1
OCENA ZAGROŻEŃ ELEKTRYCZNOŚCIĄ STATY-
CZNĄ W TECHNOLOGII
1. METODY OCENY I KRYTERIA STOPNIA ZAGROŻENIA
Zjawiska
związane
z
powstawaniem
i
występowaniem
ładunków
elektrostatycznych mają niejednokrotnie poważny wpływ na procesy technologiczne
i powodują ich utrudnianie i zakłócenia. Zasadniczym problemem związanym
z występowaniem elektryczności statycznej jest niebezpieczeństwo wybuchu i pożaru
przy wytwarzaniu, przetwarzaniu, gromadzeniu i gospodarce cieczami palnymi,
gazami oraz materiałami sypkimi i włóknami. Szczególne zagrożenie może wystąpić
w następujących procesach technologicznych:
składowanie i gospodarka cieczami palnymi,
mieszanie, mielenie i przesiewanie,
wypływ gazów i par,
przeróbka włókien lub pyłów.
Wyładowania powstają wtedy, gdy natężenie pola elektrycznego przy elektrodzie,
którą stanowić może każdy element naładowanego obiektu, przekroczy pewna
wartość. Napięcie powodujące wyładowanie zależy od materiału elektrod, rodzaju
gazu, jego ciśnienia i temperatury, a także wymiarów, kształtu i wzajemnego
usytuowania elektrod.
Metody oceny elektrycznością statyczną stosuje się do oceny możliwości osiągnięcia
przez dany materiał lub wyrób niebezpiecznego naelektryzowania w warunkach
eksploatacyjnych albo w warunkach je modelujących, porównania zdolności do
elektryzacji różnych materiałów w ustalonych warunkach oraz do oceny skuteczności
ochrony antyelektrostatycznej. Metody oceny stopnia zagrożenia sprowadzają się do
porównania wartości zmierzonej lub wyznaczonej z odpowiednimi wartościami
krytycznymi. Wyładowanie elektrostatyczne charakteryzuje wartość związanej z nim
energii, zmagazynowanej pierwotnie w polu elektrycznym. Całkowita ilość energii
jaka może powstać wskutek naelektryzowania, tzw. energia naładowania
elektrostatycznego może być obliczona ze wzoru:
J
,
C
Q
2
1
QU
2
1
CU
2
1
W
2
2
n
(1)
W poszczególnych przypadkach W
n
określa zatem maksymalną wartość energii
naładowania elektrostatycznego. Jeżeli wyładowanie nastąpi w przestrzeni, w której
znajduje się mieszanina palna lub wybuchowa, może ono zainicjować pożar lub
wybuch.
Dla poszczególnych materiałów określa się tzw. granicę wybuchowości. Jest to takie
stężenie mieszaniny, pary lub pyłu itp. w powietrzu, przy którym zainicjowanie
procesu spalania prowadzi do samoczynnego rozprzestrzeniania się reakcji w postaci
wybuchu. Granicę wybuchowości dla gazów i par podaje się w procentach objętości
gazu do powietrza. Granicę wybuchowości pyłów podaje się w gm
-3
powietrza.
2
Granicę wybuchowości podaje się zwykle przy ciśnieniu atmosferycznym
i temperaturze 20
C .Pyły, gazy i pary palne są w mieszaninie z powietrzem
wybuchowe tylko do pewnego zakresu ich stężenia. Dlatego też rozróżnia się dolna
i górną granicę wybuchowości, określoną stężeniem objętościowym mieszaniny.
Zdolność zapłonową wyładowania elektrostatycznego określa wartość energii przy
przeskoku iskrowym. Najmniejszą wartość energii wyładowania iskrowego, jaka
w danych warunkach może spowodować zapłon lub wybuch mieszaniny wybuchowej
par lub pyłu z powietrzem, nazywa się energią minimalną zapłonu (W
min
)
. Za
maksymalną dopuszczalną energię naładowania elektrostatycznego W
ndop
dla
pomieszczeń lub instalacji zagrożonych pożarem lub wybuchem uważa się taką
całkowitą energię naładowania, która nie przekracza 10 wartości energii minimalnej
zapłonu substancji palnych lub wybuchowych, bądź też mieszanin wybuchowych
z powietrzem, tj.
min
ndop
0,1W
W
(2)
Energię naładowania elektrostatycznego, a także i energię minimalną zapłonu podaje
się w J lub mJ. Dla każdej mieszaniny wybuchowej można określić odległość
krytyczną elektrod, poniżej której wybuch praktycznie nie nastąpi.
