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CAPITULO 1

GENERALIDADES

1.1 RESUMEN. Uno de los procesos electroqumicos actuales que genera una gran variedad de productos utilizados en algunos sectores industriales es el de la electrodeposicin metlica conocida errneamente como galvanoplastia. Las caractersticas de proteccin contra la corrosin y decorado les han conferido una gran demanda. En Mxico existe una cantidad de empresas que se dedican a estos procesos, pero en su mayora estn clasificados como micro y pequeas industrias. Los principales subsectores industriales demandantes de galvanotecnia son los siguientes:

Electrodomsticos

Acabados para la construccin

Grifera y muebles sanitarios

Muebles de cocina

Muebles de oficina

Industria automotriz y de autopartes

Partes elctricas

Industria elctrica y electrnica Tales sectores industriales demandan, principalmente, procesos de cromado, cincado, niquelado, cobreado, anodizado, etc. Sin embargo, el tratamiento de superficies agrupa una serie de operaciones que se realizan sobre el metal o no metal para modificar sus propiedades, lo cual implica el control de diversas variables desde los procesos iniciales de limpieza y preparacin hasta la obtencin del acabado final. El objetivo de esta gua es proporcionar informacin sobre los principales procesos que se utilizan en la industria de los recubrimientos metlicos, contribuir a resolver las dudas que pudieran surgir en relacin a la utilizacin de los baos electrolticos, mejorar las practicas de electrodeposicin y de esta forma facilitar a las empresas el cumplimiento de los parmetros de calidad de sus productos. En este trabajo se ha puesto el nfasis para identificar los diversos tipos de baos electrolticos y describir procedimientos que permitan evitar o disminuir las posibilidades de estar fuera de los lmites de control de las variables involucradas para cada uno de los baos. 1.2 INTRODUCCION. El operar con seguridad y mantener bajo control cualquier proceso que implica cambios en la composicin y en la forma de la materia, como es el caso de los depsitos mediante corriente elctrica, depende de la medida y del conocimiento de

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ciertas condiciones de operacin, tales como la composicin, la densidad o la temperatura de las soluciones; la capacidad de los tanques; la densidad de corriente, la diferencia de potencial empleada; y tambin podemos mencionar el espesor del metal depositado. En la galvanotecnia comercial no es suficiente solo el cubrir el objeto completamente e inclusive con una uniformidad relativa, ya que adems es necesario producir depsitos de un metal dado que muestre propiedades tales como tersura, brillo, dureza, ductilidad, adherencia, etc., para que pueda llenar los diferentes cometidos a los que se le designa. El xito en la aplicacin de capas metlicas electro depositadas depende ampliamente de la habilidad y experiencia del operador para controlar el carcter de los depsitos, haciendo cambios adecuados en la composicin de los baos o en las condiciones de operacin. Para poder conseguir lo anterior, no es necesario ni siquiera que se comprendan las causas que ocasionas esos defectos (aunque esta comprensin es muy de desear), tampoco es necesario que se conozca con exactitud la magnitud de un efecto dado o su prediccin. La consideracin ms importante es el conocer la direccin que un efecto producido por una variacin dada puede tener. La mayor parte de estos sentidos son bastante bien conocidos, aunque si bien es difcil predecir el cambio que ocurrir cuando dos o ms factores varan en forma simultnea. 1.3 ANTECEDENTES DE LA GALVANOTECNIA. Prximo al ao de 1800 el qumico y profesor italiano Luigi Brugnatelli fue la primera persona en utilizar oro en el proceso de electrodeposicin. Antes de 1839, algunos cientficos de Gran Bretaa y Rusia haban planteado independientemente los procesos de la deposicin de metales similares a Brugnatelli para el electro depsito de cobre en placas para prensa. Hacia 1840 stos procesos fueron adaptados y refinados por Henry y George Elkington en Birmingham, Inglaterra, para la galvanotecnia de oro y plata. Colaborando con su socio Jhon Wright y haciendo uso de sus formulas innovadoras para los baos con cianuro de potasio, la compaa Elkington poda asegurar las primeras patentes viables para la electrodeposicin de oro y plata. Buscando comercializar sus procesos y sin posibilidades de licenciar sus patentes, la compaa Elkington instalara sus propias fabricas para el procesamiento de cubiertos, marcos de espectculo, novedades para regalos, numerosos plateados y otros artculos de bajo costo. Eran tan acertados los Elkington en adaptar sus procesos, que pronto dominaron la industria de metales decorativos en su regin. Hacia 1860 se empleaban plata y otros metales nobles para recubrir aleaciones ms baratas, en 1869, comenzaron los baos de nquel. El bao de cromo se introdujo a mediados de los aos veinte.

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A partir de esos aos se desarrollaron un nmero importante de composiciones qumicas para electro depositar metales como cobre, cadmio, zinc, estao, por mencionar algunos. En cuanto se sincronizan las tres funciones que dan auge a los electro-depsitos (la proteccin del material contra la corrosin, el cambio en las propiedades fsicas y qumicas de la superficie y la decoracin de las piezas recubiertas) la tecnologa de los electro recubrimientos avanz con lentitud pero continuamente. De esta forma los procesos pasaron de la etapa artesanal a la de manufactura y actualmente en algunas empresas ya se les encuentra totalmente automatizados.

El desarrollo de la industria de la galvanotecnia no solo trajo beneficios, adems, como la mayora de los procesos industriales, afecto al medio ambiente en cuanto a emisiones de contaminantes producidas por el tratamiento fsico, qumico o electroltico que se le da a las superficies por recubrir as como el desecho de las aguas de lavado de pasos intermedios y en ocasiones tambin de las soluciones para recubrir. Como iniciativa en los pases ms avanzados en este tipo de industria, se ha venido sugiriendo y adoptando la regularizacin de estas emisiones contaminantes. Contrario a lo que se pronostico hace unos 15 aos acerca de la desaparicin de estos procesos por su alto grado de contaminacin al medio ambiente, el uso y la aplicacin de los productos obtenidos, que cubren un sin nmero de industrias, ha aumentado considerablemente. 1.4 PRINCIPIOS DE ELECTROQUIMICA. 1.4.1 Nociones tcnicas y tericas generales. La electrodeposicin es una rama de la electrometalurgia. Se puede definir como el arte de depositar metales mediante el uso de la corriente elctrica. Esto involucra la reduccin de un compuesto metlico disuelto en agua, y la deposicin del metal resultante sobre una superficie conductora qumicamente limpia. El mecanismo de este proceso es explicado mediante la teora de la disociacin inica y electrolisis. Antes de examinar los efectos producidos por la aplicacin de una corriente elctrica en soluciones acuosas, se deber considerar que sucede cuando una sal, cido o base se disuelve en agua. En la mayora de los casos, sucede una accin no visible, la cual es reversible. sta se denomina disociacin inica o ionizacin, en la cual, el material se disocia en iones. Por ejemplo, el sulfato de nquel se disocia de la siguiente manera:

NiSO4 Ni+2 + SO4

-2

Los iones pueden consistir en tomos como en el caso del Ni+2 o como radicales en el caso del SO4

-2. Estos iones transportan una pequea carga elctrica. Los radicales estn cargados negativamente, o dicho de otra forma, cargan uno o varios electrones de ms. La disociacin tiene una relacin directa con la electrodeposicin ya que la conductividad de una solucin depende de la

