Los tanques usados en el proceso de galvanoplastia

Los tanques usados en el proceso de galvanoplastia, conocido en inglés como "bath" o "baño electrolítico" contienen entre otras, la solución acuosa electrolítica, aunque no solamente ya que como se ha visto en otros artículos, el proceso también incluye tratamientos previos (activación de sustrato, limpieza, decapado, desengrasado) y tratamientos posteriores (por lo general enjuague), además, algunos de estos procesos deben realizarse a determinadas temperaturas y en muchos casos con agitación del líquido, por lo que el material elegido para los tanques debe soportar métodos de calentamiento directo, además de resistir las acciones corrosivas que puedan tener los químicos que se usan en las distintas etapas del proceso.

Parece algo obvio, pero siempre hay que tener presente que el principal requerimiento de un tanque de proceso electrolítico o galvánico es que contenga perfectamente el líquido que le corresponda sin fugas o contaminación de agentes externos durante un periodo de tiempo determinado. Obviamente esto depende de la naturaleza corrosiva del líquido a contener y de otros aspectos como la temperatura y métodos de calentamiento a usar para alcanzar y mantener esta temperatura, y a partir de eso establecer cual sería el mejor material, forma, dimensiones y método de construcción del dicho tanque.

En cuanto a la acción corrosiva de las sustancias químicas, estos aspectos son importantes a considerar en los tanques usados en las etapas previas de preparación de la pieza, así como el tanque donde se lleva el proceso de metalizado en sí. Mientras que los procesos de enjuague posteriores contienen por lo regular agua solamente.

Al hacer una simple búsqueda en cualquier buscador en línea como "Electroplating Tank" o "Tanque para galvanoplastia" inmediatamente encontrará muchas alternativas comerciales disponibles tanto para pequeños talleres como para operaciones industriales, construidas casi todas en material plástico (polipropileno, polietileno, PVC principalmente), cristal tipo pyrex o acero inoxidable. Algunas integran el agitador y el calentador sumergible, así como las barras de contacto.

En la imagen 1 derecha se muestra un dibujo genérico que representa en si lo que es un tanque para electrodepósito o recubrimiento del tipo electrolítico con algunos de sus elementos básicos, las barras de contacto, los bornes, los ganchos para colgar los ánodos y racks (cátodos) de metalizado, etc. Se puede observar la forma como la pieza de trabajo se sumerge colgando y mediante el gancho de suspensión, conecta con la barra que hace de cátodo que se conectará a la terminal negativa del rectificador. Un esquema similar al metalizado industrial del tipo rack visto en un artículo anterior. Mas adelante hablaremos de los tipos de conexión (bus-bars) con los que se hace circular la corriente eléctrica desde el rectificador a través de la suspensión electrolítica.

Los puntos mas importantes a considerar para los tanques son los materiales, la construcción (forma), el tamaño (dimensiones) y si estos requieren calentarse. Esto específicamente para las fases de pre-tratamiento y electrodepósito. Analizaremos entonces punto por punto estos aspectos.

Imagen 1. Tanques de acero inoxidable en un proceso de galvanizado industrial.                  Der. Tanque de galvanoplastia genérico

Materiales del tanque

La mayoría de las sustancias químicas usadas en los baños electrolíticos o son ácidas o son alcalinas. Las únicas sustancias neutras, o de PH alrededor de 7, son algunos solventes orgánicos usados en la limpieza inicial.

El material con el que se construya el tanque a usar debe ser resistente a la reacción con los químicos que va a contener o bien usar algún tipo de recubrimiento interior, que si tenga dicha resistencia.

Además de que esta resistencia obviamente es requerida para prevenir fugas, también es importante para evitar en mayor medida contaminación con agentes externos a la sustancia.

El material elegido y en su caso, el recubrimiento interior (y exterior en su caso) influirán en la forma y construcción del tanque.

En algún tiempo se elegía la madera como material para tanques de proceso galvánico, pero con el tiempo y la mas amplia disponibilidad de plásticos industriales y acero, el uso de la madera se fue descontinuando.

Hoy en día los materiales mas comunes son fibra de vidrio impregnada con resina, cristal pyrex, loza de barro, diversos tipos de plástico (polipropileno-PP, polietileno-PE, cloruro de polivinilo-PVC, etc.), así como diversos tipos de acero (acero dulce al carbón-mild, revestido-lined, no revestido-unlined e inoxidable-stainless).

En la siguiente tabla (tabla 1) se muestra una especie de guía (no completa) que puede servir para elegir el material de los tanques dependiendo de los tipos de pre-tratamiento y de tipo de recubrimiento electrolítico.

Tabla 1. Materiales recomendados para tanques de proceso electrolítico

Acero

El uso de acero tiene la ventaja de que, además del costo relativamente bajo y alta fuerza de tensión, tiene buena conductividad térmica y puede calentarse y mantenerse a una determinada temperatura con un anillo de gas (a manera de estufa de cocina) además de que puede conservar la rigidez incluso al calentarse.

