Aplicaţii ale electrostaticii

39
GRUP ŞCOLAR FERDINAND I CURTEA DE ARGEŞ- ARGEŞ PROIECT DE DIPLOMĂ -NIVELUL 3- CALIFICARE PROFESIONALĂ: TEHNICIAN ELECTROTEHNIST CANDIDAT: ÎNDRUMĂTOR PROIECT:

Transcript of Aplicaţii ale electrostaticii

Page 1: Aplicaţii ale electrostaticii

GRUP ŞCOLAR FERDINAND ICURTEA DE ARGEŞ- ARGEŞ

PROIECT DE DIPLOMĂ-NIVELUL 3-

CALIFICARE PROFESIONALĂ:TEHNICIAN ELECTROTEHNIST

CANDIDAT: ÎNDRUMĂTOR PROIECT:

Page 2: Aplicaţii ale electrostaticii

2010

2

Page 3: Aplicaţii ale electrostaticii

TEMA PROIECTULUI:

APLICAŢIILE ELECTROSTATICII

Page 4: Aplicaţii ale electrostaticii

CUPRINS

1.Argument……………………………………………pg.22.Aplicaţi i ale electrostat ici i……………………….pg.43.Maşina Felici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .pg124.Fil tre electrostat ice………………………………..pg.155.Probleme de tehnică a securi tăţ i i muncii ş i de prevenire şi s t ingere a incendii lor la maşinile electr ice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .pg.176.Bibliografie…………………………………………pg.217.Anexe………………………………………………..pg.22

1

Page 5: Aplicaţii ale electrostaticii

1.Argument

Aplicaţi i le electrostat ici i sunt multe şi importante. În general aplicaţi i le se bazează pe descărcarea corona pe efectul tr iboelectr ic şi pe legea lui Coulomb.

Ca aplicaţi i ale electrostat ici i putem prezenta: Motoarele electrostat ice la care mişcarea mecanică

rezultă în urma interacţiunii dintre corpuri le electr izate. Puterea acestor motoare în general este mică, de ordinul watt-ului , se folosesc la alcătuirea sistemelor miniaturizate.

Motoarele corona sunt cele mai reuşite şi totodată cele mai simple şi ieft ine. Se construiesc motoare corona de mare viteză cu puteri de până la 10 W la 1000 W.

Prtecipitarea electrostat ică. Prin această operaţie se înţelege separarea unor part icule (solide sau l ichide) dintr-un gaz în care se găsesc în suspensie.

Separarea electrostat ică este operaţia de separare a unor materiale solide de al te materiale solide (sub formă de part icule mai mari sau mai mici) bazată pe fenomenul electr ic .

Acoperirea electrostat ică este operaţia prin care se poate acoperi i suprafaţa unui obiect cu un anumit material uscat sau umed folosind forţe electrostat ice.

Electrografia sau electrofotografia reprezintă procedeul de reproducere sau imprimare a unor documente bazate pe formarea de imagini electrostat ice latente.

2

Page 6: Aplicaţii ale electrostaticii

Electrometrul este instrumentul electrostat ic cu care se măsoară diferenţa de potenţial .

Generatoarele electrostat ice servesc la producerea de tensiuni înalte prin convert irea energiei mecanice în energie electr ică. Construcţia lor se bazează pe fenomenul de influenţă electrostat ic .

Generatorul Van de Graaff . La acest t ip de generator electrostat ic transportorul este din material izolant sarcinile electr ice de încărcare provin de la o sursă auxil iară iar ciclul de funcţionare este continuu.

Filtrele electrostat ice sau elecrofi l trele se folosesc pentru: - precipitarea prafuri lor si a "ceturi lor" cu ajutorul campului electr ic in electrofi l tre;- desprafuirea gazelor prin trecerea lor prin straturi absorbante;- desprafuirea gazelor in instalat i i de spalare;- centrifugarea gazelor cu impuritat i sub forma de praf. Electroli tul are o camera de precipitare de forma prismatica sau ci l indrica, terminata la partea inferioara cu un buncar pentru colectarea part iculelor depuse pe electrodul colector.

3

Page 7: Aplicaţii ale electrostaticii

2.Aplicaţii ale electrostaticii

În ult imii ani , aplicaţi i le electrostat ici i sunt din ce în ce mai multe şi mai importante. În general , aceste aplicaţi i se bazează pe descărcarea corona, pe efectul tr iboelectr ic şi pe legea lui Coulomb şi sunt foarte convenabile din punct de vedere al costului .

