Practica 8 Celda Hull

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DIQI Laboratorio Electroquímica y corrosión

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Laboratorio de electroquímica y corrosión

Práctica No 8 Celda Hull

Integrantes:

Objetivos: El alumno asocia la información obtenida en la l a prueba de celda Hull con las propiedades físicas del electrodepósitos metálicos.

Objetivos particulares:  

Arma un sistema electroquímico para efectuar los electrodepósitos Identifica las diferentes zonas de recubrimiento que presenta el cátodo.

Celda Hull; PRÁCTICA #8

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DIQI Laboratorio Electroquímica y corrosión 

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Selecciona una zona específica en la superficie de la probeta que represente el acabado que se desea obtener en el electrodepósitos. Mide la longitud a la que se encuentra la zona elegida Calcula la densidad de corriente con el valor de la corriente que fluye en la celda Hull y la longitud seleccionada en el cátodo. Emplea la DC calculada para la determinación de la corriente necesaria para recubrir una superficie predeterminada.

 Introducción

La celda Hull es un tipo de célula de prueba utilizado para comprobar cualitativamente la condición de un baño galvánico. Se permite la optimización para el rango de densidad de corriente, la optimización de la concentración de aditivo, el reconocimiento de los efectos de la impureza y la indicación de la capacidad de potencia de macro-lanzamiento. La celda Hull replica el baño de recubrimiento en una escala de laboratorio. Se llena con una muestra de la solución de metalización, un ánodo apropiado que está conectado a un rectificador. El "trabajo" está remplazado por un panel de prueba de celda Hull que se recubre para mostrar la "salud" del baño. La celda Hull es un recipiente trapezoidal que contiene 267 ml de solución. Esta forma permite colocar el panel de ensayo en un ángulo con respecto al ánodo. Como resultado, el depósito se siembra en placas a diferentes densidades de corriente que se puede medir con una regla de células casco. El volumen de la solución permite una optimización cuantitativa de la concentración de aditivo: 1 Además gramo a 267 ml es equivalente a 0,5 oz / gal en el tanque de revestimiento.

La electrodeposición, es un tratamiento electroquímico donde se apegan los cationes metálicos contenidos en una solución acuosa para ser sedimentados sobre un objeto conductor creando una capa. El tratamiento utiliza una corriente eléctrica para reducir sobre la extensión del cátodo los cationes contenidos en una solución acuosa. Al ser reducidos los cationes precipitan sobre la extensión creando una película fina. El espesor dependerá de varios factores.



La electrodeposición se emplea principalmente para adjudicar una capa con una propiedad ansiada (por ejemplo, resistencia a la abrasión y al desgaste, protección frente a la corrosión, la necesidad de lubricación, cualidades estéticas, etc.) a una superficie que de otro modo escasea de esa propiedad. Otra aplicación de la electropositación es recrecer el espesor de las piezas desgastadas p.e. mediante el cromo duro. Su funcionamiento es el antagónico al de una celda, que utiliza una reacción redox para obtener una corriente eléctrica. La pieza que se desea recubrir se sitúa en el cátodo del circuito, mientras que el ánodo es del metal con el que se desea recubrir la pieza. El metal del ánodo se va consumiendo, reponiendo el depositado. En otros procesos de electrodeposición donde se emplea un ánodo no consumible, como los de plomo o grafito, los iones del metal que se deposita debe ser periódicamente repuestos en el baño a medida que se extraen de la solución.

La galvanoplastia cambia las propiedades químicas, físicas o mecánicas de la superficie de las pieza, pero no las del interior. Un ejemplo de un cambio químico es cuando niquelado mejora la resistencia a la corrosión. Un ejemplo de un cambio físico es un cambio en la apariencia externa. Un ejemplo de un cambio mecánico es un cambio en la resistencia a la tracción o la dureza de la superficie que es un atributo necesario en la industria de herramientas. Estos cambios son utilizados en multitud de aplicaciones. Por ejemplo: la electrodeposición de cromo duro en piezas industriales como vástagos de cilindros hidráulicos. La mejorar la resistencia a la abrasión de un objeto, proporcionarle propiedades anticorrosivas, mejorar su necesidad de lubricación, es decir disminuir su coeficiente de rozamiento, o simplemente por cuestiones estéticas, entre otras.



