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Jaula de Faraday

Se conoce como jaula de Faraday al efecto por el cual el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio es nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.

¿Cómo Funciona ?

El funcionamiento de la jaula de Faraday se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático. 

Cuando la caja metálica se coloca en presencia de un campo eléctrico externo, las cargas positivas se quedan en las posiciones de la red; los electrones, sin embargo, que en un metal son libres, empiezan a moverse puesto que sobre ellos actúa una fuerza dada por:

Campo eléctrico externo e interno.

Esta distribución de carga dentro del conductor genera un campo eléctrico interno de sentido opuesto al externo y de igual módulo, de modo que en el interior del conductor el campo eléctrico total es nulo. Este hecho constituye en principio de funcionamiento de una jaula de Faraday. 

Si el campo en el interior de un material conductor en equilibrio electrostático es nulo, no puede haber carga eléctrica en el interior del mismo. Por tanto, la carga de un conductor se acumula en su superficie. 

La carga se acumula en el superficie de la caja.

Como en el interior de la caja no hay campo, ninguna carga puede atravesarla; por ello se emplea para proteger dispositivos de cargas eléctricas. El fenómeno se denomina apantallamiento eléctrico. 

Apantallamiento Eléctrico.

Aplicaciones

Los microondas, escáneres y cables son aplicaciones cotidianas.

 Otros dispositivos, sin estar provistos de una jaula de Faraday actúan como tal: los ascensores, los coches, los aviones, etc. Por esta razón se recomienda permanecer en el interior del coche durante una tormenta eléctrica: su carrocería metálica actúa como una jaula de Faraday. 

La explicación de por qué no pasa nada dentro del avión es que su cuerpo metálico actua como lo que se llama “jaula de Faraday”. La idea es una caja metálica que cuando se somete a un campo eléctrico (o electromagnético), como es el caso de los rayos, las cargas del metal se reorganizan de tal manera que el campo eléctrico dentro de la caja es cero. 

Es decir, que si hay un campo eléctrico en el interior de la jaula, no sale al exterior. La jaula de Faraday aísla los campos eléctricos (y los electromagnéticos; que llevan una parte eléctrica) del interior y del exterior. Esta es la razón por la que los aviones son bastante inmunes a los rayos. Su propio fuselaje actúa como jaula de Faraday. 

Ahora bien, los aviones no son una caja de metal continuo. Tienen ventanas y por ellas puede entrar parte de la radiación electromagnética. Por eso, en unos pocos casos, después de un rayo; los equipos han sufrido algún daño. No suelen ser averías generalizadas, sino puntuales que afectan a pocos equipos. Y recordemos que en los aviones comerciales, los equipos electrónicos vitales están duplicados o triplicados. 

El automóvil sirve como una caja de Faraday en caso de tormentas.

En la protección de equipos electrónicos delicados, tales como repetidores de radio, discos duros y televisión situados en cumbres de montañas y expuestos a las perturbaciones electromagnéticas causadas por las tormentas. 

Generador Van der Graaff

El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los cinco megavoltios.

El Funcionamiento

El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera por inducción en la cinta, ya que la varilla metálica o peine está muy próxima a la cinta pero no en contacto. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esférico nulo por medio de otro peine o varilla metálica que se encarga de producir energía; esto hace que las partículas de energía que se encuentran dentro de la esfera al hacer contacto con otro cuerpo similar (que produzca energía) absorbe aquella produciendo estática en el cuero capilar u otro objeto que esté en contacto directo.

Consta de:

1.- Una esfera metálica hueca en la parte superior.
2.- Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseño de la izquierda, pero que es necesaria para soportar el montaje.
3.- Dos rodillos de diferentes materiales: el superior, que gira libre arrastrado por la correa y el inferior movido por un motor conectado a su eje.
4.- Dos “peines” metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior está conectado a tierra y el superior al interior de la esfera.
5.- Una correa transportadora de material aislante (el ser de color claro indica que no lleva componentes de carbono que la harían conductora).
6.- Un motor eléctrico montado sobre una base aislante cuyo eje también es el eje del cilindro inferior. En lugar del motor se puede poner un engranaje con manivela para mover todo a mano.

En la figura, se muestra un esquema del generador de Van de Graaff. Un conductor metálico hueco A de forma aproximadamente esférica, está sostenido por soportes aislantes de plástico, atornillados en un pié metálico C conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. La polea F se acciona mediante un motor eléctrico.
Dos peines G y H están hechos de hilos conductores muy finos, están situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines están muy próximas pero no tocan a la cinta.

