Todos los materiales difieren en el grado en que las cargas eléctricas pueden pasar a través de ellos. Directores permitir que las cargas fluyan, mientras aisladores obstaculizar el movimiento de las cargas. La electrostática es el campo dedicado al estudio de las cargas, o cuerpos cargados en reposo. Electricidad estática se produce cuando las cargas eléctricas que no se mueven se acumulan en los objetos. Si las cargas fluyen, se produce una corriente y la electricidad ya no es estática. La corriente que resulta de las cargas en movimiento es comúnmente referida por los legos como electricidad y se analiza en los otros artículos de este capítulo. electrificación estática es el término utilizado para designar cualquier proceso que resulte en la separación de cargas eléctricas positivas y negativas. La conducción se mide con una propiedad llamada conductancia, mientras que un aislador se caracteriza por su resistividad. La separación de carga que conduce a la electrificación puede ocurrir como resultado de procesos mecánicos, por ejemplo, el contacto entre objetos y la fricción, o la colisión de dos superficies. Las superficies pueden ser dos sólidos o un sólido y un líquido. El proceso mecánico puede, con menor frecuencia, ser la ruptura o separación de superficies sólidas o líquidas. Este artículo se centra en el contacto y la fricción.

Procesos de Electrificación

El fenómeno de generación de electricidad estática por fricción (triboelectrificación) se conoce desde hace miles de años. El contacto entre dos materiales es suficiente para inducir la electrificación. La fricción es simplemente un tipo de interacción que aumenta el área de contacto y genera calor.fricción es el término general para describir el movimiento de dos objetos en contacto; la presión ejercida, su velocidad de corte y el calor generado son los principales determinantes de la carga generada por la fricción. A veces, la fricción también provocará el desprendimiento de partículas sólidas.

Cuando los dos sólidos en contacto son metales (contacto metal-metal), los electrones migran de uno a otro. Cada metal se caracteriza por un potencial inicial diferente (potencial de Fermi), y la naturaleza siempre se mueve hacia el equilibrio, es decir, los fenómenos naturales trabajan para eliminar las diferencias de potencial. Esta migración de electrones da como resultado la generación de un potencial de contacto. Debido a que las cargas en un metal son muy móviles (los metales son excelentes conductores), las cargas incluso se recombinarán en el último punto de contacto antes de que los dos metales se separen. Por lo tanto, es imposible inducir la electrificación juntando dos metales y luego separándolos; las cargas siempre fluirán para eliminar la diferencia de potencial.

Cuando un metal y una aislante entran en contacto casi sin fricción en el vacío, el nivel de energía de los electrones en el metal se aproxima al del aislador. Las impurezas de la superficie o del volumen hacen que esto ocurra y también evitan la formación de arcos (la descarga de electricidad entre los dos cuerpos cargados, los electrodos) tras la separación. La carga transferida al aislador es proporcional a la afinidad electrónica del metal, y cada aislador también tiene una afinidad electrónica, o atracción por los electrones, asociada con él. Por lo tanto, también es posible la transferencia de iones positivos o negativos del aislante al metal. La carga en la superficie después del contacto y la separación se describe mediante la ecuación 1 en la tabla 1.

Tabla 1. Relaciones básicas en electrostática - Colección de ecuaciones

Ecuación 1: Carga por contacto de un metal y un aislante

En general, la densidad de carga superficial () después del contacto y la separación 

se puede expresar por:

donde

e es la carga de un electron
N_E es la densidad del estado de energía en la superficie del aislador
f_i es la afinidad electrónica del aislante, y
f_m es la afinidad electrónica del metal

Ecuación 2: Carga después del contacto entre dos aisladores

La siguiente forma general de la ecuación 1 se aplica a la transferencia de carga
entre dos aisladores con diferentes estados de energía (sólo superficies perfectamente limpias):

donde N_E1 y N_E2 son las densidades de estado de energía en la superficie de los dos aisladores, 

y  ^Ø₁ y ^Ø ₂ son las afinidades electrónicas de los dos aisladores.

