Segunda-feira, 28 fevereiro 2011 19: 25

Eletricidade estática

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Todos os materiais diferem no grau em que as cargas elétricas podem passar através deles. Condutores permitir que as cargas fluam, enquanto isoladores impedir o movimento das cargas. A eletrostática é o campo dedicado ao estudo de cargas, ou corpos carregados em repouso. Eletricidade estática resulta quando cargas elétricas que não se movem são construídas em objetos. Se as cargas fluírem, haverá uma corrente e a eletricidade não será mais estática. A corrente que resulta de cargas em movimento é comumente referida pelos leigos como eletricidade e é discutida nos outros artigos deste capítulo. eletrificação estática é o termo usado para designar qualquer processo que resulte na separação de cargas elétricas positivas e negativas. A condução é medida com uma propriedade chamada condutância, enquanto um isolante é caracterizado por sua resistividade. A separação de carga que leva à eletrificação pode ocorrer como resultado de processos mecânicos - por exemplo, contato entre objetos e fricção ou colisão de duas superfícies. As superfícies podem ser dois sólidos ou um sólido e um líquido. O processo mecânico pode, menos comumente, ser a ruptura ou separação de superfícies sólidas ou líquidas. Este artigo enfoca contato e fricção.

Processos de Eletrificação

O fenômeno da geração de eletricidade estática por fricção (triboeletrificação) é conhecido há milhares de anos. O contato entre dois materiais é suficiente para induzir a eletrificação. O atrito é simplesmente um tipo de interação que aumenta a área de contato e gera calor—atrito é o termo geral para descrever o movimento de dois objetos em contato; a pressão exercida, sua velocidade de cisalhamento e o calor gerado são os principais determinantes da carga gerada pelo atrito. Às vezes, o atrito também leva ao rompimento de partículas sólidas.

Quando os dois sólidos em contato são metais (contato metal-metal), os elétrons migram de um para o outro. Cada metal é caracterizado por um potencial inicial diferente (potencial de Fermi), e a natureza sempre se move em direção ao equilíbrio - ou seja, os fenômenos naturais trabalham para eliminar as diferenças de potencial. Essa migração de elétrons resulta na geração de um potencial de contato. Como as cargas em um metal são muito móveis (metais são excelentes condutores), as cargas se recombinam até mesmo no último ponto de contato antes que os dois metais sejam separados. Portanto, é impossível induzir a eletrificação reunindo dois metais e depois separando-os; as cargas sempre fluirão para eliminar a diferença de potencial.

Quando um metal e um isolador entram em contato quase sem atrito no vácuo, o nível de energia dos elétrons no metal se aproxima daquele do isolante. As impurezas da superfície ou do volume causam isso e também evitam arcos (a descarga de eletricidade entre os dois corpos carregados - os eletrodos) após a separação. A carga transferida para o isolante é proporcional à afinidade eletrônica do metal, e todo isolante também tem uma afinidade eletrônica, ou atração por elétrons, associada a ele. Assim, também é possível a transferência de íons positivos ou negativos do isolante para o metal. A carga na superfície após contato e separação é descrita pela equação 1 na tabela 1.


Tabela 1. Relações básicas em eletrostática - Coleção de equações

Equação 1: Carregamento por contato de um metal e um isolante

Em geral, a densidade de carga superficial () após contato e separação 

pode ser expresso por:

onde

e é a carga de um elétron
NE é a densidade do estado de energia na superfície do isolador
fi é a afinidade eletrônica do isolante, e
fm é a afinidade eletrônica do metal

Equação 2: Carregamento após contato entre dois isoladores

A seguinte forma geral da equação 1 se aplica à transferência de carga
entre dois isoladores com diferentes estados de energia (somente superfícies perfeitamente limpas):

onde NE1 e NE2 são as densidades de estado de energia na superfície dos dois isoladores, 

e  Ø1 e Ø 2 são as afinidades eletrônicas dos dois isolantes.

