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 mover-se facilmente de um átomo para outro. Ao fazer isso, eles formam íons positivos (onde não há elétron) ou negativos (um único elétron ou um átomo com um elétron adicional). Quando esse desequilíbrio ocorre, ocorre eletricidade estática.

A carga elétrica de um elétron é (-) 1,6 x 10 -19 coulombs. Um próton com a mesma carga tem polaridade positiva. A carga estática em coulombs é diretamente proporcional ao excesso ou deficiência de elétrons, ou seja, número de íons instáveis. Um coulomb é uma unidade básica de carga estática que determina a quantidade de eletricidade que passa pela seção transversal de um condutor em 1 segundo a uma corrente de 1 ampere.

Um íon positivo está faltando um elétron, portanto, ele 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 elétrons. Em ambos os casos, existe um elétron que pode neutralizar a carga positiva.

Como a eletricidade estática é gerada?

As principais causas da eletricidade estática:

1. Contato entre dois materiais e sua separação (incluindo fricção, enrolamento/desenrolamento, etc.).
2. Mudança rápida de temperatura (por exemplo, quando o material é colocado no forno).
3. Radiação com altos valores energéticos, radiação ultravioleta, raios X, raios X, campos elétricos fortes (incomuns para produção industrial).
4. Operações de corte (por exemplo, em máquinas de corte ou máquinas de corte de papel).
5. Indução eletromagnética (aparecimento de um campo elétrico causado por uma carga estática).

O contato superficial e a separação do material são talvez as causas mais comuns de eletricidade estática em aplicações de processamento de filmes em rolo e folhas de plástico. A carga estática é gerada durante o processo de desenrolar/enrolar materiais ou mover 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 fazendo uma analogia com um capacitor de placa plana, no qual a energia mecânica é convertida em energia elétrica quando as placas se separam:

Tensão resultante = tensão inicial x (espaçamento final entre placas/espaçamento inicial entre placas).

Quando o filme sintético toca o eixo de alimentação/recolhimento, a baixa carga que flui do material para o eixo causa um desequilíbrio. À medida que o material passa pela zona de contato com o eixo, a tensão aumenta da mesma forma que no caso das placas do capacitor no momento de sua separação. A prática mostra que a amplitude da tensão resultante é limitada devido à ruptura elétrica que ocorre no intervalo entre materiais adjacentes, condutividade superficial e outros fatores. Quando o filme sai da zona de contato, muitas vezes você pode ouvir um leve estalo ou observar faíscas. Isto ocorre no momento em que a carga estática atinge um valor suficiente para decompor o ar circundante. Antes do contato com o eixo, o filme sintético é eletricamente neutro, mas durante o processo de movimento e contato com as superfícies de alimentação, um fluxo de elétrons é direcionado ao filme e o carrega com carga negativa. Se o eixo for metálico 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 frequentemente. A melhor maneira O controle de carga estática é sua determinação precisa na área imediatamente à frente da área problemática. Se a carga for neutralizada muito cedo, ela poderá se recuperar antes que o filme atinja a área problemática.

Em teoria, a ocorrência de uma carga estática pode ser ilustrada por um simples diagrama elétrico:

C – atua como um capacitor que armazena carga, como uma bateria. Geralmente é a superfície de um material ou produto.
R é uma resistência que pode enfraquecer a carga de um material/mecanismo (geralmente com fraca circulação de corrente). Se o material for condutor, a carga flui para o solo e não causa problemas. Se o material for um isolante, a carga não poderá escoar e surgirão dificuldades. Uma descarga de faísca ocorre quando a tensão da carga acumulada atinge um limite.

A carga atual é uma carga gerada, por exemplo, durante o movimento de um filme ao longo de um eixo. A corrente de carga carrega o capacitor (objeto) e aumenta sua tensão U. À medida que a tensão aumenta, a corrente flui através da resistência R. O equilíbrio será alcançado no momento em que a corrente de carga se tornar igual à corrente que circula pelo circuito fechado do resistência. (Lei de Ohm: U = I x R).

