El fenómeno de la carga electrostática se conoce desde la época de los antiguos griegos. Fue observado y descrito en el ámbar por Tales de Mileto alrededor del año 550 a. C.
Se requieren dos condiciones para la formación de carga electrostática. En primer lugar, debe haber un efecto triboeléctrico; es decir, dos cuerpos con diferentes afinidades electrónicas deben interactuar mecánicamente, por ejemplo, frotarse entre sí, mediante lo cual se transfieren electrones de un cuerpo al otro. Por otro lado, al menos uno de los dos cuerpos debe ser un no conductor, de modo que la diferencia de potencial formada no pueda ser compensada por el flujo de corriente. La característica de un no conductor la proporciona el material poliuretano.
En una correa sincronizada, la carga puede ser generada por el engrane entre la correa y la polea, por los rascadores y por las bancadas deslizantes, véase la figura 1. El engrane es un fuerte "generador" de carga, particularmente a velocidades más altas, debido al engrane por fricción de los dientes de la correa en los huecos de los dientes de la polea. El contacto con la polea conductora no conduce a la descarga. Por lo general, hay un excedente de electrones en la correa, es decir, una carga negativa.
En los procesos técnicos, las cargas electrostáticas tienen dos efectos que deben tenerse en cuenta:
La carga electrostática opuesta de dos cuerpos genera fuerzas de atracción. A modo de ejemplo, esto hace que los fragmentos de plástico se adhieran al recubrimiento en polvo de las lijadoras. Los fabricantes de plotters utilizan este efecto para mantener el papel plano sobre la mesa de la máquina. El geco utiliza cargas electrostáticas para poder desplazarse verticalmente hacia arriba en superficies lisas, véase la Figura 2.
Si la diferencia de potencial debida a la carga electrostática supera un cierto límite, denominado tensión de descarga disruptiva, se produce una ecualización de carga repentina en forma de arco eléctrico.
Conocemos estas descargas por experiencia propia: cuando las suelas de los zapatos y el material de las alfombras o los pantalones y los calcetines se combinan de forma inadecuada, se acumulan cargas que se descargan en la piel con un pequeño arco cuando se supera la tensión de descarga disruptiva.
Estas descargas de tipo rayo tampoco son deseables en entornos técnicos. En la producción de placas de circuito impreso (PCB), pueden dañar componentes electrónicos sensibles, véase la Figura 3. Asimismo, conllevan el riesgo de inflamar una atmósfera inflamable o explosiva.
Existen dos formas de combatir las cargas electrostáticas. Una de ellas es mejorar la liberación de electrones. Esto se puede lograr mediante una mayor humedad (utilizada a menudo en hilanderías), soplando aire ionizado sobre las superficies cargadas o utilizando rodillos tensores conductores. Sin embargo, en el caso de las transmisiones por correa dentada, la transferencia continua de nuevos electrones a través del proceso de engrane es tan intensa que estas medidas apenas tienen efecto.
Más eficaz es el tratamiento antiestático de las correas dentadas, que mejora la movilidad de los electrones en la superficie de la correa al incrementar la conductividad eléctrica del material de la misma en combinación con elementos censores o tensores eléctricamente conductores. Esto evita acumulaciones locales de electrones, distribuye las cargas de manera uniforme y, por lo tanto, aumenta el área superficial capaz de liberar electrones. Tiene un efecto muy positivo en las transmisiones por correa dentada.
Las correas dentadas adquieren conductividad eléctrica mediante:
- Addition of conductive particles (conductive carbon black, metallic fibers, carbo-nanotubes): R < 10^5 Ω, this is referred to as “electrical conductivity”. Caution: This admixture usually leads to increased hardness of the polyurethane!
- Addition of conductive polymer molecules as masterbatch: 10^5 Ω < R < 10^9 Ω, this is referred to as “antistatic properties”.
- Application of conductive backings, e.g. a conductive fabric: R < 10^5 Ω.
El efecto de los aditivos depende de su concentración. Por debajo de una concentración crítica Kc, no se puede detectar prácticamente ninguna conductividad; no se produce la formación de una red (percolación) de las partículas conductoras. Al alcanzar el valor Kc, la conductividad aumenta drásticamente hasta un valor final. Si se incrementa aún más la concentración, la conductividad apenas varía, pero las propiedades mecánicas de la correa (resistencia y resistencia a la abrasión) se reducen significativamente. Por lo tanto, el quid de la cuestión reside en encontrar la concentración adecuada y garantizar que las partículas conductoras se distribuyan uniformemente por toda la correa.
En los últimos años, el temor a las descargas por arco ha propiciado una auténtica búsqueda de valores de resistencia cada vez más bajos en las especificaciones de las correas dentadas. En el capítulo siguiente demostraremos que esto no tiene sentido desde el punto de vista técnico.
Las correas dentadas BRECO se componen esencialmente de un elemento tensor resistente y del material de matriz de poliuretano, a partir del cual se forman el dorso y los dientes de la correa mediante un proceso de extrusión. Como materiales para los elementos tensores se utilizan aceros y aramidas. Se examinaron en el banco de pruebas correas dentadas 50 AT10 con una longitud de 2 m para demostrar la relación entre el material, la resistencia resultante y la carga electrostática durante el funcionamiento. La velocidad fue de 1000 rpm y la fuerza de pretensado de 600 N. La Tabla 1 enumera los poliuretanos, su dureza y los elementos tensores utilizados. En la denominación del TPU, ST significa «estándar» y AS «antiestático». Con valores de resistencia en el rango de los GΩ, los materiales estándar son prácticamente no conductores. Los valores de resistencia en el rango de kΩ a MΩ se alcanzan con los distintos materiales AS. Como era de esperar, los elementos tensores de aramida no conductores siempre conducen a valores de resistencia total más elevados.
La carga electrostática fue causada exclusivamente por el engrane de los dientes durante el funcionamiento. Se utilizó un Keyence SK H050 para medir la carga. El diámetro del punto de medición se correspondía con el ancho de correa de 50 mm. Las mediciones se tomaron a una temperatura ambiente de 21 °C y con una humedad relativa del 20%.
- El funcionamiento de una correa dentada genera cargas electrostáticas que pueden dar lugar a descargas por arco, incluso sin contacto con rascadores. Por lo tanto, todas las inquietudes de los fabricantes de maquinaria al respecto están justificadas.
- En combinación con un elemento tensor conductor, cualquier forma de tratamiento antiestático del TPU produce valores de carga «cercanos a cero», incluso si la resistencia de la correa se encuentra entre 10^8 Ω y 10^9 Ω.
- Deben evitarse los elementos tensores de aramida en aplicaciones críticas en cuanto a cargas.
Aviso legal: Las correas Breco/Brecoflex no se recomiendan para su uso en entornos inflamables o explosivos.
