manual del participante de electricidad estática

5/24/2018 Manual Del Participante de Electricidad Est tica

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ndice

Objetivo 2

1. La Electricidad Esttica y su manifestacin en el mundo. 3

1.1. Historia. 3

1.2. Concentraciones de electricidad esttica. 6

1.3. Formacin y desarrollo de la electricidad esttica. 7

2. Riesgos de la Electricidad Esttica. 12

2.1. Descarga electrosttica. 12

2.2. Generacin de la electricidad esttica. 14

3. Fundamentos de Seguridad Elctrica. 17

3.1. Medidas de prevencin y proteccin. 17

3.2. Aislantes y conductores. 22

4. Operaciones generadoras de Electricidad Esttica. 25

4.1. Generacin, acumulacin y descarga violenta de cargas electrostticas. 25

4.2. Otras fuentes generadoras. 26

5. Evaluacin y Medicin de Cargas Electrostticas. 28

5.1. Evaluacin de la Electricidad Esttica. 28

5.2. Medicin de la Electricidad Esttica. 28

6. Mtodos de Control de Electricidad Esttica. 30

6.1. Prevencin de la Electricidad Esttica 30

6.2. Puntos bsicos para el control electrosttico. 32

7. Solucin de Problemas de Generacin de Esttica. 34

7.1. Equipos y materiales. 34

7.2. Otros dispositivos y elementos de proteccin antiesttica. 36

Referencias Bibliogrficas 37


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Objetivo

Al finalizar el curso-taller, el participante comprender losmecanismos de generacin de cargas estticas peligrosas en lasoperaciones industriales, reconocer los materiales de mayorriesgo en la generacin de electricidad esttica y conocer losmedios, equipos y sistemas ms eficaces para su deteccin,prevencin y control.


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1. La Electricidad Esttica y su Manifestacin en el Mundo

1.1 Historia

Alrededor del 600 a. C. el filsofo griego Tales de Mileto descubri que si frotaba un trozode la resina vegetal fsil llamada mbar, en griego lektron, este cuerpo adquira lapropiedad de atraer pequeos objetos. Algo ms tarde, otro griego, Teofrasto (310 a. C.),realiz un estudio de los diferentes materiales que eran capaces de producir fenmenoselctricos y escribi el primer tratado sobre la electricidad.

Alrededor de 1672 el fsico alemn Otto von Guericke construye la primera mquinaelectrosttica capaz de producir y almacenar energa elctrica esttica por rozamiento.

Esta mquina consista en una bola de azufre atravesada por una varilla que serva parahacer girar la bola. Las manos aplicadas sobre la bola producan una carga mayor que laconseguida hasta entonces. Francis Hawksbee perfeccion hacia 1707 la mquina defriccin usando una esfera de vidrio.

En 1733 el francs Francois de Cisternay du Fay propuso la existencia de dos tipos decarga elctrica, positiva y negativa, constatando que:

Los objetos frotados contra el mbar se repelen.

Tambin se repelen los objetos frotados contra una barra de vidrio.

Sin embargo, los objetos frotados con el mbar atraen los objetos frotados con el

vidrio.

En 1785 el fsico francsCharles Coulomb public un tratado en el que se describan porprimera vez cuantitativamente las fuerzas elctricas, se formulaban las leyes de atracciny repulsin de cargas elctricas estticas y se usaba la balanza de torsin para realizarmediciones. En su honor, el conjunto de estas leyes se conoce con el nombre de ley deCoulomb. Esta ley, junto con una elaboracin matemtica ms profunda a travs delteorema de Gauss y la derivacin de los conceptos de campo elctrico y potencialelctrico, describe la casi totalidad de los fenmenos electrostticos.

La electricidad esttica es un fenmeno que se debe a una acumulacin de cargaselctricas en un objeto. Esta acumulacin puede dar lugar a una descarga elctrica

cuando dicho objeto se pone en contacto con otro.

Causas de la Electricidad Esttica: Los materiales con los que tratamos en nuestra vidadiaria estn formados por tomos y molculas que son elctricamente neutros porquetienen el mismo nmero de cargas positivas (protones en el ncleo) que de cargasnegativas (electrones alrededor del ncleo). El fenmeno de la electricidad estticarequiere de una separacin sostenida entre las cargas positivas y negativas, acontinuacin se muestran las
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principales causas para que esto sea posible:

Induccin de la separacin de cargas por contacto: Los electrones pueden serintercambiados entre dos materiales por contacto y, adems, los materiales que tienenunos electrones dbilmente ligados tienen tendencia a perderlos mientras que losmateriales que no tienen llenas las capas externas de electrones tienen tendencia aganarlos. Este fenmeno es conocido como triboelectricidad y da como resultado que unode los objetos que se han puesto en contacto quede cargado positivamente mientras elotro se carga negativamente. La polaridad y la cantidad de la carga neta que queda acada material cuando se separan depender de sus posiciones relativas en la serietriboelctrica (una lista que clasifica los materiales en funcin de su polaridad y sucapacidad de adquirir carga). El Efecto triboelctrico es la causa principal de laelectricidad esttica que observamos en nuestra vida diaria e incluye la que se producepor rozamiento de diferentes materiales.

Separacin de cargas inducida por la presin: Algunos tipos de cristales y cermicatienen la propiedad de generar una separacin de cargas en respuesta a la aplicacin deun esfuerzo mecnico, es lo que se denomina piezoelectricidad, esta es un fenmenopresentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecnicasadquieren una polarizacin elctrica en su masa.

Separacin de cargas inducida por la temperatura: Algunos minerales, como laturmalina, presentan la capacidad de ser polarizados por efecto del calor, es lo que seconoce como piroelectricidad o efecto piroelctrico. Todos los materiales piroelctricosson tambin piezoelctricos, las dos propiedades estn estrechamente relacionadas entre

s. La piroelectricidad es la capacidad de cambiar la polarizacin de algunos materialessometidos a cambios de temperatura generando un potencial elctrico producido por elmovimiento de las cargas positivas y negativas a los extremos opuestos de la superficie atravs de la migracin.

Separacin de cargas inducida por la presencia de un objeto cargado: Un objetocargado, puesto cerca de otro elctricamente neutro, causar la separacin de las cargasdel otro, dado que las cargas de la misma polaridad se repelen mientras que las dediferente polaridad se atraen. Como la fuerza debida a la interaccin entre las cargaselctricas disminuye rpidamente con el aumento de la distancia, el efecto ser mayor siestn muy cerca. Este efecto es mayor cuando el objeto inicialmente neutro es unconductor elctrico porque las cargas tienen ms facilidad para moverse.

Es posible inducir una separacin de cargas y si el objeto est convenientementeconectado a tierra dejarlo cargado permanentemente. Este es el sistema que utiliza elGenerador de Van de Graaff, un aparato habitualmente utilizado para demostrar losefectos de la electricidad esttica.


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GENERADOR DE VAN DE GRAAFF

El generador de Van de Graaff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandesvoltajes. En realidad es un electrforo defuncionamiento continuo.

Se basa en los fenmenos deelectrizacin por contacto y en lainduccin de carga. Este efecto es creadopor un campo intenso y se asocia a la altadensidad de carga en las puntas.

El primer generador electrosttico fueconstruido por Robert Jamison Van deGraaff en el ao 1931 y desde entoncesno sufri modificaciones sustanciales.


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1.2 Concentraciones de Electricidad Esttica

En el espacio existen numerosas extensiones o concentraciones de electricidad esttica,las cuales permanecen en reposo formando grandes acumulaciones elctricas, hasta quealguna de estas entra en contacto con otras concentraciones de masa oscura, cuerpos omaterias que absorben esa energa (electricidad esttica) o surgen de ellas descargasque se fijan en el hidrgeno- metlico. La presencia de esta energa en el espacio es unaconstante que el hombre tendra que tener en cuenta, pues la electricidad no es algo quese produce exclusivamente en la Tierra.

Cuando una de estas concentraciones de electricidad esttica entra en contacto conalguna acumulacin de masa estelar (hidrgeno- metlico), esta masa se carga de dichaelectricidad, adquiriendo as el principio de atraccin y repulsin mutua entre el conjuntode la distinta masa estelar. Si la masa estelar no se carga con esta clase de energa, lamasa no puede adquirir ningn poder de atraccin, permaneciendo en un estado dereposo e inactividad, luego el principio de gravedad es debido a la carga elctrica que lamasa estelar recoge del espacio, no a ninguna facultad que pueda poseer la masa en scomo algo inherente a su naturaleza.

Hoy se ignora cul puede ser el origen o la causa de la formacin de la electricidadesttica en el Universo. Puede que parte de esa energa que se genera en el universo,sea producida por la presencia del fro seco que reina en el interior del Universo o poruna descomposicin de las radiaciones que emiten otros cuerpos, masas o sustanciasatmicas, o puede que sea debido a un proceso parecido al que se produce en la Tierracon el desarrollo de las tormentas, pero de lo que s estamos seguros es de la existencia

de esta clase de electricidad en numerosas partes del Universo.

