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Como medir a eletricidade estática

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O que é eletricidade estática?

A eletricidade estática ocorre no caso de um desequilíbrio no equilíbrio atômico ou intramolecular devido à aquisição ou perda de um elétron. Normalmente, um átomo está em equilíbrio devido ao mesmo número de partículas positivas e negativas - prótons e elétrons. Elétrons podem facilmente passar de um átomo para outro. Além disso, eles formam íons positivos (onde não há elétrons) ou negativos (elétrons simples ou átomos com um elétron adicional). Quando tal desequilíbrio ocorre, ocorre eletricidade estática.

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

Um pendente é a 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 ampère.

Um íon positivo não tem um elétron, portanto, ele pode receber facilmente 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, existe um elétron capaz de neutralizar uma 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.).
  • Diferença de temperatura rápida (por exemplo, quando o material é colocado no forno).
  • Radiação de alta energia, radiação ultravioleta, raios X, campos elétricos fortes (não convencionais para produção industrial).
  • Operações de corte (por exemplo, em máquinas de corte ou máquinas de corte de papel).
  • Orientação (a aparência de um campo elétrico causada por uma carga estática).

Contato de superfície e separação de material são provavelmente as causas mais comuns de eletricidade estática em indústrias associadas ao processamento de filmes de rolo e plásticos laminados. A carga estática é gerada no processo de desenrolamento / enrolamento de materiais ou movimentação de diferentes camadas de materiais em relação umas às outras.

Este processo não é totalmente claro, mas a explicação mais verdadeira da aparência 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 (distância final entre as placas / distância inicial entre as placas).

Quando uma película sintética toca o eixo de alimentação / recepção, uma baixa carga fluindo do material para o eixo provoca um desequilíbrio. À medida que o material ultrapassa a área de contato com o eixo, a tensão aumenta como no caso das placas do capacitor no momento da separação.

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

Antes do contato com o eixo, o filme sintético é neutro do ponto de vista da eletricidade, mas no processo de movimentação e contato com as superfícies de alimentação, o fluxo de elétrons é direcionado para o filme e carrega-o com uma carga negativa. Se o eixo for metálico e aterrado, sua carga positiva será drenada rapidamente.

A maioria dos equipamentos tem muitos eixos, de modo que a magnitude da carga e sua polaridade podem mudar frequentemente. A melhor maneira de controlar a carga estática é determiná-la com precisão na área imediatamente à frente da área problemática. Se a carga for neutralizada muito cedo, ela poderá se recuperar antes que o filme atinja essa área problemática.

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

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

Problemas estáticos

Descarga estática em eletrônica

Esse problema precisa ser resolvido, porque ocorre frequentemente no processo de manipulação de componentes e componentes eletrônicos usados ​​em instrumentação moderna.

Na eletrônica, o principal perigo associado à carga estática vem da pessoa que carrega a carga, e isso não deve ser negligenciado. A corrente de descarga gera calor, o que leva à destruição de compostos, interrupção de contatos e ruptura dos trilhos de microcircuitos. A alta voltagem também destrói um filme de óxido fino em 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 ocorre imediatamente, mas em um momento imprevisível durante a operação do dispositivo.

Regra geral: ao trabalhar com peças e dispositivos sensíveis à eletricidade estática, você deve sempre tomar medidas para neutralizar a carga acumulada no corpo humano.

Este é talvez o problema mais difundido que surge em empresas relacionadas com a produção e processamento de plásticos, papel, têxteis e indústrias relacionadas. Ela se manifesta no fato de que os materiais mudam independentemente seu comportamento - eles se unem ou, pelo contrário, se repelem, aderem ao equipamento, atraem poeira, envolvem-se incorretamente em um dispositivo receptor, etc.

A atração / repulsão ocorre de acordo com a lei de Coulomb, que é baseada no princípio do oposto do quadrado. De forma 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 da manifestação desse efeito está diretamente relacionada à amplitude da carga estática e à distância entre atrair ou repelir objetos. Atração e repulsão ocorrem na direção das linhas de força do campo elétrico.

Se duas cargas têm a mesma polaridade, elas se repelem, se forem opostas, elas são atraídas. Se um dos objetos for carregado, provocará atração, criando uma cópia 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 onde solventes inflamáveis ​​são usados.