Se um objeto tiver a capacidade de acumular uma carga significativa e se houver alta tensão presente, a eletricidade estática causará sérios problemas, como faíscas, repulsão/atração eletrostática ou choque elétrico nas pessoas.

Polaridade de carga

A carga estática pode ser positiva ou negativa. Para pára-raios CC(AC) e descarregadores passivos (escovas), a polaridade da carga geralmente não é importante.

Medição de carga estática

Medir a magnitude de uma carga estática é um procedimento muito importante, que permite detectar a presença de uma carga, determinar sua amplitude e sua origem.
Conforme observado acima, a eletricidade estática ocorre quando há deficiência ou excesso de elétrons em um átomo. Devido ao fato de ser impossível medir a quantidade de carga na superfície de um objeto em coulombs, mede-se a resistência ou intensidade do campo elétrico associada à carga estática. Este método de medição é amplamente utilizado na indústria.
A relação entre a resistência do campo e a intensidade é que em qualquer ponto a resistência é um componente do gradiente de intensidade.
Instrumentos de medição são coletados principalmente de acordo com o esquema apresentado a seguir e medem a tensão na superfície do objeto.

A - a tensão do capacitor muda junto com a mudança na quantidade de carga.

Fazendo medições a uma distância de 100 mm e usando a fórmula Q (carga) = C (capacitância) x U (tensão), você pode calcular a capacitância.

Os instrumentos de medição são geralmente fáceis de usar e muito úteis para analisar problemas que ocorreram ou prever a sua ocorrência no futuro.

Ao medir a eletricidade estática, é importante seguir as instruções de operação do instrumento. O campo elétrico atua em uma única direção, portanto seu estudo prático não é difícil. Algumas das características mais interessantes e importantes do campo elétrico para medir carga são:

O campo elétrico é uma seção do espaço na qual atuam forças elétricas, cuja magnitude é expressa em coulombs.
Todos os objetos carregados estão rodeados por um campo elétrico.
As linhas de campo correm perpendicularmente à superfície do objeto e indicam a direção em que a força atua.
O campo elétrico pode abranger diversos objetos, o que é importante levar em consideração ao fazer medições e implementar medidas para neutralizar a carga estática.

Conforme observado acima, no espaço aéreo as linhas do campo elétrico correm perpendicularmente à superfície de um objeto carregado. Isto permite que medições sejam feitas com muito alta precisão.

No caso da produção e processamento de filmes sintéticos, há um detalhe importante a ser observado. À medida que o material se move ao longo do eixo, uma carga elétrica é transferida para o eixo e o campo parece desaparecer. Portanto, não é possível fazer medições precisas perto do eixo. O campo elétrico reaparece quando o material ultrapassa a zona de contato e a carga estática pode novamente ser medida com precisão.

Problemas de eletricidade estática

Existem 4 áreas principais:

Descarga estática em eletrônica

É preciso ficar atento a esse problema, pois... muitas vezes ocorre durante o manuseio unidades eletrônicas e componentes usados ​​em dispositivos modernos de controle e medição.
Na eletrônica, o principal perigo associado à carga estática vem da pessoa que carrega a carga e não pode ser ignorado. A corrente de descarga gera calor, o que leva à destruição de conexões, interrupção de contatos e ruptura de trilhas de microcircuitos. A alta tensão também destrói a fina película de óxido transistores de efeito de campo e outros elementos revestidos.

Muitas vezes os componentes não falham completamente, o que pode ser considerado ainda mais perigoso porque... O mau funcionamento não aparece imediatamente, mas em um momento imprevisível durante a operação do dispositivo.
Regra geral: Ao trabalhar com peças e dispositivos sensíveis à estática, devem ser sempre tomadas medidas para neutralizar a carga acumulada no corpo humano. Informações detalhadas sobre este assunto está contida nos documentos da norma europeia CECC 00015.

