DESCARGAS ELECTROSTÁTICAS
O fenómeno
Muitas pessoas se queixam dos efeitos incómodos de descargas electrostáticas quando tocam as portas do carro ou os puxadores metálicos de portas. Estes efeitos consistem em picadas dolorosas nas pontas dos dedos.
Quando se esfregam os pés num tapete é possível provocar noutra pessoa um efeito semelhante ao descrito, quando se toca nela.
Estes fenómenos acontecem com mais facilidade quando o ar está seco.
As causas
Os materiais são constituídos por átomos que têm cargas eléctricas positivas e negativas em igual número. Por isso, estão electricamente neutros. É, no entanto, possível electrizá-los, de forma que fiquem com excesso de cargas positivas ou negativas, diminuindo ou aumentando o número de electrões (cargas negativas), que são as cargas móveis, já que as cargas positivas, existentes no núcleo dos átomos, são fixas.
Há várias formas de produzir este desequilíbrio de cargas, por fricção entre corpos ou por influência , com posterior contacto e afastamento. É mais fácil obter este efeito nos corpos isolantes, pois nestes é difícil, pela sua natureza, o deslocamento das cargas eléctricas, que se mantêm localizadas na zona de contacto, enquanto nos corpos bons condutores as cargas eléctricas se deslocam facilmente, espalhando-se pelo corpo e diminuindo os efeitos da electrização.
O ar seco favorece a separação das cargas (electrização), enquanto o ar húmido favorece a sua aproximação com a consequente neutralização da carga eléctrica em excesso.
Os efeitos
Estes fenómenos podem ocorrer friccionando corpos como pentes passando pelo cabelo, despindo camisolas (principalmente se forem de materiais derivados dos plásticos), caminhando com sapatos isolantes por uma carpete. Também afastar o corpo do assento do carro, ao levantar-se para sair, pelo simples facto de se produzir a separação entre os dois corpos. A intensidade destes fenómenos depende dos materiais que entram em contacto.
As descargas electrostáticas dependem de potenciais dos corpos carregados, que atingem valores elevados, da ordem dos milhares de Volt.
Estes efeitos podem ser economicamente prejudiciais quando destroem componentes electrónicos, como certos circuitos integrados. Noutros casos, os efeitos podem ser devastadores, quando se produzem descargas em ambientes com vapores explosivos.
A razão porque as descargas são dolorosas é que se produzem numa pequena área, com grande elevação de temperatura, dando a sensação de picadas com agulhas quentes, queimando localmente a pele.
Formas de evitar os incómodos
Sabendo-se as causas do fenómeno e a maneira como afecta as pessoas, podem aí procurar-se os processos de evitar ou reduzir os efeitos.
Não sendo, normalmente, fácil evitar a electrização, existem formas simples de minimizar os efeitos.
Por exemplo, antes de tocar as partes metálicas dum carro, ao sair deste, apertar com firmeza as chaves do carro e tocar, com elas na superfície metálica. A descarga existe, mas dá-se entre as partes metálicas, evitando-se a descarga através dos dedos. Só depois de descarregado o corpo, se deve sair do carro. Outra medida consiste em segurar a carroçaria metálica do carro, antes de fazer a separação do corpo do assento para sair do carro.
Para abrir uma porta pegando no puxador e não havendo chaves ou moedas por perto, tocar no puxador com as “costas” dos dedos, partes menos sensíveis dos dedos, por terem menos nervos.
Vejamos agora algumas medidas preventivas que evitam ou reduzem a electrização:
• Em vez de sapatos com solas de borracha, usar solas de sapatos condutoras ou, pelo menos, de couro, o que dificulta a localização de cargas. Quando possível, usar apenas umas meias para facilitar o escoamento das cargas directamente para a terra.
• Evitar usar lã ou nylon . Usar de preferência algodão.
• Aumentar a humidade da sala, o que evita a separação de cargas eléctricas, podendo contribuir também para tornar condutoras as solas de sapatos. A electrização termina com 60% de humidade. Para isto pode usar-se um aparelho humidificador ou ferver água e aproveitar o vapor resultante.
