Electricidad estática: qué es, cómo se genera y los problemas asociados con ella

¿Qué es la electricidad estática?

La electricidad estática se produce cuando se altera el equilibrio intraatómico o intramolecular debido a la ganancia o pérdida de un electrón. Normalmente, un átomo está en equilibrio debido a la misma cantidad de partículas positivas y negativas: protones y electrones. Los electrones pueden moverse fácilmente de un átomo a otro. Al mismo tiempo, forman iones positivos (donde no hay un electrón) o negativos (un solo electrón o un átomo con un electrón extra). Cuando se produce este desequilibrio, se genera electricidad estática.

Para más detalles ver aquí: Sobre la electricidad estática en imágenes

Carga eléctrica en un electrón — (-) 1,6 x 10-19 pendiente. Un protón con la misma carga tiene polaridad positiva. La carga estática en culombios es directamente proporcional al exceso o deficiencia de electrones, es decir el número de iones inestables.

El colgante es la unidad básica de carga estática, que define la cantidad de electricidad que pasa a través de la sección transversal de un cable en 1 segundo a 1 amperio.

Un ion positivo no tiene un electrón, por lo tanto, puede aceptar fácilmente un electrón de una partícula cargada negativamente. Un ion negativo, a su vez, puede ser un solo electrón o un átomo/molécula con una gran cantidad de electrones. En ambos casos, hay un electrón que puede neutralizar la carga positiva.

Cómo se genera la electricidad estática

Las principales causas de la electricidad estática:

• Contacto entre dos materiales y su separación entre sí (incluido el roce, el enrollado/desenrollado, etc.).

• Una caída rápida de la temperatura (por ejemplo, cuando el material se coloca en el horno).

• Radiación de alta energía, radiación ultravioleta, rayos X, campos eléctricos fuertes (no comunes en aplicaciones industriales).

• Operaciones de corte (por ejemplo, en cortadoras o cortadoras de papel).

• Manual (Electricidad Estática Generada).

El contacto superficial y la separación de materiales son probablemente las causas más comunes de electricidad estática en la industria de láminas de plástico y películas en rollo. La carga estática se genera durante el desenrollado/rebobinado de materiales o el movimiento de diferentes capas de materiales entre sí.

Este proceso no está del todo claro, pero la explicación más verdadera de la aparición de electricidad estática en este caso se puede obtener por analogía con un condensador plano, en el que la energía mecánica se convierte en energía eléctrica cuando se separan las placas:

Tensión resultante = tensión inicial x (espaciado final entre placas/espaciado inicial entre placas).

Cuando la película sintética toca el rodillo de alimentación/recogida, una ligera carga que fluye del material al rodillo provoca un desequilibrio A medida que el material supera el área de contacto con el eje, el voltaje aumenta de la misma manera que en el caso de las placas del condensador en el momento de su separación.

La práctica muestra que la amplitud del voltaje resultante está limitada debido a la ruptura eléctrica que ocurre en el espacio entre los materiales adyacentes, la conductividad de la superficie y otros factores. A la salida de la película del área de contacto, a menudo se puede escuchar un ligero crujido u observar chispas. Esto sucede en el momento en que la carga estática alcanza un valor suficiente para descomponer el aire circundante.

Antes del contacto con el rollo, la película sintética es eléctricamente neutra, pero en el proceso de movimiento y contacto con las superficies de alimentación, un flujo de electrones se dirige a la película y la carga con una carga negativa. Si el eje es de metal y está conectado a tierra, su carga positiva se agotará rápidamente.

La mayoría de los equipos tienen muchos ejes, por lo que la cantidad de carga y su polaridad pueden cambiar con frecuencia. La mejor forma de controlar la carga estática es medirla con precisión en el área justo enfrente del área problemática. Si la carga se neutraliza demasiado pronto, es posible que se recupere antes de que la película alcance esta área problemática.

Si el objeto tiene la capacidad de almacenar una carga significativa y si hay un alto voltaje, la electricidad estática causará problemas graves como arcos, repulsión/atracción electrostática o descargas eléctricas al personal.