Ecuación 3: Densidad máxima de carga superficial

La rigidez dieléctrica (E_G) del gas circundante impone un límite superior a la carga que está
es posible generar sobre una superficie aislante plana. En aire, E_G es de aproximadamente 3 MV/m.
La máxima densidad de carga superficial viene dada por:

Ecuación 4: Carga máxima en una partícula esférica

Cuando las partículas nominalmente esféricas están cargadas por el efecto corona, el máximo
La carga que puede adquirir cada partícula viene dada por el límite de Pauthenier:

donde

q_max es la carga máxima
a es el radio de la partícula
e_I es la permitividad relativa y

Ecuación 5: Descargas de conductores

El potencial de un conductor aislado que transporta carga Q es dado por V = Q/C y
la energía almacenada por:

Ecuación 6: Evolución temporal del potencial del conductor cargado

En un conductor cargado por una corriente constante (I_G), el transcurso del tiempo
potencial se describe por:

donde R_f es la resistencia de fuga del conductor

Ecuación 7: Potencial final del conductor cargado

Por mucho tiempo, t >R_f C, esto se reduce a:

y la energía almacenada viene dada por:

Ecuación 8: Energía almacenada del conductor cargado

Cuando dos aisladores entran en contacto, se produce una transferencia de carga debido a los diferentes estados de su energía superficial (ecuación 2, tabla 1). Las cargas transferidas a la superficie de un aislador pueden migrar más profundamente dentro del material. La humedad y la contaminación superficial pueden modificar en gran medida el comportamiento de las cargas. La humedad de la superficie, en particular, aumenta las densidades del estado de energía de la superficie al aumentar la conducción superficial, lo que favorece la recombinación de carga y facilita la movilidad iónica. La mayoría de las personas reconocerán esto por sus experiencias de la vida diaria por el hecho de que tienden a estar sujetos a electricidad estática durante condiciones secas. El contenido de agua de algunos polímeros (plásticos) cambiará a medida que se cargan. El aumento o disminución del contenido de agua puede incluso invertir la dirección del flujo de carga (su polaridad).

La polaridad (positividad y negatividad relativas) de dos aisladores en contacto depende de la afinidad electrónica de cada material. Los aisladores se pueden clasificar por sus afinidades electrónicas, y algunos valores ilustrativos se enumeran en la tabla 2. La afinidad electrónica de un aislador es una consideración importante para los programas de prevención, que se analizan más adelante en este artículo.

Tabla 2. Afinidades electrónicas de polímeros seleccionados*

* Un material adquiere una carga positiva cuando entra en contacto con un material enumerado arriba y una carga negativa cuando entra en contacto con un material enumerado debajo. Sin embargo, la afinidad electrónica de un aislante es multifactorial.

Aunque ha habido intentos de establecer una serie triboeléctrica que clasifique los materiales de modo que aquellos que adquieren una carga positiva al contacto con los materiales aparezcan más arriba en la serie que aquellos que adquieren una carga negativa al contacto, no se ha establecido una serie universalmente reconocida.

Cuando un sólido y un líquido se encuentran (para formar un interfaz sólido-líquido), la transferencia de carga ocurre debido a la migración de iones que están presentes en el líquido. Estos iones surgen de la disociación de las impurezas que puedan estar presentes o por reacciones electroquímicas de oxidación-reducción. Dado que, en la práctica, no existen líquidos perfectamente puros, siempre habrá al menos algunos iones positivos y negativos en el líquido disponibles para unirse a la interfaz líquido-sólido. Hay muchos tipos de mecanismos por los cuales puede ocurrir esta unión (p. ej., adherencia electrostática a superficies metálicas, absorción química, inyección electrolítica, disociación de grupos polares y, si la pared del recipiente es aislante, reacciones líquido-sólido).

Dado que las sustancias que se disuelven (disocian) son eléctricamente neutras, generarán el mismo número de cargas positivas y negativas. La electrificación ocurre solo si las cargas positivas o negativas se adhieren preferentemente a la superficie del sólido. Si esto ocurre, se forma una capa muy compacta, conocida como capa de Helmholtz. Debido a que la capa de Helmholtz está cargada, atraerá iones de polaridad opuesta. Estos iones se agruparán en una capa más difusa, conocida como capa de Gouy, que descansa sobre la superficie de la capa compacta de Helmholtz. El espesor de la capa de Gouy aumenta con la resistividad del líquido. Los líquidos conductores forman capas de Gouy muy finas.