• Espalhar um spray anti-estático sobre superfícies, como carpetes, soalhos, cadeiras, assentos do carro. Estes líquidos têm uma acção equivalente à da humidade.
• Usar um aparelho ionizador do ar com polaridades equilibradas. É um aparelho que produz iões positivos e negativos que vão tornar o ar condutor neutralizando as cargas eléctricas de objectos carregados. Estes aparelhos são usados por fabricantes de electrónica em laboratórios ou oficinas em que haja manipulação de circuitos integrados usando transístores de efeito de campo, de forma a evitar a sua destruição.
• Outra medida também usada em laboratórios ou oficinas de electrónica consiste em ligar à terra uma pulseira que o operador deve colocar no pulso. Desta forma, as cargas que se formem no corpo são descarregadas para a terra.
Electrostática em automóveis
Uma empresa britânica de instrumentação ( John Chubb Instrumentation ) fez testes em automóveis usando dois modelos de marcas diferentes, assim como vários tipos de materiais usados nos assentos (assento normal e polyester com um material condutor) e como vestuário (lã, algodão e nylon ).
Vejamos alguns valores das tensões medidas no corpo ao sair do carro:
- Com um assento normal, entre 10 e 13 kV para vestuário de lã e entre 3 e 10 kV para vestuário de algodão.
- Um assento com um material designado por Belltron permitiu obter as tensões mais baixas, entre 1,4 e 2,25 kV para vestutário de nylon, entre 1,75 e 3,1 kV para vestuário de lã e 0,15 kV para vestuário de algodão.
Verifica-se que o vestuário que originou tensões mais baixas é o algodão.
Electrostática em navios
Nos navios que transportam combustíveis as descargas electrostáticas são potencialmente perigosas.
O uso de sapatos de material isolante produz uma geração de cargas elétricas por atrito com o solo. Esta acumulação (devido ao material ser isolante) de cargas elétricas , pode originar uma descarga (faísca) para uma região com diferente potencial, o que pode dar origem a um incêndio devido à presença de materiais combustíveis, normalmente produzindo vapores facilmente combustíveis.
Sapatos condutores facilitam o escoamento das cargas elétricas dos sapatos para o solo condutor, evitando a criação de potenciais elétricos perigosos.
Electrostática em aeronaves
A fuselagem do avião é feita de alumínio, que é um bom condutor. Por isso, quando o avião recebe cargas eléctricas , nomeadamente duma região de forte concentração, como é o caso quando se estabelecem descargas atmosféricas, as cargas eléctricas percorrem o corpo do avião, circulando na superfície externa do alumínio, sem atingir a superfície interior e dirigindo-se para a outra extremidade do avião, onde, entrando em contacto com regiões com outro potencial, se dará o escoamento de cargas para o exterior do avião. Por isso, a manutenção do avião deve verificar a continuidade eléctrica desta estrutura, para garantir um fluxo de cargas eléctricas no exterior, que não se propague para o interior do avião.
Existe também um dispositivo chamado “ static wick ” ou pavio electrostático montado na fuselagem em vários locais, como nos bordos das asas. Trata-se de uma peça de metal em forma de vara com um ou dois espigões ou agulhas na extremidade e isolado da estrutura onde está montada.
Este dispositivo provoca o escoamento das cargas eléctricas , evitando a sua acumulação.
O “ static wick ” é usado para evitar interferências nas comunicações via rádio devido à acumulação de cargas eléctricas.
Electrostática em equipamentos electrónicos
Os componentes electrónicos podem ficar sujeitos a descargas electrostáticas.
Estes componentes danificam-se facilmente. De acordo com C. J. Nadler indicam-se alguns limiares de energia, em µJ, que danificam componentes ativos :
PMOS , NMOS , Standard TTL ................................................ 60
CMOS ....................................................................................... 25
Amplificadores operacionais bipolares para sinais fracos ........ 5
No caso dos circuitos CMOS bastam 60 V para os danificar.
Por estas razões, vários processos se utilizam para proteger estes circuitos, um dos quais consiste numa ligação à terra, através duma bracelete, do operador que manipula circuitos destes.
Site "Elektron juvenil" - http://br.geocities.com/jcc5000