Controles dinámicos para la estática

Si sus impresiones sufren de problemas de adhesión de tinta causada por contaminación superficial debido al polvo y partículas o si está teniendo problemas porque se pegan o se unen los substratos, o mal direccionamiento, estaría sorprendido al conocer que esos problemas son probablemente causados por la electricidad estática. En este artículo aprenderá qué es la electricidad estática, los factores que la afectan y los métodos disponibles para contrarrestarla.

¿Qué es electricidad estática?

Cuando un material u objeto sostiene una carga eléctrica, positiva o negativa, se dice que tiene una carga estática. El término estática es relativo porque en muchos casos las cargas estáticas disminuirán lentamente en un lapso de tiempo. Este lapso depende de la resistencia del material. Para propósitos prácticos los dos extremos pueden ser considerados como plásticos y metales.

Los plásticos generalmente tienen una resistividad muy alta. Esto les permite mantener cargas estáticas por largos períodos de tiempo; por otra parte, los metales tienen muy bajas resistencias y un objeto metálico conectado a tierra mantendrá su carga por un imperceptiblemente corto período de tiempo.

Factores que afectan la electricidad estática

Muchos factores afectan la generación y el mantenimiento de una carga eléctrica. Entre ellos está la humedad, el tipo de material, repetición y cambio de temperatura.

Tipo de material. Algunos materiales se cargan más fácilmente que otros. Por ejemplo, materiales como el acetato se cargan muy fácilmente mientras que el vidrio se carga menos rápidamente.

También la posición relativa de los materiales en la serie triboeléctrica determinará si un material se carga positiva o negativamente dependiendo de los otros materiales con los que entra en contacto.

Por ejemplo, el caucho duro, cuando se frota contra el nylon, se cargará negativamente pero llegará a cargarse positivamente cuando se frota contra el polietileno.

Humedad. En términos generales, mientras más seco esté el ambiente, mayor será el nivel de carga estática y al contrario, a mayor humedad, menor será la carga estática. En términos relativos, el agua es significativamente mejor conductora de la electricidad que la mayoría de los plásticos.

La humedad de la atmósfera deposita pequeñas cantidades de agua en todas las superficies del medio ambiente; por consiguiente, las cargas estáticas en la superficie de los materiales tienden a disiparse a tierra por el flujo de corriente a través de la humedad superficial.

Repetición. Acciones repetitivas, tales como fricción o separación, aumentan el nivel de carga encontrado en un material. Por ejemplo, un tejido plástico moviéndose sobre una serie de rodillos de teflón aumentará su carga superficial después de cada rodillo.

Efecto batería. La combinación de muchos ítems cargados puede llevar a cargas extremadamente altas. Por ejemplo, hojas de plástico con carga superficial relativamente baja cuando se amontonan o apilan pueden generar voltajes muy altos.

Cambios de temperatura. A medida que un material se enfría tiene la tendencia a generar carga. La acción de enfriamiento es dejar una carga neta en el material a través de todo su volumen. Si el material es un aislador muy bueno, la carga estática interna (volumétrica) se puede mantener por períodos muy largos. Sin embargo, con el tiempo esta carga normalmente migra a la superficie y en este punto se convierte en una carga estática superficial.

Métodos de eliminación El principio fundamental para neutralizar las cargas estáticas es el mismo, sin importar la técnica utilizada. En un material que tiene una carga superficial positiva los electrones deben ser llevados a la superficie para traer la carga de nuevo en equilibrio. Cuando la carga superficial es negativa el exceso de electrones debe ser eliminado de la superficie para neutralizar la carga.

Humedad. La humedad en (o dentro) de un material tenderá a filtrar las cargas estáticas a tierra. Por ejemplo, el papel generalmente tiene un contenido muy alto de humedad y no mantiene niveles particularmente altos de estática. Sin embargo, si el papel está seco, la estática se puede convertir en un grave problema.

