Todos alguna vez hemos experimentado con la electricidad estática, ya sea en la escuela, repitiendo el experimento de Tales de Mileto -fricción de una varilla de vidrio ámbar que atrae objetos pequeños-; en nuestra vida cotidiana, cuando nos sacamos una prenda de ropa sintética; o en nuestras oficinas, cuando se instalan pisos flotantes extensos sin ser aterrizados en ambientes climatizados y recibimos una descarga cada vez que tocamos una chapa o marco metálico. No obstante, esta recombinación brusca de las cargas separadas (chispa) puede llegar a constituir un riesgo de incendio en lugares donde se producen vapores y líquidos inflamables o incluso polvos explosivos en suspensión.

Generalmente, como resultado de la fricción o contacto entre cuerpos de materiales diferentes y malos conductores de la electricidad, se genera un desequilibrio temporal en la repartición de las cargas eléctricas en sus superficies por transferencia de electrones, creando un campo eléctrico y una diferencia de potencial que puede llegar a ser muy elevado. Este estado implica que uno de los cuerpos se carga positivamente (aquel que pierde electrones durante la fricción o contacto) y el otro, se carga negativamente (aquel que gana electrones durante esta fricción o contacto). La magnitud de la carga depende principalmente de la velocidad de separación y/o fricción de los materiales y de su resistividad eléctrica.

Esta acumulación de cargas puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando la rigidez dieléctrica (resistencia del medio) entre ambos materiales cargados disminuye, permitiendo la descarga, o cuando el potencial acumulado logra vencer la rigidez dieléctrica del medio.

Para limitar la aparición de descargas electrostáticas que afecten las instalaciones o procesos productivos con atmósferas explosivas, es imprescindible conocer las condiciones que propician su generación. Entre estas se encuentran:

• Procesos con fricción o contacto.

• Tipos de materiales involucrados en dicha fricción o contacto (generalmente aislantes).

• Baja humedad ambiental.

• Maquinarias, elementos o personal cargado que ingresan a instalaciones sin ser descargados o equipotencializados previamente.

Una atmósfera explosiva es una mezcla de aire u oxígeno, en condiciones atmosféricas, con sustancias inflamables en forma de gas, vapor o niebla, en la que tras la ignición, la combustión se propaga a toda la mezcla no quemada. Los elementos de una mezcla explosiva que puedan reaccionar con una descarga electrostática deben regirse por las siguientes propiedades:

• Punto de inflamación.

• Límite de inflamabilidad.

• Energía de encendido.

• Concentración de oxidante.

Punto de inflamación: Es la temperatura mínima en el que un líquido emite suficiente vapor para formar una mezcla inflamable con el aire cercano a la superficie del líquido.

Límites de inflamabilidad: Los vapores o gases en el aire son inflamables solo en concentraciones entre el límite inferior de inflamabilidad (LFL) y el límite superior de inflamabilidad (UFL). Por debajo del LFL, los vapores son demasiado pobres para quemarse y por encima del UFL, son mezclas demasiado ricas para arder.

Aumentos de presión por encima de la presión atmosférica e incrementos de temperatura ensanchan el rango de inflamabilidad de los hidrocarburos típicos.

En el gráfico adjunto se observa la relación que existe entre el porcentaje de concentración de los gases inflamables y la energía mínima de ignición.

Energía mínima de ignición: Es la energía eléctrica mínima de una chispa capaz de producir la ignición de una mezcla de aire u oxígeno con un material inflamable determinado, y cuyo valor se determina mediante un procedimiento estándar.

Por ejemplo, el cuerpo humano es considerado como un buen conductor de la electricidad. Sin embargo, una escasa sudoración o sequedad de la piel, sumada a una baja humedad ambiental y a una vestimenta inadecuada (fibras sintéticas), pueden hacer que una persona alcance potenciales del orden de los 10.000V. Dado que la capacidad del cuerpo humano actuando como condensador eléctrico es del orden de los 200 a 300 pF, la energía alcanza los 10 mJ, claramente suficiente para iniciar una deflagración en una atmósfera inflamable, según lo indica el gráfico.

W= ½(C V²)
W= energía (joul)
C= faradios
V= volts
E= 1/2 x (200x10E-12) x (10000)2=10 mJ

Concentración de oxidante: La combustibilidad es normalmente determinada en base al contenido de oxígeno en el aire atmosférico (21% de oxígeno). Con una atmósfera enriquecida de oxígeno, la gama inflamable se expande; es decir, el LFL disminuye y el UFL aumenta. Si la concentración de oxígeno se reduce suficientemente, se puede alcanzar el límite de concentración de oxígeno (LOC) y eliminar así el peligro de ignición, como se explica en la norma NFPA 69. Si otros oxidantes están presentes en la mezcla, pruebas de laboratorio podrían ser necesarias para evaluar el riesgo.

En resumen, estaciones gasolineras, empresas de almacenamiento y distribución de gas natural y gas licuado, fábricas de pinturas y barnices, imprentas en base a solventes, gasoductos, instalaciones donde se produzca, almacene o envase hidrógeno; silos y establos cerrados, entre otros muchos ejemplos, están llamados a implementar medidas que limiten o eliminen la posibilidad de que se originen descargas electrostáticas en sus dependencias.

Además, no solo las instalaciones donde se manejen, produzcan o envasen líquidos y vapores inflamables deben contar con medidas antiestáticas, pues elementos sólidos en polvo con diámetros iguales o inferiores a los 420 µm en suspensión, pueden resultar ser explosivos en estas condiciones y susceptibles de deflagrar ante una descarga electrostática (por ejemplo, el polvo de aluminio).

Relación entre porcentaje de concentración de los gases inflamables y energía mínima de ignición.