Retomando los artículos… hablando mas sobre los procesos de galvanoplastia y electroquímica

Buenos días/Buenas tardes, a partir de esta fecha retomaremos la publicación periódica de artículos relacionados con temas de interés en procesos electroquímicos y de galvanoplastia (electroplating).

Recordando un poco lo descrito anteriormente, podemos decir que en la galvanotecnia se usa corriente directa, pero la forma mas eficiente de transportar electricidad a grandes distancias es mediante corriente alterna (ver imagen 1). La corriente alterna fluctúa cíclicamente entre una polaridad positiva y una negativa cada determinado tiempo. Ese ciclo de tiempo determina la frecuencia medida en Hertz o ciclos por segundo (Hz). La corriente alterna se transporta en la mayoría de los países con una frecuencia de 50 ó 60Hz.

Como la dinámica fisicoquímica que sucede en un proceso electroquímico depende del sentido en el que circula la corriente eléctrica en el líquido dentro del depósito de la celda, aplicar corriente alterna tendría el efecto de hacer circular una corriente eléctrica en un sentido durante cierto tiempo y en otro sentido durante otro momento, por lo que al final el material depositado en el cátodo se separaría nuevamente. Esto obliga a rectificar la corriente alterna, antes de usarla en un proceso electroquímico, con el fin de que solo circulen los electrones hacia el polo positivo desde el polo negativo. Un ejemplo de corriente directa son las baterías (figura 2), sin embargo en nuestro caso, el aparato necesario para hacer esta "corrección" del sentido de la corriente es el Rectificador de Corriente Directa (figura 3). Como ya se vio en la entrada de blog titulada "Conceptos útiles para entender la galvanoplastia y los procesos electroquímicos" publicado anteriormente, un electrolito es una sustancia acuosa, por lo regular agua que tiene sales iónicas de cierto metal disueltas y que lo hace buen conductor eléctrico (baja resistencia). Colocando un electrolito en un tanque e introduciendo dos láminas de metales conductores en dicha sustancia (electrodos) y conectando las láminas de metales a los polos positivo y negativo de una fuente de alimentación de corriente directa haremos que la lámina conectada al polo positivo (ánodo) tenga carga positiva y la lámina conectada al polo negativo (cátodo) tenga carga negativa. (Figura 4). 

Al hacer esto se crea un potencial (voltaje) entre ambas láminas (electrodos) el efecto dentro del electrolito es que los iones negativos (aniones) presentes en este (átomos con exceso de electrones) serán atraídos hacia el ánodo mientras que los iones positivos (cationes) (átomos con deficiencia de electrones) serán atraídos hacia el cátodo. De esta forma, los iones del metal a depositar presentes en la solución electrolítica, que son iones positivos (que les faltan electrones) son atraídos por los electrones presentes en el cátodo formando "ligaduras" químicas en los átomos del cátodo. En términos fisicoquímicos decimos que el ánodo se "reduce" ya que adquiere electrones que toma de los iones con carga negativa mientras que el cátodo se "oxida", ya que pierde electrones que cede a los iones con carga positiva que se le adhieren. Entonces, cada ión positivo adherido al cátodo forma una ligadura electroquímica llenando los "espacios" electrónicos presentes. Un ión positivo puede tener uno, dos, tres o hasta 6 espacios disponibles o "huecos electrónicos" que serán llenados con los electrones aportados por el cátodo.

Al llegar al cátodo, los cationes recuperan sus electrones faltantes. Esto a nivel químico significa que estos átomos recuperarán su estructura atómica metálica al "unirse" químicamente con los átomos presentes en el cátodo. Visiblemente se precipitan sobre el cátodo como metal puro, recubriéndolo. A esto le llamamos recubrimiento electrolítico. En la (figura 5) se muestra un conjunto de piezas con recubrimiento de cobre. 

A partir de estos conceptos desarrollaremos en siguientes entregas algunas ideas que serán útiles para dimensionar el tamaño del rectificador requerido por el proceso electroquímico de su interés.

Entre los conceptos que mas probablemente desarrollaremos en entregas futuras están los siguientes:

• Densidad de Corriente y Temperatura de Proceso
• Valencia de los iones que se depositan
• Ley de Faraday y derivación de la ecuación para calcular la masa a depositar
• Eficiencia de la corriente en el cátodo (Eficiencia catódica)
• Ejemplo de cálculo de la masa a depositar y a partir de ahí la estimación de la corriente y el tiempo probable en que puede llevarse a cabo el ciclo para metalizar una pieza
• Importancia de la eficiencia catódica en un proceso real
• La elección del ácido base para el electrolito, uso de catalizadores, concentraciones
• Ejemplo de cromado. Rango de Cromado Brillante. Detalles específicos del Cromado
• Ejemplo de Anodizado (Oxidación de aluminio)
• Ejemplo de metalizado de cobre
• Efectos de la densidad de corriente mal distribuida
• Voltaje de polarización
• Variación en la polarización por variaciones en la superficie de los electrodos. Polarización de concentración y pasividad anódica
• Cálculo de la corriente efectiva a circular por el electrolito
• Determinación del voltaje efectivo aplicado en las terminales y la potencia que consumirá el proceso
• Variaciones de voltaje y corriente durante el ciclo de electrolisis debidas a las variaciones de polarización de la celda.
• Consumo de potencia eléctrica de la celda electroquímica

Y mas....

Aunque no pretendemos brindar una asesoría o consultoría completa acerca de algún proceso específico esperamos que estos artículos ayuden en el proceso de toma de decisiones que usted llevará acabo para implementar el proceso requerido.

Sin embargo insistimos que siempre será deseable tener la asesoría o consultoría profesional de un especialista electroquímico metalúrgico para lograr definir con precisión el tamaño y características no solo del rectificador sino del resto de elementos necesarios para una operación de galvanoplastia y/o metalizado electroquímico. 

* Imagen por Alan Levine bajo CC BY 2.0 https://pxhere.com/es/photo/209508