Electricitatea statică în construcții și amenajări. Prevenire și protecție
Acumularea de electricitate statică pe diverse suprafețe este un fenomen comun, pe care îl experimentăm zi de zi – atunci când simțim o ușoare descărcare electrică la atingerea unor obiecte metalice sau a altei persoane, când strângem lenjeria de pat și observăm cum se lipește de alte obiecte, sau când îmbrăcăm o haină care scoate mici scântei. Pare un subiect cu miză redusă; totuși, dincolo de micul disconfort creat în viața noastră curentă, există domenii în care acest fenomen este privit cu mare atenție, deoarece poate avea consecințe importante, mai ales în spațiile unde se lucrează cu substanțe ușor inflamabile, sau cele cu aparatură electronică de înaltă fidelitate. Și mai este un aspect care ne afectează destul de mult în viața de zi cu zi: praful care se depune pe obiecte. Să vedem așadar ce se întâmplă în aceste cazuri și ce trebuie să facem pentru a ne optimiza confortul și gradul de siguranță.
Un fenomen comun
Electricitatea statică a fost observată și studiată de mii de ani, de când Thales din Milet arăta că o bucată de chihlimbar, frecată cu o cârpă de lână, se electriza și atrăgea obiecte ușoare. Inclusiv numele de ”electron” provine de la denumirea grecească a chihlimbarului. Fenomenul este cercetat și astăzi, deoarece se întrevede un potențial important de descoperiri în domeniul materialelor dielectice, respectiv pentru dezvoltarea de noi semiconductori, folosiți la realizarea circuitelor integrate (microcipuri). Există, oricum, numeroase aplicații ale acestui fenomen – de pildă copiatoarele cu toner și imprimantele laser folosesc încărcarea electrostatică a foii de hârtie pentru a obține o imagine. De asemenea, filtrele de aer și de polen funcționează cu ajutorul unor plăci încărcate electrostatic ce atrag particulele ionizate din aer.
În majoritatea cazurilor de acest gen pe care le observăm în viața de zi cu zi, la bază se află efectul triboelectric, care poate fi descris ca încărcarea cu sarcini electrice pozitive sau negative a două suprafețe solide aflate în contact și apoi separate. Atunci când se află în contact, cele două materiale fac schimb de electroni, pentru a ajunge la o stare de echilibru; dacă sunt separate și, mai ales, dacă sunt frecate între ele (deci separări repetate), se creează un dezechilibru de suprafață – un material are surplus de electroni, celălalt are deficit. ”Tribo” înseamnă în greaca veche ”frecare”. Tendința fiecărui material este de a-și reface acel echilibru, dar unele sunt mai bune conductoare (metalele de pildă), altele sunt izolatoare, deci disiparea electronilor în masă se face mai încet (aici materialele plastice sau textilele sunt exemple foarte bune).
Electronii rămân pe suprafață până se disipă, sau se descarcă dacă îi aducem în contact cu medii bune conductoare, cum sunt obiectele metalice. Unele descărcări pot fi spectaculoase, un fel de mini-fulgere de mii de volți, cu intensitate redusă - ceea ce nu înseamnă că nu pot provoca aprinderea unor substanțe, perturbarea câmpurior electromagnetice sau a unor circuite electronice sensibile. Cât timp rămân la suprafață, aceste sarcini electrice negative vor atrage sarcinile pozitive din alte materiale, fapt care se observă când sunt atrase obiecte ușoare, precum bucățelele de hârtie.
Măsuri de prevenire și protecție
Consecințele fenomenelor de mai sus sunt diverse și trebuie luate în calcul pentru diverse tipuri de spații –industriale, medicale, de cercetare, centrale telefonice, servere, chiar spații rezidențiale. Să vedem despre ce este vorba în aceste cazuri.
• În silozurile de cereale, orice scânteie poate aprinde gazele emenate (metan) și praful extrem de inflamabil, mai ales atunci când se încarcă și descarcă produse, caz în care apar încărcări electrostatice importante. De aceea, sunt luate măsuri care vizează atât echipamentele lucrătorilor (acestea nu trebuie să se încarce electrostatic), dar mai ales realizarea unor componente și rețele de conductori pentru descărcarea sarcinilor electrice. Pentru mai multă siguranță, silozurile de cereale sunt confecționate în ultimul timp din metal și legate la împământare, ceea ce reduce simțitor riscul aprinderii și al exploziei.