Carga la polaridad

La carga estática puede ser positiva o negativa.Para limitadores de corriente continua (CA) y pasivos (escobillas), la polaridad de carga generalmente no es importante.

Problemas de electricidad estática

Descarga estática en electrónica.

Es necesario prestar atención a este problema, ya que sucede a menudo cuando se trabaja con bloques y componentes electrónicos utilizados en dispositivos modernos de control y medición.

En electrónica, el principal peligro asociado con la electricidad estática proviene de la persona que lleva la carga y no debe ignorarse. La corriente de descarga genera calor, lo que conduce a conexiones rotas, contactos rotos y rastros de microcircuitos rotos. El alto voltaje también destruye la fina película de óxido de los transistores de efecto de campo y otros elementos revestidos.

A menudo, los componentes no fallan por completo, lo que puede considerarse aún más peligroso, ya que el mal funcionamiento no aparece de inmediato, sino en un momento impredecible durante el funcionamiento del dispositivo.

Como regla general, cuando trabaje con piezas y dispositivos sensibles a la electricidad estática, siempre debe tomar medidas para neutralizar la carga acumulada en su cuerpo.

Atracción/repulsión electrostática

Este es quizás el problema más común en las industrias de plásticos, papel, textiles y afines. Se manifiesta en el hecho de que los materiales cambian su comportamiento de forma independiente: se pegan entre sí o, por el contrario, se repelen, se adhieren al equipo, atraen el polvo, el viento irregular en el dispositivo receptor, etc.

La atracción/repulsión se produce de acuerdo con la ley de Coulomb, que se basa en el principio del opuesto del cuadrado. En su forma más simple, se expresa de la siguiente manera:

La fuerza de atracción o repulsión (en Newtons) = Carga (A) x Carga (B) / (Distancia entre objetos 2 (en metros)).

Por tanto, la intensidad de este efecto está directamente relacionada con la amplitud de la carga estática y la distancia entre objetos atractivos o repulsivos. La atracción y la repulsión ocurren en la dirección de las líneas del campo eléctrico.

Si dos cargas tienen la misma polaridad, se repelen; si es lo contrario, se atraen. Si uno de los objetos está cargado, causará una atracción, creando una imagen especular de la carga en los objetos neutrales.

Riesgo de fuego

El riesgo de incendio no es un problema común para todas las industrias. Pero la probabilidad de incendio es muy alta en las imprentas y otros negocios que usan solventes inflamables.

En áreas peligrosas, las fuentes más comunes de ignición son equipos sin conexión a tierra y cables en movimiento. Si un operador en un área peligrosa usa zapatos deportivos o zapatos con suelas no conductoras, existe el riesgo de que su cuerpo genere una carga que pueda encender los solventes. Las partes conductoras de la máquina sin conexión a tierra también son peligrosas. Todo lo que se encuentre en la zona de peligro debe estar debidamente conectado a tierra.

La siguiente información proporciona una breve explicación del potencial de ignición de la electricidad estática en ambientes inflamables. Es importante que los comerciantes inexpertos conozcan los tipos de equipos con anticipación para evitar errores en la selección de dispositivos para usar en tales condiciones.

La capacidad de una descarga para provocar un incendio depende de muchas variables:

• tipo de eliminación;

• potencia de descarga;

• fuente de descarga;

• energía de descarga;

• la presencia de un ambiente inflamable (disolventes en fase gaseosa, polvo o líquidos inflamables);

• energía mínima de ignición (MEW) de un medio inflamable.

Tipos de descarga

Hay tres tipos principales: chispa, cepillo y cepillos deslizantes. En este caso no se tiene en cuenta la descarga coronaria, ya que no es muy enérgica y se produce con bastante lentitud. La descarga de corona generalmente es inofensiva y solo debe considerarse en áreas de alto riesgo de incendio y explosión.