Przy danej konfiguracji elektrod i danym stężeniu mieszaniny, odległość krytyczna
jest to największy odstęp elektrod przy, którym występuje efekt gaszenia płomienia
wskutek ochładzającego działania elektrod.
Gazy i pary palne podzielone są na tzw. klasy wybuchowości w zależności od
prześwitu szczeliny gaszącej(przy długości szczeliny 25 cm).
Klasa I
prześwit powyżej 1 mm
Klasa II
prześwit 0,61 mm
Klasa III
prześwit 0,380,6 mm
Klasa IV
prześwit poniżej 0,38 mm
Jako prześwit szczeliny gaszącej rozumie się wymiar szczeliny w obudowie stalowej,
przy której wybuch wewnątrz nie spowoduje wybuchu mieszaniny na zewnątrz
obudowy.
Zgodnie z projektem normy międzynarodowej (IEC) podział na klasy wybuchowości
jest następujący:
Klasa II A
s0,9 mm
Klasa II B
0,5s<0,9 mm
Klasa II C
s0,3 mm
Według projektu normy IEC, w zależności od klasy wybuchowości, można
przyjmować wartości szacunkowe minimalnej energii zapłonu.
Tabela 1. Energie minimalne zapłonu W
min
mieszanin wybuchowych [3]
Klasa wybuchowości
W
min
[mJ]
II A
0,25
II B
0,03W
min<
0,25
II C
0,011
3
Ponieważ niebezpieczeństwo zapłonu i wybuchu mieszanin palnych zależy od energii
wyładowania iskrowego, należy zwrócić uwagę na ważne zagadnienie związku
między napięciem elektrostatycznym a niebezpieczeństwem wybuchu.
Energia elektrostatyczna iskry jest proporcjonalna do iloczynu napięcia i ładunku
elektrycznego. Stąd też, im wyższe napięcie, tym mniejsza wartość ładunku wystarczy
do uzyskania minimalnej energii zapłonu. Dla ładunków znajdujących się na
tworzywach izolacyjnych niebezpieczeństwo zainicjowania wybuchu jest tym
większe, im wyższa wartość napięcia względem ziemi wystąpi w układzie. Wówczas
bowiem odprowadzenie niewielkiego nawet ładunku z niewielkiej powierzchni
materiału może wywołać iskrę o zdolności zainicjowania wybuchu w otoczeniu. Przy
napięciach rzędu 10
5
V i większych wystarczy odprowadzenie ładunku z powierzchni
rzędu 1 cm
2
materiału do wywołania iskry o energii rzędu 10
-4
J, wystarczającej do
wybuchu mieszanin, np. typowych węglowodorów ciekłych[3].
2. PRZYKŁADY OCENY ZAGROŻENIA ELEKTRYCZNO-
ŚCIĄ STATYCZNĄ
2.1. NAŁADOWANIE ELEKTROSTATYCZNE A ZAPŁON PYŁÓW
WYBUCHOWYCH
Ładunek elektrostatyczny jest groźny nie tylko dla wybuchowych mieszanin par
lub gazów z powietrzem, lecz stwarza również niebezpieczeństwo zapłonu pyłów
różnych palnych substancji. Pył sam jest nośnikiem ładunków elektrostatycznych,
może on ponadto po naładowaniu ulegać samozapłonowi.