Motoare electrostatice. În cazul acestor motoare, mişcarea mecanică rezultă în urma interacţiunii dintre corpuri electr izate. Există o mare varietate de motoare electrostat ice, care au diverse caracterist ici . În general , puterea acestora este mică, de ordinul wattului , ş i se folosesc în special la alcătuirea sistemelor miniaturizate.

Motoarele corona (Poggendorff , 1867) sunt în prezent cele mai reuşite, f i ind totodată şi cele mai simple şi ieft ine. Principiul de funcţionare a acestora se înţelege dacă ne închipuim un disc de st iclă (rotorul) ce se poate roti într-un plan vert ical , între câteva perechi de piepteni cu dinţi ascuţi ţ i din metal (f ig. 1) . Perechile de piepteni sunt puse în legătură cu poli i unui generator electrostat ic , astfel ca electr izarea lor să al terneze ca semn. Prin descărcarea corona, pe porţ iunea de disc din faţa unei perechi de piepteni , sedepun ioni cu sarcini de acelaşi semn ca al pieptenilor (de exemplu, pozit ivi) . În consecinţă, o pereche de piepteni respinge porţ iunea de disc precedentă pe care s-au pulverizat , prin f ig. 1descărcarea corona, part icule electr izate negativ; astfel discul se roteşte.

4

Page 8: Aplicaţii ale electrostaticii

În prezent se pot construi motoare corona de mare viteză (12000 rot/minut) , cu puteri de la 10 W la 1000 W şi cu un randament de circa 60%, când funcţionează sub o tensiune de la 8 kV până la 15 kV.

Motoarele cu electreţ i (Gubkin, 1961), se construiesc cu puteri de până la un watt .

Precipitarea electrostatică. Prin această operaţie se înţelege separarea unor part icule (solide sau l ichide) dintr-un gaz, în care se găsesc în suspensie.

Un precipitator electrostat ic (f i l t ru electrostat ic) este construit dintr-un ci l indru 1, numit electrod colector, prevăzut cu două tuburi ; prin tubul inferior 2 intră gazul cu part icule în suspensie şi prin cel inferior 3, gazul iese purif icat . Coaxial cu ci l indrul se înt inde un fir conductor 4, care trece printr-un dop izolat 5 prins de capacul ci l indrului; greutatea 6 serveşte la înt inderea f irului (f ig. 2) . f ig. 2

Firul conductor, la care se aplică un potenţial de ordinul câtorva zeci de kilovolţ i , consti tuie electrodul de descărcare corona. Prin această descărcare, se producioni de acelaşi semn cu sarcina de pe f ir , care se deplasează în interiorul ci l indrului sub acţiunea câmpului electr ic . Part iculele din gaz, deplasându-se printre ioni , se ciocnesc cu aceştia; astfel , ionii se ataşează de suprafaţa part iculelor care devin purtătoare de sarcini electr ice. Part iculele, acum electr izate, sunt respinse de f ir ş i se deplasează spre electrodul colector la suprafaţa căruia aderă.

Precipitarea electrostat ică este mult aplicată în industria cimentului , hârt iei , oţelului , fosfaţ i lor etc. , la

5

Page 9: Aplicaţii ale electrostaticii

rafinarea petrolului şi în al te industri i care determină poluarea atmosferei prin fum şi praf .

Separarea electrostatică. Această denumire se dă în mod curent operaţiei de separare a unor materiale solide de al te materiale solide, care sunt sub formă de part icule mai mari sau mai mici , bazată pe fenomene electr ice.

Prima fază a operaţiei de separare constă în electr izarea part iculelor solide. Aceasta se poate realiza prin efectul tr iboelectr ic , prin bombardare cu electroni sau ioni şi prin influenţă.

Dacă materialele sunt dielectr ice, cum sunt cuarţul şi apati ta , se sfărâmă în part icule, se spală, se usucă şi se fac să cadă într-un coş (1) (f ig. 3) . În acest caz, electr izarea part iculelor se produce prin efect tr iboelectr ic . Part iculele de cuarţ se electr izează negativ, iar cele de apati tă pozit iv. A doua fază a operaţiei constă în separarea propriu-zisă a part iculelor electr izate, cu ajutorul unui câmp electr ic realizat cu generatori de f ig. 3tensiuni e .m. cuprinse între 10 kV şi 100 kV (2). Acest procedeu de sortare selectivă este mult ut i l izat la îmbogăţirea minereuri lor într-un anumit compus ca: apati ta , zicon, ruti l etc. Sau la purif icarea cerealelor.