Una descarga sincera

Proviene principalmente de un objeto moderadamente conductor, eléctricamente aislado. Puede ser un cuerpo humano, una parte de una máquina o una herramienta. Se supone que toda la energía de la carga se disipa en el momento de la chispa. Si la energía es mayor que el MEW del vapor del solvente, puede ocurrir una ignición.

La energía de la chispa se calcula de la siguiente manera: E (en Joules) = ½ C U2.

Descarga de las manos

La descarga de cepillo ocurre cuando las piezas afiladas de los equipos concentran la carga en las superficies de los materiales dieléctricos cuyas propiedades aislantes hacen que se acumule. Una descarga de cepillo tiene una energía más baja que una descarga de chispa y, por lo tanto, presenta menos peligro de ignición.

Extender con cepillo deslizante

El rociado con cepillo deslizante ocurre en láminas o rollos de materiales sintéticos de alta resistividad con mayor densidad de carga y diferentes polaridades de carga en cada lado de la red. Este fenómeno puede ser causado por frotar o rociar el recubrimiento en polvo. El efecto es comparable a la descarga de un condensador plano y puede ser tan peligroso como la descarga de una chispa.

Fuente de poder y energía.

El tamaño y la geometría de la distribución de carga son factores importantes. Cuanto mayor es el volumen del cuerpo, más energía contiene. Las esquinas afiladas aumentan la intensidad del campo y mantienen las descargas.

Descarga de energía

Si un objeto con energía no se comporta bien electricidadpor ejemplo, un cuerpo humano, la resistencia del objeto debilitará la eyección y reducirá el peligro. Para el cuerpo humano, existe una regla básica: suponga que todos los disolventes con una energía de ignición interna mínima inferior a 100 mJ pueden encenderse, a pesar de que la energía contenida en el cuerpo puede ser de 2 a 3 veces mayor.

Energía mínima de encendido MEW

La energía mínima de ignición de los solventes y su concentración en el área peligrosa son factores muy importantes. Si la energía mínima de ignición es inferior a la energía de descarga, existe riesgo de incendio.

Descarga eléctrica

Cada vez se presta más atención a la cuestión del riesgo de choque estático en una empresa industrial. Esto se debe a un aumento significativo en los requisitos de seguridad y salud en el trabajo.

Una descarga eléctrica causada por electricidad estática generalmente no es particularmente peligrosa. Es simplemente desagradable y, a menudo, causa reacciones graves.

Hay dos causas comunes de choque estático:

carga inducida

Si una persona está en un campo eléctrico y sostiene un objeto cargado, como un rollo de película, es posible que su cuerpo se cargue.

La carga permanece en el cuerpo del operador si usa zapatos con suelas aislantes hasta que toca el equipo puesto a tierra. La carga fluye hacia el suelo y golpea a la persona. Esto también sucede cuando el operador toca objetos o materiales cargados; debido a los zapatos aislantes, la carga se acumula en el cuerpo. Cuando el operador toca las partes metálicas del equipo, la carga puede descargarse y provocar una descarga eléctrica.

Cuando las personas caminan sobre alfombras sintéticas, se genera electricidad estática por el contacto entre la alfombra y los zapatos. Las descargas eléctricas que reciben los conductores cuando salen de sus automóviles son provocadas por una carga acumulada entre el asiento y su ropa cuando se levantan. La solución a este problema es tocar una parte metálica del coche, como el marco de una puerta, antes de levantarlo del asiento. Esto permite que la carga se drene con seguridad al suelo a través de la carrocería y los neumáticos del vehículo.

Descarga eléctrica inducida por el equipo

Tal descarga eléctrica es posible, aunque ocurre con mucha menos frecuencia que el daño provocado por el material.

Si el carrete de recogida tiene una carga importante, sucede que los dedos del operador concentran la carga hasta tal punto que llega al punto de rotura y se produce una descarga. Además, si un objeto metálico sin conexión a tierra se encuentra en un campo eléctrico, puede cargarse con una carga inducida. Dado que un objeto de metal es conductor, la carga del móvil se descargará en la persona que toque el objeto.