Equação 3: Densidade máxima de carga superficial

A rigidez dielétrica (EG) do gás circundante impõe um limite superior na carga que é
possível gerar em uma superfície isolante plana. No ar, EG é de aproximadamente 3 MV/m.
A densidade máxima de carga superficial é dada por:

Equação 4: Carga máxima em uma partícula esférica

Quando partículas nominalmente esféricas são carregadas pelo efeito corona, o máximo
carga que cada partícula pode adquirir é dada pelo limite de Pauthenier:

onde

qmax é a carga máxima
a é o raio da partícula
eI é a permissividade relativa e

Equação 5: Descargas de condutores

O potencial de um condutor isolado carregando carga Q É dado por V = Q/C e
a energia armazenada por:

Equação 6: Decurso temporal do potencial do condutor carregado

Em um condutor carregado por uma corrente constante (IG), o curso do tempo
potencial é descrito por:

onde Rf é a resistência de vazamento do condutor

Equação 7: Potencial final do condutor carregado

Por longo curso de tempo, t >Rf C, isso se reduz a:

e a energia armazenada é dada por:

Equação 8: Energia armazenada do condutor carregado


Quando dois isoladores entram em contato, a transferência de carga ocorre devido aos diferentes estados de energia de sua superfície (equação 2, tabela 1). As cargas transferidas para a superfície de um isolador podem migrar mais profundamente dentro do material. A umidade e a contaminação da superfície podem modificar muito o comportamento das cargas. A umidade da superfície, em particular, aumenta as densidades do estado de energia da superfície, aumentando a condução da superfície, o que favorece a recombinação de cargas e facilita a mobilidade iônica. A maioria das pessoas reconhecerá isso em suas experiências de vida diária pelo fato de que elas tendem a ser submetidas à eletricidade estática durante condições secas. O teor de água de alguns polímeros (plásticos) mudará à medida que forem sendo carregados. O aumento ou diminuição do teor de água pode até inverter o sentido do fluxo de carga (sua polaridade).

A polaridade (positividade e negatividade relativa) de dois isoladores em contato entre si depende da afinidade eletrônica de cada material. Os isoladores podem ser classificados por suas afinidades eletrônicas, e alguns valores ilustrativos estão listados na tabela 2. A afinidade eletrônica de um isolador é uma consideração importante para programas de prevenção, que serão discutidos posteriormente neste artigo.

Tabela 2. Afinidades eletrônicas de polímeros selecionados*

cobrar

Material

Afinidade eletrônica (EV)

-

PVC (cloreto de polivinila)

4.85

 

Poliamida

4.36

 

policarbonato

4.26

 

PTFE (politetrafluoretileno)

4.26

 

PETP (tereftalato de polietileno)

4.25

 

Poliestireno

4.22

+

Poliamida

4.08

* Um material adquire uma carga positiva quando entra em contato com um material listado acima dele e uma carga negativa quando entra em contato com um material listado abaixo dele. Entretanto, a afinidade eletrônica de um isolante é multifatorial.

 

Embora tenha havido tentativas de estabelecer uma série triboelétrica que classificasse os materiais de modo que aqueles que adquirem uma carga positiva ao entrar em contato com os materiais aparecessem mais altos na série do que aqueles que adquirem uma carga negativa ao entrar em contato, nenhuma série universalmente reconhecida foi estabelecida.

Quando um sólido e um líquido se encontram (para formar um interface sólido-líquido), a transferência de carga ocorre devido à migração de íons que estão presentes no líquido. Esses íons surgem da dissociação de impurezas que podem estar presentes ou por reações eletroquímicas de oxidação-redução. Como, na prática, não existem líquidos perfeitamente puros, sempre haverá pelo menos alguns íons positivos e negativos no líquido disponíveis para se ligar à interface líquido-sólido. Existem muitos tipos de mecanismos pelos quais essa ligação pode ocorrer (por exemplo, aderência eletrostática a superfícies metálicas, absorção química, injeção eletrolítica, dissociação de grupos polares e, se a parede do vaso for isolante, reações líquido-sólido).