Atração/repulsão eletrostática

Este é talvez o problema mais difundido encontrado em fábricas envolvidas na produção e processamento de plásticos, papel, têxteis e indústrias relacionadas. Ela se manifesta no fato de que os materiais mudam seu comportamento de forma independente - eles se unem ou, inversamente, se repelem, grudam no equipamento, atraem poeira, se enrolam incorretamente no dispositivo receptor, etc.

A atração/repulsão ocorre de acordo com a lei de Coulomb, que se baseia no princípio da oposição quadrada. De forma simples, é expresso da seguinte forma:

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

Consequentemente, a intensidade deste efeito está diretamente relacionada à amplitude da carga estática e à distância entre objetos atraentes ou repulsivos. Atração e repulsão ocorrem na direção das linhas do campo elétrico.
Se duas cargas têm a mesma polaridade, elas se repelem; se têm polaridade oposta, elas se atraem. Se um dos objetos estiver carregado, provocará uma atração, criando uma cópia espelhada da carga em objetos neutros.

Risco de incêndio

O risco de incêndio não é um problema comum a todas as indústrias. Mas a probabilidade de incêndio é muito alta em empresas de impressão e outras empresas onde são utilizados solventes inflamáveis.
Em áreas perigosas, as fontes mais comuns de incêndio são equipamentos não aterrados e condutores móveis. Se o operador usar calçados esportivos ou não condutores enquanto estiver em uma área perigosa, existe o risco de seu corpo gerar uma carga que pode causar a ignição dos solventes. Peças condutoras não aterradas da máquina também representam um perigo. Tudo o que estiver localizado na área perigosa deve estar bem aterrado.

As informações a seguir fornecem uma breve explicação sobre o potencial causador de incêndio por descarga estática em ambientes inflamáveis.

A capacidade de uma descarga provocar um incêndio depende de muitos fatores variáveis:

• tipo de descarga;
• potência de descarga;
• fonte de descarga;
• descarregar energia;
• a presença de ambiente inflamável (solventes em fase gasosa, poeira ou líquidos inflamáveis);
• energia mínima de ignição (MEI) de um ambiente inflamável.

Tipos de descarga

Existem três tipos principais - descargas de faísca, escova e escova deslizante. A descarga corona neste caso não é levada em consideração, pois tem baixa energia e ocorre de forma bastante lenta. A descarga corona é geralmente inofensiva e só deve ser considerada em áreas com alto risco de incêndio e explosão.

Descarga de faísca

Geralmente vem de um objeto moderadamente condutor e eletricamente isolado. Pode ser um corpo humano, uma peça de máquina ou uma ferramenta. Supõe-se que toda a energia da carga é dissipada no momento da centelha. Se a energia for superior ao MEV do vapor do solvente, poderá ocorrer ignição.
A energia da faísca é calculada da seguinte forma: E (em Joules) = ½ C U2.

Descarga no pulso

A descarga das escovas ocorre quando partes pontiagudas do equipamento concentram carga nas superfícies dos materiais dielétricos, cujas propriedades isolantes levam ao seu acúmulo. Uma descarga de escova tem energia mais baixa em comparação com uma descarga de faísca e, consequentemente, representa menos risco de ignição.

Descarga da escova deslizante

A descarga da escova deslizante ocorre em chapas ou rolos de materiais sintéticos com alta resistividade, possuindo maior densidade de carga e diferentes polaridades de cargas em cada lado da chapa. Este fenômeno pode ser causado por fricção ou pulverização do revestimento em pó. O efeito é comparável à descarga de um capacitor de placas paralelas e pode ser tão perigoso quanto uma descarga de faísca.

Fonte de descarga e energia

A magnitude e a geometria da distribuição de carga são fatores importantes. Quanto maior o volume de um corpo, mais energia ele contém. Ângulos agudos aumentam a intensidade do campo e suportam descargas.

