Cómo manejar la electricidad estática en su prensa flexográfica

**B2BIMGEMB**1**El ritmo vertiginoso y estresante del mundo actual de los negocios ha aumentado la presión en todas las operaciones industriales para producir con alta calidad, y esta presión es quizás mayor en la industria de la reproducción gráfica. El equilibrio entre ganancias y pérdidas para la mayoría de los impresores es más crítico hoy que nunca antes. Una creciente competencia para ganar clientes; el costo de la mano de obra, y las exigencias de la productividad han llevado a los empresarios a identificar maneras de diferenciarse de la competencia. En este entorno, la calidad es --y lo ha sido siempre-- la idea que se impone.

Una calidad más alta se traduce en más colores, mayor resolución, capacidad de imprimir distintos materiales, y la lista sigue. Infortunadamente, toda esta variedad significa que se requiere un número mayor de pasos en la producción y más problemas ocasionados por la ¡electricidad estática!

Los dos problemas más comunes causados por la electricidad estática son las descargas sobre los operarios y el impacto en la calidad de la impresión. Aunque es importante controlar estos dos aspectos, los problemas más nocivos son los relacionados con la calidad de la impresión.

Las dos complicaciones críticas son los efectos sobre la impresión (o el recubrimiento) y la contaminación de la superficie. Los problemas de calidad de impresión se ocasionan cuando el campo electrostático (la electricidad estática) hace que la tinta o la solución de recubrimiento vayan a un lugar distinto al deseado, lo cual se conoce generalmente en inglés como "spidering". La contaminación de la superficie es, sin embargo, más difícil de manejar y exigirá mayor control de la estática para su resolución.

Estos dos problemas pueden neutralizarse y manejarse con un buen programa de control de la estática y de limpieza de la bobina. Para limpiar con éxito una bobina en movimiento es necesario controlar la electricidad estática; controlar la capa límite de aire, y contar con un método efectivo para extraer la contaminación. Comencemos por el principio.

Cómo se genera la estática
La electricidad estática es una carga eléctrica sobre una superficie. La carga se encuentra usualmente sobre un material aislante, tal como la bobina de papel o de película, y puede encontrarse sobre una superficie conductora si ésta se aísla del suelo. Cuando dos superficies se ponen en contacto, tiene lugar un intercambio de electrones (cargas negativas) entre éstas. Cuando las superficies se separan, aquella que ha ganado electrones se carga negativamente. La superficie que entrega los electrones se carga positivamente.

Los materiales que participan en este intercambio y la presión y velocidad de contacto y separación afectan la magnitud de la carga. Este proceso de contacto y separación, o fricción, se conoce como triboelectrificación, o tribocarga. Este es el mismo fenómeno que se experimenta al caminar sobre una alfombra, tocar un interruptor de la luz y recibir una descarga.

Debido a que las cargas estáticas son acumulativas, los potenciales de carga pueden continuar aumentado cada vez que la bobina se pone en contacto con otra superficie  (Ver gráfica 2). Esto se hace evidente en los sistemas de impresión y conversión, donde el material puede contactar varios rodillos locos.

Entre las áreas típicas del sistema de transporte de la banda, que tienden a generar cargas significativas, se encuentran los desbobinadores; los rodillos de contacto; los acumuladores; rodillos locos con mangas aislantes; rodillos curvos (tipo banana); rodillos recubridores; tratadores corona; rodillos distribuidores; y los rebobinadores

El control de la electricidad estática
La electricidad estática no puede suprimirse en su totalidad, pero puede neutralizarse o controlarse con el uso de aire ionizado creado activamente (con una fuente eléctrica) o pasivamente (con oropel o tinsel). Los supresores activos de la estática constituyen el método más efectivo, ya que reducen carga hasta niveles cercanos al índice teórico cero, lo cual elimina los riesgos de descargas peligrosas para los operarios y ofrece la primera línea de defensa en el control de la contaminación.

La eliminación pasiva (con tinsel) es efectiva tan solo para el umbral del nivel de carga, lo cual trae cierto beneficio en el manejo de las descargas para los operarios, pero sin ofrecer garantías. Debido a que los dispositivos pasivos no pueden reducir el nivel de carga por debajo del umbral del nivel de voltaje, no ofrecen por tanto beneficios en el control de la contaminación.

La electricidad estática es especialmente problemática en aplicaciones de limpieza de la bobina debido al enlace electrostático que existe entre un partícula con carga y la superficie cargada. Una vez que una partícula con carga que se transporta por el aire es atraída a la superficie de la bobina cargada -y se adhiere a ésta- las líneas de campo de los dos objetos con cargas positivas se complementan y se funden de manera exactamente igual a dos imanes con cargas opuestas que se enfrentan.

Este enlace electrostático fluye entre los dos objetos y no puede ser neutralizado por medio de ionización, sea ésta creada o pasiva, porque los campos de carga han dejado de ser visibles para los iones. Si los iones no pueden "ver" los campos, no serán atraídos ya que no existe un desequilibrio o carga evidente. Para neutralizar esta condición, la partícula debe desalojarse de la superficie de manera que los campos electrostáticos se hagan de nuevo evidentes y los iones puedan ser atraídos para la neutralización. La manera como esto tiene lugar se explicará en detalle en la sección sobre limpieza de la bobina que se presenta más adelante.

La capa límite del aire
La capa límite de aire es resultado del movimiento direccional de una superficie plana -en este caso una bobina en movimiento- y de la fricción que se crea entre la superficie y el aire. A medida que el sustrato acelera, el aire circundante es arrastrado, transportado por la influencia de la superficie en movimiento. Mientras más rápido viaje la superficie, mayor será la cantidad de aire transportado. Por ejemplo, si una bobina se mueve a una velocidad de 150 metros por minuto, la capa límite resultante sería de unos 12 mm de espesor.