Por lo general, una celda electrolítica, que consta de dos electrodos, electrolito, y la fuente externa de corriente, se utiliza para la electrodeposición. En contraste, un proceso de deposición electrolítico utiliza sólo un electrodo y ninguna fuente externa de corriente eléctrica. Sin embargo, la solución para el proceso electrolítico necesita contener un agente reductor de modo que la reacción del electrodo tiene la forma:

En principio, se puede utilizar cualquier reductor a base de agua, aunque el potencial redox del reductor de media celda debe ser lo suficientemente alto como para superar las barreras de energía inherentes en la química de líquido. El niquelado no electrolítico utiliza hipofosfito como reductor, mientras que el chapado de otros metales como la plata, oro y cobre suelen utilizar aldehídos de bajo peso molecular. Una ventaja importante de este enfoque sobre la galvanoplastia es la no necesidad de fuentes de energía ni de baños de galvanoplastia, reduciendo el costo de producción. La técnica puede también formas diversas de placa y tipo de superficie. La película es más uniforme. Se puede depositar aleaciones y añadir aditivos a la película como Teflón. La desventaja es que dependiendo del material el proceso de galvanizado es generalmente más lento y no se puede crear este tipo de placas gruesas de metal. Como consecuencia de estas características, la deposición no electrolítica es bastante común en las artes decorativas. Aunque va ganado terreno en aplicaciones industriales, una de las cuales, por ejemplo, son los discos duros. Limpieza

La limpieza es esencial para el éxito de la galvanoplastia, puesto que las capas moleculares de aceite puede impedir la adherencia del recubrimiento. La ASTM B322 es una guía estándar para la limpieza de metales antes de la electrodepositación. Los procesos de limpieza incluyen: limpieza con disolvente, limpieza en caliente con detergente alcalino, electro-limpieza, y tratamiento con ácido etc. La prueba industrial más común para la limpieza es la prueba waterbreak, en el que se enjuaga a fondo la superficie y se mantiene vertical. Los contaminantes hidrofóbicos, tales como los aceites hacen que el agua de cuentas y se rompen, permitiendo que el agua drene rápidamente. Las superficies de metal perfectamente limpios son hidrófilas y mantendrá una lámina continua de agua que no se cuenta arriba o escurrir. La ASTM F22 describe una versión de esta prueba. Esta prueba no detecta contaminantes hidrófilos, pero el proceso de electrodepositación pueden desplazar éstos fácilmente ya que las soluciones son a base de agua. Los tensioactivos como el jabón reducen la sensibilidad de la prueba y debe ser enjuagado cuidadosamente. Proceso físico-químico



Ambos componentes se sumergen en una solución llamada electrolito que contiene uno o más sales de metal disueltas, así como otros iones que permiten el flujo de electricidad. Una fuente de alimentación de corriente continua genera un potencial eléctrico en el ánodo y en el cátodo. En el cátodo, los iones metálicos disueltos en la solución electrolítica se reducen en la interfase entre la solución y el cátodo y desaparecen de la disolución. Esto crea un desequilibrio de cationes en la disolución. Este exceso de cationes se combina los átomos del metal del cátodo formando la sal que se disuelve dejando el metal restante al descubierto, y por otro lado reponiendo los iones precipitados. El cátodo es un sumidero de cationes metálicos y un generador de aniones mientras que en el ánodo sucede lo contrario es un sumidero de aniones y generador de cationes. La cantidad de ambos está regulada por la constante de disociación y las leyes de equilibrio lo cual conlleva a que la velocidad a la que se disuelve el ánodo es igual a la velocidad a la que el cátodo se recubre. Aunque circula una corriente eléctrica esta no la constituyen electrones que viajan entre los electrodos en los aniones, sino que un electrón, o varios, del cátodo reducirá un catión metálico que se depositará. Esto producirá un desequilibrio en la disolución por lo que hará que alguna molécula del electrólito se disocie. Si está lejos del ánodo se volverá a recombinar, pero si está cerca este reaccionará entregando un electrón, o varios, a este y generando una sal soluble que se desprenderá. Tiene cierta similitud con la radiación de Hawking de los agujeros negros. Por último, indicar que dicha técnica no debe confundirse con la electroforesis, esta se basa en el movimiento hacia un ánodo o cátodo de moléculas o partículas en suspensión en una disolución, no de iones como la electrodeposición.



 Desarrollo Experimental:



Preparacion del recubrimiento del cátodo

Determinacion de la densidad de corriente del baño.

Preparar la celda hull con 267ml.

Medir la longitud del papel, de su punto de mayor densidad de corriente a menor densidad de corriente.

Limpiar el catodo, con lija de agua para quitar cualquier sustancia agena al metal.

Sustituir los datos en la ecuacion, que representa el comportamiento de la corriente, a traves del catodo, para concer la densidad de corriente.

Limpiar el catodo de igual manera.

Con un segundo catodo, definir la superficie a recubrir, con la DC que se calculo.

Colocarlos dentro de la celda, fijandolos con caimanes (evitar que la punta del caiman no contamine el baño).

Colocar los electrodos en forma paralela en la celda hull, para difundir la corriente homogeneamente.

Montar el sistema, de ma lamera decuada, segun se indica.

Al acabar el tiempo, sacarlo y hacer los caluclos correspondientes.

Conectar a la fuente de corriente, a 2A, por dos minutos.

