Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Neutralizacja ładunków elektrostatycznych w przemyśle

autor: Tomasz Kosz.

Elektrostatyka, czy oddziaływania elektrostatyczne znane już były w starożytności. Tales z Miletu (ten od słynnego twierdzenia Talesa, którego każdy uczy się w szkole) zauważył, że potarty szatą bursztyn przyciąga niewielkie drobiny kurzu. I tym właśnie zajmuje się elektrostatyka –  bada oddziaływanie pomiędzy nieruchomymi ładunkami elektrycznymi. Jestem pewien, że większość z Was dotykając klamki drzwi, została kiedyś porażona niewielkim wyładowaniem elektrostatycznym. Na uczelni mówimy o takim porażeniu jako „prądzie Zeusa”. W przemyśle, niemalże w każdej branży, wyładowania elektrostatyczne są utrapieniem i mogą powodować wiele różnych problemów. W tym artykule postaram się trochę opowiedzieć o samej elektrostatyce, następnie jak walczyć z tym zjawiskiem i jakich urządzeń do tego używać.

Elektrostatyka

Ładunki elektryczne mogą być dodatnie jak i ujemne. Za ich wartość odpowiadają protony i elektrony. Jeżeli na danej powierzchni znajduje się więcej protonów, całość ma ładunek dodatni. Z elektronami jest odwrotnie, jeżeli na powierzchni znajduje się więcej elektronów, całość ma ładunek ujemny. Zatem obojętna elektrycznie powierzchnia składa z równej ilości protonów i elektronów.

Jak głosi powiedzenie „przeciwieństwa się przyciągają”, tak też jest i w elektrostatyce. Ładunki o przeciwnych wartościach przyciągają się do siebie, natomiast o tym samym – odpychają. Czyli dwa protony lub dwa elektrony będą się od siebie odpychać, natomiast  jeden proton i jeden elektron będą się już przyciągać.

Jeżeli ciało początkowo jest elektrycznie obojętne, wykorzystując zjawisko elektryzacji, możemy zmienić ładunek, poprzez wytworzenie na jego powierzchni nadmiaru ładunków elektrycznych jednego znaku. Ale jak możemy to zrobić? Sposobów elektryzacji jest wiele:

  • przez tarcie – chyba najbardziej znany sposób elektryzowania ciał, każdy z nas pamięta doświadczenia z fizyki, pocieranie pałeczki ebonitowej o materiał i zbieranie np. opiłków żelaza,
  • poprzez dotyk – elektryzowanie występuje poprzez zetknięcie ciała naelektryzowanego z ciałem nienaelektryzowanym,
  • przez indukcję – możemy naelektryzować ciało obojętne elektrycznie poprzez zbliżenie do niego ciała naelektryzowanego, metoda ta nie wymaga bezpośredniego kontaktu przedmiotów, które mogą pozostawać w niewielkiej odległości od siebie,
  •  możemy jeszcze elektryzować ciała np. poprzez separację czy toczenie.

Problemy z ładunkami elektrostatycznymi

Jakich problemów może przysparzać elektryzowanie się ciał? W tym akapicie postaram się przedstawić kilka branż, w których ładunki elektrostatyczne są wyjątkowo uciążliwie i niejednokrotnie prowadzą do poważnych problemów. Niechciane ładunki pojawiają się najczęściej wtedy, gdy dwa różne materiały izolacyjne oddziałują na siebie poprzez wzajemne pocieranie albo oddalanie się od siebie.

Przykład? Ano, chociażby transport automatyczny w magazynach lub na halach produkcyjnych. Dodatkowymi „zmiennymi”, które będą miały wpływ na powstawanie ładunków elektrostatycznych podczas transportu automatycznego to rodzaj oraz szorstkość powierzchni, na której transportuje się dany materiał, jak również samego materiału. Oprócz tego musimy mieć świadomość, że do powstawania ładunków elektrostatycznych mogą przyczyniać się również warunki środowiskowe panujące na hali produkcyjnej. Wilgotność powietrza, temperatura czy warunki atmosferyczne mają znaczący wpływ na ten proces. W efekcie może to doprowadzić do wyprodukowania wadliwego produktu czy też po prostu zatrzymania pracy linii produkcyjnej. Generuje to oczywiście dodatkowe koszty.