Se ha comprobado que, en determinadas circunstancias, los cuerpos pueden cargarse deesta clase de electricidad, por eso se producen las chispas o chasquidos, detalles que nosrecuerdan a la electricidad que todos conocemos: la electricidad del enchufe, los cables,la corriente que mueve la lavadora, enciende la luz y calienta la estufa. Sin embargo, estaelectricidad es distinta; se acumula sobre algunos cuerpos, por ejemplo el pelo o la ropasinttica, y no se desplaza ya de ese cuerpo hasta que por algn motivo se produce unadescarga. A esta clase de electricidad que permanece "en reposo" la llamamos esttica.

Los protones y los electrones son partculas elctricas que forman la base de estaenerga. Cada protn tiene lo que se llama carga positiva y cada electrn carga negativa o

viceversa, es decir, uno de ellos est constituido de la misma fuerza en negativo que suopositor. La carga positiva del protn se representa con el signo ms (+) y es unamanifestacin concentrada de la energa pura. La carga negativa del electrn serepresenta con el signo menos (-) y es una manifestacin negativa de la propia energapositiva ambas unidas forman la base de lo que conocemos como electricidad. Estaspartculas son las mismas que en la atmsfera de la Tierra generan la electricidad estticaque producen las tormentas elctricas, con los rayos, relmpagos y truenos.


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1.3 Formacin y Desarrollo de la Electricidad Esttica.

A continuacin vamos a mostrar un ejemplo de cmo se puede producir lasconcentraciones de electricidad esttica en el espacio. Su desarrollo puede ser parecido acomo, aqu en la Tierra se producen las tormentas elctricas, slo que de forma seca (sinagua). Aqu los protones y electrones se acumulan por separado, aunque no siempre lopuedan hacer en la misma posicin, como podemos ver en la figura siguiente:

Las descargas se producen por la entrada en contacto entre las dos clases de partculaselctricas de distinta polaridad. Primero entre ellas se establece una comunicacin previade tanteo que polariza la propia carga antes de producirse la verdadera descarga.

Adems de las descargas que se producen a tierra, hay otras que se desarrollan entrenubes de distinta polaridad, que son las que producen la mayor parte de los relmpagosque observamos en una tormenta, como podemos ver en la siguiente figura siguiente:


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Las descargas entre nubes generan los rayos horizontales que podemos ver en eltranscurso de algunas tormentas, como los relmpagos, que son las descargas que sedesarrollan entre nubes de distinta polaridad, produciendo en su contacto una chispa orayo, que causa la liberacin de una parte de la energa elctrica acumulada, siempre queestas concentraciones se aproximen entre s. Esta es la manifestacin conjunta de losprotones y electrones, que al unirse se funden produciendo una energa visible, que causaun resplandor momentneo, de forma repetida, en el interior de esas nubes, hasta que seagota toda la electricidad esttica acumulada.

Sin embargo, no sucede igual con las nubes cargadas de la misma polaridad, que tiendena separarse unas de otras por el efecto que causa la repulsin entre las cargas elctricasde la misma polaridad, pese a que el viento las empuja y las vuelve a juntar. Estoaumenta la carga elctrica entre esas nubes, se suman sus potenciales, unindose laspartculas de la misma polaridad, lo que hace las acumulaciones cada vez ms grandes ycon mayor intensidad.

Otras veces las nubes estn cargadas de unasola polaridad, descargndose sobre la tierra,o sobre otras nubes, produciendo los mismosefectos, es la manifestacin concentrada deuna energa invisible que no tiene rival. Estose produce siempre que se enfrentan nubescargadas con partculas elctricas de distintosigno, bien a tierra o sobre la proximidad deotra nube.Cuando las cargas entre las nubes existentesson de la misma polaridad, se produce, enprincipio, una repulsin, igual que si fuesendos imanes de la misma polaridad, en cambiocuando son de distinta polaridad, las nubes se atraen unas con otras o contra la propiatierra, saltando la chispa que produce la descarga que causa el rayo.

En el espaciointerestelar lasacumulacioneselctricas, pueden serde forma parecida acomo se producen en

la Tierra, aunquecomo variante puedeser concentracionesde una sola polaridad.Esta forma deacumulacin deelectricidad estticaes ms estable que las acumulaciones anteriores de doble polaridad, las cuales podranser concentraciones parecidas a


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las que mostramos en la figura siguiente.

Lo que no sabemos con seguridad es si, esta energa, puede acumularse en el espacio enforma de islas y en polaridades separadas.

En el espacio interestelar, las cargas elctricas se pueden acumular tambin de formamixta o alterna, pero sin rozarse una partcula elctrica con la opuesta de signo contrario,ya que los signos o polaridades opuestas se atraen, al tiempo que, si se rozan, sautodestruyen, generando energa. La conservacin de esta electricidad, dentro de cadaacumulacin, puede deberse al vaco del espacio y a su distancia entre partculas, esto esposible dada la inmensidad del espacio, pues los campos elctricos pueden tener millonesde km2 de dimetro, incluso aos luz; as la electricidad puede permanecer de formaesttica durante inmensos periodos de tiempo, sin sufrir alteracin alguna, pero en elmomento en que un signo o polaridad toca al signo o polaridad opuesta, se autodestruyecon una chispa o rayo, que determina el relmpago, segn la cantidad o volumen deenerga que interviene en la liberacin de una descarga, aunque todo ello esindependiente del medio en el que se produce. Por ejemplo, una de estas acumulacionesde energa la podemos ver en la figura 28-5. Esta es como una gran extensin o campode electricidad en el que los dos signos elctricos permanecen equidistantes de formaesttica, hasta que algo los toca o los invade, entonces se precipitan sobre el objeto omasa en s, polarizndose.

As, en el espacio se forman numerosas concentraciones de electricidad esttica en lasproximidades del interior de las nebulosas y en diversos puntos de las galaxias. Esta es laprimitiva energa del Universo que tiene, por fuerza, que existir en grandes cantidades,aunque hasta ahora no se haya podido constatar. Estas concentraciones elctricas son asu vez atradas con mayor fuerza


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por los cuerpos o masas que ya se han cargado de esta electricidad, formando ascuerpos con atraccin cada vez ms fuerte, es decir, campos de gravedad cada vez demayor intensidad (ver las diferentes siluetas de la masa oscura o hidrgeno molecular),que existen repartidas por las inmediaciones de nuestro espacio sideral y en mayormedida repartidas por otras partes del Universo. El fro seco y el vaco parcial de nuestroUniverso, favorecen la formacin y estabilidad de las concentraciones de electricidadesttica. Esto hace que sus distintas polaridades permanezcan, estticas, inmviles yequidistantes unas de otras. De esta forma se conservan durante infinitos periodos detiempo, hasta que se produce el encuentro con las concentraciones de masa estelar que,de alguna forma, las absorben, como una esponja puede absorber unas gotas de agua.Otras veces las concentraciones elctricas son autodestruyen antes de que se polaricen,con un chasquido, chispazo o descarga que puede ser de gran magnitud, como si fueseuna tormenta csmica. No siempre la electricidad esttica consigue los objetivos para losque ha sido diseada.

Aqu es cuando interviene el factor tiempo (lo que no se consigue una vez se logra otra).La naturaleza crea las condiciones, el tiempo presenta la ocasin, las oportunidades, slohay que perseverar y tener el tiempo necesario para lograr los objetivos que persigue lanaturaleza, como ente que es con inteligencia propia. Por ejemplo: si tiramos cien vecesuna moneda al aire, puede que 99 salgan cara, en cuyo caso no sucedera nada, peroalguna vez saldr cruz, y ese es el momento, la ocasin que espera la naturaleza para eldesarrollo de un nuevo acontecimiento, ese es el factor con el que juega la naturalezapara realizar sus progresos. Por este motivo nos sorprendemos cuando el hombre trata deponer edad al Universo, trata de imponerle un tiempo, una edad para desarrollar todocuanto existe, como si el Universo fuese de la misma naturaleza que el hombre. Si esofuese as, nada de lo que hoy existe sera realidad. La naturaleza no tiene prisa, no sabeque es el tiempo, en cambio el ser humano s, necesita ese tiempo para vivir su propiavida o realizar alguna de sus funciones. Es algo ya concreto que la naturaleza haestablecido y que el propio hombre no puede alterar.

La naturaleza ha creado leyes para no equivocarse, y, si se equivoca, aprende de ello.No hace lo que hace el hombre, el cual persiste en sus errores, en cambio la naturalezase corrige ella misma, aprende de sus fallos. Esa es la base para asegurarse el xito, asla electricidad y las distintas formas de manifestarse esta energa son, en cada caso, elprincipio de otros procesos en el Universo. Todo ya est previsto, interrelacionado parael desarrollo de la evolucin de la propia naturaleza, pues se basta ella misma paracorregirse y evolucionar.

As entendemos que, siempre que entra en contacto un protn o signo elctrico positivocon un electrn o signo elctrico negativo, se produce un chispazo y el contenido de lacarga elctrica se autodestruye, liberando la energa que entre estas dos partculas existe.Cuando son grandes cantidades de protones y electrones, se producen grandes rayosque se manifiestan a lo lejos como relmpagos, que generan unos crujidos secos, que sino fuesen por el vaco del espacio, llegaran hasta nosotros como gigantescos truenos,parecidos a los que se producen aqu en la Tierra con el desarrollo de las tormentas.