Podczas
niektórych
procesów
przemysłowych,
takich
jak
przesiewanie,
przesypywanie, transport sprężonym powietrzem w rurociągach itp., pyły metali mogą
ulegać znacznemu naelektryzowaniu. Badania nad elektryzacją różnorodnych pyłów
prowadzili m.in. Boyle i Llewellyn. Wykonywali oni przede wszystkim pomiary oporu
właściwego, w wyniku których stwierdzono na przykład, że opór właściwy cynku
i krzemu zmniejsza się w granicach 10
6
10
4
m ze wzrostem stopnia parowania pyłu,
odpowiadającym zmianie ciśnienia 030kNm
-2
. Jeżeli chodzi o pozostałe rodzaje
badanych pyłów (aluminium, magnez, żelazomangan), to przy określonym natężeniu
pola następowało przebicie, analogicznie do przebicia elektrycznego materiałów
izolacyjnych. Opór właściwy tych pyłów do chwili gdy następowało przebicie wynosił
1010
9
m, po przebiciu zaś zmniejszył się do kilku omometrów. Ciśnienie przy
którym następuje przebicie, przy określonej wartości natężenia pola, zależy od
średnicy cząstek pyłu w ten sposób, że w przypadku gdy cząsteczki są mniejsze do
spowodowania przebicia wymagane jest niższe ciśnienie. Natężenie pola, przy którym
następuje elektryczne przebicie pyłu waha się 10100kVm
-1
. Pył osiąga największe
naładowanie w procesach, podczas których maksymalna liczba poszczególnych jego
cząstek może się stykać z powierzchnią innych materiałów. Przy przesiewaniu
zaobserwowano na przykład, że pył elektryzuje się bardziej wtedy, gdy średnica
cząstek jego jest zbliżona do wymiarów oczek sita, przez co wszystkie, lub prawie
wszystkie cząsteczki pyłu, stykają się z materiałem sita.
W celu porównania zdolności do elektryzowania się różnych rodzajów pyłów, Boyle
4
i Llewellyn mierzyli ładunki powstające na 1g pyłu, podczas przesypywania przez
nachylona rurkę oraz przesiewania przez sito. Ładunki powstające podczas
przesiewania były większe, niż w przypadku zsypywania pyłu, co można tłumaczyć
tym, że ilość cząstek pyłu stykała się przy przesiewaniu z materiałem sita. W tabeli 2
podano przybliżone ilości różnych rodzajów pyłów, które po przejściu przez
miedziane albo jedwabne sito o 80 otworach na 1 cm
2
, będą w stanie naładować się
tak, aby spadając do naczynia o pojemności elektrycznej 500,100 i 10000pF, mogły
osiągnąć minimalną energię, potrzebną do spowodowania zapłonu danej ilości pyłu,
rozproszonego w powietrzu, w warunkach najdogodniejszych do spowodowania
zapłonu.
Tabela 2. Minimalna wartość energii powodująca zapłon różnych rodzajów pyłów [1]
Przesiewany
materiał
W
o
Ilość pyłu w g, przechodzącego przez sito o 80 otworach na cm
2
,
niezbędna do osiągnięcia minimalnej energii zapłonu ,przy
pojemności
500 pF
1000 pF
10000 pF
J
Sito
miedziane
Sito
jedwabne
Sito
miedziane
Sito
jedwabne
Sito
miedziane
Sito
jedwabne
Magnez
0,025
181
88
256
125
808
395
Glin
(aluminium)
0,05
1117
849
1579
1200
4995
3796
cynk
0,1
1304
-
1844
-
5835
-
żelazomangan 0,25
678
227
958
508
3030
1608
krzem
2,5
1000
454
1414
643
4474
2033
Najistotniejsze jest stwierdzenie, że jest to energia stosunkowo niewielka. Tak więc
np. 88 g sproszkowanego magnezu, po przejściu przez sito jedwabne o 80 oczkach na
1cm
2
, w naczyniu o pojemności względem ziemi 500 pF uzyskuje energię,
wystarczającą do zapalenia mieszaniny pyłu z powietrzem. Znając minimalną energię
zapłonu i pojemność elektryczną naczynia służącego za odbiornik pyłu, można łatwo
obliczyć występujące w tym przypadku napięcie. W przykładzie zaczerpniętym
z tabeli 2, 1,304g proszku cynkowego wywoływałby napięcie 20000V między
naczyniem z pyłem, a ziemią. Jeżeli natomiast, w danych warunkach atmosferycznych
przy określonej wilgotności względnej powietrza i określonych oporach upływowych
naczynia i pyłu, tak wysokie napięcie nie powstaje lub się nie utrzymuje, wówczas
zapłon obłoku pyłu cynkowego, wskutek wyładowania przy pojemności 500pF, nie
występuje. Napięcia, jakie mogą być osiągnięte w przypadkach wymienionych
w tabeli 2,podano w tabeli 3.