Acoperirea electrostatică. Aceasta reprezintă suma proceselor prin care se poate acoperi suprafaţa unui obiect oarecare, cu un anumit material uscat sau umed, folosind forţe electrostat ice. Procesele sunt diverse şi variază după caz.

6

Page 10: Aplicaţii ale electrostaticii

În mare, un proces de depunere a unui strat dintr-un material pe o suprafaţă constă în pulverizarea materialului ( l ichid sau solid), în electr izarea part iculelor produse prin pulverizare şi în dir i jarea acestora spre suprafaţa obiectului cu ajutorul unui câmp electr ic .

Îmbrăcarea sau acoperirea electrostat ică se foloseşte mult la vopsirea diverselor obiecte industriale, la acoperirea automobilelor cu un strat de protecţie, la depunerea unei pături foarte subţir i dintr-un material special pe suprafeţele foilor de hârt ie pentru ca t ipărirea să f ie reuşită, la producerea glaspapirului etc.

Electrografia. Electrografia, sau electrofotografia, reprezintă procedeele de reproducere sau de imprimare a unor documente, cărţ i etc. , bazate pe formarea de imagini electrostat ice latente; procedeul cel mai răspândit , de care ne vom ocupa în continuare, este cunoscut sub forma de xerografie.

De fapt , xerografia este o aplicaţie a electrostat ici i ş i a fotoconductibil i tăţ i i în acelaşi t imp, care a fost inventată de Carlson şi care începând cu anul 1950 se foloseşte în toată lumea.

Acest procedeu de reproducere a imaginii a unui obiect (pagină etc.) , constă dintr-un lanţ de câteva procese, fără a se face uz de presiune. Pe o plac[ de metal (Al) , se depune un strat foarte subţire (20-30 µm) dintr-un material fotoconductor de rezist ivi tate mare (10 1 1-10 1 4 Ωm), cum este seleniul amorf, pulberea de oxid de zinc, antracenul etc. Uneori , între stratul fotoconductor şi placa metalică se depune un strat de blocare cu grosimea de ordinul zecilor de ångströmi (20-50 Å), consti tuid dintr-un material izolant de rezist ivi tate foarte mare (10 1 6 Ωm), cum este alumina.

7

Page 11: Aplicaţii ale electrostaticii

Prima operaţie constă în electrizarea suprafeţei s tratului fotoconductor. Procedeul folosi t în prezent pentru electr izarea suprafeţei fotoconductorului cu sarcini de densitate constantă se bazează pe bombardarea cu ioni de acelaşi semn ca şi sarcina unui f ir (cu grosimea de ordinul zecilor de mm) supus unei tensiuni de circa 5 kV, prin intermediul unei descărcări corona, in aer, care se deplasează paralel cu suprafaţa şi f ig. 4la o distanţă mică de aceasta (f ig. 4) . Prin influenţă, placa suport de aluminiu se electr izează negativ şi astfel s tratul fotoconductor este supus acţiunii unui câmp electr ic E. Electr izarea stratului fotoconductor se face la întuneric.

A doua operaţie conduce la formarea imaginii electrostatice latente. Când suprafaţa exterioară a stratului fotoconductor este expusă acţiunii imaginii optice (f ig. 5) , fotonii fac să apară în fotoconductor perechi electron-gol care ajunge la feţele electr izate (faţa exterioară a stratului fotoconductor şi faţa interioară a suportului de aluminiu). Sarcina de pe suprafaţa f ig. 5 fotoconductorului scade în mod inegal în diverse regiuni ale acesteia: în locuri le unde i luminarea este mai intensă, sarcina superficială scade mai mult decât în locuri le în care i luminarea este mai slabă. Această sarcină superficială a stratului fotoconductor, care variază de la un punct la al tul al suprafeţei , consti tuie imaginea latentă electrostat ică.

8

Page 12: Aplicaţii ale electrostaticii

Dezvoltarea imaginii electrostatice este a treia operaţie şi constă în a face vizibilă această imagine consti tui tă din sarcini electr ice. Cel mai simplu developator este o pulbere de part icule pigmentate, cum sunt cele de carbon, care se pulverizează pe suprafaţa stratului fotoconductor. În t impul pulverizări i , part iculele f in divizate de carbon se electr izează prin frecare; apoi acestea se depun în mod inegal pe stratul de fotoconductor (prin atracţie electrostat ică) în funcţie de densitatea sarcinilor superficiale şi redau imaginea obiectului .

Urmează apoi transferul imaginii . Această operaţie se poate efectua folosind hârt ie obijnuită; apăsând foaia de hârt ie pe suprafaţa stratului fotoconductor, part iculele pigmentate (carbonul) aderă la hârt ie şi astfel imaginea este transferată.