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La electricidad esttica se produce en grandes cantidades por todo el espacio, sobretodoen el interior de las nebulosas o sus inmediaciones, debido a que estas se concentrancerca de los grandes campos de gravedad, son regiones donde se concentran lasradiaciones de energa que se genera en otras partes del Universo. Esta energa seacumula junto con otras sustancias, la masa estelar, los numerosos gases y las grandesconcentraciones de polvo que contribuyen a la formacin de las estrellas o a sunacimiento, pero solo la masa estelar (el hidrgeno- metlico) tiene la facultad decargarse de electricidad esttica, sin este hecho no nace la gravedad y sin esta fuerza, nose produce la mecnica de termofusin- nuclear, cosa que no puede hacer ni el gas ni elpolvo estelar por separado o de forma aislada, ya que estas sustancias no se puedenpolarizar con la electricidad esttica, pues no conservan de forma estable la cargaelctrica. En cambio todas estas sustancias, si se pueden adherir a la masa estelar yapolarizada por el efecto de atraccin que desarrolla la nueva masa, naciendo as elprincipio de gravedad. De esta forma si se puede liberar el polvo y los diferentes gasesque se acumulan o ya existen en el propio espacio.

Aqu en la Tierra, tambin se desarrollan concentraciones de electricidad esttica. Cadavez que se produce una tormenta elctrica, se liberan grandes cantidades de estaenerga. Otra forma de producirse esta energa la podemos ver con frecuencia en la

Antrtida: durante los fros meses del invierno antrtico, se producen concentraciones ocargas de electricidad esttica sobre algunos objetos o cosas del interior de los refugiosde investigacin, que, por muy aislantes que estos sean, no impide que se carguen losdiversos objetos de esta clase de electricidad. Se ha podido comprobar como saltanchispas de unos objetos a otros y como, con mucha frecuencia, se producen loschasquidos en diversas partes del refugio. Si muchos de estos objetos del interior delrefugio fuesen masa estelar, sta quedara cargada de electricidad esttica. Entoncesesta masa adquirira el principio de atraccin y repulsin mutua, es decir, el principio o laformacin de la gravedad, ese es el origen de la gravedad, el resto de la masa no producela ms mnima fuerza de atraccin.

La electricidad se manifiesta de varias formas en la naturaleza, pero en el espacio solo sedesarrolla de forma esttica. Toda clase de electricidad necesita la presencia de dossignos elctricos de distinta polaridad (+ - ) o (- +). Un signo o polo elctrico es solo unaparte de esta energa, digamos que es la mitad de la electricidad. Para que esta fuerza semanifieste como tal, se precisan los dos signos o polos elctricos, (los protones y loselectrones).

Dos signos o polos elctricos tiene la corriente continua; dos signos o polos tiene la

corriente alterna; dos signos o polos tiene la pila de una linterna; dos signos o polostienen los acumuladores o bateras; dos signos o polos tiene la electricidad esttica, dossignos tiene toda clase de electricidad, hasta la que se forma en el espacio. Lo mismo queun imn no puede tener un solo polo, as la electricidad no puede tener un solo signoelctrico. Esto no sera nunca electricidad, sera otro tipo de energa, por lo tanto la teoraque hoy existe sobre el funcionamiento de la electricidad, no es correcta, no es solamenteuna corriente de electrones la que circula por un solo cable, sino que en cada punto seencuentran las dos partculas elctricas, que son las conforman la electricidad.


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2.- Riesgos de la Electricidad Esttica

2.1 Descarga electrosttica

La chispa asociada a la electricidad esttica est causada por la descarga electrostticaque se produce cuando el exceso de carga es neutralizado por un flujo de cargas desde elentorno al objeto cargado o desde ste hacia su entorno. En general, una acumulacinsignificativa de cargas slo puede ser persistente en zonas de baja conductividadelctrica, en un entorno donde muy pocas cargas se pueden mover libremente. El flujo delas cargas neutralizadoras se genera a menudo a partir de tomos y molculas neutrasdel aire que son separados para formar cargas positivas y negativas, entonces se muevenen direcciones opuestas como una corriente elctrica, neutralizando la acumulacinoriginal de cargas. El aire se rompe de esta manera alrededor de unos 30.000 voltios por

centmetro, este valor depende de la humedad. La descarga calienta el aire de alrededor yproduce una chispa brillante, tambin provoca una onda de choque que es la causante delsonido que se puede llegar a escuchar.

El choque elctrico que notamos cuando recibimos una descarga electrosttica se debe ala estimulacin de los nervios cuando la corriente neutralizadora fluye a travs del cuerpohumano. Gracias a la presencia de agua que hay en todo el cuerpo y que se mueve, lasacumulaciones de carga no llegan a ser lo suficientemente importantes como para causarcorrientes peligrosas.

Una persona que camina sobre una alfombra puede fcilmente cargarse hasta de 5.000voltios y producir una descarga de pulsacin de 30 amperios en un circuito electrnico

sensible.

Rayo

El rayo es una descarga electrosttica natural.

El rayo es un ejemplo de una descarga electrostticaque se puede observar en la naturaleza. Aunque losdetalles no estn del todo claros, se considera que laseparacin de las cargas est relacionada con elcontacto que se produce entre las partculas de hielo

que forman las nubes de tormenta. Pero sea cual seala causa, el rayo resultante no es otra cosa que una versin a gran escala de las chispasque podemos observar en las descargas electrostticas domsticas. La emisin de luz porla descarga calienta el aire que hay alrededor del canal que sigue la corriente elctrica ylo hace hasta una temperatura que produce luz por incandescencia. El sonido del truenoes el resultado de la onda de choque que se crea por la rpida expansin del aire sobrecalentado.


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Peligros

Efecto de una descarga de electricidad estticasobre la superficie de un film radiogrfico. Ladescarga ha dibujado un patrn caracterstico enforma de "rbol". Este es un ejemplo tpico de unartefacto radiogrfico.

A pesar de su naturaleza, aparentemente inocua,segn nuestra experiencia en la vida diaria, laelectricidad esttica puede tener efectospeligrosos no despreciables en situaciones en las

que la acumulacin de cargas se produce en presencia de materiales o dispositivossensibles.

Componentes electrnicos

Muchos componentes electrnicos, en especial los dispositivos semiconductores, sonextremadamente sensibles a la presencia de la electricidad esttica y pueden ser daadospor una descarga electrosttica.

Industria qumica

Las descargas electrostticas pueden resultar muy peligrosas en lugares donde se tratacon sustancias inflamables. Una pequea chispa es capaz de iniciar la ignicin demezclas explosivas con consecuencias devastadoras. Es el caso de las fbricas quetrabajan con sustancias en polvo en presencia de materiales combustibles o explosivos.

Exploracin del espacio

Debido a la humedad extremadamente baja que hay en el medio extraterrestre, es posibleque se produzcan grandes acumulaciones de cargas estticas que son un peligroimportante para los dispositivos electrnicos que se utilizan en los vehculos espaciales.Tambin representa un riesgo para los astronautas, el hecho de caminar sobre un terrenotan seco, como lo es el de la Luna o el de Marte, provoca la acumulacin de una cantidad

significativa de cargas elctricas que puede provocar descargas electrostticas capacesde daar los aparatos electrnicos.

Operaciones de repostaje

Si se produce una descarga electrosttica en presencia de combustible y su voltaje essuficientemente grande, puede provocar la ignicin de los vapores que se desprenden delcombustible. Este es un peligro presente en las estaciones de servicio y es una de lasrazones por las que es aconsejado


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parar el motor mientras se carga el vehculo con gasolina. Este peligro tambin estpresente en los aeropuertos, durante las operaciones de repostaje de los aviones.

2.2 Generacin de la electricidad esttica

El fenmeno de la generacin de electricidad esttica se conoce desde hace muchosaos al observar la atraccin de trozos de papel mediante varillas o barras de materialesaislantes despus de haber sido frotadas con una pieza de tela. Para generar electricidadesttica es suficiente el contacto o friccin y la separacin entre dos materialesgeneralmente diferentes y no necesariamente aislantes, siendo uno de ellos malconductor de la electricidad. Los materiales conductores permiten el paso de cargaselctricas, mientras los aislantes lo obstaculizan. Las cargas electrostticas negativas son

electrones de los tomos de los elementos qumicos y las positivas equivalen a la accinde los protones del ncleo atmico privados de los electrones de la ltima capa. Loselectrones situados en la superficie de un material aislante o un conductor aislado nopueden disiparse fcilmente mientras no tengan una va conductora a tierra. Al no podercircular con facilidad dan lugar a la denominada electricidad esttica, a diferencia de laotra electricidad dinmica que circula por los conductores con fines de transmisin yutilizacin de energa. Los electrones tienen libertad de movimientos de una molcula aotra en los conductores, pero los protones son inseparables del tomo y no puedenmoverse a menos que lo haga el propio tomo. El conjunto de los tomos de los cuerposslidos forman estructuras que mantienen la posicin de dichos tomos entre s. Encambio en los lquidos y mucho ms en los gases, se tiene un desplazamiento relativoentre los mismos. Esa es la razn porque en los slidos slo se mueven los electrones y

en los lquidos y gases se pueden mover electrones y protones. La carga originada poreste fenmeno se llama carga triboelctrica y una serie triboelctrica como la mostradaayuda a determinar la polaridad de cada uno de los dos materiales cargados. La magnitudde la carga electrosttica est relacionada con la posicin o distancia relativa entre s delos materiales en la serie y su signo est determinado por la propensin de un material aceder o ganar electrones que es lo que en realidad indica tal serie. As p.e. el frotamientode una pieza de vidrio y otra de tefln y su posterior separacin darn lugar a una cargaelectrosttica negativa sobre la pieza de tefln y otra de igual magnitud y carga positivasobre la de vidrio. La misma experiencia realizada p.e. con el polister y nquel daracargas positivas y negativas respectivamente en sus superficies pero con magnitud menorde la cantidad de carga elctrica en culombios.