Para el propósito que nos ocupa, es importante concentrarnos en la capa laminar, dentro del total de la capa límite, que es aquella que se encuentra más próxima a la superficie de la bobina. La turbulencia del aire dentro de esta capa es de tal magnitud que literalmente atrapa a las partículas más finas (<50 micrones). La capa de aire de cierta manera actúa como una succión para sostener a las partículas, y es imposible removerlas sin penetrar o eliminar la capa laminar.

Limpieza de la bobina
Tradicionalmente, los impresores de la banda han utilizado sistemas de vacío de alta eficiencia que incluyen equipos para el control de la estática y que ubican estratégicamente (en ocasiones penosamente) en sus prensas, para controlar los contaminantes. Este método se ha empleado con éxito por muchos años, y sigue siendo quizás el más económico cuando las exigencias de limpieza pueden tolerar niveles de eficiencia en la limpieza de aproximadamente 25 micrones. Existen varios sistemas disponibles que incorporan tecnologías de vacío de "alta presión" o "baja presión". Existen diferencias de opinión con respecto a cuál de ellas es más efectiva, pero ambas han demostrado su apropiado funcionamiento cuando se instalan correctamente.

Los sistemas de alta presión requieren una montura fija sobre una superficie asegurada (generalmente un rodillo). La campana de vacío puede ubicarse cerca del material, y la pérdida de aire se minimiza con el uso de racletas especiales diseñadas para mantener el aire de alta velocidad cerca de la superficie de la banda. Teóricamente, los sistemas utilizan una tremenda succión para superar la capa límite de aire y remover los contaminantes de la superficie (Ver gráfica 3).

Los sistemas de baja presión tienen menos restricciones para el montaje y se han diseñado para remover las partículas desde el aire que se ha levantado de la superficie del material. Usualmente, los sistemas están configurados como de contacto (cepillos) o de no contacto (barras de aire comprimido), con la intención de penetrar la capa límite y colisionar con los contaminantes de la superficie para levantarlos y luego removerlos. La turbulencia en la superficie que se crea por acción del aire comprimido de los sistemas de no contacto ha demostrado ser muy efectiva, y las bajas presiones de vacío han brindado la capacidad de ser montadas sobre una superficie sólida o encima de bandas sin soporte, lo que permite mayor flexibilidad a los impresores  (Ver gráfica 4).

Las demandas de calidad impuestas a los impresores de bobina han continuado incrementándose hasta el punto de que una limpieza de 25 micrones podría no ser suficiente. Los sistemas tradicionales de vacío no cumplen con los requerimientos de espacio-casi-limpio de 1 micrón en el que insisten algunos clientes. La única manera de alcanzar una eficiencia de limpieza de un solo micrón es utilizar un limpiador de contacto (rodillo adhesivo). Estas unidades han demostrado ser eficientes en la industria de componentes electrónicos, donde la limpieza de nivel de 1 micrón es crítica.

Las partículas sobre la superficie de la bobina en movimiento se ponen en contacto -y se adhieren- con un rodillo de limpieza por contacto de baja dureza (CCR por la sigla en inglés de contact-cleaning roll) debido a la energía superficial creada en entre las dos superficies. Un rodillo separado de cinta adhesiva contacta al CCR, removiendo las partículas y manteniendo al rodillo CCR continuamente limpio.

El método típico de aplicación (y el más exitoso) es una disposición "de contacto" en la que el CRR se monta estrechamente sobre un rodillo loco o sobre otro CCR para lograr suficiente tensión de la bobina. La tensión expulsa la capa límite de aire para proporcionar una remoción de las partículas de alta eficiencia. Esta configuración de contacto enfrenta menos impactos por los cambios en la velocidad de la bobina y permite un contacto de casi el ciento por ciento con la superficie en todo momento. Las pruebas de limpiadores de contacto utilizando una configuración de este tipo han mostrado eficiencias de hasta 96 por ciento en la remoción de partículas con tamaños inferiores a 10 micrones  (Ver figura 5).

El uso por parte de la industria ha comprobado que a pesar de que los sistemas CCR trabajan muy bien en la remoción de partículas pequeñas, el mantenimiento se convierte en un problema debido a que el operario debe retirar manualmente las capas de cinta para mantener el sistema funcionado con un alto nivel de eficiencia. Además, el costo de reemplazar los rodillos de cinta puede llegar a ser prohibitivo. Cuando estos altos costos de mantenimiento se combinan con la alta inversión inicial requerida para los populares sistemas limpiadores de contacto del estilo carcasa, la suma necesaria para mantener una bobina limpia es sustancial.

Entonces ¿cuál es la respuesta? ¿Cómo pueden los impresores mantener una buena limpieza de la bobina, pero a un costo razonable? La respuesta se encuentra en la combinación de tecnologías. Al usar un limpiador de bobinas que combine un sistema eficiente de vacío con un sistema CCR de bajo costo, el impresor puede limpiar consistentemente el material por períodos más largos y con un mínimo costo de mantenimiento, reduciendo a la vez los costos de insumos asociados con el reemplazo frecuente de la cinta adhesiva de los rodillos limpiadores.

El control de la estática y la limpieza de los rodillos no son tareas fáciles, pero sí pueden llevarse a cabo con un programa bien organizado. La capacidad de controlar la electricidad estática, controlar la capa límite de aire y remover eficientemente los contaminantes de la superficie ayudarán a cualquier impresor a ofrecer una mayor calidad de manera consistente. Si usted lo hace adecuadamente el resultado será la fórmula correcta de negocios: Productividad superior + Costos disminuidos de producción + Productos de más alta calidad = Mayores utilidades. Si usted no lo hace, todo lo que le costará serán sus clientes.