Guía práctica para controlar las cargas estáticas en los procesos de fabricación de empaques flexibles - Parte I

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Resumen

Las cargas electrostáticas se desarrollan en las superficies de las bandas de pelí­cula a medida que se transportan a través de varios procesos de conversión, tales como como rebobinado, corte, recubrimiento, laminado, fabricación de bolsas y hojeado.

Estas cargas a menudo causan la atracción de partí­culas desde el material además de ocasionar defectos en la uniformidad de la impresión y en el recubrimiento, que resultan en problemas de calidad e insatisfacción del cliente.

Las cargas estáticas significativas también pueden causar choques al operador, interrupción de la electrónica de control del proceso, incendios en recubrimientos con solventes y reducción de la velocidad de la máquina para poder transportar el material durante el proceso.

Introducción

La electricidad estática es la causa de muchos problemas encontrados en el transporte y la conversión de pelí­culas. En la maquinaria moderna a medida que la tecnologí­a se ha desarrollado, permite velocidades de producción más rápidas,  pero también aumentan los problemas relacionados con la estática, obstaculizando la producción y afectando la calidad del producto.

Las cargas estáticas se generan en la superficie de la pelí­cula a medida que se desembobina el rollo, y cuando contacta y se separa de superficies tales como rodillos locos (no impulsados), rodillos de presión (nips) y rodillos de impresión o recubrimiento.

Las cargas existen en dos polaridades: positiva y negativa. Las superficies cargadas a la misma polaridad se repelen entre sí­,  polaridades opuestas se atraerán. Una pelí­cula cargada de cualquier polaridad atraerá las superficies sin carga de los aisladores o conductores. Estos casos son especialmente evidentes en las operaciones de conversión, como laminado, confección de bolsas y troquelado, donde la pelí­cula ya no está bajo el control de la estructura mecánica de la web y su sistema de transporte.

Los materiales tienden a desarrollar altas cargas; 30 Kv a 40 Kv es común. Los fuertes campos electrostáticos asociados a estas cargas atraen partí­culas de polvo, fibras, insectos y pelos que resultan en contaminación de la superficie. Esto causa obvios problemas de calidad en problemas de impresión, recubrimiento, laminación y de limpieza con alimentos, envases médicos y farmacéuticos.

Los recubrimientos desiguales y el “corrimiento del punto" de las tintas son a menudo el resultado de cargas estáticas. La descarga electrostática (ESD) de un conductor cargado o un aislante altamente cargado puede generar suficiente liberación de energí­a  para encender vapores peligrosos en los cabezales de recubrimiento y en las operaciones de impresión de huecograbado.

Un evento ESD también puede alterar la lógica en un PLC y en los equipos de detección, causando errores de procesamiento y costosos tiempos de inactividad. Altas cargas, especialmente en un embobinador,  pueden ocasionar descargas eléctricas incómodas al operador, cuando se acerca a un rodillo o toca la estructura de la máquina.

El tener un buen conocimiento básico de la electricidad estática y cómo se puede controlar en el procesamiento de la pelí­cula, los problemas  pueden ser reducidos o eliminados en gran medida, lo que da como resultado un manejo del material más eficiente y una mejor calidad del producto.

Generación de carga

La electricidad estática es una carga eléctrica en una superficie. La carga está generalmente en un material aislante, como una pelí­cula web, y puede estar en una superficie conductora si está aislada de la tierra eléctrica.

Un ejemplo de un conductor sin conexión a tierra es un rodillo loco(no impulsado) de metal con cojinetes desgastados lubricados con grasa no conductora. Cuando dos superficies están en contacto, un intercambio de electrones (cargas negativas) tiene lugar entre las dos superficies. Cuando las superficies son separadas, la superficie que ha ganado electrones se carga negativamente. La superficie que abandona los electrones se vuelve positiva. (Ver Figura 1)

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Fig 1. Simco Industrial Static Control

El material involucrado, la presión, velocidad de contacto y separación afectan la magnitud de la carga. Este proceso de contacto y separación o fricción es conocido como triboelectrificación o tribocargue.

Debido a que el aumento de carga estática en una superficie es un proceso acumulativo, cargas potenciales pueden continuar aumentando cada vez que el material contacta otra superficie como se muestra en la (Fig. 2). Esto es evidente en sistemas de transporte donde el material se coloca en contacto con varios rodillos.