Esta primera forma de generacin de electricidad esttica es la ms corriente y ocurre enmultitud de situaciones. As una cinta transportadora o correa, al pasar por una polea, ouna banda de papel, tela, etc. al pasar entre rodillos, genera cargas de electricidadesttica. Tambin se genera en el trasvase de lquidos no conductores a travs deconducciones, al caer a chorro libre, al ser pulverizado a travs del aire y cuando el aire uotros gases burbujean a travs de tales lquidos. Los disolventes derivados del petrleo,como el tolueno y el disulfuro de carbono, son materiales que fcilmente generan yacumulan cargas electrostticas habiendo generado accidentes catastrficos por talcircunstancia. Otros ejemplos se


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tienen con gases que salen a gran velocidad por una boquilla, especialmente si arrastranlquido o partculas slidas, en el transporte neumtico de productos pulverulentos:piensos, semillas, almidn en polvo y polvos metlicos.

W = CV2/2 = QV/2 = Q2/(2C)

Siendo

W = energa desprendida en la descarga en J (julios)

C = capacidad en F (faradios)

V = potencial elctrico en V (voltios)

Q = cantidad de electricidad en C (culombios)

Las descargas desde cuerpos aislantes hacia conductores se dan si la acumulacin decarga electrosttica es muy grande. En este caso la descarga ms comn toma la formade descarga en cepillo o abanico. A mayor superficie cargada mayor peligrosidad de laposible descarga, pero inferior a la descarga en forma de chispa.

El cuerpo humano es un buen conductor, y en ambientes con humedad relativa baja,acumula cargas electrostticas que dan lugar a un potencial de varios miles de voltios.Estas cargas se generan por contacto del calzado con suelos aislantes o en las propiasoperaciones de fabricacin.

La ropa utilizada tiene mucha influencia en la generacin de electricidad esttica. Apartedel calzado se deben incluir las prendas de seda, lana, y fibra sinttica, las cualesconstituyen un peligro al despojarse de ellas. Esta situacin es particularmente peligrosaen quirfanos, instalaciones de fabricacin de explosivos y ocupaciones similares.

Desde el punto de vista de la electricidad esttica las personas se consideran buenosconductores y se pueden tener descargas:

entre una persona en contacto con tierra y un cuerpo conductor o aislante queestn cargados.

entre una persona cargada y un conductor conectado a tierra.

entre una persona cargada y un conductor aislado.

Se pueden tener tambin situaciones peligrosas particularmente en trabajos en altura,debidas a reacciones instintivas


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con movimientos del cuerpo humano por choque elctrico. Esto ocurre cuando personasque se han cargado electrostticamente provocan descargas al acercarse a tocar objetosconductores en comunicacin con tierra o cuando un cuerpo cargado descarga a travsde una persona. En este ltimo caso la descarga es ms energtica y completa si lapersona est sobre un suelo conductor con continuidad a tierra. La experiencia hademostrado que las descargas de personas a ms de 2 kV se sienten como choqueselctricos y desprenden una energa de 0,4 mJ y que las descargas a travs del cuerpohumano procedentes de cuerpos cargados a elevado potencial pueden llegar a serpeligrosas. Un ejemplo de esto ltimo puede ocurrir en operaciones de pulverizado delminas en que existen diferencias de potencial de 10 kV entre los dos lados de la lminay en donde se pueden dar descargas superiores a 10 J.

De lo expuesto se concluye que la electricidad esttica es una fuente de ignicin si secumplen cuatro condiciones:

debe existir un medio efectivo de generacin de cargas electrostticas.

debe haber un medio de acumulacin de cargas separadas y que se mantengauna diferencia suficiente de potencial.

la chispa debe poseer suficiente energa.

la chispa debe ocurrir en una mezcla inflamable.

Existen otras situaciones que, sin ser peligrosas ocasionan serios problemas en lasplantas de produccin, entre los que se pueden incluir:

Atraccin de polvo y suciedad.

Calidad baja y alto porcentaje de producto rechazado.

Choques elctricos dolorosos o molestos.

Roturas y atascos del material de produccin.

Compresin, apilamiento o empaquetado incorrectos.

Enganchado de hojas y pelculas.

Tuberas de conduccin bloqueadas.

Tamices obstruidos.

Ritmos de produccin bajos para evitar paradas.

Pintados y recubrimientos no distribuidos uniformemente.


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3. Fundamentos de Seguridad Elctrica

3.1 Medidas de prevencin y proteccin

Teniendo en cuenta que una descarga electrosttica slo puede ser foco de ignicin siest en presencia de una atmsfera inflamable, se concluye que la mejor medida deprevencin es evitar la formacin de mezclas explosivas. Sin embargo esta medida puedepresentar dificultades de aplicacin, por lo que se tendr que evaluar el riesgo viendo sise pueden desarrollar atmsferas inflamables en la zona de posibles descargaselectrostticas. En caso afirmativo se debern valorar las concentraciones de atmsferainflamable segn las condiciones del proceso y del ambiente y ver si talesconcentraciones originan un riesgo en su proximidad y en las condiciones presentes detrabajo.

La finalidad de las medidas correctoras es proporcionar un medio por el cual las cargaselectrostticas de signos contrarios, generadas y que han quedado separadas y aisladasen dos cuerpos distintos por cualquier causa, se puedan recombinar y neutralizar sinocasionar daos, antes de alcanzar un potencial generador de chispa o evitar espacios enque se supere la rigidez dielctrica del medio y pueda saltar la descarga electrosttica enforma de chispa.

En cuanto a la eliminacin de las cargas electrostticas existen diversas medidas, aunqueno aplicables de forma universal, que se deducen de los factores que influyen en el propioproceso de generacin de cargas. Esto nos lleva a la necesidad de adoptar una serie demedidas que se enumeran y comentan a continuacin.

Puesta a tierra electrosttica y conexin equipotencial de todas las superficiesconductoras: Esta puesta a tierra es una medida esencial y a menudo suficiente. Laresistencia elctrica de fuga a tierra de las unidades de una planta no debe superar 1megaohmio (106 ohmios) en las condiciones ms desfavorables. En ausencia decantidades elevadas de cargas electrostticas o de explosivos se puede llegar a aceptarhasta 108 ohmios en condiciones de humedad relativa baja o con formacin lenta decapas aislantes. El total de la resistencia volumtrica presentada por el calzado y laresistencia de fuga a tierra no debe superar 108 W,. Estas mediciones requiereninstrumentos especiales y se deben realizar por personal adiestrado.

La conexin equipotencial entre diversos equipos evita la posible existencia de diferenciasde potencial entre elementos conductores. La puesta a tierra se puede hacer directamente

o a travs de la conexin equipotencial con otro elemento conectado a tierra. Las tuberasenterradas y los tanques de almacenamiento apoyados sobre el terreno se consideranpuestos a tierra. Una aplicacin de esta medida, se recomienda en el trasvase de lquidosinflamables, lo cual se trata ampliamente en la NTP-225. Si el suelo es algo conductor ylos recipientes metlicos, no es necesario un conductor especial de puesta a tierra. Nodebe haber pinturas o recubrimientos aislantes que corten la continuidad del camino atierra. Si as fuera, se deberan establecer las conexiones en metal a la vista y un cable depuesta a tierra conectado a una toma de tierra prevista para este fin.


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Aumento de la conductividad de los materiales: Las medidas que ayuden aincrementar la conductividad de los materiales, de sus superficies y del aire, favorecen ladisipacin de las cargas electrostticas. Entre estas medidas se incluye la adicin de unosgramos de aditivos por metro cbico de material, de negro de humo a la goma deneumticos, mangueras y cintas de transportadoras y aditivos de carbono, grafito y otrosproductos conductores para reducir la resistencia elctrica de asfaltos y suelos sintticos.Estos suelos con aditivos pueden utilizarse en lugares de trabajo con riesgo de explosin,pero advirtiendo que pueden perder su efectividad con el tiempo por descomposicin yrotura de la continuidad de las partculas conductoras. Siempre que se pueda, el uso deesta medida se debe acompaar de la puesta a tierra y conexin equipotencial de los

elementos conductores.