Tabela 3.Wartości napięcia, niezbędnego do spowodowania zapłonu zbiornika pyłu [1]
Przesiewany
materiał
Napięcie, niezbędne do spowodowania zapłonu przy pojemności
elektrycznej zbiornika pyłu wynoszącej w pF
V
500
1000
10000
Magnez
10000
7100
2200
Glin (aluminium)
14000
10000
3200
5
Cynk
20000
14400
4500
Żelazomangan
31700
22400
7100
krzem
100000
70700
22400
W ocenie zagrożenia, jakie stwarzają ładunki elektrostatyczne przy pracy
w pomieszczeniach z pyłami wybuchowymi, należy więc uwzględnić następujące
czynniki: minimalną energię zapłonu, wartość ładunku powstającego w danym
procesie produkcyjnym, przewodność elektryczną przedmiotów przewodzących
i półprzewodzących odizolowanych względem ziemi oraz ich opór upływowy.
Przejście iskry elektrycznej przez mieszaninę palną niektórych rodzajów pyłów
z powietrzem może spowodować zapłon lub wybuch. Źródłem energii elektrycznej
przenoszonej przez iskrę jest zwykle jakikolwiek przewodnik lub półprzewodnik,
naładowany podczas określonego procesu produkcyjnego. Mogą to być same
urządzenia produkcyjne, elementy maszyn itp. Zbliżenie uziemionego przedmiotu do
naładowanego w taki sposób obiektu i przekroczenie krytycznej wartości natężenia
pola wywołuje wyładowanie iskrowe bezpośrednio do ziemi lub za pośrednictwem
oporu. Jeżeli pojemność naelektryzowanego ciała względem ziemi wynosi C,
a napięcie na utworzonym w ten sposób kondensatorze jest równe U, wówczas
wyzwalająca się przy tym energia osiągnie wartość WCU
2
. Określona część tej
energii zużywa się przy przeskoku iskry na ogrzanie oporu w obwodzie, cześć zaś
wypromieniowuje.
Stopień naładowania elektrostatycznego grama pyłu zależy przede wszystkim od
liczby punktów styku pomiędzy powierzchniami poszczególnych cząstek i innych
materiałów, rozmiarów ziarenek oraz od warunków atmosferycznych. Określona ilość
pyłu o drobniejszych cząstkach ładuje się więc bardziej, niż ta sama ilość pyłu
o większej średnicy ziarenek. Stopień naładowania pyłów w różnych procesach może
osiągnąć wartości 10
-7
10
-4
Ckg
-1
.
Dla pyłów wybuchowych istnieje minimalna wartość energii, wymaganej do
wywołania zapłonu pyłu, przy optymalnym stężeniu mieszaniny. Ta minimalna
energia zapłonu pyłów wybuchowych jest zazwyczaj o rząd wielkości większa od
energii wymaganej do zapalenia mieszanin par z powietrzem, a więc wynosi 10
-3
10
-2
J.
2.2. METODY OCENY ZAGROŻEŃ WYWOŁANYCH ELEKTRY-
ZACJĄ MATERIAŁÓW DIELEKTRYCZNYCH STAŁYCH
2.2.1. OCENA ZAGROŻENIA POŻAROWEGO I WYBUCHOWEGO WYWO-
ŁANEGO ELEKTRYZACJĄ MATERIAŁÓW SYPKICH
Kryteria oceny zagrożenia
elektryzacja materiału o oporze elektrycznym właściwym skrośnym
v
10
4
m nie
stwarza zagrożenia, gdy materiał taki znajduje się w kontakcie z uziemionymi,
metalowymi elementami urządzeń.
względny stopień naelektryzowania materiału, wyrażony gęstością masową ładunku
przyjmuje się jako:
6
m
Q
q
m
(3)
mały, jeżeli
q
m
0,1Ckg
-1
średni, jeżeli
0,1 q
m
<1,0Ckg
-1
duży, jeżeli1,0 0,1 q
m
<5,0Ckg
-1
bardzo duży, jeżeli
q
m
5,0Ckg
-1
zagrożenie wywołane elektryzacją takiego materiału uważa się odpowiednio za
stosunkowo: małe, średnie, duże, bardzo duże.