Branże, w których występują problemy z elektrostatyką:

  • produkcja – podczas produkcji ładunek elektryczny zbiera się na powierzchni materiału, w wyniku czego materiał przyciąga drobne zanieczyszczenia np. kurz, przez co finalny produkt posiada wady,
  • opakowania – ładunki elektryczne powoduje nadmierne odpychanie bądź przyciąganie pakowanego materiału i opakowania, skutkuje to nierównym opakowaniem przedmiotu,
  • tworzywa sztuczne – pozostające w formie wypraski powodują przyciąganie zanieczyszczeń, duży detal może spowodować przeskok ładunku i porazić operatora,
  • lakiernictwo – detale przyciągają zanieczyszczenia, powoduje to, że powłoka jest niskiej jakości, przedmiot może być wybrakowany lub może wymagać ponownego lakierowania,
  • tekstylia – ładunki elektrostatyczne powodują sklejanie się nici, zrywanie osnowy, co w rezultacie prowadzi do przestoju maszyn,
  • transport pneumatyczny – transportowany materiał może przyklejać się do ścianek rur, powoduje to zatory, a w dalszej perspektywie wymaga to częstszego serwisowania i konserwacji instalacji,
  • elektronika – branża, w której wyładowania są niezwykłym utrapieniem i mogą powodować potężne straty. Przyciąganie zanieczyszczeń powoduje obniżenie jakości produktu, zwiększa jego awaryjność. Jednak największe spustoszenia generują wyładowania elektrostatyczne, które mogą zniszczyć niewielkie elektroniczne podzespoły.

Jak możemy usuwać ładunki elektrostatyczne?

Skoro już wiemy jak dużych niedogodności mogą nam przysporzyć nieproszone ładunki elektrostatyczne, to myślę, że warto dowiedzieć się, jak się takich nieproszonych „gości” pozbyć. Obecnie możemy wyróżnić dwie główne metody usuwania ładunków elektrostatycznych z powierzchni przedmiotów. Metodę należy dobrać, mając na uwadze fakt, że ładunki znajdujące się na różnych przedmiotach zagrażają im w inny sposób. Tak więc możemy wyróżnić:

  • metodę z naciskiem na wyrównanie potencjałów

Wyrównanie potencjałów polega na utrzymywaniu równowagi pomiędzy jonami dodatnimi i ujemnymi znajdującymi się na powierzchni obiektu. Brak równowagi jonów prowadzi do gromadzenia ładunków elektrycznych. Zastosowanie urządzeń o dużej wydajności pozwala na utrzymanie równowagi jonów bliską 0 V przez bardzo długi czas. Metoda skupia się na precyzyjnym utrzymaniu równowagi jonowej. Kwestia czasu wymaganego do sprowadzenia jonów do poziomu równowagi schodzi na dalszy plan.

  • metodę z naciskiem na szybkość redukcji ładunków

Metoda jak nazwa wskazuje, skupia się na jak najszybszym usunięciu ładunków czy to dodatnich, czy ujemnych. Głównym wyznacznikiem jest czas, wyrażony w sekundach, potrzebny na sprowadzenie ładunku z poziomu 1000 V do 100 V. Im szybciej ładunek jest redukowany do poziomu 100 V, tym wyższa wydajność urządzenia. Metoda znajdzie zastosowanie wszędzie tam, gdzie nie zależy nam na redukowaniu potencjałów do poziomu 0 V.

Czym jest i jak działa jonizator?

Podczas usuwania ładunków elektrostatycznych wykorzystujemy zjawisko wyładowania koronowego. Wyładowania koronowe to wyładowanie elektryczne spowodowane przez jonizację gazu otaczającego przewodnik. Zjawisko ma miejsce tylko wówczas, gdy gradient potencjału przekroczy pewną wartość progową, lecz warunki są niewystarczające do przebicia lub powstania łuku elektrycznego. Ale czym jest ten gradient? Gradient jest polem wektorowym, które wskazuje nam kierunki, w których mamy największe wzrosty danego pola skalarnego.

Ale w jaki sposobów wywołać jonizację gazu? Wykorzystujemy w tym celu elektrodę ulotową, która najczęściej ma postać ostrza. Właśnie wokół ostrza wytwarza się gradient potencjału i jeśli napięcie jest na odpowiednim poziomie, powstanie wyładowanie koronowe. Korony mogą być zarówno dodatnie jak i ujemne. Nie zauważymy różnicy w ich wyglądzie. Możemy je zaobserwować jako niebieskie lub fioletowe świecenie gazu wokół ostrza, czyli elektrody ulotowej.

