DISEÑO DE LA CELDA ELECTROLITICA DISEÑO DE LA CELDA ELECTROLITICA VARIABLES QUE SE DEBEN CONSIDERAR
recubrimientos Resumen. - Los metálicos en general se practican comúnmente en fase liquida con soluciones electrolíticas que contienen el metal de recubrimiento, ya sean los cobreados, cincados, plateados, dorados, niquelados, cromados, cadmiados, etc., se llevan a cabo en medio alcalino o en medio acido, según el tipo de recubrimiento; pero todos estos recubrimientos para llegar al optimo del proceso tienen que controlarse ciertas variables rigurosamente, es por eso que el presente documento se hará énfasis de dichas variables y también en el equipo adecuado para el control de las variables en los parámetros adecuados.
Palabras clave. - Celda electrolítica, recubrimientos metálicos, solución electrolítica, variables de control. Abstract. - Metallic coatings are generally common practice in the liquid phase with electrolyte solutions containing the metal coating, whether the copper, zinc, silver, gold, nickel, chromium, cadmium, etc., Are carried out in alkaline or acid medium, according to the type of coating, but all these coatings to reach the optimum process certain variables must be controlled strictly, which is why this paper will focus on these variables and also in the right equipment for the control of variables in the appropriate parameters. Keywords. - Electrolytic cell, metal coatings, electrolytic solution, the control variables.
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Si hablamos de recubrimientos metálicos en fase liquida, se deberá tener en cuenta no solo las sales que constituyen a la solución electrolítica y aunque es un factor importante la concentración de dichas sales, también deberemos tomar en cuanta otras tipos de variables que tienen gran influencia, ya sea como el potencial eléctrico o la intensidad corriente eléctrica, aunque este ultimo de acuerdo al tamaño de la pieza este jalara la cantidad de amperios necesarios; también se considera la temperatura de la solución; la agitación de la solución; el tiempo que se ejerce durante el proceso de electrolisis según el recubrimiento de metal que se esté realizando; aditivos que se emplean para optimizar el recubrimiento dando como resultado un mejor aspecto y resistencia del metal depositado, y estos aditivos son conocidos como humectantes, niveladores, abrillantadores y otros, dichos aditivos así como son beneficiosos con el tiempo dependiendo de su naturaleza (orgánicos e inorgánicos) afectaran en la calidad de los recubrimientos, ya sea por ejemplo si fuesen aditivos orgánicos estos tenderán a oxidarse y perderán sus propiedades beneficiosas para los recubrimientos y más bien al contrario, causaran defectos en los recubrimientos ya sea zonas res quebradizas, opacas, y otros en la pieza recubierta (para ello al emplear dichos aditivos se deberá limpiar o purificar de los residuos orgánicos, empelando carbón activado el cual absorberá dichas impurezas).Y por ultimo también tendremos residuos Página 1
DISEÑO DE LA CELDA ELECTROLITICA originados por el metal de la pieza del cual está hecha. En todos los baños electrolíticos dichas variables afectan en la calidad del recubrimiento, pero no de igual manera en todos estos baños, así por ejemplo podemos citar los baños de cobre ya sean en solución alcalina o en solución acida, también el cincado, el plateado, y otros, en ellos es posible trabajar a temperaturas normales o ambientales (20 ºC), o trabajar sin necesidad de proporcionar una agitación a la solución o a la pieza, pero en calidad de análisis y mejorar el recubrimiento se juega con dichas variables; ya que se menciono baños en los cuales se puede trabajar a condiciones normales, citare también a aquellos baños en los que si es necesario aplicar temperatura y agitación como son los baños electrolíticos de oro, níquel, cromo y otros, la temperatura adecuada oscila entre los 40º C y como máximo 60º C, en constante agitación de la solución y de la pieza.
A continuación se hará énfasis de las variables de control y de su influencia en los baños electrolíticos.
a) Concentración de la solución: La concentración conveniente de la solución electrolítica será aquella que posee pocos iones a depositar y muchas moléculas no disociadas dispuestas a disociarse rápidamente liberando de este
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modo, iones metálicos que sustituyan a los iones que desaparecen de la solución durante la electrodeposición.
b) Potencial Eléctrico: La influencia de este factor es decisiva en la estructura de la electrodeposición formada. Un aumento de la densidad conlleva a la disminución del tamaño del cristal y obteniéndose estructuras finas. Existe un límite de aumento de la densidad que al sobre pasar produce depósitos quebradizos.
c) Intensidad de corriente eléctrica: Citando en la práctica la cantidad de amperios que se consumen va de acuerdo al tamaño de la pieza y esta solo absorberá una cantidad necesaria de amperios, más no el todo del que se esté suministrando. d) Temperatura de la solución electrolítica: Un aumento de la de temperatura favorece la movilidad de los iones metálicos ocasionando el incremento de la conductividad del electrolito y una disminución de la viscosidad de la solución. El incremento de la temperatura favorece la formación de depósitos brillantes y de grano finos. e) Agitación de la solución electrolítica: Como bien sabemos estos iones resultan ser pesados en la solución por lo que van a estar en mayor concentración en el fondo de la celda electrolítica y en menor concentración en la parte superior de la celda, ocasionando desperfectos o recubrimientos disparejos, es por eso que en el proceso de recubrimiento es factible que tenga agitación la solución para lograr homogenizar la solución electrolítico. Página 2
DISEÑO DE LA CELDA ELECTROLITICA f) Agitación de la pieza: La pieza se recomienda que este en constante agitación, para de esta manera evitar los encapsulamientos de hidrogeno liberado de la solución en algunos baños electrolíticos, ya que este produce ampollamientos y zonas que se descascaran.