 Tabla de datos experimentales



Celda galvánica Tabla de datos experimentales I= 1.05 amp

 = 32.4967

t = 30 min

 = 32.5048

L=7.30 cm

é = 0.3496 

 = 8.96 /



Cálculos Calculo de la densidad de corriente a 7.3 cm donde se encuentra una homogenidad en la electrodepositacion del cobre en el catodo

 = (5.103  ((5.238)(log )))  = 1.05(5.103  ((5.238)(log(7.3)))  = 0.61 ⁄ Calculo del area donde se lelvara acabo la electrodeposicion superficie inmersa

 = 4.6 ∗ 7.6 = 0.3486 

Amperaje del catodo



 =  ∗   = (0.3486  ) ∗ (0.61 ⁄ )  = 0.2133  Para el espesor

 0.0012  = = = 3.432 ∗ 10−    34.96

=

∆ (32.5048  32.4967) = = 0.0012    8.96 /

Para la eficiencia

=  =

 0.0081 ∗ 100 = ∗ 100 = 82.23%  0.00985

 ∗  ∗  (120)(0.25)(31.7) = = 0.00985 96500 96500

 =    = (32.5048  32.4967) = 0.0081

Tabla de resultados

 = 0.61 ⁄

 = 0.3486 

 = 0.2133 

 = 3.432 ∗ 10−

 = 0.0012 

 = 82.23%

 = 0.00985

 = 0.0081



 Observaciones y Conclusiones Observaciones Cuando realizamos esta práctica observamos que, si se colocan los electrodos en forma paralela, con una densidad de corriente determinada para un baño de cobrizado, sin tener el control adecuado se obtiene un cátodo, con una densidad de corriente mayor en un lado, que en otro. Por lo cual obtenemos un ánodo, con densidad de corriente mayor de un lado, que de otro. Del cual nos ayudamos para calcular una densidad de corriente uniforme para el siguiente ánodo, que recubrimos. Se observó que no funcionaban adecuadamente las fuentes, por lo cual, debíamos poner los electrodos en un baño de cobre, a 2Amp por 2 min, lo cual no fue así, en nuestro caso, pusimos los electrodos en un baño a 1Amp por 3min. Funciono de una manera adecuada, pero no era la manera correcta Conclusión La electrodeposición es muy usada hoy en día, para muchas cosas, como recubrimientos, en tanto industrias como de recubrimientos de decoración, es una industria la cual es muy popular debido a que se usa para cubrir de la corrosión en la industria, y para hacer más fuertes las superficies, entre otras cosas. La galvanoplastia es un recubrimiento de metal con metal, la cual al ser recubierto se da una mayor resistividad a muchos factores, tanto del ambiente como físicos, con la experimentación de la celda de hull, vemos el proceso a nivel laboratorio que sirve adecuadamente para su propósito, lo cual es un recrecimiento educativo. Obtuvimos una eficiencia dentro del rango, lo cual es buena, pero podría a ver sido mejor, el experimento fue realizado adecuadamente, con algunas variaciones como lo son la densidad de corriente del primer experimento, lo cual nos dio un rango de error adecuado, debido a que no usamos los paramentos adecuados para un baño de cobrizado

Observaciones Gracias a la experimentación pudimos observar que si no lavas muy bien la lámina no abra un buen recubrimiento. También observamos que si no tienes una buena intensidad de corriente la electrodeposición no se llevara a cabo de manera adecuada.



Conclusión Gracias a esta práctica y a la experimentación realizada podemos concluir que se alcanzaron satisfactoriamente los objetivos generales y particulares de esta práctica se obtuvo un buen galvanizado y toda esta experimentación arrojo una muy buena eficiencia dentro del rango que el profesor requería concluyendo satisfactoriamente esta práctica. Observaciones Durante la primera etapa del experimento para determinar la densidad de corriente que íbamos a utilizar la placa de latón presentaba una forma particular en la electrodopositacion de este no era línea la electrodopositacion si como de forma logarítmica con una curva. La fuente de alimentación en la segunda parte del experimento controlamos la intensidad con un amperímetro ya que no servía adecuadamente la fuente además de que cambiamos la intensidad a 1 Amper en lugar de 2 Amper y para verificar que nos estuviera dando la corriente que queríamos lo estuvimos controlando gracias a un multímetro Conclusión La celda hull es un tipo de prueba a nivel laboratorio que a nivel industrial es muy útil para poder seleccionar una zona específica en la superficie de la probeta presente el acabado que desea obtener en el electrodepósito; el propósito de todo esto es básicamente recubrir el material de interés con otro que le sirva como decoración y protección En la practica el material de interés es la lámina de latón mientras que el metal con que lo recubrimos fue cobre en la primera etapa determinamos la zona específica de la superficie de la probeta que queríamos duplicar homogéneamente en otra placa para eso calculamos uno de los factores importantes durante un proceso de electrodopositacion que es la densidad de corriente, la zona que consideramos tenia adherencia, uniformidad y brillo A nivel industrial también deben considerarse las variables de concentraciones de los componentes del baño, agitación, temperatura y PH, no solo la densidad de corriente y en cuanto al acabado también debe proporcionar poder de penetración y dureza, aunque esto último varia en si hacia donde vaya destinado nuestro producto


Practica 8 Celda Hull

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