zagrożenie nie powstaje, jeżeli natężenie pola elektrostatycznego E, wytworzonego
przez naelektryzowany materiał nie przekracza wartości krytycznych, przyjmowanych
jako najwyższe dopuszczalne
1
5
m
V
10
E
przy
J
,
10
W
4
zmin
(4)
1
5
m
V
10
E
przy
J
,
10
W
4
zmin
(5)
elektryzacja materiału nie stwarza zagrożenia, jeżeli czas relaksacji ładunku
elektrostatycznego nie przekracza wartości wg wzoru
s
,
10
τ
3
(6)
zagrożenie nie występuje, gdy ładunek elektryczny nie przekracza wartości
określonych nierównościami
0,6
W
10
Q
zmin
8
i
(7)
zmin
9
i
W
10
8,3
Q
(8)
zagrożenie nie powstaje, jeżeli maksymalna energia naładowania elektrostatycznego
W
nmax
stykającego się z naelektryzowanym materiałem, odizolowanego od ziemi
obiektu przewodzącego, jest co najmniej o rząd wielkości mniejsza od minimalnej
energii zapłonu W
zmin
mediów znajdujących się w kontrolowanej strefie, zgodnie ze
wzorem:
J
0,1W
W
zmin,
w
(9)
dopuszczalne napięcie elektrostatyczne wytworzone na odizolowanym od ziemi
obiekcie przewodzącym, np. na zbiorniku napełnianym naelektryzowanym materiałem
sypkim, nie powinno przekraczać wartości
7
V
,
5C
W
U
zmin
kr
(10)
Metoda oceny stopnia zagrożenia polega na porównaniu zmierzonych, wyznaczonych
lub zaczerpniętych z danych wartości (albo ), q, Q, E, U (przy danych C) i W
z odpowiednimi wartościami krytycznymi.
Względny stopień zagrożenia wyraża się stosunkiem maksymalnej wartości N
max
parametru ( lub
v
, Q , U, E i W
n
), zmierzonej lub wyznaczonej w danych warunkach
do najwyższej wartości dopuszczalnej, przyjmowanej za wartość krytyczną N
kr
tego
parametru.
Stan zagrożenia występuje, jeżeli >1, przy czym względny stopień zagrożenia
zwiększa się ze wzrostem wskaźnika.
Stopień zagrożenia określa się jako stosunkowo duży, jeżeli >10.
W celu stwierdzenia braku zagrożenia, wskaźnik powinien być wyznaczony na
podstawie co najmniej dwu spośród przytoczonych parametrów: (lub
v
) oraz
któregokolwiek z pozostałych, zarówno w odniesieniu do elektryzującego się
materiału sypkiego, jak też w odniesieniu do stykającego się z nim tworzywa
urządzenia technologicznego [4]
2.2.2. OCENA ZAGROŻENIA POŻAROWEGO I WYUCHOWEGO, WYWOŁA-
NEGO ELEKTRYZACJĄ AEROZOLI
Zagrożenie uwarunkowane jest możliwością powstawania wyładowań,
zawłaszcza iskrowych, między chmurą cząstek (aerozol) naelektryzowanych w czasie
transporty pneumatycznego a przewodzącymi elementami konstrukcji przewodu
przesyłowego lub zbiornika. Kryteria oceny zagrożenia uwzględniają dynamikę
procesu tzn. zmienność w czasie wartości wielkości fizycznych, określających stopień
naelektryzowania transportowanego materiału. Najwyższy dopuszczalny (krytyczny)
stopień naelektryzowania materiału wynika z maksymalnej gęstości powierzchniowej
ładunku
2
max
m
μC
2,26,
σ
i odpowiadającego jej maksymalnego natężenia pola
elektrostatycznego
1
max
m
MV
3,
E
, których przekroczenie stwarza możliwość
formowania się wyładowań iskrowych w powietrzu.