Potência de descarga

Se um objeto com energia não conduz muito bem corrente elétrica, como o corpo humano, a resistência do objeto enfraquecerá a descarga e reduzirá o perigo. Para o corpo humano, uma regra prática é assumir que quaisquer solventes com uma energia de ignição interna mínima inferior a 100 mJ podem inflamar-se, mesmo que a energia contida no corpo possa ser 2 a 3 vezes superior.

Energia mínima de ignição MEV

A energia mínima de ignição dos solventes e a 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.

Eletrocussão

A questão do risco de choque estático em ambientes industriais está recebendo cada vez mais atenção. Isto se deve a um aumento significativo nos requisitos de higiene e segurança ocupacional.
A eletrocussão causada pela eletricidade estática não é, em princípio, particularmente perigosa. É simplesmente desagradável e muitas vezes provoca uma forte reação.
Existem duas causas comuns de choque estático:

Carga induzida

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

A carga permanece no corpo do operador se ele estiver calçando calçado com sola isolante até tocar o equipamento aterrado. A carga flui para o solo e atinge uma pessoa. Isso também acontece quando o operador toca objetos ou materiais carregados - devido aos calçados isolantes, a carga se acumula no corpo. Quando o operador toca nas partes metálicas do equipamento, a carga pode vazar e causar choque elétrico.

Quando as pessoas andam sobre carpetes sintéticos, é gerada uma carga estática quando há contato entre o carpete e os sapatos. Os choques elétricos que os motoristas recebem ao sair do carro são provocados pela carga que surge entre o assento e a roupa no momento do levantamento. A solução para esse problema é tocar uma parte metálica do carro, como a moldura da porta, antes de levantar do assento. Isso permite que a carga flua com segurança para o solo através da carroceria e dos pneus do veículo.

Danos elétricos causados ​​por equipamentos

Tal choque eléctrico é possível, embora ocorra com muito menos frequência do que os danos causados ​​pelo material.
Se a bobina de enrolamento tiver uma carga significativa, acontece que os dedos do operador concentram a carga a tal ponto que ela chega ao ponto de ruptura e ocorre uma descarga. Além disso, se um objeto metálico não aterrado for colocado em um campo elétrico, ele poderá ficar carregado por uma carga induzida. Como um objeto metálico é condutor, a carga em movimento será descarregada em uma pessoa que tocar o objeto.

Tatiana Dementieva
engenheiro de processo

O artigo foi preparado com base em materiais da Fraser-antistatic (Reino Unido)

1. Indicador de cristal líquido

2. Macaco de aterramento

3. Botão PODER(botão liga/desliga)

4. Placa de teste de aço inoxidável

5. Fio terra com braçadeira

6. Tomada de aterramento do dispositivo

7. Conector adaptador de rede

Verificando a carga estática do corpo humano com um testador de eletricidade estática ATR-9365

Aterre o instrumento através do conector de aterramento na parte traseira do instrumento usando um fio terra. Clique no botão PODER para medir a carga estática produzida pelo corpo humano.

Medindo a tensão eletrostática humana com um testador de eletricidade estática ATR-9365

Toque na placa de teste de aço inoxidável com a mão. O valor exibido no display é uma indicação da intensidade do campo eletrostático no corpo humano. Se você precisar descarregar a carga eletrostática, toque no conector “Terra” e a carga eletrostática será descarregada.

Medindo a diferença de potencial eletrostático entre duas pessoas usando um testador de tensão estática ATR-9365

Uma pessoa toca na placa de teste e não a solta, a outra pessoa também toca na placa de teste. O valor mostrado no display é a diferença de potencial eletrostático entre as pessoas.

Verificando a capacidade de manutenção da pulseira antiestática usando o testador de eletricidade estática ATP-9365

Antes de medir, esfregue os pés no chão e toque na placa de teste. Se a pulseira estiver com defeito ou não estiver devidamente aterrada, o dispositivo exibirá algum valor de carga eletrostática.

Instalação correta do testador de eletricidade estática ATP-9365

Remova o dispositivo, instale a bateria e ligue a energia pressionando o botão PODER. O dispositivo está pronto para uso.

