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Soluciones flexibles

13 nov 2018

La electricidad estática en la conversión de empaques flexibles

Introducción

Las cargas electrostáticas se desarrollan en las superficies de las películas a medida que son transportadas a través de varios procesos de conversión tales como rebobinado, corte, recubrimiento, laminación, impresión, bolseo y hojeado. Estas cargas normalmente causan atracción de partículas por parte del material y defectos durante los procesos de impresión y en la uniformidad de los recubrimientos dando como resultado problemas de calidad e insatisfacción del cliente.

Las cargas estáticas pueden también ocasionar choques eléctricos a los operarios, daños en las tarjetas electrónicas de control, fuegos en los equipos y reducción en las velocidades de éstos.

En los próximos dos post estaremos enfocados así: en el primer bog nos enfocaremos en la teoría básica del electrón, causas de la estática, qué determina la cantidad del desbalance en la electricidad estática, tipos de generación estática y como controlarla; en el segundo blog nos enfocaremos en los conceptos básicos pero enfocados más en los procesos de conversión.

Cabe anotar aquí, que es muy importante entender los conceptos básicos de la electricidad estática para así poder identificarla y neutralizarla en cualquier parte del proceso de conversión en que se nos aparezca; en mi opinión esta es la mayor falencia cuando tenemos este enemigo de los procesos que es difícil visualizar.

Teoría del electrón

Para empezar nuestro entendimiento de la electricidad estática, debemos hablar de la estructura molecular del material el cual esta conformado de átomos. Un átomo es la parte fundamental de la materia. Todo en el universo está hecho de átomos, y un átomo está conformado por tres partículas minúsculas, llamadas partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones. Los protones llevan carga positiva y residen en el núcleo del átomo; alrededor de este núcleo central está un grupo de cargas negativas llamadas electrones que están unidas a los protones a través de fuerza electromagnética. Esta fuerza de unión mantiene los electrones dentro de una nube electrostática con grados variables de fuerza de atracción.

Entre más cerca está un electrón al núcleo del átomo, mayor es la fuerza de atracción; por lo tanto entre más cerca está un electrón al núcleo del átomo, mayor energía se requiere para que un electrón escape. Ver Fig.1

Figura 1

Figura 1

¿Qué ocasiona la electricidad estática?

La electricidad estática ocurre normalmente en la superficie de materiales no conductores, pero puede ocurrir también en materiales conductores que no tienen conexión a tierra(aterrizados). Una carga eléctrica estática se crea donde quiera dos superficies que estén en contacto se separan o cuando hay fricción entre ellos.

Cuando los dos materiales están en contacto, los electrones se pueden mover de un material al otro; los átomos con enlaces débiles de electrones tienden a perderlos, mientras átomos con escasos electrones en las órbitas externas tienden a ganarlos; esto es conocido como efecto triboeléctrico. Cuando los materiales están en contacto, y luego son separados o hay fricción entre ellos, ellos retienen su carga desbalanceada.

De este desbalance es de donde proviene la electricidad estática. Ambas cargas tanto la positiva como la negativa permanecerán estáticas hasta que sean contactadas o estén en proximidad a una superficie conductora con conexión a tierra. Las chispas de la electricidad estática que se generan entre dos superficies o personas , es un ejemplo de dicho flujo.

¿Qué determina la cantidad de desbalance en la electricidad estática?

Ahora que entendemos lo que hay detrás de la generación de la electricidad estática, es importante saber, qué determina la cantidad de electricidad estática generada en cualquier situación? Hay una variedad de factores influyentes: composición del material, área de superficie, condiciones ambientales y el estado de las superficies en contacto. La tabla de series triboeléctrica de la Fig. 2, muestra la tendencia de incremento estático de varios materiales. A medida que la distancia entre los materiales es mayor, la cantidad de carga es mayor. Como un ejemplo, la carga entre vidrio y lana es menor que entre vidrio y poliéster. Los materiales que están hacia arriba de la tabla dan electrones, especialmente cuando están en contacto con aquellos que atraen y que están hacia abajo de la tabla(tomar como referencia el punto “0”.

Figura 2

Figura 2

Tipos de generación de estática

1.- Incremento de estática por contacto

Una carga de estática puede generarse de los más simple de un proceso, incluyendo dos objetos tocándose. Una carga estática es creada de dos objetos que se colocan en contacto y luego se separan, resultando una carga estática instantánea. Los electro
nes son transferidos de un objeto al otro de acuerdo a la serie triboeléctrica.