W przewodach, którymi transportuje się pneumatycznie materiał sypki nie powstaje
zagrożenie, jeżeli są spełnione równoważne warunki
2
6
o
p
m
C
,
10
8,4
t
ν
t
Q
D
1
(11)
lub
2
6
v
s
p
d
p
o
p
m
C
,
10
10,6
t
C
ρ
D
t
ρ
D
t
ν
t
Q
D
(12)
8
t
V
t
V
t
V
t
C
o
ν
(13)
lub stosunkiem
t
V
t
V
t
C
o
ν
(14)
Gdy spełniony jest warunek
t
V
t
V
o
(15)
Gęstość objętościowa statyczna ładunku elektrostatycznego, wyrażona stosunkiem
3
s
m
C
,
t
V
t
Q
ρ
(16)
Gęstość objętościowa dynamiczna ładunku elektrostatycznego, wyrażona stosunkiem
3
o
d
m
C
,
t
V
t
V
t
Q
ρ
(17)
lub
3
o
d
m
C
,
t
V
t
Q
ρ
(18)
t
V
t
V
o
Zagrożenie nie występuje, jeżeli są spełnione następujące równoważne warunki
2
6
o
p
m
C
,
10
12,5
t
ν
t
Q
D
1
(19)
2
6
v
s
p
d
p
o
p
m
C
,
10
15,9
t
C
ρ
D
t
ρ
D
t
V
t
Q
D
(20)
Możliwość powstawania zagrożenia pożarowego i/ lub wybuchowego w instalacjach
i urządzeniach transportu pneumatycznego ocenia się na podstawie powyższych
kryteriów, obliczając lewe strony nierówności (11) i (12) dla przewodów oraz (20)
i (21) dla zbiorników, silosów.
9
Stan zagrożenia występuje, jeżeli 1,przy czym względny stopień zagrożenia wzrasta
ze wzrostem wskaźnika .
2.3. PRZYKŁADY
OCENY
ZAGROŻENIA
WYBUCHOWEGO
PODCZAS TRANSPORTU PNEUMATYCZNEGO
PRZYKŁAD
Załóżmy, że do zbiornika cylindrycznego o promieniu r1 i wysokości h1,5 m
transportowany jest sproszkowany polistyren. Wydajność transportu 2,8kgh
-1
,
zmierzony prąd elektryzacji I
el
510
-7
A.Obliczmy czy istnieje możliwość rozładowań
iskrowych
wewnątrz
zbiornika
oraz
warunki
prawidłowego
transportu
pneumatycznego [2]
Gęstość polistyrenu (nasypowa)
n
500kgm
-3
, gęstość polistyrenu (cząstek)
q
cz
1060,kgm
-3
przenikalność elektryczna względna polistyrenu
r
2,3. czas
napełniania zbiornika
h
0,84,
2800
500
4,71
η
ρ
πr
η
ρ
V
t
n
2
n
(21)
Maksymalny ładunek w zbiorniku po napełnieniu
C
,
10
1,5
3600s
0,84
A
10
5
t
I
Q
3
7
el
max
(22)
Gęstość objętościowa ładunku
3
4
3
υ
m
C
,
10
3,2
4,71
10
1,5
V
Q
q
(23)
Jakie jest natężenie pola w zbiorniku? Dokładne wyznaczenie natężenia pola wewnątrz
zbiornika jest trudne. W praktyce nie popełni się dużego błędu, jeśli – w przypadku
zbiornika cylindrycznego – maksymalne natężenie pola nad powierzchnią materiału
i możliwie dokładnie na osi zbiornika (w punkcie centralnym), obliczymy ze wzoru
1
r
o
υ
max
m
V
,
ε
2ε
h
q
E
(24)
Wzór ten jest wyprowadzony przy założeniu, że promień zbiornika jest równy
nieskończoności. W rozważanym przykładzie maksymalne natężenie pola nad
materiałem wyniesie
10
1
7
12
4
r
o
υ
max
m
V
,
10
2,7
10
8,85
2
1,5
10
3,2
ε
2ε
h
q
E
(25)
r
- przenikalność elektryczna względna powietrza (nad materiałem w zbiorniku)1
Wyliczone natężenie pola jest bardzo wysokie, zdolne do przebicia powietrz na
znaczną odległość. W praktyce nigdy tak wysokich natężeń pola nie otrzymuje się ze
względu na zachodzącą nieustannie, podczas napełniania zbiornika, dyssypację
ładunku, a głównie wyładowania iskrowe z naelektryzowanego materiału. Ponadto
przy wysokich natężeniach pola w zbiorniku może nastąpić odpychanie cząstek
z powrotem do rurociągu (dławienie transportu pneumatycznego). Obliczmy, jakie jest
maksymalne natężenie pola w zbiorniku, przy którym możliwe jest opadanie cząstek
pod wpływem siły grawitacji. Załóżmy, że cząstki polistyrenu są sferyczne
o promieniu 10
-3
m, powierzchnia cząstki
2
6
2
cz
m
,
10
12,56
r
4
S
(26)
Masa cząstki
kg
,
10
4,44
1060
10
4,19
ρ
πr
3
4
ρ
V
m
6
9
cz
3
cz
(27)
Przyjmujemy, że cząstki mają maksymalną, wynikającą z wytrzymałości powietrza na
przebicie, gęstości ładunku 26,510
-6
Cm
-2
.
