Cómo hacer frente a la electricidad estática Qué es la Ionización
Qué es la Ionización
Boquilla Ionizante del Aire
La ionización del aire es uno de los aspectos del control de la estática menos entendidos. Frecuentemente, se le concede importancia sólo cuando ya es imposible frenar a los generadores de estática con agentes antiestáticos o superficies conductoras, o eliminarla por medio de conexiones eléctricas a tierra.
Hoy día, se ofrecen muchos tipos de ionizadores en el mercado. Estos varían desde sopladores radioactivos, de corriente directa pulsada en versiones de corriente alterna y de corriente directa pulsada y sopladores de alta presión que trabajan con nitrógeno comprimido y/o aire comprimido, hasta ionizadores de corriente alterna y de corriente directa pulsada, diseñados para utilizarse en bancas de filtros de alta eficiencia para aire con material en partículas (hepa) e ionizadores de área de corriente alterna, corriente directa y corriente directa pulsada. Algunos aparatos están balanceados (producen una cantidad igual de iones positivos y negativos) y algunos otros no.
Varias versiones están clasificadas como ionizadores de área. Otras son fuentes de detección de iones, diseñadas para controlar aplicaciones individuales.
A pesar de que existe esta gran diversidad, no hay todavía un ionizador mágico que pueda eliminar totalmente los problemas de estática. Cada aplicación debe definirse antes de que pueda usarse el método de ionización y/o dispositivo apropiados para resolver el problema.
La tecnología de hoy día se concentra en el balance de la ionización. Saber qué ionizador está mejor balanceado y cuál se controla mejor para mantener este balance es una preocupación grave y continua de mercado.
Aunque todo esto es importante, existe un hecho principal que se ha ignorado. Una corriente de aire ionizante perfectamente balanceada, que se dirija hacia un dispositivo cargado de estática, se desbalanceará automáticamente.
Por ejemplo, si una bandeja para piezas grande se carga con electricidad estática de polaridad positiva, atraerá la polaridad opuesta de iones negativos. Y al mismo tiempo, repelerá los iones positivos que hay en esta corriente ionizante, lo que desbalanceará el aire del lugar en donde se requiere que desempeñe su función. Si hubiera precisamente en esta área algunos dispositivos sensibles a la estática, estos podrían recolectar los iones desbalanceados creados por el campo electrostático.
Si hubiera electricidad estática en un desecador de plástico, no resultará benéfico proveer ionización de área en el techo que está sobre el equipo. La ionización no penetrará a través del desecador de plástico.
La estática generada al colocar los dispositivos en el desecador permanecerá en estos. Si se abre la puerta del desecador y un individuo mete la mano, el dispositivo posiblemente se descargue. Llegado el momento en que el dispositivo se sacara del desecador para dejarlo en el área abierta y permitir que la ionización se llevara a cabo, el daño estaría ya hecho.
La solución a este problema es instalar un ionizador en la entrada de gas nitrógeno del desecador. Estos dispositivos ionizantes vienen en forma de boquillas y/o indicadores de flujo ionizante.Illustration
Soplador ionizante del aireBelow Illustration
por Anthony Q. Testone,
ElectroStatics, Inc.
352 D Godshall Road
Harleysville, PA 19438-2017Del mismo modo, la ionización de área ayudará muy poco a controlar la electricidad estática que haya en una banca de flujo laminar. La ionización que se genera en el techo de un cuarto limpio tiene problemas para penetrar en el área interior de la banca con filtros de alta eficiencia para aire con material en partículas debido al gran volumen de aire que se genera y pasa a través de los filtros.
Una banca de flujo de iones de 8 pies que funcione con una velocidad de aire de 100 pies por minuto a través del filtro de alta eficiencia de aire con partículas, pasará por el filtro 800 pies cúbicos por minuto de aire al interior del cuarto limpio. Este gran volumen prevendrá que penetre cualquier ionización del área exterior en la banca con filtros de alta eficiencia para aire con material en partículas, del mismo modo que una banca de este tipo prevendrá que penetre la contaminación en el área que está debajo de la banca.
Para resolver este problema, los ionizadores deben usarse junto con el filtro de alta eficiencia para aire con material en partículas que está debajo de la banca, lo que permitirá que el aire que pasa a través de los filtros recoja la ionización. La ionización no podrá forzarse para que pase a través de los filtros y luego al área con filtros de alta eficiencia para aire con material en partículas, ni siquiera en un grado mínimo. Los iones no lograrán atravesar los filtros y simplemente serán absorbidos por el material del filtro.
Los sopladores ionizantes y los ionizadores de áreas elevadas no combaten de manera eficiente las cantidades grandes de estática que se forman en un área muy pequeña. Por ejemplo, la estática que se acumula durante el proceso de impresión de la nomenclatura de los circuitos integrados, particularmente cuando se utiliza una placa de impresión de hule. En estos casos, es extremadamente importante que una concentración elevada de ionización que salga de una boquilla de aire se dirija directamente hacia la superficie para restringirla y de manera simultánea eliminar la electricidad estática tan rápido como se genere.