• Atelierele și fabricile de electronice sunt, de asemenea, vulnerabile, simpla atingere umană putând duce la distrugerea unor componente integrate. Trebuie spus că omul percepe pe piele electricitatea statică doar de la circa 4000 de volți în sus, dar el în timpul zilei este încărcat constant cu tensiuni de până la 2500 V, pe care nu le simte (mișcarea este suficientă însă pentru a se încărca). Chiar și în condiții obișnuite, o descărcare poate afecta circuitele electronice sensibile. De asemenea, materialele sintetice comune, foarte ușor de electrizat, sunt evitate pe cât posibil în aceste spații. În privința aparatelor electronice, prima măsură este protejarea cu carcase metalice legate la împământare, care au rol de ecranare.
De asemenea, lucrătorii pot folosi echipamente (inclusiv încălțăminte conductivă), covorașe sau brățări antistatice, ori sprayuri cu care acoperă suprafețele de lucru. Totuși, nu este suficient, de aceea sunt luate și alte măsuri, începând cu amenajarea spațiului respectiv: pardoseli și finisaje speciale, realizate cu aditivi antistatici, respectiv conductori care sunt legați la rețeaua de împământare. Pentru zone bine delimitate, unde există riscuri importante, există posibilitatea de a amplasa neutralizatoare cu ionizare – acestea creează câmpuri de ionizare a aerului, iar ionii astfel creați neutralizează sarcinile electrice din materialele vizate.
• Spații industriale diverse – și aici, electricitatea statică poate afecta componentele electronice și aparatele de măsură de înaltă fidelitate. De exemplu, în industria auto, alimentară sau farmaceutică, în tipografii, unități cu centre de date, fabrici de mobilă sau de ambalaje. Nu în ultimul rând, este cazul spațiilor unde se lucrează cu substanțe volatile ori pulberi inflamabile, inclusiv în benzinării, stații de încărcare cu combustibil a aeronavelor sau în industria armamentului. Un caz particular este electricitatea statică indusă, care se manifestă mai ales acolo unde se lucrează mult cu materiale plastice – un șoc electric poate avea efecte extreme, mai ales pentru cei cu boli cardiace.
Ca măsuri de prevenție, în afară de materiale și finisaje cu caracter antistatic, există și varianta controlului umidității aerului: un aer mai umed permite neutralizarea sarcinilor electrice de pe suprafețe neconductive, care, prin natura lor, nu pot fi conectate la împământare. Echipamentele de umidificare au avantajul că sunt eficiente în întreaga incintă, dar pot afecta anumite materiale sensibile la apă (hârtie, lemn) și pot crea disconfort lucrătorilor, de aceea procentul de umiditate relativă trebuie atent supravegheat.
• Unități medicale – acestea sunt vulnerabile mai ales în spații precum sălile de operații, laboratoarele de analize, secțiile de imagistică și acolo unde aparatura funcționează cu câmpuri electromagnetice sensibile. Nu în ultimul rând, trebuie avut grijă la instalațiile cu oxigen, unde există pericol de explozie. Soluțiile sunt, și aici, cele menționate anterior, în funcție de spațiu: finisaje antistatice cu împământare, umidificatoare, neutralizatoare cu ionizare.
• Spații rezidențiale, de birouri și hoteluri – aici praful este un ”inamic” redutabil. Extrem de ușor, el va fi atras de suprafețele electrizate precum melamina mobilierului, sticla, textilele sintetice (poliesterul), dar și naturale (blănurile, lâna). Acest fenomen poate fi privit ca un aspect negativ, pentru că trebuie să curățăm, dar și pozitiv, pentru că nu va mai trebui să inspirăm noi particulele din aer. Se bucură de o popularitate tot mai mare materiale textile care atrag praful și îl rețin, pentru a fi îndepărtat ulterior prin aspirare umedă sau uscată.
Praful afectează nu doar confortul și sănătatea utilizatorilor, ci și aparatele electrice, electrocasnice sau electronice, care sunt adevărați magneți pentru praf. Mai trebuie spus că aerul uscat, bun izolator, face ca electricitatea statică să se mențină la un nivel ridicat. De aceea, este bine să folosim metode de umidificare și purificare a aerului, astfel încât sarcinile electrice să fie cât mai reduse ca număr, în aer și pe suprafețe.
De asemenea, putem folosi produse de curățenie și întreținere cu caracter antistatic. Pielea naturală, lemnul sau bumbacul se încarcă electrostatic mai greu, de aceea le putem folosi atunci când ținem la curățenie, dar avem un filtru de aer performant.