Operaţia ul t imă constă în f ixarea imaginii ; aceasta se realizează prin încălzire, prin fuziunea unui l iant , prin umezire cu vapori ş i prin al te procedee în funcţie de restul operaţi i lor şi de materialele folosi te . În ult imul t imp s-au obţinut şi imagini colorate.

Electrometre. Principiul de construcţie. Electrometrele sunt instrumente electrostat ice cu care se măsoară diferenţe de potenţial . Construcţia acestora se bazează pe interacţiunea dintre elementele unui sistem de conductoare, ale căror potenţiale se menţin constante. Frecvent, acest s istem de conductoare consti tuie un condensator deformabil . Dacă una dintre armături se poate deplasa faţă de cealal tă , având loc o translaţ ie a acesteia după o direcţie anumită (Ox), atunci forţa electrostat ică ce acţionează asupra armături i se echil ibrează cu forţe antagoniste (de natură mecanică), prin intermediul unui sistem de balanţă. Pe acest principiu este construit electrometrul absolut cu platane

9

Page 13: Aplicaţii ale electrostaticii

(W. Thomson), cu care se pot efectua măsurători în valoare absolută a diferenţelor de potenţial ş i care se foloseşte extrem de rar .

Dacă deplasarea constă dintr-o rotaţ ie a armături i mobile în jurul unui ax f ix, atunci momentul cuplului forţelor electrostat ice se echil ibrează cu momente antagoniste mecanice datorate torsiunii unui f ir . Astfel este construit electrometrul cu cadrane al lui W. Thomson, care face parte din electrometrele relat ive ce se folosesc în laboratoare datori tă sensibil i tăţ i i lui ş i a posibil i tăţ i lor de măsură variate pe care le oferă. Cu acest electrometru se pot măsura, fără a se perturbacâtuşi de puţin regimul de funcţionare a reţelei de studiat , tensiuni de valori cuprinse între aproximativ 100 V şi 10 -

4 V, intensităţ i le de curent (10 - 1 5 A) şi rezistenţe (10 1 2Ω); se pot măsura cu acest instrument şi sarcini electr ice de până la 10 - 1 5 C.

În continuare se va expune numai principiul de funcţionare al acestui electrometru. O armătură B a condensatorului se roteşte în jurul unui ax f ix în faţa celei lal te armături A (fig. 6) . Momentul cuplului forţelor electrostat ice

t inde să crească partea armături i f ixe care este acoperi tă de cea mobilă, până când θ are valoarea cea mai mare posibilă; acest moment (Γ) se echil ibrează cu un moment al unui cuplu de torsiune (Γ') care este proporţ ional cu unghiul de rotaţ ie: Γ '=K'θ. Pentru aceasta, armătura mobilă este suspendată de

10

Page 14: Aplicaţii ale electrostaticii

un fir cu torsiune e, după axa de rotaţ ie . f ig. 6

Când dC/dθ nu depinde de θ, atunci

Condiţ ia acesteia este îndeplinită dacă ini ţ ial sectorul B acoperă o porţ iune suficient de mare din sectorul A.

După o schemă de principiu asemănătoare se construiesc şi voltmetrele electrostatice; cu acestea se măsoară în general tensiuni r idicate (mii de volţ i) .

Generatoarele electrostatice. Generatoarele electrostat ice servesc la producerea de tensiuni înalte (10 3 V–10 7 V), prin covert irea energiei mecanice în energie electr ică. Construcţia celor mai multor generatoare electrostat ice se bazează pe fenomenul de influenţă electrostat ică. Acestea se folosesc la efectuarea unor experienţe de electrostat ică sau de f izică nucleară şi adesea fac parte din componenţa unor instalaţ i i de aplicare în practică a electrostat ici . Curentul pe care î l pot debita generatoarele electrostat ice nu depăşeşte câţiva miliamperi . În continuare, vom descrie numai câteva generatoare care sunt cunoscute şi care diferă prin modul de funcţionare. Deseori aceste generatoare sunt înlocuite prin dispozit ive care sunt al imentate în curent al ternativ.

Electroforul . Acest generator electrostat ic , deosebit de simplu, a fost descoperi t de A. Volta ( în anul 1775). În componenţa acestuia intră un disc de dielectr ic (din sulf , parafină, dielectr ină etc.) turnat ăîntr-o tavă metalică pusă la pământ, prevăzută cu un cui metalic M al cărui capăt superior iese puţin din discul de

11

Page 15: Aplicaţii ale electrostaticii

izolant (f ig. 7) . A doua parte a maşinii este un f ig. 7disc metalic T, prevăzut cu un mâner izolant . Electroforul poate f i complet cu un ci l indru Faraday C.