La rama izquierda de la cinta transportadora se mueve hacia arriba, transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco A. Al llegar a G y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta G y la cinta. El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la cinta a la punta G y a continuación, al conductor hueco A, debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco.

Aplicaciones

• Producción de rayos X
• Esterilización de alimentos.
• Experimentos de física de partículas y física nuclear.
• Se usa además para eliminar microorganismos y virus de alimentos.

Demostración 

Sistemas de Aspersión Electrostatica

Se refiere a un proceso de acabado por Aspersión donde se usan cargas eléctricas para traer partículas de material atomizado.

La Aspersión es un sistema de riesgo. Un sistema de riesgo por Aspersión se compone de un equipo de bombeo, que funciona a presión y se encarga de proveer agua al sistema desde un depósito propio para este fin.

Recientemente, se ha desarrollado una aspersora electrostática que utiliza una tecnología llamada electrostática con asistencia de aire.

Sencillo en su diseño, este sistema es capaz de aumentar el control de insectos y enfermedades en los cultivos, y a la vez, reducir la cantidad de agua y químicos aplicados.

En la agricultura

Con este método de riego el agua se aplica al suelo en forma de lluvia utilizando unos dispositivos de emisión de agua, denominados aspersores, que generan un chorro de agua pulverizada en gotas.

El agua sale por los aspersores dotada de presión y llega hasta ellos a través de una red de tuberías (desde las principales, secundarias hasta los tubos que llevan instalados los aspersores) cuya complejidad y longitud depende de la dimensión y la configuración de la parcela a regar.

Por lo tanto una de las características fundamentales de este sistema es que es preciso dotar al agua de presión a la entrada en la parcela de riego, lo que se realiza usando un sistema de bombeo apropiado.

La disposición de los aspersores en campo ha de realizarse de forma que se moje toda la superficie del suelo, de la forma más homogénea posible. Un sistema tradicional de riego por aspersión está compuesto de tuberías principales (normalmente enterradas) y tomas de agua o hidrantes para la conexión de secundarias, ramales de aspersión y los aspersores.

Todos o algunos de estos elementos pueden estar fijos en el campo, permanentemente o sólo durante la campaña de riego. Además también pueden ser completamente móviles y ser transportados desde un lugar hasta otro de la parcela.

Sin embargo en las tres últimas décadas se han desarrollado con gran éxito las denominadas máquinas de riego que, basándose igualmente en la emisión agua en forma de lluvia por medio de aspersores, los elementos de distribución del agua se desplazan sobre la parcela de manera automática. Aunque su precio es mayor, permiten una importante automatización del riego.

Los sistemas de riego por aspersión se adaptan bastante bien a topografías ligeramente accidentadas, tanto con las tradicionales redes de tuberías como con las máquinas de riego. El consumo de agua es moderado y la eficiencia en su uso bastante aceptable.

De hecho, si el sistema está bien diseñado y la intensidad de lluvia bien definida en función de las características físicas del suelo no debe haber pérdidas de agua.

Sin embargo, la aplicación del agua en forma de lluvia está bastante condicionada a las condiciones climáticas que se produzcan, en particular al viento, y a la aridez del clima, ya que si las gotas generadas son muy pequeñas pueden desaparecer antes de llegar al suelo por efecto de la evaporación.

Son especialmente útiles para aplicar riegos relativamente ligeros con los que se pretende aportar algo de humedad al suelo en el periodo de nascencia de las plantas o para aplicar riegos de socorro en situaciones en las que el cultivo necesite agua con prontitud.

También es un sistema muy indicado para efectuar el lavado de sales cuando sea necesario y se prestan a la aplicación de determinados productos como fitosanitarios o abonos disueltos en el agua de riego, aunque no se puede considerar que sea una práctica habitual.

En la Industria

Los conceptos utilizados en la aspersión electrostática no son nuevos. Todos los
automóviles fabricados en el mundo se pintan utilizando la electrostática.
Los aspersores electrostáticos reducen el gasto y la pérdida de químicos hasta en
un 50%.

La boquilla electrostática fue refinada para fines agrícolas por la Universidad de
Georgia durante los años ochenta. Ahora es posible usar químicos en la fumigación
electrostática. ESS introdujo esta tecnología en el mercado comercial en 1989. Desde
entonces, numerosas pruebas se han realizado para comprobar su eficacia.
La carga electrostática causa una fuerza atractiva entre las gotas de la aspersión y
el objetivo. El concepto es parecido a la atracción electrostática que se genera en la secadora entre una camisa y unos calcetines.