Como as substâncias que se dissolvem (dissociam) são eletricamente neutras para começar, elas gerarão números iguais de cargas positivas e negativas. A eletrificação ocorre apenas se as cargas positivas ou negativas aderirem preferencialmente à superfície do sólido. Se isso ocorrer, forma-se uma camada muito compacta, conhecida como camada de Helmholtz. Como a camada de Helmholtz é carregada, ela atrairá íons de polaridade oposta para ela. Esses íons se agruparão em uma camada mais difusa, conhecida como camada Gouy, que fica no topo da superfície da camada compacta de Helmholtz. A espessura da camada de Gouy aumenta com a resistividade do líquido. Líquidos condutores formam camadas Gouy muito finas.

Essa dupla camada se separará se o líquido fluir, com a camada de Helmholtz permanecendo ligada à interface e a camada de Gouy sendo arrastada pelo líquido que flui. O movimento dessas camadas carregadas produz uma diferença de potencial (o zeta potencial), e a corrente induzida pelas cargas em movimento é conhecida como corrente de transmissão. A quantidade de carga que se acumula no líquido depende da taxa na qual os íons se difundem em direção à interface e da resistividade do líquido (r). A corrente de fluxo é, no entanto, constante ao longo do tempo.

Nem líquidos altamente isolantes nem condutores ficarão carregados - o primeiro porque poucos íons estão presentes, e o segundo porque em líquidos que conduzem eletricidade muito bem, os íons se recombinam muito rapidamente. Na prática, a eletrificação ocorre apenas em líquidos com resistividade maior que 107Ωm ou menos de 1011Ωm, com os maiores valores observados para r 109 para 1011 Hum.

Líquidos fluindo irão induzir o acúmulo de carga nas superfícies isolantes sobre as quais eles fluem. A extensão em que a densidade de carga da superfície aumentará é limitada por (1) a rapidez com que os íons no líquido se recombinam na interface líquido-sólido, (2) a rapidez com que os íons no líquido são conduzidos através do isolador ou ( 3) se ocorre arco superficial ou a granel através do isolador e a carga é assim descarregada. O fluxo turbulento e o fluxo sobre superfícies rugosas favorecem a eletrificação.

Quando uma alta voltagem – digamos vários quilovolts – é aplicada a um corpo carregado (um eletrodo) que tem um raio pequeno (por exemplo, um fio), o campo elétrico nas imediações do corpo carregado é alto, mas diminui rapidamente com distância. Se houver descarga das cargas armazenadas, a descarga ficará limitada à região em que o campo elétrico é mais forte que a rigidez dielétrica da atmosfera circundante, fenômeno conhecido como efeito corona, pois o arco voltaico também emite luz. (As pessoas podem realmente ter visto pequenas faíscas formadas quando experimentaram pessoalmente um choque de eletricidade estática.)

A densidade de carga em uma superfície isolante também pode ser alterada pelos elétrons em movimento gerados por um campo elétrico de alta intensidade. Esses elétrons irão gerar íons de quaisquer moléculas de gás na atmosfera com as quais eles entram em contato. Quando a carga elétrica no corpo é positiva, o corpo carregado irá repelir quaisquer íons positivos que tenham sido criados. Os elétrons criados por objetos carregados negativamente perderão energia à medida que se afastam do eletrodo e se ligarão às moléculas de gás na atmosfera, formando assim íons negativos que continuam a se afastar dos pontos de carga. Esses íons positivos e negativos podem repousar em qualquer superfície isolante e modificarão a densidade de carga da superfície. Esse tipo de carga é muito mais fácil de controlar e mais uniforme do que as cargas criadas pelo atrito. Existem limites para a extensão das cobranças que é possível gerar dessa maneira. O limite é descrito matematicamente na equação 3 da tabela 1.