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Fig 2. Simco Industrial Static Control

Si el material contacta un rodillo que no está girando libremente o se detiene sobre una barra fija o una superficie de la máquina,  pueden ocurrir cargas más altas, debido a un contacto más intimo del material contra la superficie, lo cual ocasiona más intercambio de electrones en la superficie.La cantidad de presión del material contra otra superficie también resulta en cargas más altas por la misma razón. Algunas áreas tí­picas en el sistema de transporte que tienden a generar cargas significativas en el material son:

  1. Desembobinado
  2. Rodillos en los NIP
  3. Acumulador
  4. Rodillos locos (no impulsados) con mangas aislantes
  5. Rodillos banano
  6. Rodillos aplicadores
  7. Tratador corona
  8. Rodillos de presión (Lay-on)

Caracterí­sticas eléctricas de conductores y aisladores

Cuando se desarrollan cargas sobre un conductor, toda la superficie se carga. La distribución de la carga será de la misma polaridad y potencial en todas las superficies del cuerpo conductor. Si el elemento conductor es conectado a tierra adecuadamente en todo momento este no se cargará y no ocurrirá ninguna descarga peligrosa. La conexión a tierra de los componentes de la máquina es llevado a cabo tí­picamente a través de contacto mecánico a la estructura de la máquina ví­a contacto metal-metal y con una buena condición de los rodamientos del eje. Para verificar si la  conexión a tierra es correcta, se utiliza un ohmí­metro y se mide desde una superficie limpia sin pintura del componente a la estructura de la máquina. El valor no debe exceder 1 megohm. Es extremadamente importante revisar la resistencia a tierra en rodillos no impulsados, en áreas donde hay alta carga de solventes.

Las anteriores mediciones deben ser hechas con los rodillos girando a la velocidad de trabajo. Cuando el rodillo es estacionario y descansa en sus rodamientos suficiente valor a tierra puede ser indicado. Cuando están girando, los rodamientos algunas veces tienden a flotar en sus pistas y en el lubricante y la conexión a tierra puede perderse.

Aisladores

Una pelí­cula es un buen ejemplo de un aislante o dieléctrico y, a menos que éste contenga un aditivo antiestático o esté sometida humedad excesiva, no conducirá electricidad. La pelí­cula se cargará muy fácil por medio de triboelectrificación pero no podrá ser descargada o neutralizada a tierra como un conductor puede hacerlo. Los aisladores pueden solo ser neutralizados añadiéndoles cargas opuestas a sus superficies para balancear o compensar la carga eléctrica. Esto es llevado a cabo a través del uso de ionizadores de aire los cuales discutiremos más adelante.

Debido a la naturaleza de los dieléctricos, estos no permiten el libre movimiento dentro de su estructura; por lo tanto, una pelí­cula puede exhibir áreas con ambas polaridades y varios niveles de potencial de carga a través de su superficie.

Detección y medición de las cargas electrostáticas

La densidad de carga es una función del potencial de campo (voltios) y la capacitancia de la superficie cargada. Esta se expresa como: Q= CV, donde Q= carga en coulombs, C= capacitancia, V= potencial de campo en voltios.

Como la capacitancia es difí­cil sino imposible de determinar en un sentido práctico, las cargas electrostáticas son usualmente evaluadas y discutidas en términos de potencial de campo, lo cual puede ser fácilmente detectado y medido utilizando medidores de campo electrostáticos.

Un medidor de campo es un instrumento de no contacto, tí­picamente manual, con el cual se señala hacia la superficie objetivo a una predeterminada distancia, la cual es usualmente entre 1 a 2pulgadas, dependiendo del diseño del dispositivo. El campo eléctrico induce una carga en el elemento sensor del medidor. La carga es entonces mostrada en términos del potencial de campo en una lectura digital o análoga en voltios o kilovoltios; la carga de la polaridad se muestra también. Para obtener lecturas exactas, la carcaza del instrumento debe hacer tierra a través de un alambre conector o a través del operador que sostiene el instrumento. Algunos medidores utilizan una carcaza de metal y otros utilizanun material plástico con aditivos que hacen a la carcaza eléctricamente conductora para permitir la conexión a tierra.

Los medidores electrostáticos utilizan, ya sea, un elemento sensor electro medidor o uno estabilizado por cuchilla. Ambos obtienen los mismos resultados; sin embargo, el tipo electro medidor no deberá ser utilizado en proximidad a una fuente emisora de un ionizador ya que se pueden obtener falsas mediciones,  debido a la recolección de iones en la sonda de detección. Por la misma razón no deberá ser utilizado en el flujo de aire de un ionizador de aire forzado.

En el próximo blog, finalizaremos con la detección y medición de las cargas electrostáticas que incluye la supresión de campo; para luego finalizar con:efectos de campo, neutralización de las cargas en una pelí­cula y aplicaciones en áreas tí­picas en los sistemas de transporte de pelí­culas.

¡Hasta pronto, sus preguntas siempre serán bienvenidas!

 

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