Esta doble capa se separará si el líquido fluye, quedando la capa de Helmholtz unida a la interfaz y siendo arrastrada la capa de Gouy por el líquido que fluye. El movimiento de estas capas cargadas produce una diferencia de potencial (el zeta potencial), y la corriente inducida por las cargas en movimiento se conoce como transmisión de corriente. La cantidad de carga que se acumula en el líquido depende de la velocidad a la que los iones se difunden hacia la interfase y de la resistividad del líquido. (R). Sin embargo, la corriente de transmisión es constante a lo largo del tiempo.

Ni los líquidos muy aislantes ni los muy conductores se cargarán; el primero porque hay muy pocos iones presentes y el segundo porque en los líquidos que conducen muy bien la electricidad, los iones se recombinarán muy rápidamente. En la práctica, la electrificación ocurre solo en líquidos con resistividad mayor a 10⁷Ωm o menos de 10¹¹Ωm, con los valores más altos observados para r 10⁹ al 10¹¹ Ω m.

Los líquidos que fluyen inducirán la acumulación de carga en las superficies aislantes sobre las que fluyen. La medida en que se acumulará la densidad de carga superficial está limitada por (1) la rapidez con la que los iones del líquido se recombinan en la interfaz líquido-sólido, (2) la rapidez con la que los iones del líquido se conducen a través del aislante, o ( 3) si se produce un arco superficial o masivo a través del aislador y, por lo tanto, se descarga la carga. El flujo turbulento y el flujo sobre superficies rugosas favorecen la electrificación.

Cuando se aplica un alto voltaje, digamos varios kilovoltios, a un cuerpo cargado (un electrodo) que tiene un radio pequeño (por ejemplo, un alambre), el campo eléctrico en la vecindad inmediata del cuerpo cargado es alto, pero disminuye rápidamente con distancia. Si hay una descarga de las cargas almacenadas, la descarga se limitará a la región en la que el campo eléctrico es más fuerte que la rigidez dieléctrica de la atmósfera circundante, fenómeno conocido como efecto corona, porque el arco también emite luz. (Es posible que las personas hayan visto que se formaban pequeñas chispas cuando experimentaron personalmente una descarga de electricidad estática).

La densidad de carga en una superficie aislante también puede cambiarse por los electrones en movimiento generados por un campo eléctrico de alta intensidad. Estos electrones generarán iones a partir de cualquier molécula de gas en la atmósfera con la que entren en contacto. Cuando la carga eléctrica del cuerpo es positiva, el cuerpo cargado repelerá los iones positivos que se hayan creado. Los electrones creados por objetos cargados negativamente perderán energía a medida que se alejan del electrodo y se unirán a las moléculas de gas en la atmósfera, formando así iones negativos que continúan alejándose de los puntos de carga. Estos iones positivos y negativos pueden descansar sobre cualquier superficie aislante y modificarán la densidad de carga de la superficie. Este tipo de carga es mucho más fácil de controlar y más uniforme que las cargas creadas por fricción. Hay límites a la extensión de los cargos que es posible generar de esta manera. El límite se describe matemáticamente en la ecuación 3 de la tabla 1.

Para generar cargas más altas, se debe aumentar la rigidez dieléctrica del entorno, ya sea creando un vacío o metalizando la otra superficie de la película aislante. La última estratagema atrae el campo eléctrico hacia el aislador y, en consecuencia, reduce la intensidad del campo en el gas circundante.

Cuando un conductor en un campo eléctrico (E) está conectado a tierra (ver figura 1), las cargas se pueden producir por inducción. En estas condiciones, el campo eléctrico induce la polarización, la separación de los centros de gravedad de los iones negativos y positivos del conductor. Un conductor puesto a tierra temporalmente en un solo punto llevará una carga neta cuando se desconecte de tierra, debido a la migración de cargas en la vecindad del punto. Esto explica por qué las partículas conductoras ubicadas en un campo uniforme oscilan entre electrodos, cargándose y descargándose en cada contacto.

Figura 1. Mecanismo de carga de un conductor por inducción.