Ionización pasiva. La proximidad de un conductor a un objeto cargado tenderá a descargarlo. Por ejemplo, un cepillo con fibras de carbono reducirá las cargas estáticas en materiales a los que se acerca.

Ionización radioactiva. Las fuentes radioactivas causan ionización del aire circundante, neutralizando, por consiguiente, las cargas estáticas superficiales. Una desventaja de los eliminadores radioactivos es que la fuente radioactiva pierde su efectividad con el tiempo y requiere estarla cambiando cada año.

Ionización eléctrica activa. El aire ionizado puede ser producido por medio de un alto voltaje CA o CD, el cual puede ser usado para neutralizar cargas superficiales. El uso de sistemas CA o CD depende de la aplicación.

Eliminadores pasivos. Un objeto cargado genera un campo eléctrico entre él mismo y cualquier objeto que le rodee conectado a tierra (o cualquier objeto con diferente voltaje). En el caso de un eliminador pasivo, el campo está entre la superficie y las puntas del cepillo de fibra de carbono o de acero inoxidable conectado a tierra. El punto fino en el extremo de la cerdas hace que el campo eléctrico se concentre altamente en este punto. La ionización de las moléculas de aire que rodean la punta ocurre cuando la intensidad de este campo eléctrico alcanza un valor suficiente. Eliminadores radioactivos.

Los eliminadores radioactivos utilizan polonio-210 u otra fuente radioactiva de bajo nivel. Las partículas alfa son emitidas a la atmósfera en el proceso de decaimiento radioactivo. Estas partículas a alta velocidad chocan con las moléculas de aire y, al hacerlo, hacen que el aire se ionice. El aire ionizado entonces neutraliza las superficies cercanas de una manera similar a los eliminadores pasivos.

Eliminadores CA. Los eliminadores CA operan con la frecuencia suministrada. El voltaje principal (110, 240, etc.) se incrementa extremadamente utilizando un transformador de ferro-resonancia para generar voltajes entre 4.5 y 7kV. Este alto voltaje es alimentado a los pines de ionización y la carcasa de la barra es conectada a tierra. Si miramos el ciclo positivo de la onda de entrada, veremos que el pin del electrodo tiene un voltaje positivo en comparación con la carcasa. Esto genera un fuerte campo eléctrico entre los dos que está altamente concentrado en la punta aguda del pin del electrodo. Esto, de manera similar a la barra pasiva, genera iones positivos en la punta del pin. Estas moléculas son luego repelidas del pin debido a su carga semejante. Como la ionización de la barra no depende de la carga superficial y los iones son producidos sin importar la proximidad de una carga superficial, se puede lograr una completa neutralización de la superficie. Esta es una ventaja importante sobre los eliminadores pasivos.

Eliminadores CD pulsados. Los eliminadores CD pulsados, al igual que su contraparte CA, producen aire ionizado usando un alto voltaje. Mientras que las unidades CA funcionan con las frecuencias suministradas, las unidades CD pulsadas operan a bajas frecuencias, entre 0.5 y 20 Hz. La baja frecuencia de la operación se presta para una neutralización de amplio rango con equipo CD pulsado. La barra de ionización consiste de una serie de emisores conectados alternadamente a las salidas negativas y positivas. La carcasa de la barra está hecha de plástico, así que no hay proximidad a tierra. La salida del suministro de potencia es efectivamente una onda cuadrada que cambia de positiva a negativa a la frecuencia escogida. Mirando la mitad positiva de la onda, el controlador activa el alto voltaje de salida conectado a los emisores positivos. Esto entonces establece un campo eléctrico entre el emisor y los objetos circundantes conectados a tierra. En la punta aguda del emisor este campo es muy fuerte y, de manera similar a los eliminadores CA, se producen iones positivos. La carga igual del ion y el emisor aleja los iones de la barra. Las barras CD de amplio rango pueden ser muy efectivas en la impresión en serigrafía al eliminar cargas electroestáticas de las pantallas sin causar sequedad.

Artículo traducido de la revista SCREEN PRINTING. Edición de Diciembre 2012 / Enero 2013.