Ce este electricitatea statica?

Fenomen cunoscut de mii de ani dar putin inteles, electricitatea statica este un fenomen dificil de controlat: invizibil, nu poate fi atins sau mirosit. Totusi, efectele sale sunt evidente in multe domenii industriale. Ele pot fi:

  • Atragerea prafului sau a altor contaminanti din aer
  • Socuri electrice cauzate utilizatorilor masinilor
  • Distrugerea de circuite electronice sensibile
  • Forte de atractie sau respingere ce cauzeaza numeroase probleme in industrie
  • Pericol crescut de explozie sau incediu in unele industrii

Incarcarea electrostatica se produce prin transfer de electroni la nivel atomic

In animatia alaturata este ilustrat fenomenul ce sta la baza aparitiei electricitatii statice:

  • Doua materiale diferite (1 & 2) sunt puse in contact. Ambele materiale sunt in acest moment neutre din punct de vedere electrostatic
  • Unii electroni ai atomilor materialului 1 migreaza catre atomii materialului 2
  • La separarea celor doua materiale, materialul 1 va avea un deficit de electroni si va deveni astfel incarcat pozitiv din punct de vedere electrostatic in timp ce materialul 2 va avea surplus de electroni si va deveni incarcat negativ
  • Impreuna cele doua materiale sunt in continuare neutre, s-a produs doar un transfer de electroni de la un material la altul

Incarcarea electrostatica apare la contactul urmat de separarea brusca a doua materiale. Din cauza afinitatii unor materiale de a ceda ori primi electroni, se produce un transfer de electroni de la un material la altul. Acest fenomen este influentat de urmatorii factori:

1) Tipul materialelor: Seria Triboelectrica

Seria triboelectrica este o lista cu materiale uzuale ordonate dupa tendinta acestora de a ceda sau primi electroni si a deveni astfel incarcate electrostatic.

  • La extrema pozitiva se afla materialele care cedeaza cel mai usor electronii si devin astfel incarcate pozitiv
  • La extrema negativa se afla materialele ce atrag usor electronii si devin astfel incarcate negativ

Puteti folosi aceasta lista pentru a estima cu ce polaritate si cat de mult se vor incarca doua materiale in functie de pozitia lor relativa in aceasta lista. Astfel, cu cat cele doua materiale sunt mai departe unul de celalalt in aceasta lista, cu atat mai mare va fi incarcarea electrostatica. Pozitia lor in lista ne prezice si polaritatea cu care se vor incarca.

2) Natura materialelor: conductor vs izolator

  • Materialele conductoare permit circulatia libera a electronilor, cele izolatoare nu
  • Materialele izolatoare se pot incarca neuniform si chiar cu polaritati diferite de la zona la zona in timp ce cele conductoare au sarcina uniform distribuita
  • Conductorii pot fi descarcati imediat si complet prin impamantare
  • Izolatorii nu pot fi descarcati prin impamantare

3) Umiditatea relativa a aerului

Umiditatea relativa a aerului poate influenta drastic comportamentul din punct de vedere electrostatic al materialelor. La valori mari ale umiditatii relative (RH %) se creeaza un strat superficial conductor pe suprafata materialelor izolatoare (de exemplu plasticul) ce actioneaza ca un canal conductor si contribuie la descarcarea sarcinilor create ca urmare a incarcarii electrostatice. In unele industrii (de exemplu tipografii, prelucrarea lemnului s.a.) mentinerea unei atmosfere cu umiditate controlata este adesea folosita pentru controlul problemelor electrostatice dar si pentru controlul strict al unor parametrii de productie.

Umiditatea crescuta poate cauza insa variatii dimensionale ale produselor, coroziune si disconfortul operatorilor. Umiditatea este adesea factorul “surpriza” ce poate produce variatii majore de la o zi la alta, functie de conditiile meteo, de temperatura din hala de productie, ventilatie etc. Acelasi proces ce a functionat fara probleme pana ieri poate sa creeze bruc probleme atunci cand umiditatea relativa scade semnificativ (de exemplu iarna).

4) Viteza de lucru

La viteze mari de productie fenomenele electrostatice se pot manifesta diferit deoarece:

  • Timpii in care sarcinile se pot descarca devin mai scurti. Materiale ce nu se incarca aparent la viteze mici se incarca la cresterea vitezei masinilor
  • Uneori, la viteze mari, cilindrii masinilor ce prelucreaza folie de plastic pot sa “pluteasca” pe un strat de vaselina (fenomen similar acvaplanarii) si sa devina izolati de masa masinii. Astfel, in loc sa descarce catre masa sarcinile electrostatice acestia le aduna precum un condensator si, peste un prag, se descarca aparent aleatoriu catre masa masinii prin scantei cu energie ridicata

5) Suprafata de contact

Incarcarea electrostatica este cu atat mai mare cu cat cele doua materiale sunt intr-un contact cat mai intim si pe o suprafata de contact cat mai mare. Suprafata de contact efectiva este doar o parte din cea aparenta. Ea depinde de:

  • Rugozitate
  • Presiune
  • Frecare
  • Tensiunea din role

Concluzii

Incarcarea electrostatica ce apare in procesele industriale este un fenomen complex, influentat de multi parametrii. Alegerea solutiei potrivite pentru eliminarea efectelor nedorite a electricitatii statice depinde de intelegerea corecta a modului in care se produce incarcarea.
In unele procese industriale este dificil de identificat cauza reala a problemelor si adesea electricitatea statica este doar “suspectul de serviciu”. Va incurajam sa ne cereti sprijinul cat mai curand in vederea diagnosticarii corecte a procesului dvs. de productie.

Echipamentul cu care va recomandam sa incepeti este aparatul SIMCO FMX004. Este un instrument de masura a campului electric creat de materialele incarcate electrostatic. Este o unealta excelenta pentru analiza si diagnoza incarcarii electrostatice in procesele industriale. Este de asemenea folositor pentru masurarea eficientei echipamentelor antistatice si monitorizarea permanenta a nivelelor de incarcare electrostatica.
Modelul FMX004 de la SIMCO este standardul de facto pentru masurarea incarcarii electrostatice.

  • Aparat pentru masurare grad de incarcare electrostatica
  • Pentru aplicatii cleanroom, ESD, industriale
  • fara contact
  • Gama masura +/- 0-40 kV