Aumento de la conductividad superficial mediante la elevacin de la humedadrelativa o mediante tratamiento superficial: Se puede incrementar la conductividadsuperficial, aumentando la humedad relativa o mediante un tratamiento superficial. Laeficacia de estas medidas depende de la formacin de una pelcula conductora sobre lasuperficie del material debida a la humedad. La mxima efectividad se consigue con unainstalacin de humidificacin integrada en el aire acondicionado, para que la humedadrelativa tenga tiempo suficiente para aumentar. En caso de una instalacin declimatizacin que no disponga de regulacin de la humedad relativa, se pueden instalaraparatos independientes de humidificacin que incrementan este parmetro, teniendo encuenta que con la misma cantidad de vapor de agua producido, un valor aceptable de

humedad relativa se alcanza ms fcilmente con temperaturas ms bajas, siendocontraproducente una temperatura excesiva de calefaccin. A este respecto un factor deimportancia es la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de los edificios,particularmente en invierno. La climatizacin toma el aire del exterior y lo calienta yaunque el contenido de vapor de agua puede mantenerse sin cambio, la humedad relativadisminuye. Por esta razn, las condiciones climticas de invierno favorecen la generaciny acumulacin de cargas electrostticas en interiores. La aplicacin localizada de lahumidificacin en equipos es intil cuando la instalacin implica velocidades elevadas deelementos generadores de


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electricidad esttica, ya que no se da tiempo a la absorcin de humedad para queaumente su conductividad superficial.Debe advertirse que algunos materiales aislantes no absorben la humedad del ambiente yapenas mejora su conductividad. Entre estos se deben citar algunos plsticos y lasuperficie de lquidos derivados del petrleo.

En algunos casos una humidificacin localizada, mediante un chorro de vapor en zonascrticas, puede solucionar el problema sin necesidad de incrementar la humedad de todoun local. Esta medida debe aplicarse con precaucin, ya que el propio chorro de vaporpuede generar electricidad esttica, por lo que antes de experimentarla en presencia devapores inflamables, se tendra que probar su eficacia sobre el mismo cuerpo cargado,antes de aplicar disolventes inflamables y verificarlo con un medidor de electricidadesttica.

Una forma de acelerar el aumento de conductividad consiste en pulverizar gotculas deagua cargadas electrostticamente. Como ejemplo de aplicacin a lminas delgadas depapel, se pueden pulverizar con gotculas cargadas positivamente sobre un lado ynegativamente sobre el otro.

El contenido de vapor de agua requerido depende principalmente de la temperatura,rugosidad, caractersticas absorbentes y estado de limpieza de los materiales. Seconsidera que es suficiente un 60% de humedad relativa. El R.D. 486/1997, sobredisposiciones mnimas de seguridad y de salud en los lugares de trabajo, indica que enlos locales donde existan riesgos por electricidad esttica, la humedad relativa ser comomnimo del 50%.

En algunas ocasiones se puede aumentar la humedad del polvo con rociado de agua.Slo se puede aadir si no es perjudicial para el proceso por efectos de reaccin odescomposicin.

El tratamiento superficial se realiza generalmente mediante la aplicacin de preparados omezclas antiestticos, aadidos a los detergentes, pinturas, lubricantes, impregnantes yotras sustancias, para aumentar la conductividad superficial y favorecer la formacin deuna capa higroscpica conductora. En esta clase de medidas se incluye el pintado ypulverizado de cintas, correas o suelos con una mezcla al 50% de agua y glicerina. Sepueden utilizar productos comerciales antiestticos, en disolucin con agua y suaplicacin a suelos sintticos aislantes, por fregado suave con mopa o pao antiestticohumedecidos con la disolucin. Las capas creadas de esta forma son solubles en agua y

se van con el uso, por lo que se debe realizar un tratamiento peridico, generalmentesemanal.

Aumento de la conductividad del aire por ionizacin del mismo: La disipacin decargas electrostticas se puede conseguir, sin contacto entre cuerpos, medianteionizacin del aire en las proximidades del objeto cargado. En esas condiciones, el aire sehace suficiente conductor para disipar las cargas electrostticas. Los dispositivosempleados reciben el nombre de


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ionizadores, neutralizadores o eliminadores de electricidad esttica. Para su utilizacin sedeben considerar los problemas tcnicos que se pueden presentar, como las condicionesambientales (polvo, temperatura, etc.) y de localizacin del dispositivo en relacin almaterial que se trabaja, piezas de las mquinas y personal.Esta ionizacin se consigue con radiaciones ionizantes, con neutralizadores de electrodosa alta tensin, con neutralizadores de electrodos puntiagudos conectados a tierra y conneutralizadores de llama abierta.

Para la ionizacin del aire con radiaciones ionizantes se pueden utilizar rayos ultravioleta,rayos X, rayos a, rayos b y rayos g. Los ms tiles son los rayos a y b para la eliminacinde cargas electrostticas superficiales o espaciales. Para conseguir los mejoresresultados se requieren fuentes de potencia suficiente, especialmente cuando hayelementos mviles susceptibles de cargarse y que se mueven a velocidades elevadas. Lafabricacin y distribucin de neutralizadores radiactivos requiere la homologacin por unaautoridad o consejo regulador.

Las fuentes radiactivas no son de por s fuentes potenciales de ignicin, por tanto lalocalizacin de tales dispositivos, con fines de disipacin de electricidad esttica, no estnrestringidas como posibles focos de ignicin de una atmsfera inflamable en su entorno.Sin embargo, si la fuente de radiacin est alimentada por corriente elctrica, sulocalizacin debe quedar reglamentada, de igual manera que cualquier equipo elctrico enatmsfera explosiva.

Los neutralizadores de electrodos a alta tensin originan ionizacin del aire en suproximidad, con descargas tipo corona en puntas, alambres, hojas o bordes sometidos acampos elctricos intensos. Tales campos se pueden crear con un transformador queeleve la tensin aproximadamente a 6 kV, la cual es llevada mediante cable a unelectrodo de descarga en corona, que consiste en una varilla aislada con dos electrodosuno de alta tensin y el otro al potencial de tierra. El electrodo de alta tensin estformado por una fila de elementos puntiagudos o alambres delgados. Estos elementos secolocan a unos pocos centmetros de distancia y paralelos al objeto que se quiereneutralizar. Es un medio efectivo de eliminar las cargas electrostticas de materiales,como lminas de tejido de algodn, lana, seda o papel en proceso, fabricacin oimpresin. Existen neutralizadores de corriente continua y de alterna. La potenciasuministrada a las puntas debe estar ajustada a la carga mxima del objeto a neutralizar.Pueden llevar incorporado un ventilador soplador de aire dirigido al elemento que sequiere neutralizar. No se deben instalar en ambientes con atmsferas explosivas, salvo enel caso en que estn homologados para ese fin o se aplique una ventilacin externa que

elimine las concentraciones peligrosas de inflamables. Estos dispositivos requierenproteccin para evitar el contacto de personas, mediante la limitacin de la corriente decortocircuito de la alimentacin de alta tensin a algunas decenas o centenas demicroamperios.

La eliminacin de cargas electrostticas con neutralizadores de electrodos puntiagudosconectados a tierra tambin se fundamenta en la ionizacin del aire por el efecto corona,si el campo elctrico creado por las cargas electrostticas es elevado. El fundamento deeste neutralizador, tambin


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llamado eliminador inductivo o neutralizador esttico, est en que una carga electrostticatiene libertad de movimiento en un cuerpo conductor y en un cuerpo esfrico en el espaciose distribuye uniformemente sobre su superficie. Si el cuerpo no es esfrico, la auto-repulsin de las cargas har que se concentren sobre las superficies de menor radio decurvatura. Si el cuerpo est rodeado de aire u otro gas y el radio de curvatura se reduce acasi cero, como es el caso de forma en punta de aguja afilada, la elevada concentracinde carga en la punta puede producir la ionizacin del aire, hacindolo conductor. La cargasobre el neutralizador es originada por induccin desde el cuerpo que sufre la generacinde cargas. Por ejemplo en una lmina o banda de papel aislante en movimiento que dejade contactar con unos rodillos de arrastre recubiertos de goma para facilitar dichoarrastre, los dos quedan cargados y con distinto signo.

Colocando un eliminador inductivo en la proximidad de la lmina y otro en la proximidaddel rodillo recubierto de goma (si fuera totalmente metlico se podra conectar a tierramediante un contacto tipo escobilla o a travs de cojinetes engrasados con aceite mineralalgo conductor y no hara falta un segundo neutralizador inductivo). El neutralizadorinductivo va conectado a tierra, para que las cargas procedentes del cuerpo cargadofluyan a travs de l hacia tierra. Este dispositivo se construye en forma de barra metlica,equipada de una serie de puntas en forma de aguja o como un alambre metlico rodeadode una guirnalda metlica que hace la funcin de las agujas puntiagudas. No necesitaninguna fuente externa de energa, pero no funcionan ms que a partir de un cierto campo

elctrico. Los neutralizadores estticos normalmente se sitan a unos 10 a 20 mm de lasuperficie a descargar, ya que por razones de servicio no ser posible una distanciamenor. La efectividad se comprobara con un medidor de electricidad esttica situadodespus del neutralizador. Este sistema se considera una solucin para atmsferasexplosivas, en que la neutralizacin de cargas por esos electrodos puntiagudos, sucedeantes de que se alcancen condiciones de energa mnima de ignicin de la atmsferaexplosiva. Es conveniente sin embargo, tener precaucin con sustancias de muy bajaenerga mnima de ignicin, tales como el xido de etilo no, acetileno, hidrgeno, disulfurode carbono y en caso de ciertos


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explosivos iniciadores (detonadores). Si se aplica ventilacin localizada se incrementa elfactor de seguridad.

