Cargas electrostáticas y sus efectos en el pesaje

El hecho de comprender las cargas electrostáticas y los efectos que estas ejercen sobre las muestras y recipientes de pesaje resulta fundamental para obtener resultados de pesaje de buena calidad. Siempre que sea posible, se deberían tomar medidas preventivas para reducir o eliminar la acumulación de cargas estáticas en las muestras o los contenedores de pesaje, con el fin de evitar errores, inestabilidad o resultados de pesaje frustrantemente lentos.

¿Qué es la fuerza estática?

La fuerza estática es la acumulación de cargas eléctricas en la superficie de un material no conductor.

Gestión de muestras estáticas

Los nuevos e interesantes avances en la tecnología de pesaje permiten a las balanzas analíticas de última generación detectar automáticamente la presencia de cargas electrostáticas durante una operación de pesaje. La magnitud de esta fuerza se puede medir y registrar. Estas cargas electrostáticas se pueden eliminar con un módulo ionizador integrado para evitar cualquier influencia en el resultado del pesaje. Como el ciclo de detección de cargas estáticas se realiza mientras la balanza se encuentra en reposo y solo tarda unos segundos, no causa ningún retraso a la hora de obtener el resultado del pesaje.

Ventajas para el usuario de la balanza

StaticDetect™ simplifica la manipulación de muestras o contenedores con carga estática, lo que hace que el proceso sea más eficiente para el usuario de la balanza, con el fin de garantizar la máxima exactitud y los resultados de pesaje más fiables.

Artículo técnico: Electrostatics and Weighing [Las cargas electrostáticas y el pesaje]

Las muestras o los contenedores con carga electrostática pueden resultar difíciles de pesar y, a menudo, causan problemas con la estabilidad de la balanza o la deriva en las mediciones. En este artículo técnico se explica cómo:

Evitar la acumulación de cargas estáticas.

Disipar las cargas estáticas una vez que se hayan generado.

Reconocer los inconvenientes de las cargas estáticas en el pesaje.

Eligir el método apropiado para desionizar las muestras o los contenedores

Las balanzas analíticas XPR simplifican la manipulación de muestras estáticas mediante la detección automática y la eliminación de influencias electrostáticas, para garantizar la máxima exactitud y fiabilidad de los resultados de pesaje.

Descargar el artículo técnico sobre cargas electrostáticas y pesajes

Explicación de las cargas electrostáticas

La fricción es la forma más habitual de generar cargas electrostáticas, como:

Secar un vaso de vidrio con un paño
Manipular un matraz volumétrico con guantes desechables
Desembalar un recipiente de laboratorio de una bolsa de plástico
Rellenar un recipiente con materiales sueltos (a granel)

Normalmente, se puede detectar la presencia de electricidad estática por:

Balanza que lucha por establecerse.
Deriva en las lecturas de las mediciones.
No repetibilidad de los resultados de la medición.
Sin embargo, hay casos en los que se puede obtener una lectura estable con una fuerza electrostática neta presente, lo que dificulta o imposibilita identificar la presencia de efectos electrostáticos.

► Descargar la guía sobre comprobaciones de carga electrostática para determinar la presencia de efectos electrostáticos

El valor que se indique puede ser mayor o menor que el peso real (porque las cargas que se generen pueden ser negativas o positivas, y se atraen o repelen entre sí).
Se han observado errores de 1 a 100 mg (lo que es muy significativo cuando se pesan muestras pequeñas).
Las sustancias pulverulentas secas son muy susceptibles a la electricidad estática y, por lo tanto, resultan difíciles de pesar.

Las cargas electrostáticas se disipan con el paso del tiempo. El ritmo de la disipación se ve afectado por la conductividad de la superficie del cuerpo con carga, en el cual influyen, a su vez, la humedad del aire y la contaminación de la propia superficie.
La disipación de la carga puede llevar unos segundos o minutos, o bien varias horas en un ambiente seco (con una humedad relativa de menos del 40 %).
Los materiales con buenas propiedades aislantes, como el vidrio de borosilicato o los plásticos de categoría de laboratorio, pueden hacer que la disipación de la carga sea más lenta.
Un matraz de vidrio no puede cargarse con un 80 % de humedad relativa en el aire.
Sin embargo, en el caso de los contenedores de PTFE, incluso cuando la humedad del aire presenta unos niveles elevados, se observan errores de pesaje significativos durante varios minutos.