Prin frecarea cu blană de pisică, dielectr icul se electr izează, având pe suprafaţă sarcini negative (de exemplu) dacă s-a folosi t parafină. Discul metalic T, aşezat pe discul de parafină, se electr izează prin influenţă; sarcini negative de pe acesta se scurg în pământ prin cuiul M. Ridicând discul T, acesta rămâne electr izat pozit iv (f ig. 7) . Sarcinile produse în T pot f i t ransportate în interiorul unui ci l indru Faraday (cu un corp de probă), care se va electr iza prin contact . Operaţia de transport se poate repeta, chiar dacă potenţialul discului T este mai mic decât al ci l indrului (căci sarcinile electr ice se distr ibuie numai pe suprafaţa conductoarelor) . Cu electroforul se pot obţine potenţiale de ordinul a 10 3-10 4 volţ i . Orice generator electrostat ic se compune dintr-un inductor I de la care se iau sarcinielectr ice prin unfluenţă, un transportor T şi un colector C.

Generatorul Wimshurst . Acest generator, puţin folosi t , funcţionează pe baza aceloraşi fenomene ca şi electroforul , numai că ciclul de operaţi i se repetă cu o frecvenţă mare, datori tă construcţiei sale. O asemenea maşină poate furniza tensiuni până la 10 5 volţ i ş i curenţi până la 10 - 4 amperi; aceste l imite sunt determinate de scântei le care apar între diversele piese ale maşinii ş i izolanţi i din care este construită.

3.Maşina Felici

12

Page 16: Aplicaţii ale electrostaticii

La acest t ip de generator electrostat ic transportul T este tot conductor (metalic) , insă sarcina electr ică Q provine de la o sursă auxil iară de tensiune, iar procesul prin care se r idică potenţialul sarcinilor electr ice este diferi t . Modul de funcţionare se poate explica referindu-ne la schema electrometrului cu cadrane (f ig. 6) , din care să l ipsească f irul de torsiune. Când cele două armături sunt faţă în faţă, dacă pe condensator se află sarcina electr ică Q şi capacitatea acestuia este C M , având valoarea maximă, tensiunea între armături este minimă Vm=Q/CM .

Sistemul f i ind izolat , Q rămâne constant , să rotim armătura mobilă de un unghi θ astfel ca să acopere o porţ iune minimă a armături i f ixe. În noua poziţ ie , capacitatea C m a condensatorului f i ind minimă, tensiunea dintre armături i creşte la valoarea V m=Q/Cm ; ţ inând seama de ult imele două relaţ i i , se obţine:

Energia electr ică provine din lucru mecanic de rotire a armături i mobile, efectuat contra forţelor electrostat ice de atracţie dintre armături . Cu cât raportul C M /Cm este mai mare, cu atât mai mare este şi câşt igul în energie electr ică.

După uti l izarea acestei energii în exterior, întoarcerea armături i mobile în poziţ ia ini ţ ială făcându-se fără să f ie necesar un lucru mecanic, se repetă ciclul pentru a faca ca maşina să funcţioneze în permanenţă.

Unele variante ale acestui t ip de generator electrostat ic , la care tensiunea de excitaţ ie provine de la un dinam, pot furniza tensiuni pâna la 2·10 5 volţ i ş i curenţi de 1mA, fără ca dimensiunile l iniare ale acestora să depăşească 40 cm. La aceste maşini , în construcţia

13

Page 17: Aplicaţii ale electrostaticii

cărăra se evită orice piesă cu muchii sau vârfuri , randamentul este mult mai r idicat decât la al te t ipuri , at ingând uneori performanţe de 90%; de aceea sunt singurele maşini electrostat ice care se folosesc şi ca motoare.

Generatorul Van de Graaff ( inventat în anul 1933). La acest t ip de generator electrostat ic , t ransportorul este din material izolant , sarcinile electr ice de încărcare provin de la o sursă auxil iară, iar ciclul de funcţionare este continuu. Alte deosebiri ies în evidenţă prin descrierea construcţiei ş i funcţionări i (f ig. 8) .