El neutralizador electrosttico de llama de gas es un dispositivo que se utiliza en rodillosde impresin de industrias de artes grficas. Slo se puede emplear si se utilizan tintas debaja volatilidad. El quemador debe estar enclavado con la prensa, de forma que se corteel paso de gas y se apague la llama cuando se pare la prensa. La evaluacin del riesgoen el caso de la distribucin espacial de cargas electrostticas en nubes de polvo o nieblay las precauciones a adoptar en estos casos presentan dificultades especiales.

La energa mnima de ignicin de polvos combustibles en aire es del orden de diez vecessuperior al de mezcla de gases inflamables y aire. El polvo con partculas de pequeotamao es el ms peligroso. Las descargas de chispas electrostticas, capaces de iniciarla ignicin, pueden ocurrir cerca de elementos conductores aislados. En consecuenciatodos los equipos y elementos conductores (hasta los que pueden entrar en contacto conel polvo cargado, como por ejemplo en la toma de muestras) se deben conectar a tierra.No es necesario eliminar las cargas electrostticas de los elementos no conductores, yaque sus descargas no tienen suficiente energa para la ignicin de mezclas de polvo yaire, excepto en los polvos combustibles de mayor grado de explosividad y el fsforo rojo.Con altas concentraciones (mayores de 100 g/m3) de polvo en aire, en las nubes de polvoo en los elementos envolventes de flujos o chorros de polvo, se pueden alcanzarintensidades de campo elctrico que provocan la descarga disruptiva, especialmente endonde estas intensidades se hacen mayores, como en las partes sobresalientes de lasparedes de los contenedores. Si la intensidad de campo permanece inferior a 5 kV/cm,slo se pueden dar descargas en cepillo o abanico, incapaces de la ignicin de la mezclasde polvo con aire.

3.2 Aislantes y conductores

Los materiales se comportan de forma diferente en el momento de adquirir una cargaelctrica. As, una varilla metlica sostenida con la mano y frotada con una piel no resultacargada. Sin embargo, s es posible cargarla cuando al frotarla se usa para sostenerla unmango de vidrio o de plstico y el metal no se toca con las manos al frotarlo. Laexplicacin es que las cargas pueden moverse libremente entre el metal y el cuerpohumano, lo que las ira descargando en cuanto se produjeran, mientras que el vidrio y elplstico no permiten la circulacin de cargas porque aslan elctricamente la varillametlica del cuerpo humano.

Esto se debe a que en ciertos materiales, tpicamente en los metales, los electrones msalejados de los ncleos respectivos adquieren fcilmente libertad de movimiento en elinterior del slido. Estos electrones libres son las partculas que transportarn la cargaelctrica. Al depositar electrones en ellos, se distribuyen por todo el cuerpo, y viceversa, alperder electrones, los electrones libres se redistribuyen por todo el cuerpo paracompensar la prdida de carga. Estas sustancias se denominan conductores.


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En contrapartida de los conductores elctricos, existen materiales en los que loselectrones estn firmemente unidos a sus respectivos tomos. En consecuencia, estassustancias no poseen electrones libres y no ser posible el desplazamiento de carga atravs de ellos. Al depositar una carga elctrica en ellos, la electrizacin se mantienelocalmente. Estas sustancias son denominadas aislantes o dielctricos. El vidrio y losplsticos son ejemplos tpicos.

La distincin entre conductores y aislantes no es absoluta: la resistividad de los aislantesno es infinita (pero s muy grande), y las cargas elctricas libres, prcticamente ausentesde los buenos aislantes, pueden crearse fcilmente suministrando la cantidad adecuadade energa para separar a un electrn del tomo al que est ligado (por ejemplo, medianteirradiacin o calentamiento). As, a una temperatura de 3000 K, todos los materiales queno se descomponen por la temperatura, son conductores.

Entre los buenos conductores y los dielctricos existen mltiples situaciones intermedias.Entre ellas destacan los materiales semiconductores por su importancia en la fabricacinde dispositivos electrnicos que son la base de la actual revolucin tecnolgica. Encondiciones ordinarias se comportan como dielctricos, pero sus propiedadesconductoras se modifican mediante la adicin de una minscula cantidad de sustanciasdopantes. Con esto se consigue que pueda variarse la conductividad del materialsemiconductor como respuesta a la aplicacin de un potencial elctrico variable en suelectrodo de control.

Ciertos metales adquieren una conductividad infinita a temperaturas muy bajas, es decir,la resistencia al flujo de cargas se hace cero. Se trata de los superconductores. Una vez

que se establece una corriente elctrica de circuito cerrado en un superconductor, loselectrones fluyen por tiempo indefinido.


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TABLA DE CONDUCTORES SEMI-CONDUCTORES Y AISLANTES

Sustancia Resistividad (Ohm*m)Conductores

Plata 1.47 x 10-8Cobre 1.72 x10- Oro 2.44 x 10-

Aluminio 2.75 x 10-8Tugnsteno 5.25 x 10- Platino 10.6 x 10-

Acero 20 x 10- Plomo 22 x 10- Mercurio 95 x 10- Manganina 44 x 10-8

Constantn 49 x 10

-

Nicromo 100 x 10- Semiconductores

Carbono puro (grafito) 35 x 10- Germanio puro 0.60Silicio puro 2300

Aislantesmbar 5 x 10Vidrio 10 x10Lucita >10Mica 10 x10Cuarzo (fundido) 75 x 10Tefln >1013

Madera 10 x10


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4. Operaciones generadoras de Electricidad Esttica.

4.1 Generacin, acumulacin y descarga violenta de cargas electrostticas

Es posible sospechar que existen multitud de situaciones laborales en las que puede estarpresente este fenmeno. Una relacin no exhaustiva de esas situaciones es la siguiente:

Desplazamiento de personas por instalaciones con suelos aislantes:Es habitual en oficinas con suelos sintticos (moquetas, parqu, corcho, plaquetasacrlicas, alfombras, etc.), en conjuncin con dos circunstancias que favorecen lageneracin de esttica: ambiente muy seco debido a una deficiente regulacin del aireacondicionado y el uso de ropa de vestir con alto contenido en fibras artificiales. Tambinpuede darse esta situacin en talleres o naves industriales con suelos con revestimientossintticos y ropa de trabajo de los operarios donde predominan los tejidos acrlicos.

Desplazamiento de equipos de trabajo o vehculos de logstica por instalacionescon suelos aislantes: Los movimientos de determinados equipos de trabajo dotados deruedas que los aslan del suelo (carritos, estanteras metlicas, escaleras porttiles,andamios con ruedas, etc.) o de vehculos logsticos (carretillas elevadoras, traspalets,furgonetas de reparto, etc.) sobre superficies de naves o talleres con revestimientosaislantes (pinturas plsticas o acrlicas, losetas de caucho, plaquetas sintticas, etc.)pueden generar cantidades no despreciables de carga esttica.

Contacto o friccin entre materiales aislantes: que forman parte de las estructuras demaquinaria, equipos de trabajo y recipientes de almacenamiento. Numerosas piezas yelementos estructurales de determinadas mquinas y equipos de trabajo que por sufuncin especfica se encuentran en continuo movimiento, como cintas transportadoras,correas de transmisin de motores, rodillos, ejes, etc. pueden originar problemas deesttica difciles de solucionar si son de materiales dielctricos (plstico, caucho, goma,tefln, etc.) y, adems, no disponen desde su diseo de conexiones equipotenciales desus partes metlicas y tomas de tierra adecuadas.

Contacto o friccin de materias primas y/o productos elaborados en estado slidocon partes estructurales aisladas elctricamente: que forman parte de maquinaria,equipos de trabajo y recipientes de almacenamiento. La manipulacin de materias enforma slida en el sector industrial genera problemas de acumulacin de carga esttica,tanto en su fase de fabricacin, como en el posterior proceso de transporte yalmacenamiento.

Los procesos productivos de materiales en forma slida que requieren en alguna de susetapas de fabricacin pasar por la fase de lmina o pelcula (papel, plstico, tejidossintticos, caucho, goma, etc.) y que afectan a sectores de actividad muy importantes(papeleras, artes grficas, industria del plstico, fabricacin textil, automocin, etc.) son unverdadero problema de generacin de electricidad esttica. De igual forma, este problemapuede ser importante en procesos de fabricacin en los que las materias primas slidasdeban ser sometidas a procesos


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de vertido, mezcla, agitacin, filtrado, centrifugacin, envasado, etc. en equipos de trabajoaislados o con conexiones de toma de tierra deficientes o inexistentes.

Tambin se da esta situacin en el transporte y almacenamiento de materiales slidospulverulentos, como harina, soja, grano, semillas, almidn, metales y plsticos en formade polvo, etc.

En estos casos el origen del problema se encuentra en el rozamiento continuo de estosmateriales con las superficies de conducciones, tuberas, tornillos sin fin, filtros, tamices,etc. o al ser almacenados a granel en recipientes y/o silos con deficiente tratamientoantiesttico.