Para gerar cargas maiores, a rigidez dielétrica do ambiente deve ser aumentada, seja criando um vácuo ou metalizando a outra superfície do filme isolante. O último estratagema atrai o campo elétrico para o isolador e, consequentemente, reduz a intensidade do campo no gás circundante.

Quando um condutor em um campo elétrico Integridade e Excelência está aterrado (veja a figura 1), as cargas podem ser produzidas por indução. Nessas condições, o campo elétrico induz a polarização – a separação dos centros de gravidade dos íons negativos e positivos do condutor. Um condutor temporariamente aterrado em apenas um ponto carregará uma carga líquida quando desconectado do solo, devido à migração de cargas nas proximidades do ponto. Isso explica por que as partículas condutoras localizadas em um campo uniforme oscilam entre os eletrodos, carregando e descarregando a cada contato.

Figura 1. Mecanismo de carregamento de um condutor por indução

ELE030F1

Perigos Associados à Eletricidade Estática

Os efeitos nocivos causados ​​pelo acúmulo de eletricidade estática vão desde o desconforto que se sente ao tocar um objeto carregado, como a maçaneta de uma porta, até ferimentos muito graves, até mesmo fatais, que podem ocorrer devido a uma explosão induzida por eletricidade estática. O efeito fisiológico das descargas eletrostáticas em humanos varia de formigamento desconfortável a ações reflexas violentas. Esses efeitos são produzidos pela corrente de descarga e, principalmente, pela densidade de corrente na pele.

Neste artigo, descreveremos algumas maneiras práticas pelas quais superfícies e objetos podem se tornar carregados (eletrificação). Quando o campo elétrico induzido excede a capacidade do ambiente circundante de suportar a carga (isto é, excede a rigidez dielétrica do ambiente), ocorre uma descarga. (No ar, a rigidez dielétrica é descrita pela curva de Paschen e é uma função do produto da pressão e da distância entre os corpos carregados.)

As descargas disruptivas podem assumir as seguintes formas:

  • faíscas ou arcos que ligam dois corpos carregados (dois eletrodos de metal)
  • descargas parciais, ou em escova, que ligam um eletrodo de metal e um isolador, ou mesmo dois isoladores; essas descargas são denominadas parciais porque o caminho condutor não causa um curto-circuito total em dois eletrodos de metal, mas geralmente é múltiplo e semelhante a uma escova
  • descargas corona, também conhecidas como efeitos pontuais, que surgem no campo elétrico forte em torno de corpos ou eletrodos carregados de pequeno raio.

 

Condutores isolados têm uma capacitância líquida C em relação ao solo. Essa relação entre carga e potencial é expressa na equação 5 da tabela 1.

Uma pessoa usando sapatos isolantes é um exemplo comum de um condutor isolado. O corpo humano é um condutor eletrostático, com uma capacitância típica em relação ao terra de aproximadamente 150 pF e um potencial de até 30 kV. Como as pessoas podem ser condutores isolantes, elas podem experimentar descargas eletrostáticas, como a sensação mais ou menos dolorosa às vezes produzida quando uma mão se aproxima da maçaneta de uma porta ou de outro objeto de metal. Quando o potencial atinge aproximadamente 2 kV, será experimentado o equivalente a uma energia de 0.3 mJ, embora esse limite varie de pessoa para pessoa. Descargas mais fortes podem causar movimentos incontroláveis ​​resultando em quedas. No caso de trabalhadores que utilizam ferramentas, os movimentos reflexos involuntários podem levar a ferimentos na vítima e em outras pessoas que possam estar trabalhando nas proximidades. As equações 6 a 8 na tabela 1 descrevem o curso de tempo do potencial.