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concentracin de iones presentes. El grado de ionizacin se incrementa con una mayor dilucin y manteniendo inactivas las molculas no disociadas. 1.4.2 Electrolisis Se define como un proceso electroqumico que consiste en la descomposicin de sustancias qumicas en solucin, conductoras de la corriente elctrica llamados electrolitos. La descomposicin de las sustancias se lleva a cabo mediante reacciones de oxidacin y de reduccin por separado debido al paso de corriente elctrica la cual va a polarizar al menos dos barras llamadas electrodos que al cargarse generan internamente entre si un campo elctrico que va a servir de medio para la migracin inica. En el caso de la deposicin de metales, la solucin de electrodeposicin o electrolito, es generalmente una solucin acuosa de sales metlicas, con la adicin de otros materiales para incrementar su conductividad, modificar la textura del depsito y/o actuar como estabilizadores. La solucin se somete a cambios electroqumicos o electrolisis cuando se aplica una corriente elctrica a travs de los electrodos. Los objetos a recibir un depsito metlico, constituyen los electrodos negativos o ctodos, mientras que las barras, lminas u hojas del metal a depositar se denominan nodos. Ambos electrodos, nodo y ctodo, sern metlicos, conductores de la electricidad mediante el pasaje de electrones de tomo a tomo, sin producir movimiento de su estructura cristalina o de su masa. En el caso de la solucin, casi siempre los cambios qumicos se hacen notar en forma inmediata. De hecho, la actividad creada se evidencia por la deposicin del metal, y a menudo por el desprendimiento de gas en forma de pequeas burbujas, desprendindose de los electrodos y migrando hacia la superficie del lquido. Este efecto es el resultado del movimiento inico inducido por la corriente aplicada. Los iones cargados positivamente se denominan cationes y son atrados por el ctodo, los iones cargados negativamente o aniones migran hacia el nodo o electrodo con carga negativa. Durante el proceso electroqumico, hay desplazamiento de iones en direcciones opuestas. Esta accin es producida por la aplicacin de una corriente elctrica externa, lo cual produce el movimiento en funcin de la diferencia de potencial aplicada a los electrodos, lo que hace que los aniones se trasladen hacia el nodo para neutralizar su carga y a la vez, los cationes lo hagan sobre la pieza. Generalmente la corriente aplicada a los electrodos es suplida por una fuente de corriente continua o un rectificador. La diferencia de potencial sobre los electrodos del bao, o voltaje, expresado en Voltios, debe ser considerada como una medida de electricidad necesaria para producir en el electrolito una circulacin de corriente, la cual se expresa en Amperes. 1.4.3 Celda electroltica Es un reactor electroqumico que contiene a la solucin, los electrodos y en ocasiones un sistema de agitacin y/o de intercambio de calor. Dentro de este

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recipiente se llevan a cabo la o las reacciones de oxidacin en el nodo y la o las reacciones de reduccin en el ctodo. La celda contiene al electrolito que est constituido principalmente por sales de los metales que van a ser depositados y cidos o bases por lo general inorgnicos, todos ellos disueltos en agua. Otro elemento con el que trabajan las celdas son los electrodos los cuales generalmente tiene forma de barra o placa del metal a recubrir en el caso del nodo, y de formas y tamaos muy diversos para el ctodo. Sirven de polos a una fuente de corriente continua y en ellos se lleva a cabo la reduccin en el ctodo y la oxidacin en el nodo. Existen dos tipos de nodos y estn en funcin del tipo de trabajo que realicen: nodos inertes: que no reaccionan qumicamente, es decir que no cambian durante el proceso o que inicialmente forman una capa de oxido estable evitando su desgaste. La funcin principal es cerrar el circuito del sistema electroqumico. nodos activos o solubles: reaccionan qumicamente durante el proceso, proveen de los iones del metal que se quiere depositar logrando mantener, bajo condiciones de operacin controladas, la concentracin del ion metlico proveniente de la sal. Una celda electroltica contiene al menos dos electrodos inmersos en un electrolito. La celda es activada por una fuente de corriente elctrica directa, actuando como una bomba de electrones ya que los impulsa a uno de los electrodos y los jala del otro. La perdida de electrones en un electrodo le proporciona a ste una carga positiva y la adicin de electrones al otro electrodo, hace que sea negativo. En la figura 1-1 se esquematizan los componentes de un sistema electroqumico para electrodeposicin y la participacin de los mismos. 1.4.4 Leyes de Faraday. En 1834, Faraday determin las relaciones cuantitativas entre la cantidad de corriente elctrica que se usa y la masa de las sustancias producidas por las reacciones de oxidacin y reduccin provocadas por la corriente elctrica. Las conclusiones a las que lleg Faraday se les conoce como Leyes de la electrolisis. 1ra. Ley. El peso de una sustancia producida en la electrolisis por una reaccin andica catdica es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la cuba electroltica. La expresin matemtica que representa lo anterior es:

2a. Ley. Cuando se tiene un conjunto de celdas conectadas electrolticamente en serie, la cantidad de masa que se forma en los electrodos es directamente proporcional a su respectivo equivalente qumico y la expresin matemtica que lo representa es:

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En donde: M = masa del producto en gramos. Q = cantidad de corriente en coulombs = = amper x segundo. F = constante de Faraday = 96,500 coulombs. Z = valencia del metal. PA = peso atmico o molecular del ion. I = intensidad de corriente en amper. Fig. 1-1. Componentes de un sistema electroqumico para electrodeposicin.

CTODO

NODO

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

- + RECTIFICADOR

H2 O2

O2-

H+

H+

O2-

H+

H+

O2-

H+

H+

H+

H+

Me+

H+

H+

H+

Me+

e-

e-

e-

e-

TANQUE O CELDA ELECTROLTICA

SOLUCIN ELECTROLTICA

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CAPITULO 2

ELECTRODEPOSICION DE LOS METALES (PROCESOS DE GALVANOTECNIA)

2.1 DESCRIPCIN DEL PROCESO GALVNICO. Entre los procesos electroqumicos de inters tcnico destaca el de la electrodeposicin de metales, con aplicaciones muy diversas, como la obtencin de recubrimientos para la decoracin o proteccin de materiales, la produccin o reproduccin de artculos, la recuperacin de metales, etc. Estas aplicaciones en las que se manipula un alto tonelaje de material, constituyen ramas importantes de la electroqumica industrial. La galvanotecnia es una tcnica que consiste en la electrodeposicin de un recubrimiento metlico sobre una superficie que puede ser o no metlica. Se recomienda cuando por costos o por razones estructurales, se necesite modificar las caractersticas del metal base seleccionado. El objetivo del recubrimiento es mejorar la apariencia del metal base, protegerlo de la corrosin y en algunos casos, modificar alguna propiedad superficial, como por ejemplo, mejorar sus propiedades elctricas o mecnicas, dar mayor dureza, ejercer lubricacin, etc. En la galvanotecnia se consideran dos tipos de procesos: la galvanoplastia y la galvanostegia. El primero se refiere al proceso en que los recubrimientos metlicos se hacen sobre superficies de materiales no conductores; mientras que en el segundo, la galvanostegia, los recubrimientos siempre se realizan sobre elementos metlicos. 2.1.1 Galvanoplastia La galvanoplastia consiste en la deposicin electroltica de capas metlicas sobre objetos no metlicos (principalmente plsticos) revestidos de capas conductoras o sobre matrices negativas de las que se separan posteriormente las capas metlicas. El primer proceso se emplea principalmente con fines decorativos, mientras que con el segundo se obtiene piezas moldeadas como discos fonogrficos, monedas y objetos de plstico, as como cilindros para impresin, instrumentos de precisin y otros; en ste los moldes de plstico, cera o parafina se hacen conductores utilizando grafito, zinc o cobre en polvo recubrindolos electrolticamente con un metal. En algunos casos las partes del plstico se metalizan directamente para lograr objetos con acabado metlico, como es el caso de la bisutera, tapas de recipientes para perfumes, algunas autopartes, placas para circuitos impresos, artculos para el hogar, grifera, etc. 2.1.2 Galvanostegia La galvanostegia se refiere a los recubrimientos hechos electrolticamente sobre superficies metlicas; puede realizarse de dos maneras diferentes, en forma

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catdica o andica, dependiendo de s la pieza se coloca para su tratamiento en el terminal andico o catdico del circuito. El tratamiento por galvanostegia catdica busca tres objetivos fundamentales:

Ejercer proteccin contra la corrosin

Mejorar el aspecto de las piezas tratadas

Incrementar propiedades superficiales, como dar mayor dureza, mejorar la conductividad, ejercer lubricacin, etc.

