Se conosci o se hai sentito parlare delle scariche elettrostatiche e dei problemi che creano alle aziende dell’automazione, molto probabilmente avrai sentito parlare anche delle soluzioni per risolverli – i sistemi antistatici – dato che l’accumulo di cariche elettrostatiche è un fenomeno molto comune nelle aziende che lavorano materiali neutri.
All’inizio questa carica potrebbe non dare problemi ma, continuando ad accumularsi, in pochissimo tempo può raggiungere – e superare – una certa soglia di potenza e liberarsi tutta in un colpo. Scatena quello che comunemente è definito arco elettrico.
È in quel momento che si genera una scintilla ben visibile, una scossa che può portare a conseguenze anche gravi per la produzione e gli operatori dei macchinari.
In questo articolo vedremo cos’è l’arco elettrico, quali sono le conseguenze della sua formazione e quali soluzioni si possono usare per prevenire le scariche elettrostatiche.
Che cos’è l’arco elettrico e perché è importante conoscerlo se si vogliono evitare le scariche elettrostatiche
Con arco elettrico si intende la ionizzazione dell’aria che comporta la diffusione di gas nocivi, calore intenso e l’emanazione di raggi ultravioletti.
Più precisamente l’arco elettrico è una scarica elettrica che mette in gioco una potenza elevatissima in tempi molto brevi, con temperature che possono superare i 10.000°C.
Trattandosi di corrente elettrica, questa potenza è soggetta ad azioni elettrodinamiche che la spingono lontano dal punto di innesco, facendole assume appunto una forma ad arco.
Le situazioni in cui può manifestarsi sono diverse. L’arco elettrico infatti può formarsi:
- per sovratensioni che possono prendere origine all’interno o all’esterno del macchinario;
- per fusione di conduttori sovraccaricati;
- a causa del venir meno dell’isolamento superficiale di un materiale isolante per via dell’umidità e del depositarsi nel tempo di polveri conduttive.
Anche l’aria, in assenza di cause ionizzanti, può essere considerata come un isolante. Se però la tensione aumenta, il campo elettrico può intensificarsi abbastanza da far acquistare ai pochi ioni già presenti l’energia sufficiente a favorire la ionizzazione per urto di altre particelle. Si mette così in circolo una corrente di ioni in movimento con conseguente riscaldamento della zona circostante che provoca un’ulteriore ionizzazione dell’aria. Questo crea un canale gassoso fortemente ionizzato, che si comporta come un conduttore e sostiene l’arco elettrico.
Tutto ciò si verifica quindi in presenza di cariche elettrostatiche, che causano una tensione sempre più alta intorno ai materiali isolanti.
Le cariche si accumulano, superano una certa soglia e scaricano l’energia tutta in un colpo.
Ma come si formano le cariche elettrostatiche?
In condizioni normali, i materiali isolanti sono composti da atomi elettricamente privi di carica, cioè con lo stesso numero di protoni (positivi) e di elettroni (negativi). Quando però questi materiali isolanti vengono sollecitati da forze esterne – frizioni, compressioni, separazioni, induzione e variazioni di temperatura – perdono elettroni da un atomo, rompendo l’equilibrio di cariche positive e negative. A questo punto si polarizzano, provocando uno scambio di elettroni attraverso la superficie e generando le cariche elettrostatiche.
Le conseguenze delle scariche elettrostatiche
Quando l’accumulo di energia causa una scarica elettrostatica, possono verificarsi vari problemi. Ad esempio, se si verifica in un ambiente dove vengono lavorati materiali pericolosi o combustibili, le cariche potrebbero innescare un incendio, se le cariche si accumulano in prossimità della macchina e un operatore si avvicina, potrebbe prendere la scossa oppure il macchinario potrebbe rompersi o fermarsi.
Le conseguenze di un accumulo di scariche elettrostatiche possono essere diverse.
1. Una scarica negli ambienti a rischio può causare incendi
Sia nelle aziende che utilizzano materiali chimici pericolosi, sia in quelle che producono e lavorano prodotti in polvere – come farine, cereali e zucchero – c’è il rischio di innescare incendi ed esplosioni, al pari degli ambienti in cui si utilizzano i prodotti chimici.
A causa della frizione con i rulli ed altri componenti della macchina, si generano scariche elettriche e scintille che, a contatto con vapori infiammabili o esplosivi, possono facilmente innescare incendi ed esplosioni.
Anche nel settore della stampa possono verificarsi fenomeni simili, perché la velocità della macchina di stampa e i vapori dei solventi creano un mix ad alto rischio infiammabile.
Ecco perché anche gli ambienti in cui vengono lavorati prodotti all’apparenza innocui sono a tutti gli effetti ambienti pericolosi e disciplinati dalla direttiva ATEX 99/92/CE, che richiedono prodotti specifici.
2. Se un operatore si trova nelle vicinanze della scarica può prendere la scossa
Gli operatori che si trovano nelle vicinanze del macchinario quando c’è una scarica elettrostatica possono prendere la scossa.
La scossa per carica elettrostatica, in sé, non è pericolosa, ma può scatenare reazioni imprevedibili: chi la subisce potrebbe cadere e sbattere la testa o urtare un’altra persona.
In questi casi, oltre ad individuare la soluzione che elimini le cariche elettrostatiche, è importante, chiaramente, che gli operatori indossino il giusto equipaggiamento per proteggersi: scarpe antistatiche con la suola in cuoio, guanti isolanti ed indumenti appropriati.
3. La macchina può rompersi o fermarsi del tutto
In presenza di cariche elettrostatiche, i materiali in lavorazione e gli sfridi si muovono, si attaccano fra di loro o su parti della macchina rallentando il macchinario. A volte gli addetti sono costretti a bloccare la produzione perché il prodotto inceppa la macchina.
Inoltre, nel momento della scarica elettrostatica, il macchinario potrebbe subire danni gravi che possono comprometterne il funzionamento o corto circuiti che ne possono causare il blocco completo.
Tutto ciò causa perdita di tempo e denaro all’azienda, perché la macchina non riesce a rispettare i tempi di produzione standard.
Il rimedio alle scariche elettrostatiche
Per eliminare le cariche elettrostatiche e risolvere i problemi che derivano dal loro accumulo e dalla scarica elettrostatica, bisogna installare sul macchinario le barre antistatiche che ionizzano l’aria prevenendo l’accumulo delle cariche, prima che possano sfociare in un arco elettrico.
Anche se l’accumulo di cariche è comune in molti settori, i problemi e le esigenze produttive di ogni singola azienda richiedono delle soluzioni specifiche per le cariche elettrostatiche, che dipendono dai materiali, dalla lavorazione e dalla macchina automatica impiegata nel processo. È quindi consigliabile avvalersi della consulenza di un esperto per capire come risolvere il problema una volta per tutte.
Perché non tutte le barre vanno bene per tutti i problemi.
Il primo step è proprio quello di studiare con attenzione i materiali impiegati e misurare le cariche con un sopralluogo. Con dati i dati raccolti l’esperto potrà scegliere la barra più adatta e determinare quante ne occorrono per riportare i materiali lavorati alla condizione neutra.