O arco real ocorrerá quando a força do campo elétrico induzido exceder a força dielétrica do ar. Devido à rápida migração de cargas nos condutores, essencialmente todas as cargas fluem para o ponto de descarga, liberando toda a energia armazenada em uma faísca. Isso pode ter sérias implicações ao trabalhar com substâncias inflamáveis ​​ou explosivas ou em condições inflamáveis.

A aproximação de um eletrodo aterrado a uma superfície isolante carregada modifica o campo elétrico e induz uma carga no eletrodo. À medida que as superfícies se aproximam, a intensidade do campo aumenta, eventualmente levando a uma descarga parcial da superfície isolada carregada. Como as cargas nas superfícies isolantes não são muito móveis, apenas uma pequena proporção da superfície participa da descarga, e a energia liberada por esse tipo de descarga é, portanto, muito menor do que em arcos.

A carga e a energia transferida parecem ser diretamente proporcionais ao diâmetro do eletrodo de metal, até aproximadamente 20 mm. A polaridade inicial do isolador também influencia a carga e a energia transferida. Descargas parciais de superfícies carregadas positivamente são menos energéticas do que as de cargas negativas. É impossível determinar, a priori, a energia transferida por uma descarga de uma superfície isolante, em contraste com a situação envolvendo superfícies condutoras. De fato, como a superfície isolante não é equipotencial, não é possível sequer definir as capacitâncias envolvidas.

Descarga Rastejante

Vimos na equação 3 (tabela 1) que a densidade de carga superficial de uma superfície isolante no ar não pode ultrapassar 2,660 pC/cm2.

Se considerarmos uma placa isolante ou um filme de espessura a, repousando sobre um eletrodo de metal ou tendo uma face de metal, é fácil demonstrar que o campo elétrico é atraído para o isolador pela carga induzida no eletrodo à medida que as cargas são depositadas na face não metálica. Como resultado, o campo elétrico no ar é muito fraco e menor do que seria se uma das faces não fosse de metal. Neste caso, a rigidez dielétrica do ar não limita o acúmulo de carga na superfície isolante, sendo possível atingir densidades de carga superficial muito altas (>2,660 pC/cm2). Esse acúmulo de carga aumenta a condutividade da superfície do isolador.

Quando um eletrodo se aproxima de uma superfície isolante, ocorre uma descarga lenta envolvendo uma grande proporção da superfície carregada que se tornou condutora. Devido às grandes áreas de superfície envolvidas, esse tipo de descarga libera grandes quantidades de energia. No caso de filmes, o campo de ar é muito fraco, e a distância entre o eletrodo e o filme não deve ser maior que a espessura do filme para que ocorra uma descarga. Uma descarga lenta também pode ocorrer quando um isolador carregado é separado de seu revestimento metálico. Nestas circunstâncias, o campo de ar aumenta abruptamente e toda a superfície do isolador descarrega para restabelecer o equilíbrio.

Descargas Eletrostáticas e Riscos de Incêndio e Explosão

Em atmosferas explosivas, reações de oxidação exotérmicas violentas, envolvendo transferência de energia para a atmosfera, podem ser desencadeadas por:

  • chamas abertas
  • faíscas elétricas
  • faíscas de radiofrequência perto de uma fonte de rádio forte
  • faíscas produzidas por colisões (por exemplo, entre metal e concreto)
  • descargas eletrostáticas.

 

Estamos interessados ​​aqui apenas no último caso. Os pontos de fulgor (a temperatura na qual os vapores líquidos inflamam em contato com uma chama nua) de vários líquidos e a temperatura de auto-ignição de vários vapores são fornecidos na Seção Química deste enciclopédia. O risco de incêndio associado a descargas eletrostáticas pode ser avaliado por referência ao limite inferior de inflamabilidade de gases, vapores e aerossóis sólidos ou líquidos. Este limite pode variar consideravelmente, como ilustra a tabela 3.