La galvanostegia andica comnmente conocida como anodizado, implica la formacin de pelculas de oxido del mismo metal para que aisle y proteja las piezas. 2.1.3 Etapas del proceso El proceso global de electrodeposicin de metales consiste en la descarga de un ion metlico solvatado, presente en el seno de la disolucin, y su incorporacin al electrodo en forma de tomo metlico. Cuando el proceso tiene lugar en un electrodo liquido, la cintica de la reaccin suele estar controlada por la difusin de los iones hacia el electrodo o por la transferencia de carga. La cintica de la electrodeposicin en electrodos slidos es ms complicada, pues los tomos metlicos originados deben incorporarse a la fase superficial slida para formar parte de una red ordenada y estable. En el proceso de electrodeposicin de los metales se pueden distinguir las siguientes etapas:

Transporte del ion solvatado desde el seno de la disolucin a la zona del electrodo.

Reaccin electrodica de reduccin con desolvatacion parcial, y

Desplazamiento a la posicin donde puede incorporarse a la red. El ion puede trasladarse en la interfase alcanzando la posicin de crecimiento previamente a la descarga, o llegar a la superficie del electrodo para descargarse y luego pasar a la posicin de incorporacin. Con el transcurso del tiempo, los tomos metlicos incorporados a los ncleos de crecimiento originan la expansin bidimensional de estos centros. De este modo se produce una capa delgada que luego va aumentando gradualmente de espesor para dar lugar al macro depsito. 2.2 EFECTO DE LA CONDICIONES DE TRABAJO EN LA NATURALEZA DE

LOS DEPSITOS. Los medios con que contamos para influir en las caractersticas de un depsito electroqumico son de dos clases:

1. Aquellas que se refieren a los factores electroqumicos.

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2. Las que comprenden la composicin del bao.

A los primeros pertenecen la densidad de corriente, agitacin y temperatura; y entre los segundos la naturaleza del electrolito, el pH, los agentes de adicin, la concentracin inica y el poder de penetracin. 2.2.1 Densidad de corriente. Para incrementar el rendimiento es deseable operar siempre con una densidad de corriente elevada. Hasta cierto lmite, cuanto mayor sea sta, ms finos sern los cristales del depsito, puesto que as se generan mayor nmero de ncleos de cristalizacin. Sin embargo, pasado el citado limite, que vara con la naturaleza del bao y con la temperatura, se formaran depsitos mates, y finalmente, si la densidad de corriente se incrementa demasiado, se producirn depsitos quemados debido al desprendimiento simultaneo de gas. Al incrementar la densidad de corriente, disminuye la concentracin inica de la pelcula de lquido junto al ctodo y la polarizacin incrementa. La elevacin del potencial catdico a que ello da lugar, permite el desprendimiento de hidrogeno gaseoso, lo cual nos indicara una densidad de corriente excesiva, excepto en el caso del cromado. Por lo tanto, se debe de operar con una densidad de corriente determinada, para lo que ser preciso conocer la superficie del ctodo a recubrir, y disponer en la instalacin de un ampermetro, un voltmetro y una resistencia de cada bao. 2.2.2 Agitacin. La agitacin de los baos hace ms uniforme el electrolito, evitando as que las soluciones densas se estratifiquen sobre el fondo del tanque. La agitacin suministra tambin al ctodo la sal que se va agotando con el paso de la corriente, reduciendo, adems, el espesor de la pelcula de liquido adherida a este electrodo. La consecuencia inmediata de la agitacin en la electrolisis es la posibilidad de emplear una mayor densidad de corriente. La agitacin mediante aire se utiliza ordinariamente en la prctica de la galvanotecnia, aunque se ha observado el inconveniente de que levanta los lodos sedimentados en el fondo, que enturbian los baos y da lugar a depsitos rugosos. Para evitar estos inconvenientes se precisa recubrir con bolsas de tela los nodos, para recoger en ellas los sedimentos y, a la vez, es conveniente filtrar continuamente el electrolito. Si el bao es cianurado la agitacin con aire da lugar a carbonatos y al fin se inutiliza. La agitacin disminuye la polarizacin y por tanto, el poder de penetracin del bao. 2.2.3 Temperatura. La temperatura hace ms conductoras las soluciones y permite emplear una densidad de corriente superior a la ordinaria, y sta es la razn de que, en caliente, se originen depsitos de granos ms finos, a pesar de que un aumento de temperatura origina cristales mayores; la densidad de corriente pues, contrarresta el

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efecto de la temperatura. No obstante, con la temperatura aumenta en general, la disociacin de las sales, disminuye la viscosidad de las soluciones y aumenta a la vez la conductividad de la pelcula lquida junto al ctodo. Adems, la temperatura permite ms fcilmente eliminar los gases en el ctodo disminuyendo su absorcin que producira depsitos frgiles con tendencia a desquebrajarse como sucede con el hierro, nquel, y cobalto. 2.2.4 Naturaleza del catin y anin. En la mayora de los baos el catin se introduce mediante alguna de sus sales, excepto en los baos de cromar que se utiliza exclusivamente el trixido de cromo CrO3 (errnea y comnmente llamado cido crmico). Adems se aaden las llamadas sales de conduccin, que suelen ser cloruros o sulfatos de sodio, potasio o amonio que introducen otros cationes. Pero si solamente influyera la concentracin inica del catin, deban obtenerse idnticos resultados empleando cloruros o sulfatos de un mismo metal, tales como el cobre, nquel o zinc; realmente se encuentran diferencias sensibles en el empleo de baos preparados con las sales mencionadas, que no pueden ser explicadas solamente por sus disociaciones o concentraciones inicas. Es preciso suponer pues, que el anin tiene alguna influencia en el bao, quizs por adoptar la forma coloide en la pelcula catdica. 2.2.5 Concentracin inica. Para obtener depsitos finamente cristalinos es preciso trabajar con soluciones de baja concentracin inica, ya que ello da lugar a muchos ncleos de cristalizacin, y los cristales resultantes sern pequeos; en el caso opuesto, estos podrn crecer ms de prisa. La concentracin real de un ion determinado es funcin de un sinfn de factores, tales como la concentracin molar, el grado de ionizacin, la temperatura, la presencia de sales con un ion comn y la formacin de complejo qumicos. En la prctica la disminucin de la concentracin inica se realiza por alguno de los procedimientos siguientes:

a. Por la adicin de iones comunes. Este procedimiento produce solamente un

cambio pequeo en la concentracin inica del metal que se trata, sobre todo

si aquella es concentrada, ya que lo limita la solubilidad de la sal aadida;

as, por ejemplo, el numero de iones de cobre existentes en una solucin de

CuSO4 podr reducirse aadiendo a la solucin otro sulfato soluble, tal como

el NaSO4, de forma que una solucin 1.0 N podr reducirse hasta 0.1 N.

b. Por la formacin de complejos. Si formamos un complejo del ion considerado

conseguiremos un mayor efecto; as, por ejemplo, si el ion Ag+ lo tenemos al

estado de cianuro doble de potasio, Ag(CN)2K, que es el resultado de unin

del cianuro alcalino con el de plata , la ionizacin del mismo tendr lugar en

dos fases:

Ag(CN)2K Ag

+(CN)2- + K+

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Posteriormente el ion complejo se disocia dando iones plata, aunque en cantidad pequea; as

Ag(CN)2

- Ag+ + 2(CN-)

La concentracin del ion metlico es baja como resultado de la ionizacin secundaria, pero el ion complejo de la primaria sirve como un proveedor de iones de Ag+, que suministra a medida que stos quedan engarzados en la red cristalina. Los baos formados por cianuros dobles son tiles para la galvanotecnia del cobre, plata, cadmio, zinc y latn. Otros complejos son igualmente utilizados para la preparacin de baos: por ejemplo, los baos de nquel amoniacales, en donde el nquel se haya formado por un complejo con el amoniaco; o los citratos que forman igualmente complejos con algunos metales presentes en el bao.

c. Por la dilucin del bao. La reduccin de la concentracin inica por dilucin

del bao no tiene ningn efecto beneficioso, ya que, efectivamente, al diluir el

bao se reducen los iones presentes; pero al paso de la corriente la

concentracin baja en la proximidad del ctodo, por lo que el potencial

catdico se elevar demasiado y los depsitos resultantes sern esponjosos

o quemados.

2.2.6 pH. El pH tiene un efecto muy sealado sobre la naturaleza del depsito, as como sobre el rendimiento de corriente. Algunos metales, como el nquel, zinc y hierro, precisan un pH muy bajo para obtener depsitos finos y, por tanto, brillantes. Cuando se conoce el margen de pH ms conveniente para conseguir en los depsitos un fin determinado, y la medida de este nos indica que es demasiado alto o bajo, es preciso ajustar su valor. Si es muy alto aadiremos cido y si es bajo aadiremos lcali. Estos debern de elegirse de manera que no introduzcan ningn cambio sensible en el bao; si este contiene cloruros y sulfatos, los cidos aadidos sern el HCl y el H2SO4; si contiene iones de sodio y potasio los hidrxidos aadidos debern ser la sosa o la potasa. La cantidad de sosa o de cido aadidos depender del poder amortiguador de la solucin. 2.2.7 Poder de penetracin. El poder de penetracin se refiere a la propiedad de un bao por la que se consigue una distribucin regular del depsito sobre toda la superficie del ctodo. Si se trata de un ctodo de superficie irregular, las partes cercanas de ste se cubren con una capa ms gruesa que aquellas ms alejadas, debido a que la resistencia hmica del electrolito intermedio es menor. Se ha demostrado que el poder de penetracin es funcin del modo como varan el potencial catdico y la resistencia del electrolito con la densidad de corriente.

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Cuando en un punto del ctodo, que se halla ms cerca del nodo que otros, se reduce un metal, lo hace con mayor intensidad que en los ms distantes; esto origina un empobrecimiento de iones en dicho punto que da lugar a una polarizacin por concentracin, lo que tiene el mismo efecto que un aumento de la resistencia hmica entre el nodo y los puntos cercanos del ctodo; por dicho motivo la corriente se dirige hacia otros lugares ms alejados, manifestndose as el poder de penetracin de la solucin. En soluciones con buena conductividad el efecto relativo de la polarizacin es ms acusado y, por tanto, si deseamos un buen poder de penetracin, se utilizaran soluciones altamente conductoras. Si tales fenmenos de polarizacin no apareciesen, los cristales unitarios formados inicialmente en el ctodo seguiran creciendo en un mismo lugar y los depsitos formados serian arborescentes. 2.3 SUPERFICIES CATODICAS. En la galvanotecnia, cada bao en particular posee caractersticas especficas de trabajo y operacin. Dentro de las muchas variables a ajustar (pH, temperatura, etc.) se encuentra la corriente que se regular en funcin de la densidad de corriente especificada para cada bao (amp/dm2) y de la superficie de la pieza (dm2). La superficie de la pieza a tratar, se calcula asemejando cada sector de la misma a formas geomtricas conocidas (cuadrados, tringulos, circunferencias, etc.), y sumando todas sus reas parciales. Una vez realizado este clculo, se estar en condiciones de conocer cul ser el valor de la corriente a aplicar. La regulacin adoptada para la operacin de los baos electrolticos es la de variar los voltajes de deposicin para as de esta forma obtener variacin sobre la corriente circulante a travs de la solucin, y por ende sobre la densidad de la corriente. Esto nos lleva a definir la nocin de la superficie a tratar o, dicho de otro modo, de la superficie geomtrica aparente de electrolisis. 2.3.1 Superficies geomtricas reales. En el campo de la galvanotecnia no existe la nocin de la superficie geomtrica real. De hecho, por ejemplo, si tomamos dos superficies iguales con el mismo aspecto fsico (acabado superficial similar) y de formas geomtricas diferentes (distinto formato), al ser introducidas como ctodos en un mismo bao, en donde las condiciones de distribucin andica son idnticas para cada una de las piezas, al suministrarle una misma cantidad de corriente a cada una de ellas, el peso del metal depositado deber ser el mismo en ambas. Sin embargo, no todos los puntos de la superficie electro depositada tendrn el mismo espesor, el espesor mayor se encontrar en los ngulos o salientes y el mnimo espesor estar situado en las partes planas o cavidades internas.

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La corriente que fluye desde el nodo hacia las superficies prominentes es mayor en stas que en las partes huecas, es decir, la densidad de corriente por decmetro cuadrado (amp/dm2) es mayor porque la distancia nodo-ctodo es ms corta y por lo tanto tiene menos resistencia elctrica que en las partes huecas. El reparto de la corriente del bao es llamado distribucin de corriente. Esto quiere decir, que las reas huecas reciben un depsito ms delgado que en las partes prominentes. La superficie geomtrica que tendr la menor diferencia de espesor, ser la superficie esfrica, porque ella no tiene zonas entrantes ni salientes. En las siguientes figuras se muestra el depsito sobre distintos formatos de piezas. Los valores de espesor corresponden a un bao de nquel.

Fig. 2-1. Espesores de nquel: Max. 66 m. - min. 2.5 m.

Fig. 2-2. Espesores de nquel: Max. 68 m. - min. 15 m.

Fig. 2-3. Espesores de nquel: Max. 96 m. - min. 5 m.

Fig. 2-4. Espesores de nquel: Max. 46 m. - min. 39 m.

Observando se comprueba que variando los formatos de los perfiles entre curvos o rectos, tambin vara la distribucin de corriente. Ahora imaginemos dos piezas estrictamente idnticas, una que posee todas sus caras perfectamente pulidas y la otra teniendo sus caras granuladas o arenadas. Las superficies reales de cada pieza, aunque aparentemente iguales, sern absolutamente diferentes, por lo tanto, a la misma cantidad de corriente aplicada, los espesores medios obtenidos sern diferentes. 2.3.2 Superficie catdica aparente. En base a lo anterior, se define la superficie catdica aparente de electrolisis o simplemente superficie de electrolisis de la siguiente manera:

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La superficie de electrolisis es la relacin entre la cantidad de corriente catdica que recibe una pieza determinada y la densidad de corriente de trabajo