2.- Incremento de estática por separación

Ocurre cuando materiales como cinta adhesiva y películas protectoras son separados de otra superficie. El principio detrás de esta clase de electricidad estática es el mismo que el de incremento por contacto. Cuando las dos superficies son separadas, no todos los electrones se pueden devolver a la molécula original. Cualquier cantidad de electricidad estática generada por separación es significativamente mayor que el incremento de estática por contacto, debido a que el área de contacto es más grande.

3.- Incremento de estática por fricción

Este incremento se crea cuando dos objetos tienen fricción entre ellos; el principio es el mismo al de incremento por contacto. Sin embargo si la fricción se incrementa, al incrementar la fuerza con que se presionan los objetos, más moléculas entran en contacto. Esto aumentará la carga de electricidad estática generada. Los valores de carga generada por fricción, son mayores que aquellas de incremento por contacto.

Cómo controlar el incremento de estática

1.- Determine la fuente de incremento de estática

El primer paso para controlar la estática, es determinar en que parte del proceso la estática se está generando. Muchas veces una carga estática será localizada en el sitio donde exista contacto, separación o fricción dentro del proceso.

Una herramienta simple de diagnóstico para ver si la estática está presente, es el medidor de estática (Fig.3); este es un instrumento manual que le suministrará la polaridad y la fuerza de la carga esta1tica presente. Conocer estos valores pueden ayudar a determinar como priorizar su plan para eliminar la estática neutralizando las áreas con mayor carga antes que las áreas de menor carga. Este medidor puede también ser utilizado para medir la efectividad de cualquier producto que se implemente para controlar estática, comparando los valores de estática antes y después de la instalación de una solución para controlarla.

Figura 3

Figura 3. Fuente: Exair

2.- Eliminar o minimizar la fuente que causa la carga de estática

Habiendo identificado la fuente de la estática, considere : eliminar, minimizar o tratar la fuente que genera la carga.

  • Reemplazar puntos de contacto no conductores con materiales conductores conectados a tierra. Los materiales enhebrados a través de una serie de rodillos de caucho generarán cualquiera de los tres tipos de generación de estática; por contacto, separación o por fricción. Reemplazar los rodillos por unos que sean  conductores y aterrizados, eliminarán el incremento de estática.

  • Evitar que hayan roces entre las partes y otras superficies no conductoras. Reemplazar guías plásticas por guías conductoras. Levantar y colocar las hojas plásticas antes que deslizarlas de un arrume y colocarlas en una mesa antes de apilarlas.

  • Incremente la humedad relativa. Cuando la humedad relativa aumenta, las superficies y materiales en un ambiente dado pueden absorber la humedad en el aire o formaran una capa de humedad muy delgada en la superficie, que disipan las cargas acumuladas de estática. Cuando la humedad relativa es baja, la estática aumenta, esto es por el ambiente seco como en los meses de invierno y disminuye cuando aumenta la humedad como en los meses de verano.

 

No siempre es posible elimina la causa que incrementa la estática; en estos casos se requiere un proceso de ionización. Ionización es el proceso de convertir una molécula o átomo en un ión, ya sea añadiendo o removiendo electrones. Esto es aplicando alto voltaje sobre puntos agudos de un emisor. En la fase positiva del ciclo se quitan los electrones de las moléculas vecinas, en la fase negativa se añaden electrones a las moléculas del área, entonces las moléculas están en un estado de desbalanceo llamado ión; cuando estos iones entran en contacto con una molécula desbalanceada en una superficie cargada, sucede un intercambio de electrones, la molécula no es más un ión y la molécula de la superficie ahora está neutralizada(balanceada).

 

En el próximo blog hablaremos de la segunda parte de el tema de ESTÁTICA, pero dando un enfoque a este fenómeno aplicado en los procesos de conversión para la fabricación de empaques flexibles . ¡¡¡Hasta la próxima!!!


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Carlos Fernando
14 de junio de 2019 a las 03:09

Excelente conocer sobre este tema tan sensible en los procesos productivos, me resulta muy ilustrador el Blog. Me gustaría conocer un poco más sobre las posibles formas en las que puedo eliminar la estática en el proceso de etiquetado en botellas de vidrio, el material de las etiquetas es polipropileno.