Aspectos clave de este artículo
- La electricidad estática es una causa importante, aunque a menudo subestimada, de atascos, adherencias y paradas inexplicables en procesos roll-to-roll (R2R).
- La carga se genera cuando materiales secos entran en contacto con rodillos, especialmente a altas velocidades de producción.
- Un bajo contenido de humedad reduce la conductividad, lo que provoca acumulación de carga, comportamiento inestable de la banda, atracción de polvo e incluso riesgos de seguridad, como chispas.
- Restablecer la humedad es la solución más eficaz: la rehumectación mejora la conductividad y permite disipar la carga electrostática.
- La aplicación de un aditivo fluido antiestático refuerza y prolonga la conductividad superficial.
- Contiweb ofrece pruebas en línea de demostración para evaluar cómo la aplicación de fluidos mejora el comportamiento de sustratos específicos en condiciones reales de producción.
Cuando las máquinas se detienen y aparentemente no hay ningún problema
En entornos de producción roll-to-roll (R2R) de alta velocidad, pequeñas fuerzas invisibles pueden tener efectos sorprendentemente grandes. Materiales que deberían desplazarse de forma uniforme a lo largo de la línea comienzan a comportarse de manera irregular: las hojas se adhieren entre sí, las bandas se curvan repentinamente o los productos terminados presentan problemas de manipulación impredecibles. Estos síntomas suelen aparecer de forma aparentemente aleatoria y tienden a repetirse de manera espontánea, incluso después de aplicar correcciones temporales, lo que dificulta considerablemente el diagnóstico del problema. Sin embargo, en muchos casos la causa no es mecánica, ni está relacionada con la calidad del material o con los ajustes realizados por el operario. Se trata de un factor menos visible, pero igual de determinante.
Pocos problemas de producción resultan tan frustrantes como las paradas repentinas e inexplicables de la línea. Cuando hojas o bandas se adhieren entre sí, se curvan o no se separan correctamente, incluso los sistemas más automatizados pueden verse seriamente ralentizados. En procesos como el converting, el grabado en relieve, el recubrimiento o la laminación, este comportamiento suele provocar atascos de material, errores de alimentación, desalineaciones o incluso daños en equipos sensibles. Ante estas situaciones, los operarios suelen intentar soluciones inmediatas, como limpiar los rodillos, ajustar la tensión de la banda o cambiar el lote de sustrato. Sin embargo, la causa real pasa a menudo desapercibida: la carga electrostática.
Comprender la carga electrostática
Aunque la mayoría de los equipos de producción reconocen la importancia de la rehumectación (como se explicó en nuestro blog anterior), los mecanismos que conducen a la acumulación de carga electrostática no siempre se comprenden por completo. Sin embargo, la carga electrostática afecta de forma silenciosa a casi todos los procesos de manipulación de materiales secos y, por ello, representa un problema costoso en numerosas áreas de la fabricación industrial.
La carga electrostática se define como un desequilibrio de cargas eléctricas en la superficie de un material u objeto. Se genera siempre que dos superficies con baja conductividad eléctrica entran en contacto y posteriormente se separan: durante este proceso se transfieren electrones, dejando una superficie cargada positivamente y la otra negativamente. En materiales higroscópicos como el papel, el cartón, los nonwovens, los textiles de algodón o las películas de lámina, este desequilibrio de carga se acumula en la superficie. Como consecuencia, ambas superficies quedan eléctricamente cargadas, dando lugar a una acumulación de electricidad estática en cada material. Cuanto más seco está el material, más acusado es este efecto. El término «estática» (no móvil) se utiliza porque la carga queda retenida en la superficie y permanece allí hasta que puede ser conducida y disipada. Este proceso depende de la superficie de contacto y de las condiciones ambientales, pero también de las propiedades del material, como se muestra en la Figura 1. Los materiales situados hacia el lado izquierdo de la escala tienden a ceder electrones y desarrollan una carga electrostática positiva, mientras que los materiales situados hacia la derecha suelen atraer electrones y, por tanto, adquieren una carga negativa.
Figura 1: Visión general de distintos materiales. Los materiales situados en el lado izquierdo tienden a cargarse positiva y fácilmente al entrar en contacto con otro material. A medida que se avanza hacia la derecha, los materiales se vuelven más neutros y, aún más a la derecha, tienden a cargarse fácilmente de forma negativa.
Las interacciones mecánicas repetidas actúan como la fuerza impulsora de este efecto invisible. En un entorno de producción de alta velocidad, cada rodillo, así como cada proceso de corte, bobinado o desbobinado, se convierte en un generador de carga, incrementando el potencial eléctrico con cada rotación o punto de contacto. Cuanto mayor es la velocidad del proceso, más rápidamente se acumula la carga en el producto. La Figura 2 muestra una banda de material que entra por el lado izquierdo y entra en contacto con el primer rodillo. En el momento de contacto entre la banda y el rodillo se produce una transferencia de electrones entre las superficies. En función de la conductividad del material, su energía superficial y su contenido de humedad, la banda cede electrones al rodillo. Este desequilibrio da lugar a una carga superficial: electricidad estática. A medida que la banda pasa por rodillos sucesivos, la carga continúa acumulándose, lo que incrementa tanto la inestabilidad del proceso como el riesgo de descarga.
