Electricitat estàtica: què és, com es genera i els problemes associats amb ella

Què és l'electricitat estàtica

L'electricitat estàtica es produeix quan l'equilibri intraatòmic o intramolecular es veu alterat a causa del guany o pèrdua d'un electró. Normalment, un àtom està en equilibri a causa del mateix nombre de partícules positives i negatives: protons i electrons. Els electrons es poden moure fàcilment d'un àtom a un altre. Al mateix temps, formen ions positius (on no hi ha electró) o negatius (un sol electró o un àtom amb un electró addicional). Quan es produeix aquest desequilibri, es genera electricitat estàtica.

Per a més detalls consulteu aquí: Sobre l'electricitat estàtica a les imatges

Càrrega elèctrica en un electró — ( -) 1,6 x 10-19 penjoll. Un protó amb la mateixa càrrega té una polaritat positiva. La càrrega estàtica en coulombs és directament proporcional a l'excés o la deficiència d'electrons, és a dir. el nombre d'ions inestables.

El penjoll és la unitat bàsica de càrrega estàtica, que defineix la quantitat d'electricitat que passa per la secció transversal d'un cable en 1 segon a 1 ampere.

Un ió positiu no té un electró, per tant, pot acceptar fàcilment un electró d'una partícula carregada negativament. Un ió negatiu, al seu torn, pot ser un sol electró o un àtom/molècula amb un gran nombre d'electrons. En ambdós casos, hi ha un electró que pot neutralitzar la càrrega positiva.

Com es genera l'electricitat estàtica

Les principals causes de l'electricitat estàtica:

• El contacte entre dos materials i la seva separació entre si (incloent-hi el fregament, el rodatge/desbobinament, etc.).

• Una baixada ràpida de la temperatura (per exemple, quan el material es col·loca al forn).

• Radiació d'alta energia, radiació ultraviolada, raigs X, camps elèctrics forts (poc habitual en aplicacions industrials).

• Operacions de tall (per exemple, en màquines de tall o màquines de tall de paper).

• Manual (Electricitat Estàtica Generada).

El contacte superficial i la separació de materials són probablement les causes més comunes d'electricitat estàtica a la indústria de la pel·lícula en rotllo i la làmina de plàstic. La càrrega estàtica es genera durant el desenrotllament / rebobinat de materials o el moviment de diferents capes de materials entre si.

Aquest procés no està del tot clar, però l'explicació més veritable de l'aparició d'electricitat estàtica en aquest cas es pot obtenir per analogia amb un condensador pla, en el qual l'energia mecànica es converteix en energia elèctrica quan les plaques es separen:

Tensió resultant = esforç inicial x (espaiat entre plaques final / espai inicial entre plaques).

Quan la pel·lícula sintètica toca el corró d'alimentació/recollida, una lleugera càrrega que flueix del material al corró provoca un desequilibri.A mesura que el material supera la zona de contacte amb l'eix, la tensió augmenta de la mateixa manera que en el cas de les plaques del condensador en el moment de la seva separació.

La pràctica demostra que l'amplitud de la tensió resultant està limitada a causa de la ruptura elèctrica que es produeix a la bretxa entre els materials adjacents, la conductivitat superficial i altres factors. A la sortida de la pel·lícula de l'àrea de contacte, sovint es pot escoltar un lleuger crepitar o observar espurnes. Això passa en el moment en què la càrrega estàtica arriba a un valor suficient per trencar l'aire circumdant.

Abans del contacte amb el rotlle, la pel·lícula sintètica és elèctricament neutra, però en el procés de moviment i contacte amb les superfícies d'alimentació, un flux d'electrons es dirigeix ​​a la pel·lícula i la carrega amb una càrrega negativa. Si l'eix és metàl·lic i posat a terra, la seva càrrega positiva s'esgotarà ràpidament.

La majoria dels equips tenen molts eixos, de manera que la quantitat de càrrega i la seva polaritat poden canviar amb freqüència. La millor manera de controlar la càrrega estàtica és mesurar-la amb precisió a la zona just davant de l'àrea problemàtica. Si la càrrega es neutralitza massa aviat, es pot recuperar abans que la pel·lícula arribi a aquesta àrea problemàtica.