Peligros asociados con la electricidad estática

Los efectos nocivos causados ​​por la acumulación de electricidad estática van desde la incomodidad que se experimenta al tocar un objeto cargado, como la manija de una puerta, hasta lesiones muy graves, incluso fatales, que pueden ocurrir por una explosión inducida por electricidad estática. El efecto fisiológico de las descargas electrostáticas en los seres humanos varía desde un pinchazo incómodo hasta acciones reflejas violentas. Estos efectos son producidos por la corriente de descarga y, especialmente, por la densidad de corriente sobre la piel.

En este artículo describiremos algunas formas prácticas en las que las superficies y los objetos pueden cargarse (electrificación). Cuando el campo eléctrico inducido supera la capacidad del entorno circundante para soportar la carga (es decir, supera la rigidez dieléctrica del entorno), se produce una descarga. (En el aire, la rigidez dieléctrica se describe mediante la curva de Paschen y es una función del producto de la presión y la distancia entre los cuerpos cargados).

Los vertidos disruptivos pueden adoptar las siguientes formas:

• chispas o arcos que unen dos cuerpos cargados (dos electrodos metálicos)

• descargas parciales o de cepillo que unen un electrodo metálico y un aislador, o incluso dos aisladores; estas descargas se denominan parciales porque la trayectoria conductora no cortocircuita totalmente dos electrodos metálicos, sino que suele ser múltiple y similar a una escobilla.

• descargas de corona, también conocidas como efectos puntuales, que surgen en el fuerte campo eléctrico alrededor de cuerpos o electrodos cargados de radio pequeño.

Los conductores aislados tienen una capacitancia neta C relativo al suelo. Esta relación entre carga y potencial se expresa en la ecuación 5 de la tabla 1.

Una persona que usa zapatos aislantes es un ejemplo común de un conductor aislado. El cuerpo humano es un conductor electrostático, con una capacidad típica relativa a tierra de aproximadamente 150 pF y un potencial de hasta 30 kV. Debido a que las personas pueden ser conductores aislantes, pueden experimentar descargas electrostáticas, como la sensación más o menos dolorosa que a veces se produce cuando una mano se acerca a la manija de una puerta u otro objeto metálico. Cuando el potencial alcance aproximadamente 2 kV, se experimentará el equivalente a una energía de 0.3 mJ, aunque este umbral varía de persona a persona. Las descargas más fuertes pueden provocar movimientos incontrolables que provoquen caídas. En el caso de los trabajadores que utilizan herramientas, los movimientos reflejos involuntarios pueden provocar lesiones a la víctima y a otras personas que puedan estar trabajando cerca. Las ecuaciones 6 a 8 en la tabla 1 describen el curso temporal del potencial.

El arco real ocurrirá cuando la fuerza del campo eléctrico inducido exceda la fuerza dieléctrica del aire. Debido a la rápida migración de cargas en los conductores, esencialmente todas las cargas fluyen hacia el punto de descarga, liberando toda la energía almacenada en una chispa. Esto puede tener serias implicaciones cuando se trabaja con sustancias inflamables o explosivas o en condiciones inflamables.

La aproximación de un electrodo conectado a tierra a una superficie aislante cargada modifica el campo eléctrico e induce una carga en el electrodo. A medida que las superficies se acercan, la intensidad del campo aumenta, lo que eventualmente conduce a una descarga parcial de la superficie aislada cargada. Debido a que las cargas en las superficies aislantes son poco móviles, solo una pequeña proporción de la superficie participa en la descarga, y la energía liberada por este tipo de descarga es, por lo tanto, mucho menor que en los arcos.

La carga y la energía transferida parecen ser directamente proporcionales al diámetro del electrodo metálico, hasta aproximadamente 20 mm. La polaridad inicial del aislador también influye en la carga y la energía transferida. Las descargas parciales de superficies con carga positiva son menos energéticas que las de carga negativa. Es imposible determinar, a priori, la energía transferida por una descarga desde una superficie aislante, en contraste con la situación que involucra superficies conductoras. De hecho, debido a que la superficie aislante no es equipotencial, ni siquiera es posible definir las capacidades involucradas.

Descarga progresiva

Vimos en la ecuación 3 (tabla 1) que la densidad de carga superficial de una superficie aislante en el aire no puede exceder los 2,660 pC/cm².

