Eletricidade estática - o que é, como é gerada e os problemas associados a ela

O que é eletricidade estática

A eletricidade estática ocorre quando o equilíbrio intraatômico ou intramolecular é perturbado devido ao ganho ou perda de um elétron. Normalmente, um átomo está em equilíbrio devido ao mesmo número de partículas positivas e negativas — prótons e elétrons. Os elétrons podem se mover facilmente de um átomo para outro. Ao mesmo tempo, eles formam íons positivos (onde não há elétron) ou negativos (um único elétron ou um átomo com um elétron extra). Quando esse desequilíbrio ocorre, a eletricidade estática é gerada.

Para mais detalhes veja aqui: Sobre eletricidade estática em fotos

Carga elétrica em um elétron — (-) 1,6 x 10-19 pingente. Um próton com a mesma carga tem uma polaridade positiva. A carga estática em coulombs é diretamente proporcional ao excesso ou deficiência de elétrons, ou seja, o número de íons instáveis.

O pingente é a unidade básica de carga estática, que define a quantidade de eletricidade que passa pela seção transversal de um fio em 1 segundo a 1 ampère.

Um íon positivo não tem um elétron, portanto, pode facilmente aceitar um elétron de uma partícula carregada negativamente. Um íon negativo, por sua vez, pode ser um único elétron ou um átomo/molécula com um grande número de elétrons. Em ambos os casos, há um elétron que pode neutralizar a carga positiva.

Como a eletricidade estática é gerada

As principais causas da eletricidade estática:

• Contato entre dois materiais e sua separação um do outro (incluindo fricção, enrolamento/desenrolamento, etc.).

• Uma queda rápida de temperatura (por exemplo, quando o material é colocado no forno).

• Radiação de alta energia, radiação ultravioleta, raios X, campos elétricos fortes (não comuns em aplicações industriais).

• Operações de corte (por exemplo, em máquinas de corte ou máquinas de corte de papel).

• Manual (Eletricidade Estática Gerada).

O contato da superfície e a separação de materiais são provavelmente as causas mais comuns de eletricidade estática na indústria de filmes em rolo e chapas plásticas. A carga estática é gerada durante o desenrolamento/rebobinamento de materiais ou movimento de diferentes camadas de materiais umas em relação às outras.

Este processo não é totalmente claro, mas a explicação mais verdadeira para o aparecimento da eletricidade estática neste caso pode ser obtida por analogia com um capacitor plano, no qual a energia mecânica é convertida em energia elétrica quando as placas são separadas:

Tensão resultante = tensão inicial x (espaçamento final da placa / espaçamento inicial da placa).

Quando o filme sintético toca o rolo de alimentação/recolhimento, uma leve carga que flui do material para o rolo causa um desequilíbrio. À medida que o material ultrapassa a área de contato com o eixo, a tensão sobe da mesma forma que no caso de as placas do capacitor no momento de sua separação.

A prática mostra que a amplitude da tensão resultante é limitada devido à quebra elétrica que ocorre no espaço entre materiais adjacentes, condutividade de superfície e outros fatores. Na saída do filme da área de contato, muitas vezes você pode ouvir um leve estalo ou observar faíscas. Isso acontece no momento em que a carga estática atinge um valor suficiente para quebrar o ar circundante.

Antes do contato com o rolo, o filme sintético é eletricamente neutro, mas no processo de movimento e contato com as superfícies de alimentação, um fluxo de elétrons é direcionado ao filme e o carrega com uma carga negativa. Se o eixo for de metal e aterrado, sua carga positiva será drenada rapidamente.

A maioria dos equipamentos possui muitos eixos, portanto a quantidade de carga e sua polaridade podem mudar com frequência. A melhor maneira de controlar a carga estática é medi-la com precisão na área logo à frente da área problemática. Se a carga for neutralizada muito cedo, ela pode se recuperar antes que o filme atinja essa área problemática.