Se utilizan 4 tipos de acero para la construcción de tanques de proceso electrolítico: acero dulce al carbón-mild, revestido-lined, no revestido-unlined e inoxidable-stainless.

El revestimiento (lining/sheating) es preferible para evitar contaminación de la solución con hierro y también para aislamiento contra corrientes de fuga (stray current). El acero revestido es un requerimiento para todas las soluciones electrolíticas de tipo ácido. Para los baños alcalinos no es un requerimiento pero igual puede usarse.

Aun así, no se puede usar cualquier tipo de revestimiento de tanque en cualquier tipo de proceso de metalizado. Para ciertos tipos de metalizado, por ejemplo para el níquel brillante, algunas fórmulas de revestimiento producen contaminación por liberación de trazas que pueden generar un depósito electrolítico nuboso y opaco. Es muy importante entonces, verificar la compatibilidad de la solución electrolítica con la composición química del revestimiento y checar en la documentación técnica de especificación de ambos, posibles efectos que puedan tenerse, tal como se describe para el níquel brillante. En otro artículo profundizaremos sobre los tipos de revestimientos y su interacción y compatibilidad con ciertos tipos de soluciones ácidas, alcalinas y orgánicas, así como la máxima temperatura que soportan. Ver Imagen 1 izquierda.

Consideraciones mecánicas y eléctricas de los tanques de acero

Cuando se utilizan barras de contacto múltiples (para colgar múltiples ánodos) ó para sumergir piezas de trabajo de mucho peso estas deben estar aisladas del cuerpo del tanque para evitar conducción eléctrica entre las barras. Los soportes que sostienen las barras deben ser aislantes, resistentes al peso y estar firmemente sujetados al borde del tanque, asimismo, la resistencia a la tensión de las paredes de acero es muy útil ya que así se evitan deformaciones en el tanque que si pueden suceder si se utilizan plásticos por ejemplo. Es importante considerar el grosor de las barras y la correcta sujeción de estas al tanque ya que en ocasiones el peso de los racks que sostienen el ánodo y de los racks de cátodo que sostienen la pieza a metalizar es considerable.

Además, el acero presenta ventajas adicionales cuando hablamos de procesos industriales semi-automatizados, con cargas/descargas llevadas a cabo por brazos mecánicos controlados por PLC por ejemplo, esto porque el acero permite una mayor facilidad de fabricación lo que permite tener mejores tolerancias dimensionales en los tanques que componen los procesos o máquinas semi-automatizadas integradas. En la imagen 2 se muestran dos ejemplos de etapas en un proceso industrial de plating-rack que van siendo conducidos por un riel mecánico y en donde se puede ver en la izquierda parte de los tanques de acero, esta sería una post-etapa de enjuague (rinse).

Imagen 2. Racks en un proceso mecanizado con riel

Pyrex

El cristal pyrex puede calentarse usando resistencias eléctricas (tipo plancha o cautín) o con un mechero bunsen. Algunos fabricantes de tanques pueden fabricarlos con formas y dimensiones a la medida aunque es mas común verlos en procesos del tipo laboratorio con formas del tipo cubeta o vaso de precipitado (imagen3).

Imagen 3. Vaso de precipitado. Der. Usado en un proceso de galvanizado de pequeña escala

Plásticos, fibras de vidrio y acrílicos

El uso de plásticos, fibras de vidrio y acrílicos como material para tanques de proceso electrolítico es cada vez mas común, debido al aumento en las capacidades de producción de estos materiales a costos cada vez mas competitivas.

Los tanques de fibra de vidrio siempre estarán reforzados/impregnados con resina. Son estas resinas las que le proporcionan al material la resistencia a la acción corrosiva de muchas de las sustancias usadas en estos procesos, además de darle estabilidad estructural.

Otra ventaja del refuerzo con resina es que se puede fabricar aplicando capa sobre capa de fibra/resina a manera de inyección con molde por lo que el resultado es básicamente un tanque de una sola pieza sin necesidad de junturas o métodos de unión para completar el armado, además de que mediante el moldeado pueden agregarse elementos como desagües, separaciones. Etc. El grosor típico de un tanque pequeño es de ¼ " en las paredes y puede hacerse mas grueso para tanques mas grandes y estas pueden reforzarse con elementos añadidos durante el moldeo lo que les da mayor estabilidad y resistencia mecánica. Además de resistentes, pueden llegar a ser mas ligeros que otras opciones aunque con un manejo inadecuado pueden ser fácilmente fracturados y la reparación es complicada

En el caso de estos materiales, puede ser inviable el calentamiento directo sobre el tanque usando anillo de gas (fuego directo) aunque pudiera usarse plancha de resistencia eléctrica si el grado del material puede soportar la temperatura aplicada sin comenzar a derretirse.

