célula de carga.
→ Lea también ¿Cómo es una célula de carga?
▷ Las células de carga de baja capacidad miden desde unos pocos gramos hasta un máximo de 100 kg.
Son perfectas cuando se requiere una gran exactitud, como en las balanzas de laboratorio o balanzas cuentapiezas.
▷ Las células de carga de capacidad media pueden medir deste 100 kg hasta 10 toneladas aproximadamente.
Son especialmente fiables y se utilizan para plataformas de pesaje industriales y para pesar cintas, transportadores de rodillos, tolvas, silos y depósitos de pequeñas y medianas dimensiones.
▷ Las células de carga de alta capacidad alcanzan más de 1.000 toneladas.
Se utilizan en básculas puente, para la industria pesada y, en general, en básculas que deben detectar grandes cargas, como silos de gran capacidad.
Para todas las capacidades, incluso las no estándar, se pueden pedir células de carga personalizadas según las especificaciones del cliente.
Clase de exactitud
Las clases de exactitud (o clases de precisión) son clasificaciones de grupo determinadas por la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML).
Describen las características metrológicas de la célula de carga y son fundamentales para determinar el nivel de calidad del resultado de la medición.
Por cada tipo de célula de carga, existe una clasificación OIML diferente indicada por una letra que marca su clase de exactitud (A, B, C, D) y un número que especifica cuántas divisiones legales es capaz de detectar la célula en unidades de millar:
- D1, C1, C2: baja exactitud, la célula es adecuada para su uso en instalaciones de hormigonado para pesar materiales de construcción como hormigón, arena, cemento o agua.
- C3, C4, C5, C6 y superiores: alta exactitud, adecuadas, por ejemplo, para básculas de precisión, controladoras de peso, básculas puente, sistemas de pesaje HOMOLOGADOS CE_M, sistemas de mezcla y dosificación.
Las autoridades emisoras (OIML Issuing Authorities) y los organismos notificados por la Unión Europea están autorizados a evaluar la células de carga y asignar la clase de exactitud correspondiente.
Los certificados emitidos por las autoridades emisoras son válidos en todo el mundo, mientras que los certificados de los organismos notoficado sólo son válidos dentro de la Unión Europea.
La evaluación se realiza mediante un ensayo que mide simultáneamente 3 magnitudes: linealidad, histéresis y efectos de la temperatura, verificando el error combinado de la célula de carga.
Linealidad
Es la verificación de la proporcionalidad para valores de carga creciente en una célula de carga.
Mediante ensayos de carga para puntos crecientes, se obtiene la línea recta que une el punto de cero y el punto de fondo de escala.
A continuación, se comprueba en qué medida los valores realmente leídos por la célula de carga se desvían de esta línea recta.
Esta desviación corresponde al error de linealidad.
Histéresis
Es la evaluación de la diferencia entre las respuestas de la célula durante un ciclo de carga e un ciclo de descarga posterior.
Se calcula la diferencia porcentual entre los mismos puntos leídos por la célula de carga durante los dos ciclos y se obtiene el error de histéresis.
Efectos de la temperatura
La célula de carga se coloca en una cámara climática. Tras estabilizar la temperatura, en un rango estándar definido por la OIML entre -10°C y +40°C, se realizan 3 ciclos de carga/descarga por cada temperatura.
Una vez finalizado el ensayo, se comprueba cómo el promedio de los valores medidos se desvía de los errores máximos permitidos al variar de la temperatura.
La clase de exactitud más adecuada debe elegirse teniendo en cuenta varios aspectos del sistema de pesaje, como el tipo de instalación, la finalidad y el tipo de mercancías que se van a pesar, y suele ser un arreglo entre todos.
La capacidad del sistema de pesaje también desempeña un papel fundamental.
De hecho, es necesario evaluar la correcta concordancia entre la exactitud deseada y la capacidad del sistema.
→ Lea también Cómo elegir una célula de carga? Factores a valorar.
Error combinado
Es la suma de los 3 errores (linealidad, histéresis y efectos de la temperatura) resultantes del ensayo OIML y descritos en el apartado anterior.
Esta cifra, expresada en porcentaje del fondo de escala, representa el error máximo que cabe esperar de la célula de carga.