Se o objeto tiver a capacidade de armazenar uma carga significativa e se houver alta tensão, a eletricidade estática causará sérios problemas, como arco elétrico, repulsão/atração eletrostática ou choque elétrico ao pessoal.

Carregue a polaridade

A carga estática pode ser positiva ou negativa.Para corrente contínua (CA) e limitadores passivos (escovas), a polaridade da carga geralmente não é importante.

Problemas de eletricidade estática

Descarga estática em eletrônica

É preciso estar atento a esse problema, pois costuma acontecer ao trabalhar com blocos e componentes eletrônicos utilizados em modernos dispositivos de controle e medição.

Na eletrônica, o principal perigo associado à eletricidade estática vem da pessoa que carrega a carga e não deve ser ignorado. A corrente de descarga gera calor, o que leva a conexões quebradas, contatos quebrados e traços de microcircuito quebrados. A alta tensão também destrói o filme fino de óxido nos transistores de efeito de campo e outros elementos revestidos.

Muitas vezes, os componentes não falham completamente, o que pode ser considerado ainda mais perigoso, já que o mau funcionamento não aparece imediatamente, mas sim em um momento imprevisível durante o funcionamento do aparelho.

Como regra geral, ao trabalhar com peças e dispositivos sensíveis à estática, você deve sempre tomar medidas para neutralizar a carga acumulada em seu corpo.

Atração/repulsão eletrostática

Este é talvez o problema mais comum nas indústrias de plástico, papel, têxtil e afins. Manifesta-se no fato de que os materiais mudam de comportamento de forma independente - eles grudam ou, inversamente, repelem, grudam no equipamento, atraem poeira, vento irregular no dispositivo receptor, etc.

A atração/repulsão ocorre de acordo com a lei de Coulomb, que se baseia no princípio do oposto do quadrado. Em sua forma mais simples, é expresso da seguinte forma:

A força de atração ou repulsão (em Newtons) = Carga (A) x Carga (B) / (Distância entre objetos 2 (em metros)).

Portanto, a intensidade desse efeito está diretamente relacionada à amplitude da carga estática e à distância entre objetos atrativos ou repulsivos. Atração e repulsão ocorrem na direção das linhas do campo elétrico.

Se duas cargas tiverem a mesma polaridade, elas se repelem; se for o contrário, eles se atraem. Se um dos objetos estiver carregado, causará uma atração, criando uma imagem espelhada da carga em objetos neutros.

Risco de incêndio

O risco de incêndio não é um problema comum para todas as indústrias. Mas a probabilidade de incêndio é muito alta na impressão e em outras empresas que usam solventes inflamáveis.

Em áreas classificadas, as fontes mais comuns de ignição são equipamentos não aterrados e fios móveis. Se um operador em uma área perigosa usar calçados esportivos ou calçados com solas não condutoras, existe o risco de seu corpo gerar uma carga que pode inflamar os solventes. As partes condutoras não aterradas da máquina também são perigosas. Tudo na zona de perigo deve estar devidamente aterrado.

As informações a seguir fornecem uma breve explicação do potencial de ignição da eletricidade estática em ambientes inflamáveis. É importante que os comerciantes inexperientes conheçam os tipos de equipamentos com antecedência, a fim de evitar erros na seleção de dispositivos para uso em tais condições.

A capacidade de uma descarga causar um incêndio depende de muitas variáveis:

• tipo de descarte;

• potência de descarga;

• fonte de descarga;

• energia de descarga;

• a presença de um ambiente inflamável (solventes na fase gasosa, poeira ou líquidos inflamáveis);

• energia mínima de ignição (MEW) de um meio inflamável.

Tipos de descarga

Existem três tipos principais - faíscas, pincéis e pincéis deslizantes. Nesse caso, a descarga coronária não é levada em consideração, pois é pouco enérgica e ocorre de forma bastante lenta. A descarga de corona geralmente é inofensiva e só deve ser considerada em áreas de alto risco de incêndio e explosão.