Si l'objecte té la capacitat d'emmagatzemar una càrrega important i si hi ha una tensió alta, l'electricitat estàtica causarà problemes greus com ara arcs, repulsió/atracció electrostàtica o descàrrega elèctrica al personal.

Carregueu la polaritat

La càrrega estàtica pot ser positiva o negativa.Per als limitadors de corrent continu (CA) i passius (raspalls), la polaritat de càrrega normalment no és important.

Problemes d'electricitat estàtica

Descàrrega estàtica en electrònica

Cal prestar atenció a aquest problema, ja que sovint passa quan es treballa amb blocs electrònics i components utilitzats en dispositius moderns de control i mesura.

En electrònica, el principal perill associat a l'electricitat estàtica prové de la persona que porta la càrrega i no s'ha d'ignorar. El corrent de descàrrega genera calor, la qual cosa condueix a connexions trencades, contactes trencats i rastres de microcircuits trencats. L'alta tensió també destrueix la fina pel·lícula d'òxid dels transistors d'efecte de camp i altres elements recoberts.

Sovint, els components no fallen completament, cosa que es pot considerar encara més perillós, ja que el mal funcionament no apareix immediatament, sinó en un moment impredictible durant el funcionament del dispositiu.

Com a regla general, quan treballeu amb peces i dispositius sensibles a l'estàtica, sempre heu de prendre mesures per neutralitzar la càrrega acumulada al vostre cos.

Atracció / repulsió electrostàtica

Aquest és potser el problema més comú a les indústries del plàstic, paper, tèxtil i afins. Es manifesta en el fet que els materials canvien de manera independent el seu comportament: s'enganxen o, per contra, es repel·leixen, s'enganxen a l'equip, atrauen pols, vent irregular al dispositiu receptor, etc.

L'atracció / repulsió es produeix d'acord amb la llei de Coulomb, que es basa en el principi del contrari del quadrat. En la seva forma més simple, s'expressa de la següent manera:

La força d'atracció o repulsió (en Newtons) = Càrrega (A) x Càrrega (B) / (Distància entre objectes 2 (en metres)).

Per tant, la intensitat d'aquest efecte està directament relacionada amb l'amplitud de la càrrega estàtica i la distància entre objectes atractius o repulsius. L'atracció i la repulsió es produeixen en la direcció de les línies del camp elèctric.

Si dues càrregues tenen la mateixa polaritat, es repel·len; si és el contrari, s'atreuen mútuament. Si un dels objectes està carregat, provocarà una atracció, creant una imatge mirall de la càrrega en objectes neutres.

Risc d'incendi

El risc d'incendi no és un problema comú a totes les indústries. Però la probabilitat d'incendi és molt alta a les empreses d'impressió i altres que utilitzen dissolvents inflamables.

A les zones perilloses, les fonts d'ignició més habituals són els equips sense connexió a terra i els cables mòbils. Si un operari en una zona de risc fa servir calçat esportiu o calçat amb soles no conductores, hi ha el risc que el seu cos generi una càrrega que pugui encendre dissolvents. Les parts conductores de la màquina no connectades a terra també són perilloses. Tot a la zona de perill ha d'estar correctament connectat a terra.

La informació següent proporciona una breu explicació del potencial d'ignició de l'electricitat estàtica en entorns inflamables. És important que els comerciants sense experiència coneguin amb antelació els tipus d'equips per tal d'evitar errors en la selecció dels dispositius per utilitzar-los en aquestes condicions.

La capacitat d'una descàrrega per provocar un incendi depèn de moltes variables:

• tipus d'eliminació;

• potència de descàrrega;

• font de descàrrega;

• energia de descàrrega;

• la presència d'un entorn inflamable (dissolvents en fase gasosa, pols o líquids inflamables);

• energia mínima d'ignició (MEW) d'un medi inflamable.

Tipus de descàrrega

Hi ha tres tipus principals: raspalls d'espurna, raspall i raspall lliscant. En aquest cas, no es té en compte la descàrrega coronària, ja que és poc energètica i es fa força lentament. La descàrrega de corona és generalment inofensiva i només s'ha de tenir en compte en zones amb un risc molt elevat d'incendi i explosió.