Por ejemplo, una célula con un fondo de escala de 10.000 kg y un error combinado del 0,05% debería tener un error máximo de 5 kg sobre toda la escala de medición.
Si la lectura del peso fuera de 2.500 kg, el "valor real" estaría entre 2.495 y 2.505 kg.
Escalón mínimo de verificación (V min)
Es el intervalo mínimo en el que se puede dividir el rango de medición (la capacidad) de la célula de carga.
Se obtiene a partir de la relación entre la capacidad máxima de la célula y el valor Y (o V min relativo) que se establece mediante ensayos OIML.
En realidad, describe la resolución de la célula de carga, es decir, el incremento mínimo de peso que la célula puede apreciar.
Este valor es esencial cuando la célula de carga se va a utilizar en un sistema de pesaje homologado para uso legal en las transacciones comerciales.
Sensibilidad
La sensibilidad, expresada en mV/V, es el valor de salida en mV que muestra la célula de carga cuando se aplica la carga máxima, dividido por la tensión de alimentación expresada en V.
El valor indicado en la ficha producto es el que cumple esta condición, mientras que el valor en porcentaje que se muestra a su lado es el valor de incertidumbre (es decir, la oscilación del valor de salida ± en porcentaje) y lo indica directamente el fabricante.
Efecto de la temperatura en cero y en el fondo de escala
Es el error provocado en la lectura de la célula de carga por un aumento o disminución de la temperatura, es decir, la desviación del valor de cero o del fondo de escala respecto al valor real como porcentaje del fondo de escala por cada grado centígrado de variación de la temperatura.
Si, por ejemplo, una célula de carga tiene un fondo de escala de 1.000 kg y el efecto de la temperatura sobre su fondo de escala es de 0,005% FE/°C, por cada °C de oscilación la lectura variará un máximo de 0,05 kg.
Por tanto, si la temperatura varía 10°C (por ejemplo, de 20°C a 30°C), la lectura variará un máximo de 0,05 x 20, es decir, 0,5 kg.
Compensación térmica
Es el intervalo de temperatura en el que la célula de carga puede funcionar respetando los errores de temperatura indicados en el apartado "Efecto de la temperatura en cero y en el fondo de escala".
De hecho, las células de carga se ensayan y compensan térmicamente a diferentes temperaturas para garantizar su exactitud y prestaciones adecuadas. El rango estándar de compensación de temperatura es de -10°C a +40°C.
Rango de temperatura de trabajo
Es el intervalo de temperatura en el que la célula puede funcionar sin averiarse, pero sin garantizar las prestaciones declaradas en la ficha producto.
Fluencia en carga nominal (después de 30 min)
El valor de fluencia, o "fluencia viscosa", representa la capacidad de la célula de carga para compensar la fluencia natural del material del que está compuesta. En la práctica, cuando se aplica una carga constante en condiciones ambientales estables, la indicación de la célula no variará o variará muy poco.
El valor indicado en la ficha producto expresa la posible variación porcentual del fondo de escala (en kg o mV/V) tras 30 minutos de aplicación de la carga nominal.
Un valor inferior del porcentaje de fluencia se traduce en una mejor calidad de medición de la célula de carga. De hecho, es esencial que el valor de "fluencia en carga nominal" sea bajo, ya que contribuye a la estabilidad de la medición a lo largo del tiempo.
Este parámetro tembién influye en las propiedades elásticas de la célula de carga. Tras la aplicación de un peso, cuanto menor sea el valor de fluencia, más rápidamente la señal de cero volverá a su estado inicial (célula descargada).
¿Cómo se realiza el ensayo de fluencia?
La célula de carga se carga al valor de fondo de escale durante 30 minutos y, durante toda la prueba, la lectura del peso no puede superar un error determinado por la norma OIML R 60.
Al final, la realción porcentual entre la variación de la lectura del peso y el fondo de escala teórico durante los 30 minutos del ensayo proporciona el valor de fluencia en carga nominal.
Tensión de alimentación máxima tolerada
Indica el valor máximo de alimentación en V que puede soportar la célula de carga.