Por ejemplo los tanques de resina acrílica pueden llegar a resistir altas temperaturas aplicadas directamente, en la imagen 4 puede verse un tanque de acrílico calentado con plancha de resistencia eléctrica y en el otro un tanque de plástico opaco con algunos elementos adicionales como agitador y calentadores sumergibles. Nótese el grosor de las paredes del tanque.

Imagen 4. Izq. Tanque de acrílico calentado con plancha de resistencia eléctrica (fondo). Der. Tanque de plástico opaco usado en un proceso de pequeña escala

Además, en algunos casos el uso de resina acrílica se elige por la transparencia de este, aunque con el uso puede irse empañando. Sin embargo a nivel industrial otros materiales como el polipropileno presentan mayores ventajas de resistencia estructural y térmica, aunque sean opacos. Entonces el acrílico transparente se limita mas a tanques pequeños usados en pequeños talleres, laboratorios de producción piloto, procesamiento de joyería o para uso en electrónica a bajo volumen.

En la imagen 5 se muestran ejemplos de cómo luce aproximadamente un tanque moderno de polipropileno ó de acero para el proceso de electrodepósito en una instalación industrial. Faltarían elementos que son típicos como un agitador electromecánico y un elemento de calentamiento sumergible que se montan sobre los bordes del tanque. Obsérvense las barras de contacto de cobre en donde van colgados los racks de ánodos (conectados al borne positivo del rectificador) y al centro irían colgados los racks de donde se colocan las piezas a galvanizar o metalizar (cátodos). Esta barra central va conectada al borne negativo del rectificador de corriente directa, tal como se muestra en la misma imagen 5. Los sujetadores de las barras de contacto son de plástico aislante para evitar la circulación de corriente en el tanque, sobre todo cuando este es de acero.

Imagen 5. Tanque moderno para galvanoplastia industrial. Polipropileno ó Acero 

Imagen 5b. Tanques de polipropileno en un proceso industrial tipo rack automatizado 

Imagen 5c. Tanque de acero recubierto usado en un proceso industrial tipo rack automatizado

Como alternativa al problema de los materiales que no pueden resistir el calentamiento directo via anillo de gas o plancha directo sobre el tanque, se puede optar por emplear métodos de calentamiento directo sobre la solución acuosa (imagen 6). Principalmente se utilizan calentadores de resistencia eléctrica de inmersión recubiertos con sílica con potencias de hasta 2kw y con termostato integrado. También existen calentadores sumergibles de acero inoxidable y de titanio. Igual si se hace una búsqueda en algún buscador (google por ejemplo) de calentadores de inmersión aparecerán cientos de alternativas.

Imagen 6. Tanque de acrílico con calentador sumergible

A nivel industrial, como ya vimos, se comercializan tanques de plásticos de mayor grado (principalmente polipropileno) que llegan a ser una mejor alternativa a los tanques de acero en algunos tipos de proceso. (Imagen 5b)

Eso es todo por hoy, en próximos artículos seguiremos hablando del tema de los tanques, construcción y dimensiones.

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Nota: El contenido de este artículo es con fines informativos y didácticos básicos, no pretende ser o aportar información técnica que pueda ser usada para diseñar, dimensionar o definir un proceso industrial o de laboratorio en la práctica. Al margen de lo que en estos artículos se describa, usted debe considerar que cualquier diseño, ingeniería o dimensionamiento de proceso que se requiera, deberá ser realizado y/o validado técnicamente por un especialista en el área debidamente acreditado

Atribuciones:

1 derecha. https://www.flickr.com/photos/internetarchivebookimages/14802826193/in/photostream/            Public Domain

1 izquierda. Extraída de: https://www.youtube.com/watch?v=WFwjjTChask. Atribución: TechJhai. Licencia de atribución Creative Commons YT (reutilización permitida)

2. Autor: Chris Electroplating Factory Hua Du China.   https://www.flickr.com/photos/dcmaster/35884469241/in/photostream/

bajo licencia Attribution-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0)

2 derecha y 5c. Extraídas de: https://www.youtube.com/watch?v=Zt4Ff5jzZb0&list=LL&index=4. atribución: Appledaily Investigative Journalism. Licencia Atribución de Creative Commons (reutilización permitida)

3. https://pxhere.com/es/photo/602616.        Public Domain

3 derecha y 4 derecha . Extraídas de https://www.youtube.com/watch?v=WhkXfoQrmyM&list=LL&index=6. Atribución:Golden Solution. Licencia Atribución de Creative Commons (reutilización permitida)

4. cuplating@gmail.com bajo licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.   https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Haring_Cell.jpg

5. bajo licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International. 

5b. Extraída de https://www.youtube.com/watch?v=D6ytMeBZWGo&list=LL&index=4. Atribución: EuroCircuits. Licencia Atribución de Creative Commons (reutilización permitida)

6.Modificado a partir de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Subgroup_of_Oh;_Dih4_green_red_07;_example_solid.png