Tabela 3. Limites de inflamabilidade inferiores típicos

Quitação

Limitar

alguns pós

Vários joules

Aerossóis muito finos de enxofre e alumínio

Vários milijoules

Vapores de hidrocarbonetos e outros líquidos orgânicos

200 microjoules

Hidrogênio e acetileno

20 microjoules

Explosivos

1 microjoule

 

Uma mistura de ar e um gás ou vapor inflamável pode explodir somente quando a concentração da substância inflamável estiver entre seus limites explosivos superior e inferior. Dentro desta faixa, a energia mínima de ignição (MIE) - a energia que uma descarga eletrostática deve possuir para inflamar a mistura - é altamente dependente da concentração. Demonstrou-se consistentemente que a energia mínima de ignição depende da velocidade da liberação de energia e, por extensão, da duração da descarga. O raio do eletrodo também é um fator:

  • Eletrodos de pequeno diâmetro (da ordem de vários milímetros) resultam em descargas corona ao invés de faíscas.
  • Com eletrodos de diâmetro maior (da ordem de alguns centímetros), a massa do eletrodo serve para resfriar as faíscas.

 

Em geral, os MIEs mais baixos são obtidos com eletrodos que são grandes o suficiente para evitar descargas corona.

A MIE também depende da distância entre eletrodos, sendo menor na distância de têmpera (“distance de pincement”), distância na qual a energia produzida na zona de reação excede as perdas térmicas nos eletrodos. Foi demonstrado experimentalmente que cada substância inflamável possui uma distância máxima de segurança, correspondente à distância mínima entre eletrodos na qual pode ocorrer uma explosão. Para hidrocarbonetos, é inferior a 1 mm.

A probabilidade de explosão de pólvora depende da concentração, com a maior probabilidade associada a concentrações da ordem de 200 a 500 g/m3. O MIE também depende do tamanho da partícula, com pós mais finos explodindo mais facilmente. Tanto para gases quanto para aerossóis, o MIE diminui com a temperatura.

Exemplos Industriais

Muitos processos usados ​​rotineiramente para manuseio e transporte de produtos químicos geram cargas eletrostáticas. Esses incluem:

  • derramando pós de sacos
  • peneiramento
  • transporte em tubulações
  • agitação de líquidos, especialmente na presença de fases múltiplas, sólidos suspensos ou gotículas de líquidos não miscíveis
  • pulverização líquida ou nebulização.

 

As consequências da geração de carga eletrostática incluem problemas mecânicos, risco de descarga eletrostática para os operadores e, se forem usados ​​produtos que contenham solventes ou vapores inflamáveis, até explosão (consulte a tabela 4).

Tabela 4. Encargo específico associado a operações industriais selecionadas

Divisão de

Cobrança específica
(q/m) (C/kg)

Triagem

10-8 -10-11

Enchimento ou esvaziamento do silo

10-7 -10-9

Transporte por transportador sem-fim

10-6 -10-8

Esmerilhamento

10-6 -10-7

Micronização

10-4 -10-7

transporte pneumático

10-4 -10-6

 

Hidrocarbonetos líquidos, como óleo, querosene e muitos solventes comuns, têm duas características que os tornam particularmente sensíveis a problemas de eletricidade estática:

  • alta resistividade, o que lhes permite acumular altos níveis de cargas
  • vapores inflamáveis, que aumentam o risco de descargas de baixa energia provocando incêndios e explosões.

 

Cargas podem ser geradas durante o fluxo de transporte (por exemplo, através de tubulações, bombas ou válvulas). A passagem por filtros finos, como os usados ​​durante o enchimento de tanques de avião, pode resultar na geração de densidades de carga de várias centenas de microcoulombs por metro cúbico. A sedimentação de partículas e a geração de névoas ou espumas carregadas durante o enchimento de tanques também podem gerar cargas.

Entre 1953 e 1971, a eletricidade estática foi responsável por 35 incêndios e explosões durante ou após o enchimento de tanques de querosene, e ainda mais acidentes ocorreram durante o enchimento de tanques de caminhões. A presença de filtros ou respingos durante o enchimento (devido à geração de espumas ou névoas) foram os fatores de risco mais comumente identificados. Acidentes também ocorreram a bordo de petroleiros, principalmente durante a limpeza dos tanques.

