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CARRERA DE INGENIERIA MECATRÓNICA INSTRUMENTACIÓN MECÁNICA NRC: 1712 Profesor: ING. DAVID LOZA LABORATORIO Determinación de la posición de las galgas extensiométricas en una celda de carga

Sebastián Pailiacho Leonardo Paredes Sergio Sánchez

1. Tema: Determinación de la posición de las galgas extensiométricas en una celda de carga. 2. Objetivos: a. Simular el comportamiento estático de una celda de carga, mediante el uso de un paquete CAD/CAM/CAE. b. Manipular una herramienta para la simulación dinámica de un sensor en base a su función de transferencia.

3. Teoría. Las celdas de carga constituyen uno de los grupos más importantes de sensores para detectar variables mecánicas como fuerza, peso, presión, torque, par, entre otros. Fundamentan su operación en la deformación elásticas de elementos conocidos como celdas o células de carga. Las celdas de carga comerciales vienen en múltiples formas para acomodarse a diferentes aplicaciones. La celda de carga trabaja en asociación con sensores que puedan medir micro desplazamientos producidos por la deformación elástica de la misma. Los sensores utilizados son normalmente galgas extensiométricas, las cuales están sujetas a tensión, compresión o cizalladura en los dispositivos.

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Los prototipos más utilizados en celdas de cargas son: 

De botella (Canister Load Cell)



En S (´S´ Beam Load Cell)

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En voladizo (Bending Beam Load Cell)

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En voladizo por cortante redonda (Shear Beam Round)

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En voladizo por cortante rectangular (Shear Beam Rectangular).

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En C (´C´ Beam Load Cell)



De botón (Load Button Cell)

Estas celdas de carga convierten las excitaciones en señales eléctricas, para poder medir dichas señales se ocupan pequeños patrones de resistencias las cuales son indicadores de tensión, y estos al ser deformados cambian su resistencia eléctrica.

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Dentro de las propiedades que caracterizan a una celda de carga se tiene: 

Capacidad: Carga máxima que la celda de carga puede medir sin sufrir deformaciones.

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Arrastre: Cambio en la salida del sensor que se produce al tener más de 30 minutos de carga o acercarse a su capacidad máxima.

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Escala Real (FS): Califica el error.

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Histéresis: La tendencia de un material para conservar sus propiedades después de haber realizado un gran estímulo sobre este.

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Sobre carga máxima: Carga máxima que se puede aplicar sin que ocurra un fallo estructural.

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No linealidad: Describe la desviación máxima de la curva lineal.

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Balance cero: Diferencia máxima obtenida entre la salida de la carga, si esta llega a ser muy alta es muy difícil obtener una ganancia muy alta.

4. Equipo necesario. a. Ordenador b. SolidWorks junto con CosmosWorks. c. Celdas de carga dibujadas. 5. Procedimiento. a. Cargue los archivos de los dibujos a SolidWorks. b. Aplique la carga sobre las celdas, si es necesario dibujar algún accesorio para aplicar la misma, dibújelo. c. Genere y guarde el informe de una de las fuerzas aplicadas a la celda. d. Anote en las hojas de resultados la posición de las galgas en la celda. 6. Simulación. 3

Para las diferentes tipos de celdas de carga, se obtuvo los siguientes resultados:

Celda de Carga en S: Fue sometida a tracción de 111 N.

Figura 1. Simulación de deformación en S (deformación resultante)

Figura 2 Especificaciones técnicas de la celda de carga tipo S

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Cuando se aplica una fuerza de 111N (25lb), se obtiene en la simulación una deformación máxima de 1.60E-2 mm, basándose en las especificaciones técnicas de la celda de carga la deformación máxima es de 0.015 hasta 0.010 mm, teniendo así un error:

e %=

0.015−0.01603 ∗100=6.866 % 0.015

Celda de Carga de botella A esta celda se le aplicó una carga de 112 [KN], obteniendo que la deformación resultante que tiene este es de 1.792E-001 mm.

Figura 3 Simulación de deformación en botella (deformación resultante)

Celda de Carga en Voladizo Se realizó la simulación con una carga de 4900 [N], obteniendo como deflexión máxima 1.764E-001 mm

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Figura4 Deformación máxima

Según las especificaciones que se tiene a continuación, la deformación máxima que puede tener es de 0.12 mm, lo que nos da un error de:

e %=

0.112−0.1764 ∗100=57.5 % 0.112

Conclusiones 

Se tuvo un error de 6.86% para la primera celda, esto nos indica que tuvo el dimensionamiento correcto, y el material escogido fue uno muy similar con el que se trabaja.

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Se obtuvo un error bastante considerable de 57.5% en la tercera celda de carga, esto se produjo por un mal dimensionamiento y mal diseño de la celda, ya que no cumple con las medidas adecuadas.

Recomendaciones 

Tener mayor cuidado al dimensionar las celdas de carga, ya que esto influye mucho en el resultado, también es importante aplicar la carga correcta para poder obtener valores cercanos a los verdaderos.

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Referencias 

SolidWorks. (2015). SolidWorks. Obtenido de http://www.solidworks.es/sw/products/simulation/flow-simulation.htm

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Sensores de caudal. (s.f.). Recuperado el 31 de mayo de 2015, de http://sensoresdecaudal.blogspot.com/2009/05/placa-orificio.html

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