Normalmente, los indicadores y transmisores de peso tienen un valor de alimentación estándar de 5 Vcc o 10 Vcc, específicamente diseñados para ser perfectamente tolerados por la célula de carga.
También se pueden utilizar dispositivos de alimentación no estándar, pero es imprescindible que respeten el valor máximo de tensión de alimentación indicado en la ficha técnica, para no dañar la célula.
Resistencia de entrada/salida
La resistencia de entrada es la resistencia medida en ohmios entre los hilos de alimentación de la célula de carga. La resistencia de salida es conceptualmente idéntica a la de entrada, pero se mide entre los hilos de la señal de salida de la célula.
Su valor depende del tipo de galga extensiométrica utilizada, pero suele estar comprendido entre 350 y 400 ohmios o entro 700 y 800 ohmios.
Balace en cero
Es el valor, expresado como porcentaje de la sensibilidad, que define la posible desviación del valor de salida en mV respecto al cero en ausencia de carga.
Resistencia de aislamiento
Define la calidad del aislamiento entre cada hilo de la célula de carga y el cuerpo de la misma y entre el apantallado del cable y cada hilo de la célula.
Un aislamiento adecuado hace que la medición realizada por la célula de carga sea insensible a los cambios de potencial eléctrico o a las cargas eléctricas en el cuerpo de la célula.
Carga estática máxima
Expresado en porcentaje del fondo de escala, es la cantidad de sobrecarga que puede soportar la célula de carga sin dañarse, es decir, su "límite elástico".
Si el valor de la sobrecarga se mantiene por debajo del porcentaje recomendado, que suele estar entre el 120% y el 150% del fondo de escala, la célula mantiene su elasticidad (capacidad de deformarse y volver a cero). Si se supera el valor porcentual recomendado, la célula se deformará permanentemente y fallará o se dañará.
Carga de rotura
Expresada en porcentaje del fondo de escala, es la carga máxima que puede soportar la célula de carga sin romperse.
Se trata de un valor que depende de la geometría, el material y el tipo de célula de carga y que teóricamente no debería alcanzarse nunca; sin embargo es importante conocerlo, sobre todo si hay que hacer cálculos sobre el coeficiente de seguridad de la instalación.
Por ejemplo, en sistemas de elevación y limitación de carga, donde se requiere un coeficiente de seguridad elevado, hay que asegurarse de que la célula de carga utilizada tenga una carga de rotura superior a la estándar, que suele estar entre el 250% y el 300% del fondo de escala.
→ Lea también Principales tipos de células de carga: características y aplicaciones
→ Lea también Sistemas de pesaje y limitadores de carga para grúas puente.
Deflexión con carga nominal
Indica la deformación de la célula de carga en el fondo de escala, es decir, cuánto baja la carga cuando se aplica a la célula.
Este valor es diferente para cada célula de carga, pero siempre está comprendido entre 0,2 mm y 1 mm.
Ejemplo de deflexión con carga nominal de 0,5 mm en célula de carga AZL.
Conexiones eléctricas
Esta parte de la ficha producto se refiere íntegramente al cable de salida de la célula de carga.
Además de detalles como su logitud y diámetro, tembién se indica el número de hilos y la sección del mismo expresada en mm2.
Las células de carga suelen tener 4 o 6 hilos. La diferencia radica en la presencia o ausencia de 2 hilos denominados "de referencia" (Sense + y Sense -), que sirven para mejorar la exactitud de la medición.
Gracias a los hilos de referencia presentes en los cables de 6 hilos, las células de carga pueden compensar cualquier variación de la caída de tensión en los cables debido, por ejemplo, a cambios de temperatura o a la longitud del cable, sin que esto afecte a la medición del peso.
Es cambio, las células de carga de 4 hilos están calibradas y compensadas térmicamente en función de la longitud del cable con el que se suministran de serie, por lo que la longitud del cable no debería modificarse.
En células de 4 hilos, para contener una posible caída de tensión en la porción de cable entre la caja de conexión y el indicador, basta con utilizar un cable apantallado con una sección significativa (al menos 1 mm2).
→ Lea también Cómo instalar correctamente un sistema de pesaje, para conoscer otras normas que deben cumplirse.
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