Princípios de Prevenção de Eletricidade Estática

Todos os problemas relacionados à eletricidade estática derivam de:

  • geração de cargas elétricas
  • acúmulo dessas cargas em isoladores ou condutores isolados
  • campo elétrico produzido por essas cargas, que por sua vez resulta em uma força ou uma descarga disruptiva.

 

As medidas preventivas buscam evitar o acúmulo de cargas eletrostáticas, e a estratégia de escolha é evitar a geração de cargas elétricas em primeiro lugar. Se isso não for possível, devem ser implementadas medidas destinadas a aterrar as cobranças. Finalmente, se as descargas forem inevitáveis, os objetos sensíveis devem ser protegidos dos efeitos das descargas.

Supressão ou redução da geração de carga eletrostática

Esta é a primeira abordagem de prevenção eletrostática que deve ser realizada, pois é a única medida preventiva que elimina o problema na sua origem. No entanto, conforme discutido anteriormente, cargas são geradas sempre que dois materiais, pelo menos um dos quais é isolante, entram em contato e subsequentemente são separados. Na prática, a geração de carga pode ocorrer mesmo no contato e separação de um material consigo mesmo. Na verdade, a geração de carga envolve as camadas superficiais dos materiais. Como a menor diferença na umidade da superfície ou na contaminação da superfície resulta na geração de cargas estáticas, é impossível evitar completamente a geração de carga.

Para reduzir a quantidade de cargas geradas pelas superfícies que entram em contato:

  • Evite que os materiais entrem em contato uns com os outros se tiverem afinidades eletrônicas muito diferentes, ou seja, se estiverem muito distantes na série triboelétrica. Por exemplo, evite o contato entre vidro e Teflon (PTFE), ou entre PVC e poliamida (nylon) (ver tabela 2).
  • Reduza a taxa de fluxo entre os materiais. Isso reduz a velocidade de cisalhamento entre materiais sólidos. Por exemplo, pode-se reduzir a vazão da extrusão de filmes plásticos, da movimentação de materiais triturados em um transportador ou de líquidos em uma tubulação.

 

Não foram estabelecidos limites de segurança definitivos para taxas de fluxo. O padrão britânico BS-5958-Parte 2  Código de Prática para Controle de Eletricidade Estática Indesejável recomenda que o produto da velocidade (em metros por segundo) e o diâmetro do tubo (em metros) seja inferior a 0.38 para líquidos com condutividades inferiores a 5 pS/m (em pico-siemens por metro) e inferior a 0.5 para líquidos com condutividades acima de 5 pS/m. Este critério é válido apenas para líquidos monofásicos transportados a velocidades não superiores a 7 m/s.

Deve-se notar que a redução da velocidade de cisalhamento ou fluxo não apenas reduz a geração de carga, mas também ajuda a dissipar quaisquer cargas geradas. Isso ocorre porque velocidades de fluxo mais baixas resultam em tempos de residência maiores do que aqueles associados a zonas de relaxamento, onde as taxas de fluxo são reduzidas por estratégias como o aumento do diâmetro do tubo. Isso, por sua vez, aumenta o aterramento.

Aterramento da eletricidade estática

A regra básica da prevenção eletrostática é eliminar as diferenças de potencial entre os objetos. Isso pode ser feito conectando-os ou aterrando-os. Condutores isolados, no entanto, podem acumular cargas e, portanto, podem ficar carregados por indução, um fenômeno que é exclusivo deles. Descargas de condutores podem assumir a forma de faíscas perigosas e de alta energia.