Se = Q/D Donde D es la densidad de corriente expresada en amp/dm2, y Q es la corriente circulante para dicha pieza, medida en Amperes. Por ejemplo, si una pieza determinada cuya corriente circulante es de 8 amperes y cuya densidad de corriente de 5 amp/dm2, la superficie de electrolisis Se ser de 1.6 dm2, lo que nos permite afirma que sea cual fuere la superficie geomtrica de la pieza, la superficie de electrolisis ser de 1.6 dm2. 2.4 DISPOSITIVOS Y ACCESORIOS. 2.4.1 Descripcin del lugar de trabajo. Al proyectar una instalacin para procesos de galvanotecnia dentro de un fabrica, debe tenerse en cuenta las distintas operaciones a realizarse, las cuales deben tener un orden correlativo. Ello obliga a disponer de ambientes independientes dentro del taller, para que las distintas operaciones que se realicen no interfieran entre s. Por ejemplo, el sector de pulido debe estar totalmente aislado del sector de galvanotecnia, al igual de otros sectores que puedan interferir con este. Cada una de estas secciones pueden ser perjudiciales en forma reciproca, ya que las emanaciones de los baos atacan corrosivamente a todos los elementos metlicos existentes en un taller, y el polvo generado por las operaciones de pulido, desbaste, lijado, pintado, etc., ensucia y contamina los electrolitos. Es necesario disear correctamente y en forma funcional el lugar de trabajo, teniendo en cuenta las tareas a realizar en l. Es importante tener en cuenta el sistema de ventilacin, con aspiracin forzada para baos cianurados, y el sistema de neutralizacin de aguas de enjuague, para as desechar sin problemas los residuos txicos o contaminantes. Para la seccin de baos electrolticos, es recomendable recubrir las paredes con pintura hasta una altura de por lo menos de 50 cm. por arriba a la de las tinas. La pintura debe ser anticorrosiva y debe permitir conservar el lugar lo ms limpio posible por lo cual se sugiere que no sea rugoso. En relacin a los pisos, las caractersticas deben ser similar al de las paredes teniendo en cuenta que deben existir cepas colectoras ante una eventual prdida de liquido toxico o corrosivo ya sea por la rotura o pinchadura de alguna tina electroltica o por un simple derrame. Actualmente los pisos transitables estn cubiertos de materiales plsticos no degradables o de rejillas metlicas revestidos con pintura anticorrosiva, de modo tal

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que el operario que trabaja con los baos esta transitando sobre una superficie seca y no se ve expuesto a cadas, ya que el dibujo superficial de estos materiales es conocido como panal de abeja, que confiere caractersticas antideslizantes, y a su vez, puede escurrir los lquidos sin problema. El espacio de trabajo disponible para el sector de galvanotecnia, debe ser suficientemente amplio como para poder moverse cmodamente. La ubicacin del equipo rectificador, debe ser cercana a los baos electrolticos, ya que lneas elctricas demasiado largos, provocaran cadas de tensin que aumentaran los costos del proceso por prdidas de potencia. 2.4.2 Descripcin de los elementos constitutivos. 2.4.2.1 Tanques para la electrodeposicin. El proceso de electrodeposicin requiere que los tanques y que el recubrimiento de los tanques sean capaces de:

1. Resistir, a diferentes concentraciones, el ataque qumico de sustancias orgnicas e inorgnicas, oxidantes y no oxidantes y de solventes.

2. Resistir en un amplio rango la temperatura de operacin. 3. Resistir daos fsicos que pudieran ser ocasionados al tanque durante el

procesamiento de partes pesadas, aleaciones, etc. 4. Proporcionar un desempeo ininterrumpido y que sea de fcil mantenimiento.

Los tipos de tanque ms usuales son:

1. Los de acero al carbn recubierto (forrado). 2. Los de concreto recubierto. 3. Los de plstico auto soportado. 4. Los de acero inoxidable

Es importante que cuando se utilicen tanques de acero o concreto revestidos, estos cuenten con un buen diseo de ingeniera. El xito fundamental del revestimiento del tanque es predicho en base al acabado y a la integridad estructural del material base del tanque. Si el material base del tanque no puede mantener la tensin impuesta por el proceso, obviamente el revestimiento fallara. Esto tambin es aplicable en los tanques de plstico o de aleaciones. Tanques de acero al carbn. Cuando se construyan tanques de acero al carbn con su subsecuente revestimiento, es importante tomar en cuenta lo siguiente:

a. Un mnimo nmero de piezas y suficientes refuerzos deben ser usados para prevenir que el tanque se pandee cuando est sometido a la tensin ptima del proceso.

b. Se recomiendan refuerzos verticales que horizontales, con esto, las repisas son eliminadas y de esta manera se elimina el potencial de desgaste por el arrastre de lquidos, la concentracin de los mismos y la corrosin del recipiente por la parte exterior.

c. Las soldaduras que van a recibir revestimiento deben ser continuas y solidas. d. Todas las esquinas debern ser reducidas a un radio mnimo de 1/8. Ningn

ngulo recto y afilado.

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e. Todos los refuerzos exteriores deben estar soldados. f. Todas las costuras del cuerpo deben estar extremadamente soldadas, rectas

y planas con variaciones en la alineacin o en los encuadres menores al 25% del espesor de la placa y en ningn caso mayor a 1/8.

g. Todas las salidas deben estar emboquilladas. h. El interior del recipiente debe estar libre de salpicaduras por soldadura,

piquetes, rayones profundos y polvos ya sean de tierra, de la misma soldadura o residuos del cepillado o pulido.

Tanques de acero inoxidable. Los tanques de acero inoxidable pueden ser comparados con los tanques de plstico en relacin a que ellos son slidos como el acero, de esta manera se elimina la necesidad de proteger a un exterior de tanque vulnerable ante gases y salpicaduras. Los aceros inoxidables generalmente son clasificados como aleaciones puras de cromo-hierro y aleaciones puras de cromo-hierro-nquel. En la industria de acabados metlicos, las aleaciones de cromo-hierro-nquel, esto es, las series 300 aparecen como las ms usuales. Las series 302, 304, 321, y 347 son generalmente consideradas equivalentes en resistencia qumica. Las aleaciones inoxidables muestran excelente resistencia a ciertos cidos oxidantes como el ntrico y el crmico, pero casi no tienen resistencia a los cidos clorhdrico y fluorhdrico. Tanques de cemento Portland. Los tanques de concreto de cemento portland son aceptables siempre y cuando cumplan con lo siguiente:

a. Suficientemente reforzado para prevenir el agrietamiento y defectos en la estructura que lo lleve al colapso.

b. Fuerza de compresin mnima de 3000 PSI despus de 28 das. c. Liso, interior de una sola pieza libre de imperfecciones tales como

depresiones, crestas, marcas, etc. d. Libre de contaminantes y aditivos. e. Hidrostticamente compacto e impermeabilizado en su exterior si se localiza

abajo del nivel del suelo. Los tanques de acero inoxidable y los auto-soportados de plstico deben cumplir con estructuras similares establecidas como las que se enumeraron para los tanques de acero al carbn y los de concreto de cemento Portland. Revestimientos. Existe un gran nmero de materiales disponibles para recubrir y brindar proteccin a los tanques de concreto y acero. Los tres tipos bsicos son:

a. Asfalticos aplicados en caliente o a temperatura ambiente. b. Hojas de caucho, plstico o elastmeros. c. Sistemas de ambiente reforzado y no reforzado con curado de resinas

sintticas. Existen tambin otro tipo de recubrimientos protectores de capa delgada, y evidentemente, por ausencia en esta lista, no quiere decir que no puedan ser

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utilizados; sin embargo, es considerado aceptable un espesor de 0.06 para que un material sea calificado como revestimiento de tanque. No obstante, si un recubrimiento de capa delgada para tanques es econmicamente aplicado (con costo inicial y de longevidad) para un espesor mnimo de 0.06, libre de piquete, resistente al proceso qumico y temperaturas as como tambin al maltrato fsico, algunas consideraciones deberan ser proporcionadas para su uso. Generalmente hablando, los recubrimientos de capa delgada son usados para la proteccin contra los gases emitidos y salpicaduras, y no necesariamente para aplicaciones en procesos de total inmersin. Revestimientos asfalticos. Estn generalmente limitados para su aplicacin sobre concreto, sin embargo han sido usados exitosamente sobre acero. Tabla 1 Propiedades fsicas de los revestimientos asfalticos.