Es imposible dirigir una corriente de aire ionizante para que pase rodeando, atravesando o por encima de objetos que estén colocados sobre una banca de trabajo. Si se interrumpe la corriente de aire ionizante que proviene de un soplador con alguna superficie, el aire ionizado será absorbido instantáneamente y no llegará al lugar deseado. En este caso, la ionización de área elevada será la apropiada.
No se puede llegar a controlar la electricidad estática que hay dentro de una cámara de combustión con una ionización que se genere en el ambiente exterior. El equipo de ionización debe instalarse dentro de la cámara de temperatura y debe ser capaz de soportar los cambios de temperatura extremos. Debe convertir todo el aire calentado y/o enfriado en aire ionizado, y controlar la electricidad estática durante los cambios de temperatura.
Colocar un ionizador en el ambiente de un cuarto exterior de una cámara ambiental neutralizará con certeza cualquier electricidad estática que provenga de los dispositivos en el momento en que se saquen de la cámara. Sin embargo, el daño relacionado con la destrucción o degradación de los circuitos integrados durante la prueba podría ya estar hecho.
Quitar la contaminación submicrométrica usando nitrógeno comprimido y/o pistolas de aire no se logra exitosamente si el método de ionización no se usa apropiadamente. Esto es porque habrá una polarización electrostática entre la contaminación y la placa de contacto y/o superficie que se limpiará.
El nitrógeno/aire de alta presión quitará las partículas grandes. Sin embargo, las partículas submicrométricas no recibirán la suficiente fuerza de los gases comprimidos para salir; y consecuentemente, se sostendrán firmemente en su lugar por la polarización electrostática.
Colocar los dispositivos en la corriente de un soplador de ionización mientras se les trata con un chorro de nitrógeno/aire comprimido no resolverá el problema. No hay otra manera en la que puedan neutralizarse las fuerzas electrostáticas creadas por las polarización, que no sea convirtiendo la corriente de gas de alta presión en gas ionizado.Control del funcionamiento
En los últimos años, el control del funcionamiento de los ionizadores se ha convertido en un requerimiento. Las opciones para ello varían desde el sistema analizador de la calibración, básico portátil, hasta las estaciones de pruebas analizadoras computarizadas que retroalimentan información a un aparato de energía para controlar el balance de la fuente ionizante.
El primer paso consiste en determinar el número y localización de los puntos que se controlarán. Este proceso debe evaluarse continuamente mientras el uso de circuitos integrados sofisticados continúe en crecimiento. Nuevamente, es importante recordar que una corriente de aire ionizado balanceada se tornará en una corriente desbalanceada cuando trate una superficie cargada de estática.
Una vez que la electricidad estática se neutralice, el sistema volverá rápidamente a un estado balanceado. Sin embargo, si se alimenta material cargado de estática continuamente en el área, existirá siempre una condición ligeramente desbalanceada.
Mientras más localizada sea la ionización y el control del funcionamiento, más oportunidad habrá de controlar este problema. Del mismo modo, no siempre es deseable tener una cantidad igual de ionización repartida a través de toda una planta. Si no existe un problema de control de estática en esa área, no será necesario dotarla de capacidades de ionización. El trabajo debe concentrarse a realizarse en los lugares específicos en donde el control de estática sea obligatorio.
Algunos ionizadores vienen con monitores y circuitos de control integrados. Si estos detectores de prueba, o de muestras, se colocan en frente de la corriente de aire cuando esta se descarga del ionizador, posiblemente algunas veces confundan a este sistema.
Básicamente, un detector de control de funcionamiento detectará la ionización desbalanceada que proviene del ionizador y corregirá el desbalance. Sin embargo, si un elemento que sea extremadamente grande, como una bandeja para piezas, se pasa rápidamente al área, el campo electrostático enviará una señal al detector balanceador, y el ionizador reaccionará y/o se apagará. Aunque esta condición es poco común, se ha llegado a producir en condiciones de laboratorio.Conclusión
La selección del sistema de ionización apropiado está directamente relacionada con el problema de estática y la aplicación de los ionizadores. Esto es tan importante como el entender cómo la ionización reduce y/o controla la electricidad estática cuando esto es el problema de estática individual. Una vez entendido esto, seleccionar apropiadamente el equipo ionizante resulta más fácil. Finalmente, la aplicación de estos ionizadores es, con mucho, la fase más importante de la selección de los sistemas de control de estática apropiados.ANTHONY Q. TESTONE ha estado involucrado durante largo tiempo en la industria del control de estática. Fundó Testone Electrostatic Corp., Static Inc. en 1974, Testone Enterprises en 1980 y, más recientemente, Testone Research Corp. Se graduó de Indiana Institute of Technology como ingeniero electricista, y es autor de varios artículos técnicos y dos libros sobre electricidad estática.
Reimpreso de Evaluation Engineering, Abril 1991