Usando Celdas de Carga para Pesaje de Camiones, Trenes y Aviones

En la industria aérea, peso es dinero. Cada kilo adicional requiere más combustible para despegar, así asegurándose de que hay suficiente gas en los tanques significa saber lo que pesa el avión. La distribución del peso es otro factor. Demasiado en la parte posterior y el avión vuela nariz para arriba, alterando el ángulo de ataque y consumiendo más combustible.

El peso de algo tan grande como un avión, incluso un Boeing 747, no es particularmente difícil. La manera que está hecho es con células de carga. Este Informe Oficial de OMEGA Engineering explica cómo se usan las células de carga para pesar objetos muy grandes. La sección trata:

Las aeronaves, desde asientos aviones civiles de dos asientos a la más grande de pasajeros y aviones de carga, se pesan regularmente por dos razones. En primer lugar, es un requisito de la FAA que el operador sepa el peso de la aeronave, y que peso puede cambiar con el tiempo, el nuevo pesaje periódico es obligatorio. Y, en segundo lugar, un piloto puede desear saber el peso de carga o pasajeros y equipaje llevado a bordo para determinar el combustible necesario y la distribución del peso (en aviones de turbohélice pequeños no es poco frecuente que los pasajeros se muevan para nivelar la distribución del peso).

El pesaje de camión es otra gran aplicación de células de carga. Los vehículos pesados causan importantes daños a carreteras y sobre todo puentes, por lo que los estados tienen límites en la carga máxima admisible que pueden llevar. La aplicación de estos límites se realiza en las estaciones de pesaje de carretera donde todos los camiones están obligados a parar para el pesaje.

Los trenes también necesitan de pesaje. Como en el caso de carreteras, las cargas excesivas aceleran el desgaste de la pista y como con el avión, una distribución desigual del peso puede resultar en problemas de estabilidad. La carga que se traslada por ferrocarril a veces tiene un precio sobre la base de peso, por lo que es esencial conocer la carga en cada vagón ferroviario o vagón.

Durante siglos, el principal medio de pesar algo fue con balanzas que utilizan la extensión de un resorte o un equilibrio que comparaba una carga con la otra. En las últimas décadas, sin embargo, para usos más industriales y comerciales, estos métodos fueron suplantados por células de carga cuando un peso necesita ser medido.

Una célula de carga es un dispositivo que convierte una fuerza (masa multiplicada por la gravedad) a una señal eléctrica. Esto se hace comúnmente a través del efecto piezoeléctrico o con galgas extensiométricas. Los materiales piezoeléctricos producen una pequeña señal eléctrica conforme son comprimidos. Mientras los cristales piezoeléctricos son mejor conocidos, hay otros materiales similares que hacen lo mismo, como piezocerámicos.

Una galga extensiométrica es un dispositivo eléctrico hecho de un material cuya resistencia cambia con tensión, generalmente se manifiesta como deformación. Estos se utilizan en las células de carga diseñadas para desviar en respuesta a una carga. La mayoría de las células de carga están diseñadas con una configuración de viga que se dobla bajo carga, aunque algunos utilizan la extensión en la sección transversal resultante de compresión longitudinal o axial. Generalmente estos dan un resultado menos lineal que las configuraciones de flexión, haciendo presente la calibración.

Una configuración típica de flexión es la célula de carga de la viga «S». En el perfil, se parece a la letra «S», y tiene cuatro medidores de tensión fija a las secciones horizontales. Cuando una carga se aplica verticalmente hacia abajo sobre la parte superior de la «S», la flexión pone dos medidores de compresión y los otros dos en tensión. Conectar estos medidores en un arreglo de Puente de Wheatstone permite pequeños cambios en la resistencia para producir una señal eléctrica medible.

Para una célula de carga de galgas extensiométricas para dar mediciones útiles, la carga debe aplicarse en la dirección de operación. Las cargas laterales darán lugar a lecturas inexactas y pueden dañar el dispositivo. Los sistemas de sensores piezoeléctricos son más robustos en este sentido, pero son menos precisos en general. Además, la salida de muchos materiales piezoeléctricos es muy dependiente de la temperatura.

Al evaluar las células de carga para una aplicación, debe considerarse lo siguiente:

Otros posibles problemas para observar son: la posibilidad de carga de choque, carga fuera del centro y la necesidad de protección del medio ambiente. Un ejemplo de carga de choque sería cuando una carga se cae en la célula de carga. Los materiales absorbentes de impacto pueden reducir el impacto de tales cargas. Las cargas fuera de centro producen resultados engañosos y pueden dañar la célula de carga. Las células de carga diseñadas para entornos al aire libre deben especificarse para satisfacer normas adecuadas de IP y NEMA.

La mayoría de las estaciones de pesaje utiliza células de carga basadas en piezoeléctricos o galgas extensiométricas. Estas se incrustan en la superficie de la carretera y se mide la carga creada por cada eje. Una innovación reciente es la llamada tecnología de Pesaje en Movimiento (WIM) donde el camión se puede pesar con precisión sin necesidad de parar. Estos sistemas utilizan una combinación de células de carga y circuitos inductivos que detectan la presencia del vehículo. Son rápidos y precisos y lo más importante, eliminan la necesidad de cada camión parar a ser pesado. Esto supera los problemas de atascos experimentado en tiempos ocupados, que obliga a menudo al cierre temporal de la estación de pesaje.

Requisitos para los sistemas WIM para uso carretera se definen en ASTM E1318-02.

Como con los camiones, existen sistemas estáticos y medición de WIM. Estos pueden determinar cargas por eje individual, cargas de bogie e incluso el peso de un vagón o locomotora entero. Se utilizan las células de carga en estos sistemas y tienen exactitudes de ± 1% o mejor.

Se pesan las aeronaves con balanzas de plataforma que incorporan células de carga. Por lo general, las aeronaves son tiradas hacia adelante, por lo que todas las ruedas están en las plataformas. El peso total es la suma de las lecturas de cada plataforma. Las distancias y diferencias entre las lecturas de la plataforma se utilizan para calcular la distribución de peso.

Los camiones, las aeronaves y los trenes necesitan pesaje periódico. Esto se hace mediante células de carga. Una célula de carga utiliza galgas extensiométricas donde se produce un cambio medible en la resistencia como se deforma el material o materiales piezoeléctricos que producen una carga eléctrica cuando estén bajo presión. Estas señales se amplifican y pueden producir lecturas de precisión de ±1%.