Odpowiadając zatem na pytanie postawione w nagłówku, jonizator jest urządzeniem, które generując wyładowania koronowe i w ten sposób neutralizuje ładunki elektrostatyczne. Przy wyborze jonizatora do naszej aplikacji musimy wziąć pod uwagę poniższe aspekty:

  • czas usunięcia jonów – Jak szybko należy usunąć ładunki elektryczne?
  • balans jonów – Czy zależy nam na jak najbliższym zbliżeniu się do 0 V? Jak osiągnąć równowagę jonów (bez wyraźnej przewagi jonów dodatnich lub ujemnych)?
  • obszar – Czy obszar jonizujący jest dopasowany do obiektu?

Przykłady jonizatorów

Wiemy już, jak działają jonizatory, na co zwrócić szczególną uwagę przy doborze odpowiedniego urządzenia do naszej aplikacji. Przedstawię teraz kilka przykładowych jonizatorów, krótko opisze ich cechy i postaram się pokazać, w jakich aplikacjach znajdują zastosowanie.

Jonizator EC-G02

Powyższy jonizator jest przykładem ciśnieniowego jonizatora. Transportują on jony poprzez sprężone powietrze o wysokim ciśnieniu (0,05 do 0,5 MPa). Pozwala to na usuwanie ładunków elektrostatycznych ze stosunkowo dużych odległości, precyzyjne i sprawne działanie, a poprzez regulowanie ciśnienia możemy kontrolować cały proces.

Lekkie i poręczne urządzenia w kształcie pistoletu przeznaczone jest głównie do stosowania miejscowego. Jonizator może pracować w 3 trybach: krótkie impulsy, długie impulsy oraz praca ciągła. Oprócz usuwania ładunków elektrostatycznych urządzenie pozwala usuwać drobne zanieczyszczenia, np. kurz.

Jonizator ER-X

Urządzenie jest przykładem zbliżeniowego jonizatora. Powstał z myślą o aplikacjach procesowych. Znajdzie zastosowanie przy transporcie, czy podczas odwijania rolek z materiałem. Działa na bliskie odległości, np. przy usuwaniu ładunków z folii. Możemy ręcznie ustawić częstotliwość i równowagę jonów, co pozwala nam dostosować urządzenie do aplikacji. Dodatkowo pracuje ze zmiennym ciśnieniem powietrza, od bezpowietrznej pracy do pracy z ciśnieniem mniejszym niż 0,05 MPa.

W serii ER-X znajdziemy 5 wersji jonizatorów różniących się szerokością głowicy. Najmniejsza ma 80 mm, a najdłuższa 640 mm. Dodatkową zaletą jest bezgłośna praca urządzenia.

Jonizator ER-F

Przytoczone przeze mnie urządzenie jest przykładem jonizatora z wentylatorem, które przekazują jony poprzez powietrze, jednak nie wymagają użycia sprężonego powietrza. Ruch cząsteczek jest wytwarzany poprzez ruch łopatek wentylatora. Urządzenie z racji na swoje kompaktowe rozmiary znajdzie zastosowanie niemal wszędzie. Możemy używać go np. w warsztatach elektronicznych, gdzie możemy ustawić je na stanowisku każdego operatora czy montera.

Aby urządzenie działało, wystarczy dostarczyć jedynie zasilanie. Możemy regulować przepływ powietrza za pomocą potencjometru. Dodatkowo urządzenie pozwala wybrać tryb pracy: nadmuch strefowy lub nadmuch obszarowy.

Podsumowanie

Jonizatory stanowią coraz częstsze wyposażenie wielu aplikacji w zakładach przemysłowych. Odpowiednie zadbanie o zniwelowanie wpływu elektrostatyki wpłynie na lepszą jakość naszych produktów i usług, a operatorzy maszyn będą chronieni przed groźnymi wyładowaniami. Jeśli zainteresował Was ten temat i chcecie lepiej poznać jonizatory, serdecznie zapraszam do obejrzenia zapisu z webinaru zorganizowanego przez Panasonic. Potężna dawka wiedzy o neutralizowaniu ładunków elektrostatycznych w przemyśle.

A jeśli potrzebujecie jeszcze więcej informacji o jonizatorach i innych urządzeniach automatyki zapraszam na stronę http://panasonic-electric-works.com.



19 kwietnia 2021 / Kategoria: , ,
  • Autor: Tomasz Kosz
  • Świeżo upieczony inżynier automatyki i robotyki. Lekkie pióro i zdolność łatwego przekazywania wiedzy technicznej to dwie cechy, które pozwalają mi współtworzyć projekt iAutomatyka.
  • Profil Autora

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.