Una descàrrega sincera

Prové principalment d'un objecte moderadament conductor i aïllat elèctricament. Pot ser un cos humà, una part d'una màquina o una eina. Se suposa que tota l'energia de la càrrega es dissipa en el moment de l'espurna. Si l'energia és superior a la MEW del vapor de dissolvent, es pot produir una ignició.

L'energia de l'espurna es calcula de la següent manera: E (en Joules) = ½ C U2.

Descàrrega de les mans

La descàrrega del raspall es produeix quan peces afilades de l'equip concentren la càrrega a les superfícies de materials dielèctrics les propietats aïllants dels quals fan que s'acumuli. Una descàrrega de raspall té una energia menor que una descàrrega d'espurna i, per tant, presenta menys perill d'ignició.

Escampar amb un pinzell lliscant

La polvorització de raspall lliscant es produeix en làmines o rotllos de materials sintètics d'alta resistivitat amb una densitat de càrrega augmentada i diferents polaritats de càrrega a cada costat de la xarxa. Aquest fenomen pot ser causat per fregar o polvoritzar el recobriment en pols. L'efecte és comparable a la descàrrega d'un condensador pla i pot ser tan perillós com una descàrrega d'espurna.

Font d'energia i energia

La mida i la geometria de la distribució de càrrega són factors importants. Com més gran és el volum del cos, més energia conté. Les cantonades afilades augmenten la força del camp i mantenen les descàrregues.

Potència de descàrrega

Si un objecte amb energia no es comporta bé electricitatPer exemple, un cos humà, la resistència de l'objecte debilitarà l'ejecció i reduirà el perill. Per al cos humà, hi ha una regla bàsica: suposar que tots els dissolvents amb una energia d'ignició mínima interna inferior a 100 mJ es poden encendre, malgrat que l'energia que conté el cos pot ser de 2 a 3 vegades alta.

Energia mínima d'encesa MEW

La mínima energia d'ignició dels dissolvents i la seva concentració a la zona perillosa són factors molt importants. Si l'energia mínima d'ignició és inferior a l'energia de descàrrega, hi ha risc d'incendi.

Descàrrega elèctrica

Cada cop es presta més atenció a la qüestió del risc de xoc estàtic en una empresa industrial. Això es deu a un augment significatiu dels requisits de seguretat i salut laboral.

Una descàrrega elèctrica causada per electricitat estàtica generalment no és especialment perillosa. És simplement desagradable i sovint provoca reaccions greus.

Hi ha dues causes comunes de xoc estàtic:

Càrrega induïda

Si una persona es troba en un camp elèctric i sosté un objecte carregat, com una bobina de pel·lícula, és possible que el seu cos es carregui.

La càrrega roman al cos de l'operador si porta sabates amb soles aïllants fins que toca l'equip posat a terra. La càrrega flueix cap a terra i colpeja la persona. Això també passa quan l'operador toca objectes o materials carregats; a causa de les sabates aïllants, la càrrega s'acumula al cos. Quan l'operador toca les parts metàl·liques de l'equip, la càrrega es pot descarregar i provocar una descàrrega elèctrica.

Quan la gent camina sobre catifes sintètiques, es genera electricitat estàtica pel contacte entre la catifa i les sabates. Les descàrregues elèctriques que reben els conductors quan surten del cotxe són provocades per una càrrega acumulada entre el seient i la roba quan s'aixequen. La solució a aquest problema és tocar una part metàl·lica del cotxe, com ara el marc de la porta, abans d'aixecar-se del seient. Això permet que la càrrega dreni de manera segura a terra a través de la carrosseria del vehicle i els pneumàtics.

Descàrrega elèctrica induïda per l'equip

Aquesta descàrrega elèctrica és possible, tot i que es produeix amb molta menys freqüència que els danys provocats pel material.

Si el rodet portador té una càrrega important, passa que els dits de l'operador concentren la càrrega fins al punt que arriba al punt de ruptura i es produeix una descàrrega. A més, si un objecte metàl·lic sense connexió a terra es troba en un camp elèctric, es pot carregar amb una càrrega induïda. Com que un objecte metàl·lic és conductor, la càrrega mòbil es descarregarà a la persona que toqui l'objecte.