La carga de las gotas en la aspersión es baja, pero la fuerza atractiva que causa
entre la planta y las gotas es grande porque las gotas son de bajo peso. La fuerza eléctrica
que atrae a la aspersión hacia el objetivo es 40 veces más grande que la fuerza de la gravedad.

Pintura electrostática

La pintura electrostática, también conocida como pintura en polvo, es una excelente alternativa para el recubrimiento de piezas metálicas y plásticas, pues a diferencia de las pinturas tradicionales líquidas, evita que se formen burbujas en la superficie y escurrimientos ofreciendo un acabado más uniforme. La pintura electrostática también tiene características físicas muy superiores a las pinturas tradicionales.  Además son altamente ecológicas ya que es posible recuperar la pintura que no se aplique y evitar desperdicios.

Para su aplicación es necesario utilizar una máquina de pintura en polvo y un horno de curado en un proceso que no emite ningún tipo de solvente que dañe el medio ambiente, siendo esta una de las numerosas razones por las que es un tipo de pintura cada vez más utilizado.  Para la recuperación de pintura se utiliza una cabina de pintura, la cual tiene integrado un módulo donde se captura la pintura que no se adhiere con el fin de recuperarla y volverá a utilizar.

La pintura electrostática o en polvo es una mezcla homogénea de partículas finas y sólidas de minerales, pigmentos y resinas. Es llamada pintura electrostática por la manera en que se adhiere a las piezas y para que esto suceda es necesario utilizar una máquina de pintura en polvo, un equipo especializado en el que la pintura se mezcla con el aire cargándola eléctricamente. Al cargarse eléctricamente, las partículas de pintura son atraídas a la superficie a pintar, por lo regular metálica o plástica, que está a tierra.

Una vez adheridas a la superficie, para que las partículas se fijen a ella se someten a un proceso de calentado en un horno de curado en el que se transforman en un revestimiento continuo. Lo anterior se debe a que en el momento en que los pigmentos se funden por efecto del calor, las resinas y minerales reaccionan formando una película duradera y uniforme sobre la superficie en la que se ha aplicado la pintura.

Las cualidades del revestimiento formado por la pintura en polvo dependen de su composición, de ello que sea indispensable conocer las características del producto antes de utilizarlo para una aplicación en específico. Como ya mencionamos, este tipo de pinturas se componen de resinas, pigmentos y minerales, pero también presentan agentes endurecedores, aditivos y cargas, los que en conjunto le darán las características de color, resistencia, flexibilidad y tipo de acabado.

Los porcentajes de cada componente que presentan las pinturas electrostáticas son variados, pero existen algunos lineamientos que permiten determinar la cantidad de los compuestos en la pintura para lograr el producto que se necesita para una aplicación en particular.

Gracias a esto las posibilidades son prácticamente infinitas y se pueden hacer las modificaciones necesarias en su composición para obtener un revestimiento con características muy específicas, sin embargo, hoy en día son tres los tipos de pintura en polvo disponibles en el mercado más utilizados: epoxi, de poliéster-Tgic y epoxi/poliéster o híbridas.

Antes de comenzar a hablar de las particularidades de cada una de estas pinturas es pertinente mencionar qué papel desempeñan los elementos que componen una pintura electrostática. En primer lugar, la base de este tipo de pintura son las resinas, compuestos que se encargan de aportar el brillo a la pintura y la mayoría de sus propiedades mecánicas, por ello, para que la pintura ofrezca un buen recubrimiento debe contener entre el 50 y el 55% de peso total en resinas. Estas resinas necesitan de agentes endurecedores para reaccionar y que se dé la polimerización mediante la cual se crea el recubrimiento.

Los pigmentos, por otro lado, se encargan de darle el color a la pintura y su formulación porcentual se hace de manera similar que en las pinturas líquidas, sin embargo, en las pinturas electrostáticas se deben emplear pigmentos que soporten altas temperaturas sin decolorarse. Otro componente son las cargas, las que le dan a la pintura propiedades mecánicas como la resistencia a los impactos y contribuyen a eliminar el exceso de brillo que las resinas puedan causar. Finalmente, los aditivos se encargan del acabado homogéneo que caracteriza a las pinturas electrostáticas.