La agitación impide el empobrecimiento de los iones metálicos de la zona catódica y la adherencia de burbujas gaseosas (Hidrogeno) sobre el cátodo.
Uno de los sistemas de agitación utilizados consiste el insuflar aire comprimido por el fondo de la cuba.
Otro sistema de agitación consiste en producir el desplazamiento horizontal o vertical del cátodo.
contaminantes, por lo cual se deberá asear la solución purificándola de dichos contaminantes (uno de los métodos más comunes es con carbón activado).
j)
Ánodos:
Ánodos solubles: Es el electrodo positivo que cede el metal a la solución electrolítica para depositar sobre la pieza metálica se corroe uniformemente bajo la influencia de la corriente eléctrica. Ánodos insolubles: Estos ánodos solamente permiten la conductividad eléctrica de la fuente con la solución no son atacados por la solución electrolítica con o sin corriente eléctrica.
CELDA ELECTROLITICA. g) Tiempo de estadía durante el procesos de recubrimiento: El tiempo en la mayoría de baños solo causa un mayor espesor del recubrimiento sobre la pieza, y para cada baño existen tiempo determinado de estadía durante la electro deposición. h) Concentración de Hidrogeno de la solución (pH): Si el pH está por debajo del rango de trabajo puede presentarse depósitos simultáneos de metal y el hidrogeno, ocasionando picaduras o ampollamiento Si se trabaja con un rango alto de pH se formaran sales básicas poco solubles que darían lugar a depósitos ásperos. i) Aditivos y contaminantes: Los aditivos pueden ser orgánicos e inorgánicos, que se añaden en pequeñas cantidades con el fin de mejorar la calidad del recubrimiento metálico; pero algunos de estos tienden a oxidarse y perdiendo sus propiedades favorables y más bien al contrario convirtiéndose en
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En el diseño de la celda electrolítica consideraremos principalmente las variables que podremos controlar en el equipo, como son la agitación y la temperatura de la solución, además del material del que será hecha la celda. El material de fabricación de la celda debe ser capaz de resistir el ataque corrosivo de la solución. Entre los materiales más resistentes a los ataques corrosivos por efecto de la solución tendremos al vidrio, plástico, Características:
Resistencia soluciones.
al
ataque
de
las
Fuerza mecánica para soportar las cargas.
La solución electrolítica y la temperatura a usar determina el material de construcción. Página 3
DISEÑO DE LA CELDA ELECTROLITICA Materiales de fabricación :
Hierro con revestimiento de brea. PVC, Vidrio, Acero.
El contenido de la celda deberá guardar una relación estándar entre el largo, ancho y alto; como se ve en la siguiente imagen: Luego como hemos mencionado en dicha celda se tiene que controlar la temperatura y la agitación de la solución.
Para el caso de la temperat ura con una resistenc ia de acero inox (la cual calentara la solución) que a su vez será controlado el suministro de energía hacia la resistencia mediante un termostato anclado a superficie de la pared de la celda (con este termostato podremos asegurar que la temperatura sea estable a sea a los 40 o 50 o 60 grados centígrados según sea conveniente con un ± 2 ºC). Para el caso de la agitación de la solución, usaremos una pequeña bomba la cual mediante un circuito de tuberías hará que retorne la
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solución con una presión determinada lo que ocasionara la constante agitación y homogeniz ación de la solución, además de ello la bomba nos permitirá la facilidad de trasladar la solución para poder disponerla ya sea para su limpieza o pueda ser almacenad a en tanques de PVC. Dicha celda electrolítica poseerá además un tablero control, en el cual mediante switches daremos paso a la energía ya sea para la resistencia o para la bomba. Como dato importante dicha celda es posible escalar a mayor tamaño ajustando la forma (la forma de la celda dependerá directamente de la pieza a la cual se tiene para recubrir).
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DISEÑO DE LA CELDA ELECTROLITICA Dichas celdas las diseñe con el fin de poder mejorar la calidad de los recubrimientos, especialmente para los baños de los cuales se tiene necesariamente que controlar las
variables ya mencionadas como son para el caso del baño electrolítico de níquel, oro, cromo.
A continuación una de las celdas que construí en el taller en el cual me encuentro laborando.
La celda de la imagen fue construida con el fin de analizar el recubrimiento de zinc, modificando la temperatura y agitando con la bomba, y también controlando las demás variables como el potencial eléctrico, el tiempo de estadía durante la electrolisis. CUALQUIER CONSULTA ME LA PUEDEN HACER LLEGAR A MI CORREO:
[email protected] MI NUMERO DE TELEFONO:
054 – 959 285572
DISEÑO Y ACESORAMIENTO PARA LA INSTALACION DE UN TALLER DE GALVANOPLASTIA Y GALVANOTECNIA. DISEÑO DE CELDAS ELECTROLITICAS.
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