5.0 Principios de introducción de carga

El tener un entendimiento claro de la manera exacta en la cual una carga tiene que ser colocada sobre una celda de carga les ayudará tanto en diseñar una vasija que ha de ser equipada con las celdas de carga y en el escoger la clase correcta de celdas de carga y los montajes para su aplicación.

5.1 Lo ideal Se derivan las especificaciones de las celdas de carga bajo condiciones de laboratorio en donde la carga es aplicada a la celda bajo condiciones casi perfectas. El rendimiento de las celdas de carga en una aplicación de pesaje de un proceso actual pueden ser degradadas en gran manera si no toman cuidado acerca de los medios por los cuales la carga es aplicada a la celda. Figura 5-1. La Figura 5-1 muestra una arreglo típico de montaje para una viga al corte. El termino fijo queda sujetado a una fundación “rígida” mientras que el extremo libre es voladizo para permitir que se encorve hacia abajo cuando se aplica una carga (F). Bajo condiciones ideales, la superficie de montaje será plana, horizontal, y perfectamente rígida. La carga F se introducirá verticalmente con las más mínimas fuerzas ajenas aplicadas, y la celda de carga será totalmente insensible a toda fuerza menos las que son exáctamente verticales. Sin embargo, en el mundo real las condiciones de montaje de las celdas de carga y su cargar son mucho menos que ideales. Carga incorrecta es por mucho la causa más común de problemas de precisión que encuentran los técnicos de servicio. El entender los problemas comunes de introducción de carga ayudará prevenir errores de carga en su aplicación de pesaje de vasija. Aunque la discusión está confinada a celdas de viga al corte, muchos de los principios se aplican igualmente a otras clases de celdas de carga. 5.2 Carga angular Esta es una condición en donde la carga F es introducida por medio del hueco de carga pero a un ángulo de su línea central (vean la Figura 5-2). Esta fuerza angular puede ser separada entre sus componente vertical que la celda registrará a través de la línea central del hueco de carga y su componente horizontal a 90° de la línea central. Este componente horizontal es una fuerza lateral al cual, idealmente, la celda de carga debería ser totalmente insensible. Por ejemplo, si la fuerza F está inclinada hacia el hueco de carga a un ángulo de 5°, entonces la fuerza registrada por la celda queda reducida por .4%, mientras que una fuerza lateral de .01F también es aplicada. Figura 5-2.

Si la dirección de la fuerza es constante, la calibración compensará por esto y la báscula pesará con precisión. Sin embargo, si el ángulo cambia mientras se aplica la fuerza, causará una falta de línealidad y, si hay fricción en el sistema mecánico, histéresis también estará presente. Las cargas angulares pueden ser causadas por montajes que están desniveladas, por cimientos no rígidos, por expansión/ contracción térmica, por la deflexión estructural bajo carga, y por la deflexión inevitable de la celda de carga misma.

5.3 Carga excéntrica Figura 5-3.

Esta es una condición en donde la carga F es aplicada verticalmente a la celda, pero donde su línea de acción queda desplazada de la línea vertical a través del hueco vertical (vean la Figura 5-3). Esta no es una condición perjudicial si la fuerza es aplicada consistentemente en el mismo punto porque entonces la calibración puede compensar por este efecto. Sin embargo, si el punto de aplicación se mueve horizontalmente mientras que la báscula es cargada, causará falta de línealidad y posiblemente histéresis. Las cargas excéntricas pueden ser causadas por arreglos de montaje pobremente diseñadas y por la expansión/contracción térmica de la báscula.

5.4 Cargas laterales 5.5 Cargas retorcedoras

Figura 5-4.

Esta es una condición en donde la carga vertical F (que están tratando de medir) está acompañada por una fuerza lateral R aplicada a 90° de F (vean la Figura 5-4). Esta fuerza puede ser constante pero más típicamente es una fuerza que varía a través del tiempo y entonces afecta la línealidad y posiblemente el histéresis de la báscula. La celda de carga ideal sería totalmente insensible a cargas laterales. Sin embargo, en la práctica, estas fuerzas ajenas sí afectan la salida de la celda y dos celdas que parecen ser idénticas pueden reaccionar diferentemente a la misma carga lateral. Una condición relacionada es la END FORCE [FUERZA DE EXTREMO], P, la cual es similar a una carga lateral menos que actual en la cara del termino de la celda. Las cargas laterales típicamente son el resultado de expansión/contracción térmicas, montajes que no están niveladas, y las dinámicas de la vasija (causadas por mezcladores, etc.). Figura 5-5.

Típicamente una fuerza lateral no actúa precisamente sobre el eje neutro y entonces produce una torsión o efecto retorcedor además de la fuerza lateral. Una celda de carga puede ser sujeta a una torsión (T) de una variedad de maneras. La Figura 5-5(a) ilustra una condición en donde la línea de acción de una carga lateral es movida lejos del eje neutro por una distancia h, lo cual resulta en una torsión de Rh. La Figura 5-5(b) ilustra una situación en la cual la carga es colgada de la celda utilizando un perno. Cualquier carga lateral aplicada por este arreglo tiene un efecto retorcedor sobre la celda mucho más grande a causa de la más grande distancia h1 al eje neutro. La Figura 5-6 ilustra una torsión de magnitud Fy ejercitada como resultado del aplicar la fuerza F a una distancia y de la línea central del hueco de carga.

Figura 5-6.

Montajes desnivelados además de expansión/contracción térmica, deflexión estructural bajo carga, y fuerzas laterales dinámicas (causadas por mezcladores giratorios, etc.) todos causan la torsión de la celda de carga. Dado que estas fuerzas tienden a variar en su magnitud como función del tiempo, la temperatura, y/o la carga, sus efectos no son predicibles y ellos degradan la precisión del sistema.