Propiedad Tipo A Tipo B

Punto de ablandamiento. 93 107C 121 135C

Cenizas, mx. 0.5% 0.5%

Resistencia qumica. Muy buena Muy buena

Tabla 2 Resistencia qumica de los revestimientos asfalticos.

Medio Tipo A Tipo B

Sales de aluminio Recomendado Recomendado

Sales de cadmio Recomendado Recomendado

cido crmico al 10% Recomendado Recomendado

Sales de cobre Recomendado Recomendado

Cianuro de oro Recomendado Recomendado

cido clorhdrico Recomendado Recomendado

cido fluorhdrico Condicional Condicional

Sales de fierro Recomendado Recomendado

Sales de magnesio Recomendado Recomendado

Sales de nquel Recomendado Recomendado

cido ntrico al 20% Condicional Condicional

cido perclrico No recomendado No recomendado

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Tabla 2 (continuacin) Resistencia qumica de los revestimientos asfalticos.

Medio Tipo A Tipo B

cido fosfrico Recomendado Recomendado

Cloruro de sodio Recomendado Recomendado

Cianuro de sodio Recomendado Recomendado

Hidrxido de sodio al 30% Recomendado Recomendado

Sales de sodio Recomendado Recomendado

cido sulfrico al 50% Recomendado Recomendado

Tricloroetileno No recomendado No recomendado

Fosfato trisodico Condicional Condicional

Sales de zinc Recomendado Recomendado

Placas para revestimientos (plsticas, de gomas naturales y sintticas). Son ms comnmente empleadas para revestimientos de tanques de acero, y son raramente utilizadas sobre concreto aunque se han hecho algunas aplicaciones con xito; sin embargo, el concreto es considerado como un sustrato inaceptable para la fijacin y el curado de las placas. Tabla 3 Propiedades fsicas de las placas para revestimientos (plsticas, de gomas naturales y sintticas).

Tipo Temperatura mxima

de resistencia Resistencia qumica

Goma natural (caucho) F C

Suave 150 66 Muy buena

Semi-duro 180 82 Muy buena

Duro 180 82 Muy buena

Neopreno 180 82 Muy buena

Butilo 185 85 Muy buena

Clorobutilo 185 85 Muy buena

Cloruro de polivinilo (PVC)

Plastificado 150 66 Excelente

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Tabla 3 (continuacin) Propiedades fsicas de las placas para revestimientos (plsticas, de gomas naturales y sintticas).

Tipo Temperatura mxima

de resistencia Resistencia qumica

Plastificado rgido (2

capas) 150 66 Excelente

Polietileno clorosulfonado 275 135 Muy buena

Fluorocarbonos 450 232 Excelente

Tabla 4 Resistencia qumica de las placas para revestimientos (plsticas, de gomas naturales y sintticas).

Nomenclatura

1 = Goma natural (caucho) R = recomendado.

2 = Neopreno C = condicional.

3 = Butilo y clorobutilo N.R. = no recomendado.

4 = Cloruro de polivinilo (PVC)

5 = Polietileno clorosulfonado

6 = Fluorocarbonos

Medio 1 2 3 4 5 6

Sales de aluminio R R R R R R

Sales de cadmio R R R R R R

cido crmico al 10% N.R. N.R. N.R. R R R

Sales de cobre R R R R R R

Cianuro de oro R R R R R R

cido clorhdrico R N.R. R R R R

cido fluorhdrico R N.R. R R N.R. R

Sales de fierro R R R R R R

Sales de magnesio R R R R R R

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Tabla 4 (continuacin) Resistencia qumica de las placas para revestimientos (plsticas, de gomas naturales y sintticas).

Medio 1 2 3 4 5 6

Sales de nquel R R R R R R

cido ntrico al 20% N.R. N.R. R R C R

cido perclrico N.R. N.R. N.R. C N.R. R

cido fosfrico R R R R R R

Cloruro de sodio R R R R R R

Cianuro de sodio R R R R R R

Hidrxido de sodio al 30% R R R R R R

Sales de sodio R R R R R R

cido sulfrico al 50% R R R R R R

Tricloroetileno N.R. N.R. N.R. N.R. N.R. R

Fosfato trisodico R R R R R R

Sales de zinc R R R R R R

En relacin a los revestimientos de gomas naturales y sintticas as como tambin a los de fibra de vidrio, la precaucin que se debe tener, es la de aplicar un correcto curado superficial antes de su utilizacin. Esto se realiza llenando el interior de la tina con una solucin diluida del 5 10% de cido sulfrico o clorhdrico, y dejndolo reaccionar durante 12 24 horas. Esta accin le produce un curado a nivel superficial, retirndole a la misma, restos de impurezas orgnicas y/o metlicas, que podran llegar a provocar contaminaciones, especialmente cuando se use con baos de nquel. Sistemas de revestimientos en resinas sintticas curadas al ambiente. Este tipo de revestimientos se realizan mediante la aplicacin de resinas sintticas, ya sea por brocha o por aspersin, y son curados a temperatura ambiente. Este tipo de sistemas son completamente apropiados para su aplicacin sobre concreto y acero. Tambin han sido aplicados exitosamente sobre madera, ciertos plsticos y varios sustratos metlicos. Tabla 5 Propiedades fsicas de los sistemas para revestimientos en resinas sintticas curadas al ambiente.

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Tabla 5 (continuacin) Propiedades fsicas de los sistemas para revestimientos en resinas sintticas curadas al ambiente.

Tipo Temperatura mxima

de resistencia Resistencia qumica

F C

Furano 125 52 Excelente

Epxico 160 71 Muy buena

Polister 180 82 Muy buena

Ester vinlico 160 71 Muy buena

Uretano 150 65 Buena

Tabla 6 Resistencia qumica de los sistemas de revestimientos en resinas sintticas curadas al ambiente.

Nomenclatura

1 = Furano R = recomendado.

2 = Epoxico C = condicional.

3 = Polister N.R. = no recomendado.

4 = Ester vinlico

5 = Uretano

Medio 1 2 3 4 5

Sales de aluminio R R R R R

Sales de cadmio R R R R R

cido crmico al 10% N.R. N.R. R R C

Sales de cobre R R R R R

Cianuro de oro R R R R R

cido clorhdrico R N.R. R R R

cido fluorhdrico R N.R. R R C

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Tabla 6 (continuacin) Resistencia qumica de los sistemas de revestimientos en resinas sintticas curadas al ambiente.

Medio 1 2 3 4 5

Sales de fierro R R R R R

Sales de magnesio R R R R R

Sales de nquel R R R R R

cido ntrico al 20% N.R. N.R. R R R

cido perclrico N.R. N.R. C N.R. N.R.

cido fosfrico R R R R R

Cloruro de sodio R R R R R

Cianuro de sodio R R R R R

Hidrxido de sodio al 30% R R C R R

Sales de sodio R R R R R

cido sulfrico al 50% R R R R R

Tricloroetileno R N.R. C N.R. N.R.

Fosfato trisodico R R C R R

Sales de zinc R R R R R

Tanques de plstico. Existe una multitud de plsticos disponibles para resolver los problemas de la corrosin en la industria de los acabados metlicos. Los ms populares son:

a. Cloruro de polivinilo, tipo I. b. Polipropileno. c. Polietileno.

Todos estos plsticos han sido usados exitosamente como tanques de proceso y de almacenamiento.

Tabla 7 Resistencia qumica de los plsticos estructurales.

Medio Cloruro de

polivinilo Polietileno Polipropileno

Sales de aluminio R R R

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Tabla 7 (continuacin) Resistencia qumica de los plsticos estructurales.