.

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Drukarka samokalibrująca. Mniejsza ilość odpadów, to większa rentowność

Drukarka samokalibrująca. Mniejsza ilość odpadów, to większa rentowność

>KLIKNIJ<

SIG200 – Inteligentne moduły Master IO-Link pracujące pod Ethernet

SIG200 – Inteligentne moduły Master IO-Link pracujące pod Ethernet

>KLIKNIJ<

Serwonapędy PacDrive – Wywiad z Mateuszem Biega Dynamotion – Część I/II

Serwonapędy PacDrive – Wywiad z Mateuszem Biega Dynamotion – Część I/II

>KLIKNIJ<

Hägglunds pomaga firmie Genan przedłużyć żywotność opon – a także zwiększyć wydajność

Hägglunds pomaga firmie Genan przedłużyć żywotność opon – a także zwiększyć wydajność

>KLIKNIJ<

RFID + traceability = success story – Webinar Pepperl + Fuchs

RFID + traceability = success story – Webinar Pepperl + Fuchs

>KLIKNIJ<

SPECJALISTYCZNE CENTRUM SERWISOWE DLA PRAS, AUTOMATECH

SPECJALISTYCZNE CENTRUM SERWISOWE DLA PRAS, AUTOMATECH

>KLIKNIJ<

NEMA – co to znaczy?

NEMA – co to znaczy?

>KLIKNIJ<

W pełni automatyczny montaż złączek szeregowych na szynie

W pełni automatyczny montaż złączek szeregowych na szynie

>KLIKNIJ<

Jedna kolumna, wiele zastosowań: SmartMonitor w zarządzaniu produkcją

Jedna kolumna, wiele zastosowań: SmartMonitor w zarządzaniu produkcją

>KLIKNIJ<

IT w połączeniu z OT

IT w połączeniu z OT

>KLIKNIJ<

Monitorowanie otoczenia pracy umożliwia producentom z branży farmaceutycznej osiąganie światowej klasy wyników OEE

Monitorowanie otoczenia pracy umożliwia producentom z branży farmaceutycznej osiąganie światowej klasy wyników OEE

>KLIKNIJ<

Koncepcja zasilania i sterowania 230 V dla przykładowego pokoju hotelowego z wykorzystaniem systemu WINSTA®

Koncepcja zasilania i sterowania 230 V dla przykładowego pokoju hotelowego z wykorzystaniem systemu WINSTA®

>KLIKNIJ<

Analityka predykcyjna: Definicja, funkcja i korzyści

Analityka predykcyjna: Definicja, funkcja i korzyści

>KLIKNIJ<

Webowa wizualizacja na smartfonie? Recenzja systemu PROCON-Web i paneli u-view ECO od Weidmuller

Webowa wizualizacja na smartfonie? Recenzja systemu PROCON-Web i paneli u-view ECO od Weidmuller

>KLIKNIJ<

Asortyment produktów uzupełnia czujnik wychylenia F199 o wysokiej precyzji

Asortyment produktów uzupełnia czujnik wychylenia F199 o wysokiej precyzji

>KLIKNIJ<

Cognex DM 260 – prosto o podstawowej konfiguracji kamery barcodów

Cognex DM 260 – prosto o podstawowej konfiguracji kamery barcodów

>KLIKNIJ<

Czym właściwie jest optoelektroniczna kurtyna bezpieczeństwa?

Czym właściwie jest optoelektroniczna kurtyna bezpieczeństwa?

>KLIKNIJ<

Wirtualna rzeczywistość pozwala planować przyszłość już dziś

Wirtualna rzeczywistość pozwala planować przyszłość już dziś

>KLIKNIJ<

Studencie! Zapisy na warsztaty trwają!

Studencie! Zapisy na warsztaty trwają!

>KLIKNIJ<

Najsławniejszy programista PLC w Polsce – Wywiad z Tomaszem Gilewskim

Najsławniejszy programista PLC w Polsce – Wywiad z Tomaszem Gilewskim

Reklama



MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ




Potrzebujesz
automatyka?

Szukasz firmy, która zautomatyzuje proces przemysłowy lub zaprojektuje i zbuduje maszynę? To dobrze trafiłeś. Wyślij jednym kliknięciem zapytanie do ponad 150 integratorów automatyki w Polsce i znajdź firmę, która spełnia Twoje oczekiwania.

Wyślij darmowe zapytanie

Wyślij zapytanie