Transportorul constă într-o curea izolantă (mătase, bumbac cauciucat etc.) f ig. 8spri j ini tă pe doi scripeţi rot i ţ i de un motor, cu o viteză de câteva mii de ture pe minute. Sarcinile electr ice provenite de la un generator de curent continuu, având t .e .m. de ordinul a 10 4 V, trec pe transportor prin intermediul unui pieptene A. De aceea, este necesar ca t .e .m. a sursei auxil iare să f ie de acest ordin de mărime. În urma ionizări i aerului datori tă câmpului electr ic intens creat de pieptene, ionii pozit ivi se f ixează pe curea, iar cei negativi neutral izează sarcinile de pe pieptene. Sarcinile pozit ive de pe bandă determină apari ţ ia de sarcini negative (-Q) pe suprafaţa interioară a sferei S, care joacă rolul ci l indrului lui Faraday (colector) şi sarcini pozit ive (+Q), în aceeaşi canti tate, pe suprafaţa exterioară a sferei . Sarcinile negative neutral izează sarcinile pozit ive de pe partea care coboară a curelei , prin intermediul al tui pieptene B. Prin acumularea sarcinilor pe suprafaţa exterioară a sferei , acesteia î i creşte mereu potenţialul după formula

14

Page 18: Aplicaţii ale electrostaticii

dacă nu este depăşită valoarea câmpului creat de sferă care permite descărcarea în aer. Se cunosc şi al te moduri de a dispune pieptenii pentru a face ca sarcinile de pe curea să determine apari ţ ia sarcinilor pe suprafaţa exterioară a sferei . Când maşina funcţionează, înaintarea curelei întâmpină o reuistenţă din ce în ce mai mare din partea sarcinilor pozit ive de pe suprafaţa exterioară a sferei .

Folosindu-se sfere de rază mare (până la R~10 m), pentru a nu se produce câmpuri electr ice intense (de cam 10 4 V/cm) care să facă aerul (gazul) conductor, închizând întreaga maşină dintr-o incintă plină cu un gaz greu ionizabil , cum este freonul (CH 2F 2) , sub presiuni de câteva atmosfere (10 atmosfere) pentru a f i ş i mai greu ionizabil ş i folosind izolanţi buni, se pot construi generatoare care să furnizeze tensiuni de până la 10 7 V şi curenţi de câţiva miliamperi (5 mA), puterea ajungând să f ie de ordinul a 100 kW. Folosind două generatoare Van de Graaff , ale căror sfere sunt încărcate cu sarcini de semne contrare, valoarea tensiunii se poate dubla.

Acest t ip de generator electrostat ic , care se prezintă în diverse variante (cum este aceea a lui Pauthenier (1939) având ca transportor un curent de aer încărcat cu pulberi izolante care circulă cu mare viteză (50 m/s)) este folosi t la realizarea a diverse experimente unde se cer part icule electr izate de mare energie.

4.Filtre Electrostatice

15

Page 19: Aplicaţii ale electrostaticii

Dezvoltarea industriala acceletrata a societat i i omenesti a condus la o poluare accestuatat a mediului inconjurator: aer , apa, sol . De exemplu, deja in anul 1968, noxele (CO, SO2, NO2, pulberi , hidrocarburi) el iberate in atmosfera, provenind din activi tat i industriala, din producerea energiei s i din transporturi , erau est imate, numai in SUA, la circa 177 milioane tone/an. S-au adoptat masuri legislat ive care impun agenti lor economici sa uti l izeze dispozit ive adecvate pentru a diminua cat mai mult posibil poluarea atmosferei prin activi tat i le industriale desfasurate. Ca urmare, au fost dezvoltate diferi te procedee pentru epurarea gazelor:- precipitarea prafuri lor si a "ceturi lor" cu ajutorul campului electr ic in electrofi l tre;- desprafuirea gazelor prin trecerea lor prin straturi absorbante;- desprafuirea gazelor in instalat i i de spalare;- centrifugarea gazelor cu impuritat i sub forma de praf.Dintre aceste procedee desprafuirea electrostat ica este cea mai performanta tehnica de captare a suspensii lor aflate in prafuri le si gazele industriale rezultate din diverse procese tehnologice. Aceasta metoda numita si precipitare electrostat ica, a fost inventata in anul 1905. Dispozit ivul ut i l izat in aceasta tehnica este numit f i l t ru electrostat ic sau electrofi l tru.Electroli tul are o camera de precipitare de forma prismatica sau ci l indrica, terminata la partea inferioara cu un buncar pentru colectarea part iculelor depuse pe electrodul colector. Camera de precipitare este prevazuta cu un sistem de admisie a gazului impurif icator care, dupa trecerea prin campul electr ic dintre electrodul de inalta tensiune si electrodul colector, este curatat de impuritat i s i el iberat in atmosfera printr-un sistem de

