Las descargas electrostáticas

Por: Ing. Hernán Hernández

La electricidad estática es un fenómeno que seguramente has experimentado alguna vez en forma de descarga al acercarte a tocar un elemento conductor como la manilla o la manija metálica de una puerta, después de haber caminado sobre un suelo de algún derivado plástico; o al bajar de un automóvil y tocar la puerta. Igualmente habrás podido observar destellos al quitarte ropa de tejido acrílico, o has visto cómo tu cabello se pega cuando te acercas a la pantalla de un televisor. La electricidad estática da lugar al conjunto de fenómenos asociados con la aparición de una carga eléctrica en la superficie de un cuerpo aislante, o en un cuerpo conductor aislado.

Para generar electricidad estática es suficiente el contacto o fricción y la separación entre dos materiales, generalmente diferentes y no necesariamente aislantes, siendo uno de ellos mal conductor de la electricidad. Los materiales conductores permiten el paso de cargas eléctricas, mientras los aislantes las obstaculizan.

Cargas negativas y positivas

Las cargas electrostáticas negativas son electrones de los átomos de los elementos químicos, y las positivas equivalen a la acción de los protones del núcleo atómico privados de los electrones de la última capa. Los electrones situados en la superficie de un material aislante, o un conductor aislado, no pueden disiparse fácilmente mientras no tengan una vía conductora a tierra; al no poder circular con facilidad dan lugar a la denominada electricidad estática, lo opuesto a la electricidad dinámica que circula por los conductores con fines de transmisión y utilización de energía. Los electrones tienen libertad de movimiento de una molécula a otra en los conductores, pero los protones son inseparables del átomo y no pueden moverse a menos que lo haga el propio átomo.

El conjunto de los átomos de los cuerpos sólidos forman estructuras que mantienen la posición de dichos átomos entre sí. En cambio en los líquidos y mucho más en los gases, se tiene un desplazamiento relativo entre los mismos. Ésa es la razón por la que en los sólidos sólo se mueven los electrones, y en los líquidos y gases se pueden mover electrones y protones. La carga originada por este fenómeno se llama carga triboeléctrica y una serie triboeléctrica (Tabla 1) ayuda a determinar la polaridad de cada uno de los dos materiales cargados.

La magnitud de la carga electrostática está relacionada con la posición o distancia relativa entre sí de los materiales en la serie, y su signo (+ o -) está determinado por la característica de un material a ceder o ganar electrones, que es lo que en realidad indica tal serie.

LAS DESCARGAS ELECTROSTÁTICAS

Entonces, si haces un experimento frotando un pedazo de piel con un trozo de poliuretano, al separarlos darán lugar a una carga electrostática negativa sobre la pieza de piel y positiva sobre el poliuretano, de igual magnitud.

Acumulación

Después de la generación se presenta la acumulación de las cargas electrostáticas en los materiales no conductores y en los conductores aislados. Esta acumulación puede ocurrir en productos, equipos de proceso, tramos de tubería aislados, recipientes, personas con calzado aislante o sobre suelos que no disipan las cargas, etcétera. A mayor cantidad de cargas electrostáticas corresponde mayor diferencia de potencial respecto a tierra.

Las descargas más potentes se presentan en forma de chispas y pueden deberse a conductores aislados que han tenido un proceso de carga y que se descargan hacia otro conductor cercano.

DISIPACIÓN

La disipación de las cargas electrostáticas depende de la conductividad entre el cuerpo cargado y su camino de conexión a tierra. Una buena conductividad logra la desaparición de las cargas electrostáticas al mismo tiempo que son generadas, con lo cual ni siquiera se llega a su acumulación.

En lugares como centros de cómputo y oficinas, se utilizan contactos de tierra aislada para separar las cargas estáticas del conductor de tierra de protección.

En sitios donde se almacenan solventes o bien se genera polvo que puede ser explosivo, el riesgo más común es el de incendio o explosión por las atmósferas explosivas debido a las mezclas de aire con vapores, nieblas, gases o polvos combustibles. Este peligro puede provocar accidentes en las operaciones o procesos con esos materiales cuando la cantidad de cargas electrostáticas origina un potencial eléctrico elevado que da lugar a la descarga electrostática que se presenta como una chispa, detonante de una atmósfera explosiva, dependiendo por su parte de la energía que posea, y siempre que ésta sea igual o superior a la energía mínima de ignición de la atmósfera explosiva presente.
 
La experiencia demuestra que chispas insignificantes poseen energía suficiente para inflamar mezclas de vapores y gases inflamables con aire. Las atmósferas explosivas de polvos combustibles necesitan descargas mayores. Los valores mínimos de referencia se dan para atmósferas explosivas de hidrógeno con 0,019 mJ y de disulfuro de carbono con sólo 0,009 mJ.

Posible accidente en viviendas

En instalaciones de todo tipo existe el riesgo de generar un daño a causa de una descarga electrostática. En casa, por ejemplo, se puede ocasionar una explosión si hay una fuga de gas; el inicio de este incendio podría ser una descarga electrostática provocada por la ropa, o bien por una instalación muy vieja donde el aislamiento del conductor está deteriorado por el paso del tiempo.

La información aquí expuesta es sólo para brindarte un panorama general de las descargas electrostáticas, tema muy amplio que en otros números se seguirá abordando.

Una descarga electrostática ocurre especialmente cuando el cuerpo cargado se acerca a un elemento conductor, con un cierto grado de conductividad a tierra.