Si consideramos una placa aislante o una película de espesor a, que descansa sobre un electrodo metálico o que tiene una cara metálica, es fácil demostrar que el campo eléctrico es atraído hacia el aislador por la carga inducida en el electrodo a medida que las cargas se depositan en la cara no metálica. Como resultado, el campo eléctrico en el aire es muy débil y más bajo de lo que sería si una de las caras no fuera metálica. En este caso, la rigidez dieléctrica del aire no limita la acumulación de carga sobre la superficie aislante, y es posible alcanzar densidades de carga superficial muy elevadas (>2,660 pC/cm²). Esta acumulación de carga aumenta la conductividad superficial del aislador.

Cuando un electrodo se acerca a una superficie aislante, se produce una descarga progresiva que afecta a una gran parte de la superficie cargada que se ha vuelto conductora. Debido a las grandes superficies involucradas, este tipo de descarga libera grandes cantidades de energía. En el caso de las películas, el campo de aire es muy débil y la distancia entre el electrodo y la película no debe ser mayor que el espesor de la película para que se produzca una descarga. También puede ocurrir una descarga progresiva cuando un aislador cargado se separa de su capa inferior metálica. Bajo estas circunstancias, el campo de aire aumenta abruptamente y toda la superficie del aislador se descarga para restablecer el equilibrio.

Descargas electrostáticas y riesgos de incendio y explosión

En atmósferas explosivas, las reacciones de oxidación exotérmicas violentas, que involucran la transferencia de energía a la atmósfera, pueden desencadenarse por:

• llamas abiertas

• chispas electricas

• chispas de radiofrecuencia cerca de una fuente de radio fuerte

• chispas producidas por colisiones (p. ej., entre metal y hormigón)

• descargas electrostáticas.

Nos interesa aquí sólo el último caso. Los puntos de inflamación (la temperatura a la cual los vapores líquidos se encienden al contacto con una llama desnuda) de varios líquidos y la temperatura de autoignición de varios vapores se dan en la Sección Química de este Enciclopedia. El peligro de incendio asociado con las descargas electrostáticas se puede evaluar con referencia al límite inferior de inflamabilidad de gases, vapores y aerosoles sólidos o líquidos. Este límite puede variar considerablemente, como ilustra la tabla 3.

Tabla 3. Límites de inflamabilidad inferiores típicos

Una mezcla de aire y un gas o vapor inflamable puede explotar solo cuando la concentración de la sustancia inflamable se encuentra entre sus límites explosivos superior e inferior. Dentro de este rango, la energía mínima de ignición (MIE), la energía que debe poseer una descarga electrostática para encender la mezcla, depende en gran medida de la concentración. Se ha demostrado consistentemente que la energía mínima de ignición depende de la velocidad de liberación de energía y, por extensión, de la duración de la descarga. El radio del electrodo también es un factor:

• Los electrodos de diámetro pequeño (del orden de varios milímetros) producen descargas de corona en lugar de chispas.

• Con electrodos de mayor diámetro (del orden de varios centímetros), la masa del electrodo sirve para enfriar las chispas.

En general, los MIE más bajos se obtienen con electrodos que son lo suficientemente grandes para evitar las descargas de corona.

El MIE también depende de la distancia entre electrodos, y es más bajo en la distancia de extinción ("distancia de pincement"), la distancia a la que la energía producida en la zona de reacción supera las pérdidas térmicas en los electrodos. Se ha demostrado experimentalmente que cada sustancia inflamable tiene una distancia máxima de seguridad, correspondiente a la distancia mínima entre electrodos a la que puede producirse una explosión. Para los hidrocarburos, esto es menos de 1 mm.

La probabilidad de explosiones de polvo depende de la concentración, con la probabilidad más alta asociada con concentraciones del orden de 200 a 500 g/m³. La MIE también depende del tamaño de las partículas, ya que los polvos más finos explotan más fácilmente. Tanto para gases como para aerosoles, la MIE disminuye con la temperatura.

Ejemplos industriales

Muchos procesos que se utilizan habitualmente para manipular y transportar productos químicos generan cargas electrostáticas. Éstas incluyen:

• verter polvos de sacos

• proyección

• transporte en tuberias

• agitación de líquidos, especialmente en presencia de múltiples fases, sólidos en suspensión o gotitas de líquidos no miscibles

• pulverización o nebulización de líquidos.