16

Page 20: Aplicaţii ale electrostaticii

evacuare. Cei doi electrozi sunt legati la o sursa de inalta tensiune. Intre ei se genereaza un camp electr ic . Deoarece electrodul de inalta tensiune este foarte subtire (are diametrul cuprins intre 1 si 8 milimetri) , campul electr ic este neuniform radial , l ini i le de camp sunt mai dense in vecinatatea f irului unde, prin urmare, s i intensitatea campului este mai mare.Electronii l iberi din gaz sunt accelerat i foarte puternic radial s i produc, prin ciocniri , al t i electroni si ioni pozit ivi s i negativi . Ionii pozit ivi sunt atrasi de elctrodul central f i l i form si produc, prin bombardarea acestuia, noi electroni . Se genereaza astfel o descarcare electr ica numita descarcare corona. Ea se manifesta sub forma unei teci luminoase foarte subtir i , in jurul f irului central , presarata de puncte stalucitoare foarte apropiate intre ele. Apari t ia ionilor pozit ivi s i negativi in zona de descarcare electr ica face ca part iculele care impurif ica gazul sa se incarce electr ic in t impi foarte mici (<0,1 secunde) deoarece intr-un cm3 din zona de descarcare sunt circa 10 la a 9-a ioni negativi . Part iculele de impuritat i incarcate electr ic sunt apoi antrenate de campul electr ic spre electrodul de colectare unde se depune. Ele se neutral izeaza electr ic la contactul cu peretele si cad, sub actiunea greutat i i , in buncarul din partea inferioara a camerei de precipitare. Un astfel de f i l t ru electrostat ic Cottrel l poate ajunge la o eficienta de pana la 99%. Trebuie insa sa precizam ca el permite numai curatarea aerului de impuritat i prezente sub forma unor mici part icule solide (praf) . Purif icarea aerului de noxe gazoase (de exemplu, SO2) nu se poate realiza pe calea precipitari i electrostat ice. Pentru aceasta sunt necesare metode mai complicate si , in general , mai costisi toare.

17

Page 21: Aplicaţii ale electrostaticii

5.Probleme de tehnică a securităţii muncii şi de prevenire şi stingere a incendiilor la maşinile

electrice

Probleme generale. Electrocutări le au loc când omul at inge concomitent două elemente bune conductoare de electr icici tate, între care există o diferenţă de potenţial .

Partea izolantă a corpului omenesc o consti tuie numai pielea, rezistenţa electr ică a ei vari ind între 1000 şi 100000 Ω, în funcţie de individ şi de condiţ i i le în care se face contactul cu elementul sub tensiune. De aceea, pentru f iecare individ se consideră o tensiune periculoasă, în condiţ i i date, dacă produce un curent prin corpul omului I h≥10 mA. La I h≥15 mA, omul nu se mai poate el ibera singur de sub acţiunea curentului electr ic , iar la I h≥90 mA, încetează funcţionarea inimii .

Contactul cu elemente care fac parte din circuitele curenţi lor de lucru, cum sunt conductoarele neizolate, consti tuie atingerea directă , iar contactul cu un element care intră accidental sub tensiune, datori tă unor defecţiuni sau avari i , cum sunt carcasele maşinilor şi instalaţ i i lor electr ice consti tuie atingere indirectă .

Mijloacele individuale de protecţie şi măsuri organizatorice. Persoanele care în t impul lucrului pot produce at ingeri directe trebuie să uti l izeze ca mijloace individuale de protecţie mănuşile şi încălţămintea de cauciuc, scule cu mânere izolante. În tot t impul lucrului vor avea gri jă să nu închidă circuite electr ice prin at ingeri concomitente a două părţ i ale corpului (mână-

18

Page 22: Aplicaţii ale electrostaticii

mână, mână-picior, mână-cap, mână-şi al te părţ i ale corpului) .

Organizarea locului de muncă impune îngrădirea şi semnalizarea prin plăci avert izoare la dispozit ivele de acţionare a întrerupătoarelor că se lucrează şi să nu se închidă. De aceea, nu este permisă luarea plăcilor avert izoare sau închiderea întrerupătoarelor deschise fără a se convinge că nu există nici un pericol de electrocutare la toată reţeaua care se pune sub tensiune.

Pentru înlăturararea electrocutări lor , t rebuie ca înainte de începera oricărei lucrari să se verif ice dacă sunt luate toate măsuri le posibile de protecţie, deoarece experienţa a arătat că nici un mijloc de protecţie nu poate f i considerat suficient

Orice neatenţie , glumă sau act inconştient de „curaj“ în nerespectarea reguli lor de electrosecuri tate poate costa viaţa sau vieţ i omeneşti .