Em áreas perigosas, as fontes mais comuns de ignição são equipamentos não aterrados e condutores móveis. Se o operador na zona de perigo estiver usando calçados esportivos ou sapatos com solas não condutoras, existe o risco de que seu corpo gere uma carga que poderia provocar um incêndio nos solventes. Partes condutoras não aterradas de máquinas também são perigosas. Tudo na zona de perigo deve estar bem aterrado.

As informações a seguir fornecem uma breve explicação sobre a capacidade de uma descarga estática de provocar um incêndio em ambientes inflamáveis. É importante que os vendedores inexperientes estejam cientes dos tipos de equipamentos com antecedência, a fim de evitar erros na seleção de dispositivos para uso em tais condições.

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

  • tipo de descarga
  • poder de descarga
  • fonte de descarga
  • energia de descarga
  • a presença de um meio inflamável (solventes na fase gasosa, poeiras ou líquidos inflamáveis),
  • energia mínima de ignição (MEW) de um meio inflamável.

Existem três tipos principais - faísca, pulso e descargas de pulso deslizantes. A descarga corona, neste caso, não é levada em conta, porque É notável por sua baixa energia e é bastante lento. A descarga de corona é, na maioria das vezes, não perigosa, e deve ser levada em consideração somente em áreas de perigo muito alto de incêndio e explosão.

Basicamente, vem de um objeto moderadamente condutor e eletricamente isolado. Pode ser um corpo humano, uma peça de máquina ou um instrumento. Assume-se que toda a energia de carga é dissipada no momento de faíscas. Se a energia for maior que o MeV do vapor de solvente, pode ocorrer ignição.

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

A descarga do carpo ocorre quando as partes pontiagudas das partes do equipamento concentram a carga nas superfícies dos materiais dielétricos, cujas propriedades isolantes levam à sua acumulação. A descarga do pulso tem uma energia menor em comparação com a descarga de faísca e, consequentemente, é menos perigosa em relação à ignição.

Descarga do pulso da mão

A descarga do carpal deslizante ocorre em materiais sintéticos laminados ou chapados com alta resistividade, possuindo uma densidade de carga aumentada e uma polaridade de carga diferente em cada lado da tela. Tal fenômeno pode ser desencadeado por fricção ou por pulverização de um revestimento em pó. O efeito é comparável à descarga de um capacitor plano e pode ser tão perigoso quanto uma descarga de centelha.

Fonte e descarga de energia

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

Se um objeto com energia não conduzir muito bem a corrente elétrica, por exemplo, um corpo humano, a resistência do objeto enfraquecerá a descarga e reduzirá o perigo. Existe uma regra empírica para o corpo humano: considere que quaisquer solventes com uma energia mínima interna de ignição inferior a 100 mJ podem inflamar-se apesar do facto de a energia contida no corpo poder ser 2-3 vezes superior.

A energia mínima de ignição do 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 menor que a energia de descarga, existe risco de incêndio.

A questão do risco de choque estático em uma empresa industrial está recebendo cada vez mais atenção. Isto é devido a um aumento significativo nos requisitos de saúde ocupacional e segurança.

Choques elétricos causados ​​por eletricidade estática não representam um perigo particular em princípio. É simplesmente desagradável e muitas vezes provoca uma reação aguda.

Existem duas causas gerais de choque estático:

Se uma pessoa está em um campo elétrico e segura um objeto carregado, por exemplo, uma bobina de enrolamento para um filme, é possível que seu corpo seja carregado.

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

Quando as pessoas se movem através de tapetes sintéticos, uma carga estática é gerada no contato entre o carpete e os sapatos. Choques elétricos que os motoristas recebem quando saem de seu carro são provocados por uma carga que surgiu entre o assento e suas roupas no momento do levantamento. A solução para este problema é tocar a parte metálica do carro, por exemplo, a moldura da porta, até que ela se levante do assento. Isso permite que a carga drene com segurança para o solo através do corpo do carro e seus pneus.

Choque elétrico causado pelo equipamento

Tal choque elétrico é possível, embora ocorra com muito menos freqüência do que uma lesão provocada pelo material.

Se o carretel de enrolamento tiver uma carga significativa, acontece que os dedos do operador concentram a carga de tal forma que ela atinge o ponto de ruptura e a descarga ocorre. Além disso, se um objeto metálico não aterrado estiver em um campo elétrico, ele pode ser carregado com uma carga induzida. Devido ao fato de que o objeto de metal é condutor, a carga móvel é descarregada em uma pessoa que toca o objeto.

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