Las consecuencias de la generación de carga electrostática incluyen problemas mecánicos, peligro de descarga electrostática para los operadores y, si se utilizan productos que contienen disolventes o vapores inflamables, incluso explosión (consulte la tabla 4).

Cuadro 4. Cargo específico asociado a operaciones industriales seleccionadas

Los hidrocarburos líquidos, como el petróleo, el queroseno y muchos solventes comunes, tienen dos características que los hacen particularmente sensibles a los problemas de electricidad estática:

• alta resistividad, lo que les permite acumular altos niveles de carga

• vapores inflamables, que aumentan el riesgo de que las descargas de baja energía provoquen incendios y explosiones.

Se pueden generar cargas durante el flujo de transporte (p. ej., a través de tuberías, bombas o válvulas). El paso a través de filtros finos, como los que se utilizan durante el llenado de los tanques de los aviones, puede generar densidades de carga de varios cientos de microculombios por metro cúbico. La sedimentación de partículas y la generación de neblinas o espumas cargadas durante el llenado de tanques también pueden generar cargas.

Entre 1953 y 1971, la electricidad estática fue responsable de 35 incendios y explosiones durante o después del llenado de tanques de queroseno, e incluso más accidentes ocurrieron durante el llenado de tanques de camiones. La presencia de filtros o salpicaduras durante el llenado (debido a la generación de espumas o neblinas) fueron los factores de riesgo más comúnmente identificados. También se han producido accidentes a bordo de petroleros, especialmente durante la limpieza de tanques.

Principios de la Prevención de la Electricidad Estática

Todos los problemas relacionados con la electricidad estática derivan de:

• generacion de cargas electricas

• acumulación de estas cargas en aisladores o conductores aislados

• campo eléctrico producido por estas cargas, que a su vez resulta en una fuerza o una descarga disruptiva.

Las medidas preventivas buscan evitar la acumulación de cargas electrostáticas, y la estrategia de elección es evitar generar las cargas eléctricas en primer lugar. Si esto no es posible, se deben implementar medidas diseñadas para poner a tierra los cargos. Finalmente, si las descargas son inevitables, los objetos sensibles deben protegerse de los efectos de las descargas.

Supresión o reducción de la generación de carga electrostática

Este es el primer acercamiento a la prevención electrostática que debe emprenderse, porque es la única medida preventiva que elimina el problema en su origen. Sin embargo, como se discutió anteriormente, las cargas se generan cada vez que dos materiales, al menos uno de los cuales es aislante, entran en contacto y luego se separan. En la práctica, la generación de carga puede ocurrir incluso con el contacto y la separación de un material consigo mismo. De hecho, la generación de carga involucra las capas superficiales de los materiales. Debido a que la más mínima diferencia en la humedad de la superficie o la contaminación de la superficie da como resultado la generación de cargas estáticas, es imposible evitar la generación de carga por completo.

Para reducir la cantidad de cargas generadas por las superficies que entran en contacto:

• Evite que los materiales entren en contacto entre sí si tienen afinidades electrónicas muy diferentes, es decir, si están muy separados en la serie triboeléctrica. Por ejemplo, evite el contacto entre vidrio y teflón (PTFE), o entre PVC y poliamida (nylon) (ver tabla 2).

• Reducir la tasa de flujo entre los materiales. Esto reduce la velocidad de corte entre los materiales sólidos. Por ejemplo, se puede reducir el caudal de extrusión de películas plásticas, del movimiento de materiales triturados en un transportador o de líquidos en una tubería.

No se han establecido límites de seguridad definitivos para los caudales. El estándar británico BS-5958-Parte 2  Código de prácticas para el control de la electricidad estática no deseada recomienda que el producto de la velocidad (en metros por segundo) y el diámetro de la tubería (en metros) sea inferior a 0.38 para líquidos con conductividades inferiores a 5 pS/m (en picosiemens por metro) e inferiores a 0.5 para líquidos con conductividades superiores a 5 pS/m. Este criterio es válido únicamente para líquidos monofásicos transportados a velocidades no superiores a 7 m/s.

Cabe señalar que la reducción de la velocidad de flujo o de corte no solo reduce la generación de carga, sino que también ayuda a disipar cualquier carga que se genere. Esto se debe a que las velocidades de flujo más bajas dan como resultado tiempos de residencia más altos que los asociados con las zonas de relajación, donde las tasas de flujo se reducen mediante estrategias como el aumento del diámetro de la tubería. Esto, a su vez, aumenta la puesta a tierra.