• Pinturas epoxi. Se caracterizan por ser pinturas de alta resistencia a los impactos, una gran adherencia, una excelente resistencia a la oxidación y por ofrecer un alto rendimiento al momento de aplicarlas. Se conforman por resinas epoxídicas que aportan funcionalidad, pero que tienen baja durabilidad en cuanto a brillo y acabado. En general no se recomienda su uso para aplicaciones a la intemperie, pero tienen un amplio uso como acabados funcionales, resistentes químicamente y anticorrosivos.

• Pinturas poliéster-TGIC. Son ideales para aplicaciones a la intemperie gracias a su alta resistencia a los rayos ultravioleta y a las variaciones de temperatura. Son pinturas con un brillo duradero y gran estabilidad en color y acabado, sin embargo, pueden reventarse cuando se exponen a altas cargas funcionales, como impactos y dobleces, y presentan menor resistencia a agentes químicos y a la corrosión que las epóxicas. Las resinas que se utilizan en su formulación son de poliéster endurecidas con triglicidil isocianurato. Se emplean más comúnmente en exteriores, en acabados arquitectónicos y en áreas en las que se genera mucho calor.

• Pinturas epoxi/poliéster o híbridas. Este tipo de pinturas presentan una mezcla de las propiedades de las epoxi y las de poliéster, pero en menor proporción, ofreciendo en general buena resistencia a los impactos, dureza y resistencia a la intemperie. Se formulan con resinas de poliéster endurecidas con resinas epoxídicas y se emplean más frecuentemente en interiores y en decoración.

En futuras entradas hablaremos de la manera en que se aplican las pinturas en polvo o electrostáticas y del proceso de curado al que se deben someter para fijarlas a la superficie.

En POWDERTRONIC ponemos a tu alcance todo lo necesario para la correcta aplicación de este tipo de pinturas. Visita nuestro catálogo en el que encontrarás la máquina de pintura en polvo, la cabina de pintura para recuperación y el horno de curado ideal para el tipo de aplicación que le desees dar a la pintura electrostática. Para solicitar información detallada de nuestros equipos o una cotización contáctanos sin ningún compromiso, para nosotros será un placer atenderte.

Serigrafia

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Técnica que consiste en grabar imágenes por medio de una pantalla de seda o tela metálica muy fina.

Técnica:

Se lleva a cabo una transferencia de tinta que mediante una malla que se encuentra tensada en un marco. En aquellas zonas donde no se debe estampar, un barniz bloquea el paso de la tinta. En el resto del dibujo, se ejerce presión sobre la malla tensada para que imprima la superficie que desea estampar.

Ventajas de la serigrafía

La serigrafía con varias ventajas:

• Imprime sobre diversos materiales: (papel, vidrio, madera, plástico, tela natural o sintética, cerámica, metal etc.)
• Impresión sobre soportes de variadas formas (plana, cilíndrica, esférica, cónica, cúbica, etc.)
• Impresión en exteriores o fuera de taller, (vehículos, puertas, vitrinas, máquinas, etc.)
• No daña el soporte o pieza que se imprime, ya que recibe solo una débil presión al estamparse.
• Logra fuertes depósitos de tinta, obteniendo colores vivos con resistencia y permanencia al aire libre.
• Amplia selección en tipos de tinta: tintas sintéticas, textiles, cerámicas, epóxicas, etc.
• Obtención de colores saturados, transparentes, fluorescentes, brillantes, mates o semibrillantes, escarchados, metalizados.
• Relativa simplicidad del proceso y del equipamiento, lo que permite operar con sistemas completamente manuales y económicos.
• Existen también variedad de equipos altamente automatizados para todas las etapas del proceso garantizando rapidez y calidad en altas producciones.
• Es rentable en tirajes cortos y largos.

Campos de aplicación de la serigrafía

La serigrafía encuentra aplicación en las siguientes áreas:

Artística para la producción numerada y firmada en cortos tirajes, de obras originales en papeles de calidad.

Artesanal en la decoración de cerámicas, o en la impresión y posterior grabado de ácido.

De metales para objetos decorativos.

Educativa; como actividad manual en la cual es posible observar y modificar directamente los resultados impresos, utilizando un equipamiento simple.

Industrial; en la marcación de piezas, envases y placas de metal, plástico, madera o cerámica.

Electrónica en la impresión y posterior grabado de placas para circuitos impresos, y en la impresión de paneles de aparatos electrónicos.

Publicitaria; en la personalización con una imagen de marca de elementos de uso común (jarros, ceniceros, encendedores, llaveros, etc) o en la impresión de soportes de vía pública (letreros y paneles) o de punto de venta (displays, autoadhesivos, afiches. etc).