Protecţia muncii este un ansamblu de măsuri tehnice, sanitare şi organizatorice, având ca scop ocrotirea vieţ i i ş i sănătăţ i i celor ce muncesc în t impul procesului de producţie şi asigurarea unor condiţ i i optime de muncă.

În ţara noastră statul acordă o deosebită atenţie creări i la locul de muncă a unor condiţ i i nepericuloase, care să asigure deplina securi tate a muncii .

Spre deosebire de cele mai multe t ipuri de instalaţ i i , la care pericolele posibile sunt sesizate de simţuri le omeneşti , la instalaţ i i le electr ice, tensiunea electr ică nu poate f i astfel sesizată, pentru ca omul să f ie prevenit asupra pericolului posibil .

Efectele curentului electric asupra corpului omenesc. În cazul în care omul at inge simultan două corpuri bune conductoare de electr ici tate între care există o diferenţă de potenţial electr ic , de exemplu, două conductoare electr ice neizolate, corpul său va f i s trăbătut

19

Page 23: Aplicaţii ale electrostaticii

de un curent electr ic , accident care se numeşte electrocutare .

Electrocutare poate avea loc prin at ingerea directă a părţ i lor din circuitele electr ice, sau prin at ingerea indirectă, adică at ingerea unei părţ i metalice care nu face parte din circuitul electr ic , dar este pus accidental sub tensiune, de exemplu carcasa unui motor electr ic cu izolaţ ia înfăşurări i deteriorată.

Tensiunea la care este supus omul la at ingerea unui obiect intrat accidental sub tensiune este numită tensiune de atingere .

Efectele treceri i curentului electr ic prin corpul omului sunt: şocul electric ş i e lectrotraumatismele.

Protecţia împotriva electrocutării prin atingere directă. Principalele măsuri pentru evitarea electrocutări i prin at ingere directă involuntară sunt:

Proiectarea şi construirea instalaţi i lor şi echipamentelor electrice ast fel încât elementele aflate normal sub tensiune (conductoare, borne, bare) să nu poată f i at inse întâmplător, iar producerea unor arcuri electrice să nu poată da loc la arsuri . Pentru aceasta se foloseşte închiderea în caarcase de protecţie împotriva at ingeri i , izolarea electr ică a elementelor sub tensiune, amplasarea conductoarelor la înălţ imi inaccesibile at ingeri i întâmplătoare, îngrădiri i care să nu permită trecerea persoanelor spre elementele aflate sub tensiune, blocări i electr ice şi mecanice în instalaţ ie;

Folosirea unor pardoseli din materiale izolante; Folosirea unor tensiuni reduse.

Protecţia împotriva electrocutării prin atingere directă. Pentru evitarea electrocutări i prin at ingerea unor elemente aflate accidental sub tensiune se iau următoarele măsuri :

20

Page 24: Aplicaţii ale electrostaticii

Legarea la nul consti tuie o măsură principală de protecţie pentru uti laje f ixe sau mobile, al imentate de la reţele cu nul , care au punctul neutru al sursei de al imentare legat la pământ. Carcasele metalice ale echipamentelor electr ice sunt legate printr-un conductor de secţiune suficient de mare, la conductorul nul de protecţie.

Legarea la pământ consti tuie o măsură principală de protecţie pentru uti lajele şi aparatele f ixe sau mobile, mai ales a celor al imentate de la reţele izolate faţă de pământ. Se poate folosi ca mijloc suplimentar de protecţie în instalaţ i i le de protecţie prin legarea la nul . Carcasele metalice ale echipamentelor electr ice sunt legate printr-un conductor de legare la pământ la o priză de pământ. Curentul de defect se închide prin rezistenţa izolaţ iei reţelei faţă de pământ R i z ş i în cea mai mare parte prin instalaţ ia de legare la pământ, iar tensiunea de at ingere rămâne nepericuloasă. Ea este cu atât mai mică, cu cât rezistenţa instalaţ iei de legare la pământ este mai mică.

21

Page 25: Aplicaţii ale electrostaticii

6.BIBLIOGRAFIE

Aparate şi echipamente electr ice- Alexandru Iulian Stan, Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşt i 1992

Maşini , Aparate, acţ ionări ş i Automatizări- Năstase Bichir , Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşt i 1993.

22

Page 26: Aplicaţii ale electrostaticii

7.ANEXE

23