Medio Cloruro de

polivinilo Polietileno Polipropileno

Sales de cadmio R R R

cido crmico al 10% R R R

Sales de cobre R R R

Cianuro de oro R R R

cido clorhdrico R R R

cido fluorhdrico R R R

Sales de fierro R R R

Sales de magnesio R R R

Sales de nquel R R R

cido ntrico al 20% R R R

cido perclrico R C C

cido fosfrico R R R

Cloruro de sodio R R R

Cianuro de sodio R R R

Hidrxido de sodio al 30% R R R

Sales de sodio R R R

cido sulfrico al 50% R R R

Tricloroetileno N.R. N.R. N.R.

Fosfato trisodico R R R

Sales de zinc R R R

2.4.2.2 Calentamiento de las soluciones. El control de la temperatura en las soluciones de proceso es esencial en la industria de los recubrimientos metlicos. Por consiguiente, el equipo que calienta la solucin electroltica es una pieza crtica del equipo.

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La temperatura de la solucin afecta muchos factores del proceso de deposicin. Estos incluyen la velocidad de depsito, la activacin y descomposicin de qumicos delicados, la resistencia a la corrosin del equipo y la habilidad del depsito de adherirse a la superficie. Todava aun cuando otras variables del proceso, tales como el contenido qumico y concentracin de la solucin, la preparacin del metal base, el diseo del bastidor, la corriente elctrica y voltaje estn bajo control, la consistencia en la temperatura de la solucin todava debe mantenerse para la obtencin de mejores resultados. Antiguamente, la mayora de las tinas eran calentadas por quemadores de querosene o gas, mediante un sistema de bao mara. Estos sistemas tenan una gran inercia trmica. Esto quiere decir que se demoraban mucho en llevar a los electrolitos a la temperatura de trabajo, pero tambin, una vez alcanzada la misma, demoraba mucho en enfriarse. Con ellos no se obtena mucha precisin con respecto a la temperatura de trabajo, ya que el agua del bao mara deba estar hirviendo para llevar a cabo la transferencia de calor al lquido alojado en la tina de proceso. Los detalles en cuanto al estilo del calentador, tamao y tipo de material deben ser diseados desde el arranque. Las decisiones correctas desde el inicio aseguraran mayor aprovechamiento y operaciones efectivas del proceso. La calefaccin elctrica, es el sistema que ha sido ampliamente adoptado como mtodo ms prctico aun sin ser el ms econmico. La instalacin elctrica debe ser sobredimensionada en funcin del consumo elctrico del rectificador y de los calentadores de inmersin elctricos. La gran ventaja de este tipo de sistemas es la precisin en alcanzar la temperatura predeterminada, con un margen de tolerancia muy reducido del orden de los +/- 3C, mediante un simple sistema termosttico mecnico o electrnico. Los calefactores elctricos son resistencias elctricas, construidas en vainas metlicas con materiales especficos para cada tipo de solucin electroltica. Su uso se ha generalizado por su fcil montaje en cualquier zona de la tina de proceso, as como tambin por su relacin de costo-beneficio relativamente baja. Una vez que se definen los calefactores elctricos como equipo de calentamiento, se deben elegir los materiales para su construccin. Algunas de las opciones de hoy en da se muestran en la siguiente tabla. Tabla 8 Materiales optativos para la construccin de calentadores elctricos.

Lista ordenada de menor a mayor segn el costo de los materiales

Acero

Acero inoxidable

Titanio

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Tabla 8 (continuacin) Materiales optativos para la construccin de calentadores elctricos.

Grafito

Niobio

Tantalio

Zirconio

Aleaciones de nquel

Plsticos Fluoruro de polivinilideno (PVDF) y tetrafluoroetileno (TFE)

La seleccin del material depende de la bsqueda de la combinacin entre economa y desempeo. El costo de equipo original debe ser equilibrado contra la expectativa de vida del equipo y su costo de mantenimiento. Debido a que la corrosin es un hecho cotidiano en la industria de la galvanotecnia, se debe evitar el uso de intercambiadores de acero templado, excepto para procesos de tiempo corto determinado. En cambio, en la mayora de los sistemas donde las soluciones y la atmosfera corrosiva no son significativas, el acero inoxidable 316 proporciona proteccin adicional a un mdico precio. En aplicaciones con soluciones y atmosferas altamente corrosivas, la seleccin del material se vuelve ms importante. Algunas elecciones son fciles:

Acero inoxidable para materiales custicos.

Titanio para procesos de niquelado.

Niobio para baos de cromo. Los calentadores plsticos pueden resolver algunos de los problemas de corrosin ms difciles. Aunque realmente son resistentes a la corrosin, tambin estn entre los ms caros, debido a su ineficacia relativa cuando son comparados a los calentadores de metal. Las unidades plsticas pueden llegar a ser de dos a cuatro veces ms grandes como aquellas de metal para proporcionar un rea de transferencia de calor comparable y suficiente. Esto significa el uso y reduccin de espacio para el montaje en el interior del tanque. La siguiente tabla proporciona un punto de partida para la seleccin de materiales ms avanzados. Pero debido a que las condiciones reales varan con mucha facilidad dentro del proceso, las pruebas dentro del tanque son la nica manera de garantizar la resistencia a la corrosin del equipo expuesto a las nuevas formulaciones qumicas. El proveedor de materiales qumicos para los electrolitos, en la mayora de los casos le proporcionara una gua para la seleccin del material de su sistema de calentamiento. Asegrese de seguir cuidadosamente esa gua. Tabla 9 Materiales de Menor Precio Para Calentadores Resistentes a la Corrosin.

Acero

Templado Inoxidable

316 Titanio Zirconio Niobio Tantalio

1. cido Actico X

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Tabla 9 (continuacin) Materiales de Menor Precio Para Calentadores Resistentes a la Corrosin.

Acero

Templado Inoxidable

316 Titanio Zirconio Niobio Tantalio

2. Desengrase Alcalino (baja concentracin)

X

3. Desengrase Alcalino (alta concentracin)

X

4. Tanque De Sellado Caliente Para Anodizado De Aluminio

X

5. Dip para Aluminio X

6. Bao de Antimonio X

7. Bao de Latn X

8. Bao de Bronce X

9. Bao de Cadmio / Tipo cianurado

X

10. Bao de Cadmio / Tipo Fluoborato

X

11. Sosa Caustica X

12. Vapor de Cloro X

13. cido Crmico 10% X

14. cido Crmico 50% X

15. Bao de cromo / Tipo Fluoruros

X

16. Bao de Cromo / Tipo sulfatos

X

17. cido Ctrico 15% X

18. Bao de Cobre / Tipo sulfatos

X

19. Bao de Cobre / Tipo Cianurado

X*

20. Bao de Cobre / Tipo Pirofosfato

X

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Tabla 9 (continuacin) Materiales de Menor Precio Para Calentadores Resistentes a la Corrosin.

Acero

Templado Inoxidable

316 Titanio Zirconio Niobio Tantalio

21. Sello de Bicromato X*

22. Dye para Anodizado de Aluminio

X

23. Dye para sellado (cromato)

X

24. cido Clorhdrico (Sin fierro)

X

25. cido Clorhdrico (como activado)

X

26. Bao de Nquel / Tipo no fluoruros

X

27. cido Ntrico (al 65%) X

28. Fosfatizado X

29. cido Fosfrico 10% X

30. Salmuera X

31. Anodizado con cido sulfrico

X

32. cido Sulfrico (como activado)

X

33. Bao de Estao X

34. Galvanizado cido / sin fluoruros

X

35. Galvanizado Cianurado

X*

* En algunas aplicaciones donde el acero templado proporciona un adecuado servicio, el acero inoxidable 316 proporcionara un mayor servicio con un mdico incremento en el costo. Esta gua no est garantizada. Se debe de contactar al proveedor para las recomendaciones necesarias. Para una mayor seguridad en la seleccin del material a utilizar, se deben de correr pruebas con materiales de muestra para verificar la resistencia a la corrosin en la solucin.