Figura 2: Explicación esquemática de la acumulación de carga electrostática debida a la fricción en un proceso R2R.
En condiciones normales, las moléculas de agua presentes en el sustrato actúan como diminutos conductores, permitiendo el movimiento de iones y la neutralización de las diferencias de carga. Cuando el contenido de humedad disminuye y/o aumentan las fuerzas mecánicas, la conductividad superficial se reduce de forma drástica y la carga no encuentra una vía de disipación. El resultado son fenómenos como adherencias, atascos, atracción de polvo y otras interrupciones de proceso “misteriosas” con las que están familiarizados operarios, ingenieros y responsables de producción.
Desde el punto de vista de la ciencia de los materiales, este fenómeno está directamente relacionado con la energía superficial. Una superficie seca presenta un potencial eléctrico más elevado, lo que facilita la atracción de cargas opuestas o de materiales polares. Esto explica por qué el papel seco tiende a adherirse a los rodillos, por qué las bandas de nonwoven pueden pegarse repentinamente entre sí o por qué una banda de film puede incluso separarse de un rodillo guía y envolverse alrededor de fuentes de carga estática. En casos extremos, la carga electrostática puede superar varias decenas de kilovoltios, generando no solo inestabilidad del proceso, sino también riesgos para la seguridad. La chispa producida por una descarga electrostática puede incluso provocar explosiones, un riesgo bien conocido en procesos como la impresión flexográfica o las operaciones de recubrimiento.
Asumir el control y dominar el proceso
La pregunta evidente es: ¿cómo se puede prevenir la carga electrostática? En principio, la contramedida más eficaz es sencilla: restablecer la conductividad superficial aumentando el contenido de humedad del material. Dicho de forma breve y clara: añadir agua. La rehumectación controlada permite que los iones vuelvan a moverse libremente, facilitando la disipación de la carga en la superficie. Cuando la humedad se reintroduce de manera uniforme, el potencial eléctrico se equilibra de forma natural y la carga electrostática desaparece. No obstante, en materiales especialmente poco conductores o de secado rápido —como nonwovens sintéticos, papeles estucados, films o laminados multicapa— el agua por sí sola puede no ser suficiente. En estos casos, Contiweb ofrece un aplicador de fluidos para la aplicación de un aditivo antiestático, que mejora y prolonga la conductividad superficial. Aplicado con o sin la película de agua de la rehumectación, este aditivo crea una capa conductora temporal pero estable, que evita la acumulación de carga electrostática incluso en condiciones de alta velocidad de producción o baja humedad ambiental.
Una vez neutralizada la carga electrostática, todo el flujo de producción se estabiliza. Las hojas se separan correctamente, las bandas se desplazan de forma uniforme y los equipos de acabado —como plegadoras, recubridoras o laminadoras— pueden funcionar de manera continua sin paradas imprevistas. En procesos de impresión y acabado en línea, un mejor control de la electricidad estática garantiza que hojas o bandas no se adhieran ni se repelan entre sí, lo que se traduce en un apilado y un corte más uniformes. En procesos fuera de línea, los beneficios son igualmente claros: menos tiempos de inactividad, mayor rendimiento y un menor desgaste de componentes sensibles, como sensores o accionamientos sensibles a descargas electrostáticas. En aplicaciones no relacionadas con la impresión —como el procesamiento de nonwovens, el acabado textil o el envasado flexible— la carga electrostática puede deformar bandas ligeras o atraer partículas de polvo en suspensión. Por ello, la gestión de la humedad y el control de la electricidad estática van de la mano, garantizando tanto la estabilidad dimensional del producto como la fiabilidad del proceso en todas las etapas de producción, desde el desbobinado hasta el bobinado.
En Contiweb no tratamos la carga electrostática como una molestia inevitable, sino como un parámetro de proceso controlable. Nuestros sistemas de aplicación de fluidos ofrecen una rehumectación precisa, con refuerzo antiestático opcional, diseñados para restablecer la conductividad exactamente allí donde más importa para la estabilidad del proceso.
Pruebas de sustratos en nuestra línea de demostración de aplicación de líquidos
Si desea conocer cómo afecta la aplicación de líquidos al comportamiento de su sustrato, le invitamos a realizar una prueba en nuestra línea de demostración de aplicación de fluidos. Durante estas pruebas, nuestro equipo de ingeniería analiza la absorción de humedad, la estabilidad dimensional y el comportamiento del material en procesos posteriores, todo bajo condiciones de proceso controladas y reproducibles.
Los resultados ofrecen recomendaciones prácticas para los ajustes del proceso y una estimación fiable del impacto esperado en su entorno de producción.
Para comentar opciones de prueba o requisitos técnicos, puede ponerse en contacto con Irene Eggink (Application Engineer).