Uma dispensa sincera

Ela vem principalmente de um objeto moderadamente condutor e eletricamente isolado. Pode ser um corpo humano, uma parte de uma máquina ou uma ferramenta. Supõe-se que toda a energia da carga é dissipada no momento da centelha. Se a energia for maior que o MEW do vapor do solvente, pode ocorrer ignição.

A energia da centelha é calculada da seguinte forma: E (em Joules) = ½ C U2.

Descarga das mãos

A descarga em escova ocorre quando peças pontiagudas de equipamentos concentram a carga nas superfícies de materiais dielétricos cujas propriedades isolantes fazem com que ela se acumule. Uma descarga de escova tem uma energia mais baixa do que uma descarga de faísca e, portanto, apresenta menos risco de ignição.

Espalhe com um pincel deslizante

A pulverização com pincel deslizante ocorre em folhas ou rolos de materiais sintéticos de alta resistividade com maior densidade de carga e diferentes polaridades de carga em cada lado da tela. Este fenômeno pode ser causado por fricção ou pulverização do revestimento em pó. O efeito é comparável à descarga de um capacitor plano e pode ser tão perigoso quanto uma descarga de faísca.

Fonte de força e energia

O tamanho e a geometria da distribuição de carga são fatores importantes. Quanto maior o volume do corpo, mais energia ele contém. Os cantos agudos aumentam a força do campo e sustentam as descargas.

Poder de descarga

Se um objeto com energia não se comporta bem eletricidadepor exemplo, um corpo humano, a resistência do objeto enfraquecerá a ejeção e reduzirá o perigo. Para o corpo humano, existe uma regra básica: assumir que todos os solventes com uma energia de ignição interna mínima inferior a 100 mJ podem inflamar, apesar do fato de que a energia contida no corpo pode ser de 2 a 3 vezes maior.

Energia Mínima de Ignição MEW

A energia mínima de ignição dos solventes e sua concentração na área perigosa são fatores muito importantes. Se a energia mínima de ignição for inferior à energia de descarga, existe risco de incêndio.

Choque elétrico

Cada vez mais atenção é dada à questão do risco de choque estático em uma empresa industrial. Isso se deve ao aumento significativo dos requisitos de saúde e segurança ocupacional.

Um choque elétrico causado por eletricidade estática geralmente não é particularmente perigoso. É apenas desagradável e muitas vezes causa reações graves.

Existem duas causas comuns de choque estático:

carga induzida

Se uma pessoa estiver em um campo elétrico e segurar um objeto carregado, como um rolo de filme, é possível que seu corpo fique carregado.

A carga permanece no corpo do operador se ele estiver usando calçados com solado isolante até que ele toque o equipamento aterrado. A carga flui para o chão e atinge a pessoa. Isso também acontece quando o operador toca em objetos ou materiais carregados — devido às sapatas isolantes, a carga se acumula no corpo. Quando o operador toca nas partes metálicas do equipamento, a carga pode ser descarregada e causar choque elétrico.

Quando as pessoas andam sobre tapetes sintéticos, a eletricidade estática é gerada pelo contato entre o tapete e os sapatos. Os choques elétricos que os motoristas recebem quando saem de seus carros são acionados por uma carga acumulada entre o assento e suas roupas quando eles se levantam. A solução para esse problema é tocar uma parte metálica do carro, como o batente de uma porta, antes de levantá-lo do assento. Isso permite que a carga seja drenada com segurança para o solo através da carroceria e dos pneus do veículo.

Choque elétrico induzido pelo equipamento

Esse choque elétrico é possível, embora ocorra com muito menos frequência do que os danos provocados pelo material.

Se a bobina de recolhimento tiver uma carga significativa, acontece que os dedos do operador concentram a carga a tal ponto que atinge o ponto de ruptura e ocorre uma descarga. Além disso, se um objeto de metal não aterrado estiver em um campo elétrico, ele pode ficar carregado com uma carga induzida. Como um objeto de metal é condutor, a carga móvel será descarregada na pessoa que tocar o objeto.