Esta regra é consistente com as recomendações relativas à prevenção de choques elétricos, que também exigem que todas as partes metálicas acessíveis de equipamentos elétricos sejam aterradas conforme o padrão francês Instalações elétricas de baixa tensão (NFC 15-100). Para máxima segurança eletrostática, nossa preocupação aqui, esta regra deve ser generalizada para todos os elementos condutores. Isso inclui armações de mesa de metal, maçanetas de portas, componentes eletrônicos, tanques usados ​​nas indústrias químicas e chassis de veículos usados ​​para transportar hidrocarbonetos.

Do ponto de vista da segurança eletrostática, o mundo ideal seria aquele em que tudo fosse condutor e estivesse permanentemente aterrado, transferindo assim todas as cargas para a terra. Nessas circunstâncias, tudo seria permanentemente equipotencial e, consequentemente, o campo elétrico - e o risco de descarga - seria zero. No entanto, quase nunca é possível atingir esse ideal, pelos seguintes motivos:

  • Nem todos os produtos que devem ser manuseados são condutores, e muitos não podem ser tornados condutores pelo uso de aditivos. Produtos agrícolas e farmacêuticos e líquidos de alta pureza são exemplos disso.
  • As propriedades desejáveis ​​do produto final, como transparência óptica ou baixa condutividade térmica, podem impedir o uso de materiais condutores.
  • É impossível aterrar permanentemente equipamentos móveis, como carrinhos de metal, ferramentas eletrônicas sem fio, veículos e até mesmo operadores humanos.

 

Proteção contra descargas eletrostáticas

Deve-se ter em mente que esta seção trata apenas da proteção de equipamentos eletrostaticamente sensíveis contra descargas inevitáveis, redução da geração de carga e eliminação de cargas. A capacidade de proteger o equipamento não elimina a necessidade fundamental de prevenir o acúmulo de carga eletrostática em primeiro lugar.

Como ilustra a figura 2, todos os problemas eletrostáticos envolvem uma fonte de descarga eletrostática (o objeto inicialmente carregado), um alvo que recebe a descarga e o ambiente através do qual a descarga viaja (descarga dielétrica). Deve-se notar que tanto o alvo quanto o ambiente podem ser eletrostaticamente sensíveis. Alguns exemplos de elementos sensíveis estão listados na tabela 5.

Figura 2. Esquema do problema de descarga eletrostática

ELE030F2

Tabela 6. Exemplos de equipamentos sensíveis a descargas eletrostáticas

Elemento sensível

Exemplos

fonte

Um operador tocando uma maçaneta de porta ou o chassi de um carro A
Componente eletrônico carregado entrando em contato com um
objeto aterrado

Target

Componentes eletrônicos ou materiais em contato com um operador carregado

Meio Ambiente

Uma mistura explosiva inflamada por uma descarga eletrostática

 

Proteção dos trabalhadores

Os trabalhadores que tenham motivos para acreditar que ficaram eletricamente carregados (por exemplo, ao descer de um veículo em tempo seco ou caminhar com certos tipos de calçados), podem aplicar várias medidas de proteção, como as seguintes:

  • Reduza a densidade de corrente no nível da pele tocando um condutor aterrado com um pedaço de metal, como uma chave ou ferramenta.
  • Reduza o valor de pico da corrente descarregando para um objeto dissipador, se houver um disponível (uma mesa ou dispositivo especial, como uma pulseira protetora com resistência serial).

 

Proteção em atmosferas explosivas

Em atmosferas explosivas, é o próprio ambiente que é sensível a descargas eletrostáticas, e as descargas podem resultar em ignição ou explosão. A proteção nestes casos consiste na substituição do ar, seja por uma mistura gasosa cujo teor de oxigênio seja inferior ao limite inferior de explosividade, seja por um gás inerte, como o nitrogênio. O gás inerte tem sido utilizado em silos e em vasos de reação nas indústrias química e farmacêutica. Nesse caso, são necessárias precauções adequadas para garantir que os trabalhadores recebam um suprimento de ar adequado.

 

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Conteúdo

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