He aquí algunas recomendaciones para soluciones prácticas que se pueden poner en práctica:

1. Evitar la acumulación de cargas electrostáticas

Use materiales tratados eléctricamente conductivos o antiestáticos; los recipientes de plástico y vidrio se cargan con rapidez, por lo que no son los materiales ideales.
Cuando manipule los instrumentos, evite el contacto entre materiales diferentes.
Evite la manipulación innecesaria del contenedor, sobre todo con guantes de protección.
Aumente la humedad del aire (valor óptimo: 45-60 %).
Asegúrese de que la balanza y el receptor de carga estén conectados a tierra eléctricamente.
Evite el uso de calzado con aislamiento eléctrico.

2. Reducir las fuerzas que producen las cargas estáticas

Use un “ErgoClip” para sostener los recipientes de tara, que actúa como una jaula de Faraday para blindar eléctricamente la muestra durante el pesaje.
Use un recipiente de tara más pequeño.
Asegúrese de que la muestra se coloca en el centro del receptor de carga.
Use una subcapa conductora.

3. Disipar las cargas estáticas

Use un ionizador de alto voltaje (interno o externo) para descargar las muestras.
Use una fuente radioactiva para ionizar el aire.

No obstante, la mejor forma de controlar las cargas electrostáticas consiste en evitar que se generen.

► Descargar el artículo técnico sobre las cargas electrostáticas y el pesaje para más información

StaticDetect™ es una innovación patentada para ayudar a los usuarios de las balanzas que tienen problemas con las cargas electrostáticas. Se encuentra disponible en las balanzas XPR de METTLER TOLEDO. Se trata de la detección automática de la presencia de una carga electrostática en el contenedor de tara o en la muestra mediante un sensor. Si se detecta una carga estática, se mide la magnitud del efecto de esta carga en el resultado de pesaje. Si se excede el límite de aceptabilidad que ha definido el usuario, se emite un aviso. Un icono en la pantalla del terminal de la balanza indica la presencia de cargas estáticas.

Esta técnica es inmune a las interferencias electromagnéticas y funciona en un amplio rango.
Funciona correctamente en cualquier entorno de laboratorio, incluso en condiciones difíciles, como en vitrinas de gases o sistemas de contención.
Si bien existen otros métodos para detectar si un cuerpo presenta carga electrostática, ninguno de ellos puede calcular la influencia de esta en el peso indicado.

El ciclo de detección electrostática empieza automáticamente en cuanto la muestra se coloca en la balanza y se cierra la puerta. Como el ciclo de detección de cargas estáticas se realiza al mismo tiempo que el paso de pesaje y solo tarda unos segundos, normalmente durante el tiempo de estabilización de la balanza, no causa ningún retraso a la hora de obtener el resultado del pesaje.

Un electrodo concéntrico está integrado debajo del receptor de carga conectado a tierra y se aplica una señal de tensión de corriente alterna. El semiciclo positivo de la señal de onda cuadrada genera cargas positivas en el electrodo (a). Por su parte, el semiciclo negativo de la onda cuadrada genera portadores de carga negativa en el electrodo negativo (b). La diferencia en el resultado de la medición entre ambas situaciones (a y b) puede atribuirse a la carga electrostática (F_E). Este valor será cero si la muestra o el contenedor no tienen carga electrostática. Con este método, el sensor puede determinar el peso real de la muestra.

Fuerza atractiva - cargas electrostáticas

(a): una fuerza atractiva actúa entre el objeto medido y el electrodo. El componente vertical de esta fuerza se añade al peso e influye en el resultado medido haciendo que el resultado indicado sea más pesado que el resultado real.

Fuerza repulsiva - cargas electrostáticas

(b): una fuerza repulsiva actúa entre el objeto que se está midiendo y el electrodo. El componente vertical de esta fuerza se resta del peso e influye en el resultado medido haciendo que el resultado indicado sea más ligero que el resultado real.

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