Contacto o friccin de materias primas y/o productos elaborados en estado lquidocon partes estructurales aisladas elctricamente que forman parte de maquinaria yequipos de trabajo: La situacin es anloga a la comentada en el punto anterior, con lanica diferencia de que la fase mvil es un lquido. Para dar una idea de la magnitud delproblema se puede poner como ejemplo la enorme cantidad de lquidos combustibles(gasolina, gasoil, alcoholes, etc.) que a diario se necesita trasegar utilizando para ellomangueras (suministro de gasolineras por parte de camiones cisterna, por ejemplo) otuberas fijas (trnsito de derivados del petrleo en refineras y petroqumicas, por citarotro ejemplo). La lucha contra la electricidad esttica en estos casos representa uno delos retos preventivos ms importantes de las actividades citadas por el enorme riesgo deincendio y explosin que puede representar la aparicin de una descarga disruptiva en unambiente con vapores inflamables o con atmsferas explosivas.

El problema se repite, aunque en menor escala, en los almacenes de productosinflamables de innumerables empresas en la que a diario se almacenan, manipulan ymezclan sustancias tan peligrosas como pinturas, lacas, barnices, disolventes,desengrasantes, desinfectantes, etc. En estas operaciones abundan mangueras,recipientes metlicos, bidones, embudos, bombas, etc. cuyo tratamiento antiesttico esprcticamente nulo.

4.2 Otras fuentes generadoras

Existes otras formas de generar corriente, por cualquiera de ellas se pone en movimientoa los electrones. Las formas que se pueden utilizar son: Frotamiento, presin, calor, por laluz, por accin qumica, por magnetismo.

Por frotamiento.- Si se frotan dos materiales diferentes (piel o lana y bakelita) entre s, loselectrones de uno de los materiales son desprendidos de sus rbitas, los que se alojan enel otro material. En material donde se alojan los electrones, tendr carga elctricanegativa, mientras que el material que pierde electrones, tendrn carga elctrica positiva.

Alguno de los materiales que producen electricidad esttica por frotamiento son: el vidrio,el mbar, la baquelita, cera, franela, nylon, etc. En un ejemplo claro, si se frota bakelita ycuero, la varilla de bakelita ganar electrones cargndose negativamente y el cuero pierde


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electrones, quedando cargado positivamente.Por presin.- Los cristales de ciertos materiales producen corriente elctrica si a estos seles aplica presin. El cuarzo, la turmalina y las sales de Rochelle, son materiales que sonejemplos del principio de generacin de corriente por presin. Si se coloca un cristal deestos materiales citados entre dos placas de metal, y sobre ellas se aplica una ciertapresin, una de las placas ceder sus electrones a la otra por medio de estos cristales.Los ejemplos claros de esto son: Telfono, micrfono, parlantes, etc.

Por calor.- El calor es otro medio de generar corriente elctrica. Al calentar la unin dedos metales distintos, se producir cargas electrostticas en cada metal, quedando deesta manera una cargado negativamente y el otro positivamente. Cuanto mayor sea latemperatura, mayor ser la carga elctrica.


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5.- Evaluacin y Medicin de Cargas Electrostticas

5.1 Evaluacin de la Electricidad Esttica

El diagrama de flujo que se presenta a continuacin presenta un resumen de los riesgos yensayos de laboratorio que contribuyen a la cuantificacin de las propiedadeselectrostticas as como diversas bases de seguridad.

5.2 Medicin de la Electricidad EstticaLa electricidad esttica a menudo flucta a lo largo del da y pequeas variaciones detemperatura y humedad pueden ser causantes de variaciones importantes en los nivelesde electricidad esttica, por ello, es importante considerar lo siguiente:

Medicin: para comprobar y cuantificar los niveles de esttica generados . Eliminacin: para ayudar a evitar los problemas de produccin debido a la

electricidad esttica.


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Control: para monitorizar de forma continua los niveles de esttica y poder tomarmedidas preventivas en caso de que haya cambios.

Reducir costes - menos rechazos, menor mantenimiento y tiempo de parada,menor desperdicio de material.

Mejorar la eficiencia: aumento de la velocidad de produccin. Seguridadoperadores de mquina ms seguros.

El medidor de electricidad esttica se emplea para realizar mediciones rpidas deelectricidad esttica sin contacto. Es ideal para identificar la fuente de los problemas deesttica. El detector es el disco metlico que se puede apreciar en la superficie de atrsdel instrumento. Esto permite leer con comodidad el nivel de esttica mientras se sostieneel instrumento frente al objeto. Con este medidor se puede:

Medir la cantidad de carga sobre las superficies y la eficacia del proceso antiesttico. Medir el valor neto (cm2 por segundo) de iones de aire que se golpean sobre unasuperficie. La resistencia del campo elctrico en corriente continuaen el aire. Medir la conductividad aproximada de las superficies. Fuerza aproximada de atraccin/repulsin entre lassuperficies cargadas. Diferencial de voltaje a travs del espesor de unaplancha o pelcula de aislacin.

El medidor tiene una pantalla de cristal lquido de altaresolucin que resuelve la diferencia de, por ejemplo,entre 19142 y 19143 voltios, lo cual permite realizarmediciones precisas de la acumulacin de cargamientras se realiza la carga. Tiene un valor mximo deerror de + 2% de la lectura, pero aun as puede medircambios relativamente menores. El instrumento incluyeuna varilla distanciadora desmontable de 1 pulgada paranormalizar la distancia de medicin en caso que seanecesario. Opcionalmente puede incluir un detector deplacas de carga que tambin se puede emplear como blindaje anti-inico cuando elinstrumento se utiliza en ambientes de ionizacin.


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6.- Mtodos de control de Electricidad Esttica

El anlisis de los incidentes y accidentes en los que est implicada la electricidad esttica,muestra que la aplicacin de reglas sencillas y bien definidas (la equipotencialidad y lapuesta a tierra), falla a menudo por razones orden organizativo: la ausencia de reglasclaras y aplicables, de procedimientos, de control de formacin de personal.

Para ello, se ha desarrollado un enfoque global de control de los riesgos electrostticosestructurado en tres puntos:

1.- Identificacin de los fenmenos de inflamacin.2.- Anlisis de riesgos.3.- Revisin de experiencias.

Para que una descarga electrosttica pueda iniciar un medio ambiente inflamable(incendio o explosin), es preciso reunir principalmente algunas condiciones:

Presencia de un ambiente inflamable. Creacin de cargas electrostticas. Acumulacin de cargas electrostticas. Presencia de un disparador en el cual haya un campo electrosttico (presencia de

dos electrodos sometidos a una diferencia de potencial). Energa de descarga suficiente, el contacto y la separacin de dos cuerpos de los

cuales al menos uno est aislado y por influencia (o induccin) de un primer

cuerpo cargado sobre un segundo cuerpo conductor.

6.1 Prevencin de la Electricidad Esttica

I.- Prevencin

Poner a tierra y conectar equipotencialmente: procesos y personal. Sustitucin de materiales aislantes por materiales disipativos (~ antiestticos) Eleccin de materiales (Big-bags, pinturas, ) Acciones sobre el proceso (= sobre el mecanismo de generacin de cargas)

II.- Puesta a tierra y conexin equipotencial

- La resistencia elctrica de fuga a tierra de los materiales conductores de una planta nodebe superar 1 M (106 ).- Para conductores con buena conexin a tierra, en la prctica, se especifica un valor < 10.


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- La resistencia elctrica de fuga a tierra de las personas no debe superar 108 .- No debe haber pinturas, o recubrimientos aislantes que corten la continuidad del caminoa tierra.- La puesta a tierra se puede hacer directamente o a travs de la conexin equipotencialcon otro elemento conectado a tierra.- Debe revisarse peridicamente

III.- Tuberas

Normalmente su puesta a tierra queda asegurada por la conexin soldada o atornilladacon depsitos o la estructura de la planta. En la mayora de casos no es necesaria la conexin equipotencial de las uniones Sin embargo, hay excepciones, como por ejemplo:

Manguitos de uninAlgunos ambientes agresivos (corrosivos)

COMPROBAR Y REVISAR!

IV.- Equipos mviles

Bidones, camiones cisterna, depsitos, bombas parabidones, etc., en zonas peligrosas Conectar a tierra por contacto con un suelo adecuado- cuidado con los recubrimientos,soportes, patas o ruedas aislantes!


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Si la resistencia del suelo es variable o incierta utilizarun cable extensible y pinzaCable fijado en un extremoLa conexin debe realizarse ANTES de que comience la operacinLa desconexin debe realizarse SLO DESPUS de que haya concluido la operacin

V.- Puesta a tierra del personal

La puesta a tierra a las personas se consigue mediante su calzado y suelos de bajaresistencia:

Calzado conductor:Resistencia < 105 X (no recomendado)

Calzado disipativo:105 < resistencia < 108 (ideal)

Calzado aislanteresistencia > 108 X (no recomendado)

Evitar uso de plantillas aislantes. Resistencia del suelo mxima: 1 x 108

Pinturas y resinas para suelo suelen ser aislantes Es esencial un buen orden y limpieza (evitar plsticos aislantes, suciedad, en el suelo) No olvidar guantes, cubrecalzado, etc.

6.2 Puntos bsicos para el control electrosttico.

1.- La informacin del problema de la esttica como enemigo del circuito electrnico es laprimera actuacin que se debe realizar para conocer el problema potencial.