Puesta a tierra de electricidad estática

La regla básica de la prevención electrostática es eliminar las diferencias de potencial entre los objetos. Esto se puede hacer conectándolos o poniéndolos a tierra. Los conductores aislados, sin embargo, pueden acumular cargas y, por lo tanto, pueden cargarse por inducción, un fenómeno que es exclusivo de ellos. Las descargas de los conductores pueden tomar la forma de chispas de alta energía y peligrosas.

Esta regla es coherente con las recomendaciones relativas a la prevención de descargas eléctricas, que también requieren que todas las partes metálicas accesibles de los equipos eléctricos estén conectadas a tierra como en la norma francesa. Instalaciones eléctricas de baja tensión (NFC 15-100). Para máxima seguridad electrostática, nuestra preocupación aquí, esta regla debe generalizarse a todos los elementos conductores. Esto incluye marcos de mesas de metal, manijas de puertas, componentes electrónicos, tanques utilizados en las industrias químicas y chasis de vehículos utilizados para el transporte de hidrocarburos.

Desde el punto de vista de la seguridad electrostática, el mundo ideal sería uno en el que todo fuera conductor y estuviera permanentemente conectado a tierra, transfiriendo así todas las cargas a la tierra. En estas circunstancias, todo sería permanentemente equipotencial y el campo eléctrico —y el riesgo de descarga— sería, en consecuencia, cero. Sin embargo, casi nunca es posible alcanzar este ideal, por las siguientes razones:

• No todos los productos que deben manipularse son conductores, y muchos no pueden volverse conductores mediante el uso de aditivos. Los productos agrícolas y farmacéuticos y los líquidos de alta pureza son ejemplos de estos.

• Las propiedades deseables del producto final, como la transparencia óptica o la baja conductividad térmica, pueden impedir el uso de materiales conductores.

• Es imposible conectar a tierra permanentemente equipos móviles como carros de metal, herramientas electrónicas inalámbricas, vehículos e incluso operadores humanos.

Protección contra descargas electrostáticas

Debe tenerse en cuenta que esta sección se ocupa únicamente de la protección de equipos sensibles a la electricidad estática contra descargas inevitables, la reducción de la generación de carga y la eliminación de cargas. La capacidad de proteger el equipo no elimina la necesidad fundamental de prevenir la acumulación de carga electrostática en primer lugar.

Como ilustra la figura 2, todos los problemas electrostáticos involucran una fuente de descarga electrostática (el objeto inicialmente cargado), un objetivo que recibe la descarga y el entorno a través del cual viaja la descarga (descarga dieléctrica). Cabe señalar que tanto el objetivo como el entorno pueden ser electroestáticamente sensibles. En la tabla 5 se enumeran algunos ejemplos de elementos sensibles.

Figura 2. Esquema del problema de descarga electrostática

Tabla 6. Ejemplos de equipos sensibles a descargas electrostáticas

Protección de los trabajadores

Los trabajadores que tengan motivos para creer que se han cargado eléctricamente (por ejemplo, al bajarse de un vehículo en tiempo seco o al caminar con cierto tipo de calzado), pueden aplicar una serie de medidas de protección, como las siguientes:

• Reduzca la densidad de corriente al nivel de la piel tocando un conductor conectado a tierra con una pieza de metal, como una llave o una herramienta.

• Reduzca el valor máximo de la corriente descargando a un objeto de disipación, si hay uno disponible (una mesa o un dispositivo especial, como una muñequera protectora con resistencia en serie).

Protección en atmósferas explosivas

En atmósferas explosivas, es el propio entorno el que es sensible a las descargas electrostáticas, y las descargas pueden provocar una ignición o una explosión. La protección en estos casos consiste en sustituir el aire, bien por una mezcla gaseosa cuyo contenido de oxígeno sea inferior al límite inferior de explosividad, bien por un gas inerte, como el nitrógeno. El gas inerte se ha utilizado en silos y recipientes de reacción en las industrias química y farmacéutica. En este caso, se necesitan las precauciones adecuadas para asegurar que los trabajadores reciban un suministro de aire adecuado.

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