Textil; en la decoración y estampado de telas ya sea en piezas, como en remeras, camisetas, toallas o por metraje (cortinas).

Filtros electroestáticos

Filtros electrostáticos

Pruebas de laboratorios demuestran que el filtro electrostático retiene el 93% de contaminantes del ambiente, tales como polvo, polen y fibras. El filtro electrostático crea su propia carga de electricidad ya que al unirse la malla de aluminio se forma un campo magnético, según el principio de la electrostática y esto hace que el polvo sea retenido con más eficiencia.

El uso de este filtro reduce costos, ya que no necesita de electricidad para hacer su función electrostática, y al hacer esto mantiene el equipo de aire acondicionado limpio y así permite que esta pueda operar eficientemente.

El uso del filtro electrostático no solo beneficia al sistema respiratorio al respirar aire limpio, también mantiene las paredes y el mobiliario limpio de cualquier impureza del ambiente.

Los filtros electrostáticos son 100% sintéticos electrostáticamente cargados, que activamente atraen y retienen contaminantes del aire. La media filtrante está unida a una malla de acero galvanizado expandido en sus extremos en forma de sándwich. Esta combinación es encerrada en un marco de lámina de acero galvanizado.

El filtro electrostático es más eficiente comparado con los filtros normales y tiene una alta capacidad de retener partículas y no sacrifica el flujo de aire. La caída de presión inicial de 2 ´´de profundidad es de 0.3 ´´ WG a 500 FPM. La capacidad de retención de polvo en un 24x24x2 es de 181 grs. en una resistencia final de 1´´ C.A.

Fotocopiadora y Electrostática

Fotocopiadora

Antes de que se inventaran las fotocopiadoras, lo común era para duplicar un documento era usar papel carbón (el famoso papel de calco o de calcar), eso hasta que, en 1903, el norteamericano G. C. Beidler descubrió el modo de hacer la reproducción de un documento por relevado instantáneo de un negativo fotográfico, técnica que patentó en 1906. Este relevado rápido dio origen a las primeras fotocopias, más parecidas a una fotografía que a la copia corriente que conocemos hoy.

¿ Cómo funciona una fotocopiadora ?

La fotocopiadora es un aparato que proporciona instantáneamente copias de cualquier documento. Existen dos tipos de principales de fotocopiadoras: las xerográficas, que utilizan papel normal, y las electrostáticas, que requieren un papel sensible especial.

Xerográficas

En las fotocopiadoras xerográficas el documento original es barrido por un rayo de luz intensa que proyecta la imagen sobre un tambor giratorio de superficie fotosensible, que se carga electrostáticamente en correspondencia con la imagen.

Sobre el tambor se distribuye un polvo pigmentado, llamada toner, que se adhiere a las zonas electrizadas ( o sea, donde hay imagen), reproduciendo el escrito o dibujo original.

La imagen así pigmentada es transferida del tambor al papel dispuesto en la fotocopiadora, el cual finalmente se calienta para fijar de modo definitivo el pigmento sobre la copia.

Aunque no fue inventado por los griegos, este proceso nos recuerda a dicha civilización, a la cual debemos su nombre.

La xerografía (del griego xeros: seco y graphein: escribir) fue inventada por otro norteamericano, Chester Carlson, el 22 de octubre de 1983, pero este la denominó electrofotografía. En los años siguientes, una veintena de instituciones rechazaron sus patentes, hasta que, en 1944, el Instituto Memorial Battelle de Ohio firma un acuerdo con Carlson y comenzó a desarrollar la xerografía.

En 1947 firma un acuerdo con un pequeño negocio de fotografía, Haloid, el que más tarde se convertiría en la ahora famosa Xerox.

En 1959 se comercializó la primera fotocopiadora: la Xerox 914.

Electrostáticas

En las copiadoras electrostáticas la imagen a reproducir se proyecta directamente sobre el papel, cuya superficie queda sensibilizada con cargas eléctricas.

El papel se somete luego a un baño de toner y las partículas se fijan en las zonas electrizadas de éste dando lugar a la copia definitiva.

El color 

El paso siguiente fue la fotocopia en color, procedimiento creado por la empresa japonesa Cannon, en 1973. La misma empresa logra la fotocopiadora láser en blanco y negro y posteriormente, en 1986, presenta la primera fotocopiadora láser color sobre papel común.

Electrones

Hola! mi nombre es Rubén Martínez Reichel y soy alumno del Instituto Dr. Jose Maria Antonio. Bertora.

En este blog voy a mostrarte todos los trabajos vaya haciendo en la materia de Física.