2. Debe responsabilizarse a una persona o a un departamento del programa-investigacinpara el control y anlisis de la electricidad esttica en su industria.

3. Una revisin y anlisis de informacin de los dispositivos usados o a utilizar en elfuturo, as como identificar las reas de trabajo por donde dichos productos pasan o seinstalan, deben ser realizados incluso mediante la participacin de los responsables osuperiores de cada rea.

4. Estime y realice una valoracin econmica (costos) de rechazos en fbrica durante losprocesos de prueba intermedios y en prueba final: incluya, adems, las devoluciones pormal funcionamiento del producto en campo y las reparaciones del servicio tcnico, si lashubiese.

5. Decida las soluciones de proteccin en cada rea de trabajo, definiendo los materialesnecesarios (ionizador, tapete, alfombras, bolsas de apantallamiento, etc.).


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6. Establezca las normas de uso interno de acuerdo con el plan de las dos reglas para laproteccin:

Regla 1. Manejar todos los componentes sensibles a la esttica slo en un reacon proteccin electrosttica. Un rea protegida es aquella capaz de eliminar lacarga elctrica

de materiales conductores, personas y objetos no conductores. El uso dealfombras conductoras, tapetes y muequeras con conexin a tierra e incluso sifuera precisa la utilizacin de ionizadores constituyen el equipo bsico de unpuesto de trabajo.

Regla 2. Transportar todos los componentes sensibles en contenedores noaislantes (conductores) y en bolsas o embalajes de apantallamiento. Unapantallamiento del campo elctrico es preciso si se desea la aparicin de cargaselectrostticas por induccin de potenciales.

7. Establezca un programa de educacin del personal, incidiendo en las dos reglasbsicas para una proteccin total.

8. Instale los materiales de control electrosttico y solicite la asistencia tcnica delproveedor.

9. Supervise regularmente el sistema, incidiendo en el cumplimiento de las normas deuso.

10. Estime y valore de nuevo econmicamente el ahorro o la reduccin de costes poreliminacin de defectos-rechazos y comprelo con la inversin realizada en laimplantacin del programa de control electrosttico.


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7.- Solucin de Problemas de Generacin Esttica

7.1 Equipos y Materiales

Cuerda Antiesttica: Hecha con filamentos de microfibra acrlica 100% conductiva: unnuevo y efectivo mtodo de neutralizar la electricidad esttica.

Funcionamiento: Los miles de filamentos de las microfibrasconductivas concentran el campo elctrico provocando laneutralizacin y el flujo a tierra. La cuerda antiesttica puedeinstalarse a unos milmetros del material o tocando el materialsiempre que esto no cause problemas. La cuerda antiestaticadebe conectarse a tierra.

Beneficios y Ventajas La cuerda de fibra antiesttica 850 permite una solucin efectiva a muchos problemas deesttica donde los eliminadores elctricos no justifican su costo. Muy verstil y de instalacin rpida. Para la mayora de las aplicaciones, simplementetiene que poner la cuerda sobre el material Adems es una alternativa ms duradera a la tradicional fibra antiesttica de cobre. Reduce cargas estticas altas hasta un 90%.

Ideal para aplicaciones de alta velocidad.Especialmente til en bobinadores y desbobinadores. Muy usado en las industrias de papel, plstico, envasado, textil e industrias relacionadasdel sector.

Guirnalda para eliminacin de electricidad esttica: Laguirnalda antiesttica es fabricada de 100% de cobre dealta calidad. La base de la guirnalda es de alambre decobre para facilitar la descarga de la esttica a tierra. Laspuntas finas de las hebras de cobre antiesttico permitenuna descarga ms fluida de la electricidad esttica. Lashebras que son altamente conductoras estn separadas

en forma conveniente para maximizar su eficacia, pero sinllegar a ser demasiado densas para que puedanrecolectar el polvo y las partculas. La guirnaldaantiesttica es resistente a la ruptura y no se despedaza, se auto-energiza, es de tipoinduccin (no requiere de alimentacin elctrica), y no produce chispas pudindo utilizarseen ambientes riesgosos. La eficacia de su capacidad antiesttica aumenta en la medidaque se incrementa la carga esttica.

Aplicaciones: Industria textil, impresin, conversin de envases flexibles, extrusin deplsticos y en toda industria donde


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hay mquinas con bandas en movimiento y correas transportadoras. En aplicacionesespeciales se emplea en mquinas para oficina, expendedoras de tickets y otros equipos.

Barra eliminadora de esttica: funciona por pulsos con corriente continua y emite ondasde iones a travs de emisores especficos de iones positivos y negativos. Las ondas deiones son emitidas desde la barra hacia la superficie con carga esttica. La carga sobre lasuperficie atrae los iones de polaridad opuesta, combinando y neutralizando la cargasobre la superficie y rechazando al mismo tiempo los iones innecesarios de la misma

polaridad.

Caractersticas: Poderoso cambio de ionizacin con una

amplia cobertura. Elimina de manera eficaz la electricidad

esttica desde una distancia de 914 mm. Regula y bloquea el voltaje, la frecuencia y

polaridad del chorro de iones para aplicar un nivelpreciso de carga.

Elimina la esttica en mquinas que funcionan a alta velocidad y en condicionesde poco espacio.

Verificador de barras antiestticas: Normalmente las barras antiestticas pueden fallar pordiversas causas como cortocircuitos, defectos en la fuente de alimentacin, falta delimpieza, etc. El verificador de barras antiestticas es un instrumento que permite

constatar si una barra antiesttica est

funcionando correctamente. Tiene la forma deun lpiz que termina en punta y que al serposicionado sobre uno de los terminales de labarra se enciende la luz de nen.

Medidor de radiacin ultravioleta: El medidor de luz digital estdiseado para medir la luz ultravioleta dentro de los lmites de 220 a400 nanmetros (UV AB). La capacidad de iluminacin del medidorpermite al usuario realizar mediciones cuantitativas precisas deradiacin ultravioleta: requerimientos de radiometra y laboratorio,curado UV en impresin offset, intensidad y envejecimiento de

lmparas UV, control de procesos industriales, fabricacin desemiconductores, intensidad de luz UV de la luz solar para evitardaos a la piel, control de esterilizacin y ambiental.

Escobilla antiesttica de nylon: se emplean para eliminar la electricidad esttica positiva ynegativa en procesos industriales y mquinas de oficina. Las aplicaciones ms tpicasson en la industria de papel a alta velocidad, pelculas plsticas, transportadores, ensayosde continuidad, operaciones de recubrimiento, lneas de manipulacin de materiales,mquinas copiadoras de


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oficina. Las escobillas antiestticas aumentan la velocidad de produccin, reducen lostiempos improductivos, disminuyen la tasa de rechazos, aumentan la calidad del productoas como la seguridad para los operadores.

Equipos de proteccin individual especficos de seguridad antiesttica.

Como complemento preventivo a la ropa de trabajo, es posible utilizar equipos deproteccin individual especficos, como calzado de seguridad antiesttico de cualquiertipo (zapatos, botas, zuecos, etc.), muequeras metlicas conductivas, gafas deseguridad, guantes antiestticos, etc., o soluciones tan originales como la incorporacinde taloneras o punteras conductivas al calzado normal.

7.2 Otros dispositivos y elementos de proteccin antiesttica.Dentro de la enorme gama de productos comercializados con el marchamo deantiestticos se pueden encontrar aplicaciones como:

Papeleras antiestticas.

Escobas, cepillos u recogedores antiestticos.

Aspiradores elctricos antiestticos (algunos incorporan filtros HEPA comocomplemento).

Mangueras conductivas para la aspiracin o impulsin de polvos combustibles ovapores inflamables.

Palets conductivos para el transporte con carretillas elevadoras.

Escaleras de mano antiestticas.

Alfombras individuales antiestticas para puestos de trabajo dotados de pantallas devisualizacin de datos (PVD).

Sillas ergonmicas antiestticas.

Material de oficina antiesttico (carpetas, portadocumentos, reposapis, celo, bolgrafos,etc.).


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Referencias Bibliogrficas

1. La Electricidad Esttica y sus consecuencias, Jos Luis Mirn, MAPFRE

Seguridad Industrial, 1999.

2. Control de Riesgos de la Electricidad Esttica, APA, Seguridad Industrial de

Francia, 2008.

3. Electricidad Esttica, Carlos Daimel Mora, Gestin Prctica de Riesgos Laborales,

Espaa, 2006.

4. Evaluacin de la Electricidad Esttica en el manejo de polvos, Chiworth Global,

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5. Electrosttica Industrial, Soluciones electrostticas para el sector industrial,

Soluciones Electroestticas, Espaa, 2007.

6. Problemas con la Electricidad Esttica, SMC Mxico, 2007.

7. La Electricidad Esttica, fuente de ignicin efectiva de atmosferas explosivas,

Isabel Sanchis, Departamento Tcnico de Chiworth Global, Espaa, 2003.

8. http://www.smc.com.mx/

9. Gua Informativa de la NOM-022-STPS-199 Electricidad Esttica en los Centros de

Trabajo-Condiciones de Seguridad e Higiene, 1999.
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manual del participante de electricidad estática

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