Observação: Para montar o aparelho na parede, selecione um painel de material condutor e marque os locais aproximados para instalação dos parafusos de montagem de acordo com o tamanho e posição dos furos no painel traseiro do aparelho. Fixe este painel na parede e instale o aparelho diretamente sobre ele.

Exibindo valores de tensão estática no display do dispositivo ATP-9365

A faixa de tensão do dispositivo é de 0 V a 19.990 V. O valor da tensão medida corresponde ao valor da tensão exibido no display LCD, multiplicado por 10. Durante a medição, o dispositivo exibe o valor da tensão estática e sua polaridade.

A empresa Yuman oferece uma ampla gama de instrumentos para medir eletricidade estática produzido pela ELTEX (Alemanha).

A capacidade de medir com precisão cargas eletrostáticas (incluindo altas tensões, campos elétricos e altas resistências associadas a materiais portadores de carga) fornece base de informação para destruir energia eletrostática indesejada destrutiva. A medição de alta resistência também é uma ferramenta importante em aplicações de monitoramento de segurança. A medição precisa da resistência a vazamentos contribui para o controle e garantia de qualidade, mantendo propriedades padronizadas nos materiais.

Dada a instabilidade dos fenómenos electrostáticos, a medição da electricidade estática deve também ter em conta diversas fontes de erro. Isto significa que o próprio processo de medição deve atender a requisitos precisos. Os equipamentos de medição Eltex distinguem-se pela sua alta precisão e ampla gama de aplicações possíveis.

Oferecemos dispositivos para medição de eletricidade estática ELTEX (Alemanha):

Medidor de campo elétrico EMF58

Altamente sensível dispositivo portátil. O EMF58 pode medir o aumento, o nível e a polaridade da carga e avaliar a eficácia de quaisquer contramedidas. Disponível quatro faixas de medição de ±0 kV/m a ±2 mV/m.

Medidor de campo elétrico EM02

Dispositivo portátil para medição segura de cargas estáticas. Faixa de medição: ±0 a ±2 mV/m.

Medidor de campo elétrico EM03

Dispositivo portátil e prático para medição de cargas estáticas, com distância de medição selecionável entre 2 e 20 cm. Conversão automática e exibição da intensidade do campo em volts. Faixa de medição: ±0 a ±200 kV.

A empresa Yuman oferece uma ampla gama de instrumentos para medir eletricidade estática produzido pela ELTEX (Alemanha).

A capacidade de medir com precisão cargas eletrostáticas (incluindo altas tensões, campos elétricos e altas resistências associadas a materiais portadores de carga) fornece a base de informações para destruir a energia eletrostática indesejada e destrutiva. A medição de alta resistência também é uma ferramenta importante em aplicações de monitoramento de segurança. A medição precisa da resistência a vazamentos contribui para o controle e garantia de qualidade, mantendo propriedades padronizadas nos materiais.

Dada a instabilidade dos fenómenos electrostáticos, a medição da electricidade estática deve também ter em conta diversas fontes de erro. Isto significa que o próprio processo de medição deve atender a requisitos precisos. Os equipamentos de medição Eltex distinguem-se pela sua alta precisão e ampla gama de aplicações possíveis.

Oferecemos dispositivos para medição de eletricidade estática ELTEX (Alemanha):

Medidor de campo elétrico EMF58

Dispositivo portátil altamente sensível. O EMF58 pode medir o aumento, o nível e a polaridade da carga e avaliar a eficácia de quaisquer contramedidas. Disponível quatro faixas de medição de ±0 kV/m a ±2 mV/m.

Medidor de campo elétrico EM02

Dispositivo portátil para medição segura de cargas estáticas. Faixa de medição: ±0 a ±2 mV/m.

Medidor de campo elétrico EM03

Dispositivo portátil e prático para medição de cargas estáticas, com distância de medição selecionável entre 2 e 20 cm. Conversão automática e exibição da intensidade do campo em volts. Faixa de medição: ±0 a ±200 kV.