Maksymalny ładunek elektryczny cząstki będzie równy
C
,
10
3,3
10
12,56
10
26,5
S
σ
q
10
6
6
cz
max
(28)
Pole, przy którym siły grawitacji równe są siłą kulombowskiego odpychania, można
wyliczyć ze wzoru
1
5
10
6
max
m
V
,
10
1,3
10
3,3
9,81
10
4,44
q
mq
E
(29)
A więc prawidłowy przebieg transportu pneumatycznego może się odbywać
przy natężeniu pola w zbiorniku E<1,310
5
Vm
-1
. Przy przyjętych w przykładzie
parametrach przebieg transportu jest uzależniony od szybkości dyssypacji ładunków.
Jeżeli szybkość dyssypacji ładunków nie jest dostateczna, to transport pneumatyczny
jest nie możliwy. Należy wówczas przedsięwziąć środki powodujące zmniejszenie
elektryzacji cząstek, np. zmniejszyć prędkość strumienia cząstek lub wydajność
transportu.
11
LITERATURA
1.J.Simorda, J.Staroba: Elektryczność statyczna w przemyśle, WNT, Warszawa
2.A.S.Gajewski: Elektryczność statyczna, IWZZ, Warszawa 1987
3.J.Strojny: Elektryczność statyczna w pytaniach i odpowiedziach, WNT, Warszawa
1979
4.Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości, Metody oceny zagrożeń wywołanych
elektryzacją materiałów dielektrycznych stałych, .PN – 92
SPIS SYMBOLI
-Czas relaksacji ładunku elektrostatycznego, s
-Względny stopień naelektryzowania
-Wydajność transportu, kgh
-1
-Gęstość ładunku, Cm
-2
d
-Gęstość objętościowa dynamiczna ładunku elektrostatycznego, Cm
-3
n
-Gęstość nasypowa, kg
-3
o
-Średnia prędkość liniowa nośnikas
-1
r
-Przenikalność względna
s
-Gęstość objętościowa statyczna ładunku elektrostatycznego, Cm
-3
-Opór elektryczny właściwy skrośny, m
C
-Pojemność elektryczna obiektu, F
C
(t)
-Stężenie objętościowe cząstek stałych w przepływie dwufazowym
D
p
-Średnica przewodu przesyłowego, m
E
-Natężenie pola elektrostatycznego, Vm
-1
h
-Wysokość, m
I
el
-Prąd elektryzacji, A
m
-Masa, kg
Q
-Ładunek znajdujący się na obiekcie, C
Q(t)
-Ładunek elektrostatyczny cząstek materiału przemieszczanych w czasie t, s
q
cz
-Gęstość cząstek, kgm
-3
Q
i
-Ładunek elektrostatyczny, C
q
m
-Względny stopień naelektryzowania ładunku, wyrażony gęstością masową
ładunku, Ckg
-1
Q
-Gęstość objętościowa, Cm
3
r
-Promień, m
S
-Powierzchnia cząstki, m
2
U
-Napięcie względem ziemi V
U
kr
-Napięcie elektrostatyczne V
V(t)
-Objętość całkowita cząstek, m
3
V
o
(t)
-Objętość fazy nośnej gazowej, m
3
W
n
-Energia wyładowań elektrostatycznych, J
W
n
-Energia naładowania elektrostatycznego, J
W
zmin
-Minimalna energia zapłonu, J