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El primer clculo a tener en cuenta para un equipamiento de calefactores elctricos en funcin del volumen de la tina y de su contenido, es la potencia (watts) de las resistencias de calentamiento del sistema, necesario para su correcto funcionamiento. La potencia necesaria para calentar una solucin electroltica depender del calor especfico del electrolito. En el caso del agua el calor especfico es de 1. En tanto la solucin contenga una mayor cantidad de sales, el calor especfico ser superior, debiendo aumentar una mayor potencia para aumentar la temperatura de la misma. Para calcular aproximadamente la potencia necesaria para una cantidad determinada de solucin, se aplica la siguiente ecuacin:

Q1 = M Cp T

Donde: Q1 = Cantidad de calor total requerido para calentar la solucin del tanque. M = Peso de la solucin que va a ser calentada. Cp = Es el calor especifico o factor que describe la cantidad de calor relativa que

requieren diferentes materiales para ser calentados a la misma temperatura. (Ver la siguiente tabla).

T= Es la diferencia de temperaturas de la solucin antes y despus del calentamiento.

Tabla 10 Calor especifico (Cp.) de algunos materiales comnmente usados.

Material Cp.

Agua 1.00

cido Sulfrico 15% 0.88

Petrleo 0.42

Acero 0.11

Aluminio 0.23

Zinc 0.09

Para ver de qu manera se determina el valor Q1 (la cantidad de calor) se considera la siguiente situacin: Un tanque para galvanotecnia mide 3 x 10 pies. El contenido dentro del tanque es de 4 pies de profundidad. La temperatura es de 70 F y se desea elevar la temperatura a 140 F. La solucin del tanque ser agitada.

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De acuerdo a lo anterior, el volumen de la solucin dentro tanque es de 120 pies cbicos. El agua pesa 62.4 libras por cada pie cbico. Por lo tanto, el peso de la solucin a ser calentada es de:

M = (120 ft3) (62.4 lb/ft3)

M = 7,488 lb

De la tabla anterior podemos notar que el calor especifico del agua Cp = 1.00 y por simple sustraccin se puede deducir que T = 140 70 = 70F. Completando el clculo:

Q1 = M Cp T

Q1 = (7,488 lb) (1.00 BTU/lbF) (70 F)

Q1 = 524,160 BTU

Este resultado solo representa la cantidad de calor requerido pero no indica con qu rapidez se calentara la solucin. En teora, calentar la solucin a 1 BTU/hr en un tanque perfectamente aislado, tomara 60 aos para calentar la solucin a 140 F. Puesto que en algunas instalaciones el tiempo tpico para alcanzar la temperatura de operacin es de dos a cuatro horas, para cuatro horas de calentamiento se requerirn 131,040 BTU/hr (524,160 BTU entre 4 horas de calentamiento). Aplicando el siguiente factor de conversin:

1.0 BTU/hr = 0.29307 W (watt) Tenemos que:

131,040 BTU/hr = 38,403.8928 W Entonces si se disponen de cuatro horas para llevar la solucin a su temperatura de trabajo se requerirn 38,403.8928 Watts por cada hora para calentar la solucin. Los factores que afectan este valor de potencia son:

a. Calor requerido para hacer subir la temperatura hasta la de trabajo. b. Perdidas de temperatura por la disipacin a nivel superficial del electrolito. c. Perdidas de temperatura por falta de aislamiento trmico de las tinas. d. Perdidas de temperatura por inmersin de las piezas, las cuales estn a una

temperatura inferior a las del electrolito. e. Perdidas adicionales por ventilacin o aspiracin del ambiente de trabajo. f. Enfriamiento de la solucin por sistemas de bombeo, agitacin mecnica o

por aire. La transferencia de calor al electrolito variar dependiendo fundamentalmente del formato que el calentador tenga, de su ubicacin y de la relacin potencia /

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superficie que posea. Al mencionar esta relacin se hace referencia a que si el calentador es de gran potencia pero de dimensiones reducidas, se producir un calentamiento exagerado en la zona de contacto y no se unificara la temperatura en el resto de la solucin. Si la superficie es mayor, se producir un calentamiento mucho ms eficiente y uniforme, evitando zonas de sobrecalentamiento. Del mismo modo, si el calentamiento se produce desde la parte baja de la tina, se producir en la misma una circulacin por conveccin que naturalmente tender a unificar la temperatura con el resto de la solucin y aumentara el rendimiento de la transferencia calrica. Es recomendable solicitar asesora tcnica a los proveedores de dichos equipos quienes pueden proporcionar ms datos que los que aqu se expresan (los cuales son meramente orientativos). 2.4.2.3 nodos: tipos y caractersticas. En todos los baos electrolticos para la deposicin metlica se deben utilizar nodos los cuales pueden ser, segn la aplicacin, nodos solubles, nodos insolubles inertes nodos insolubles catalizables. En la gran mayora de los baos el metal depositado proviene de nodos solubles que aportan a la solucin el material necesario para que las sales disociadas en la misma se vuelvan a formar luego de haberse adherido sobre el ctodo sus iones metlicos. En el caso de los nodos insolubles, estos cumplen la funcin de cerrar el circuito elctrico a travs de la solucin con el ctodo, pero al no disolverse, no aportan metal al electrolito, provocando una merma de dicho contenido en el bao a medida que se incrementa el espesor del depsito. Esto genera, adems, problemas adicionales respecto a la concentracin y degradacin de sales que el mismo contenga. Los nodos insolubles son el nico recurso para que se puedan llevar adelante determinados procesos electrolticos. Referente a los nodos insolubles catalizables el ejemplo ms representativo es el del bao de cromo, en donde no existe otro recurso posible para que el depsito se concrete, ya que en ellos, el nodo insoluble acta como catalizante del cromo trivalente convirtindolo en hexavalente. El material del nodo debe estar libre de cualquier impureza ya puede dar origen a una contaminacin en el bao electroltico, la codeposicion sobre el ctodo, la reaccin con los constituyentes de la solucin o la formacin de un lodo insoluble en la superficie del nodo. Adems el material andico debe estar en una condicin metalrgica apropiada para que este se disuelva uniformemente. Los nodos pueden ser en forma plana u ovalada y de longitud considerable suspendidos de ganchos, o de pequeas piezas de metal contenidas en una canastilla. En los baos electrolticos los nodos deben estar recubiertos con fundas de tela resistente a los distintos productos qumicos utilizados en la galvanotecnia. El

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motivo principal es evitar en la solucin las partculas metlicas en suspensin provenientes de la corrosin andica. De esta manera los slidos quedan retenidos en las fundas sin causar perjuicios a la solucin y por consiguiente a los depsitos. En casos muy especficos es necesario recurrir al uso de nodos auxiliares, los cuales son muy tiles para realizar recubrimientos electrolticos en interiores y para la obtencin de una buena distribucin del depsito ya que este tipo de nodos modifican las caractersticas de penetracin del bao utilizado. Es comn el empleo de canastillas de titanio, de contenedores de acero al carbono o de acero inoxidable para contener la carga andica. El titanio resulta costoso inicialmente, pero con el paso del tiempo se mantiene sin alteraciones ya que es inatacable con los electrolitos convencionales lo que lo hace una opcin redituable. La principal ventaja de trabajar con canastos de titanio es el total aprovechamiento de los nodos, ya que se pueden explotar la totalidad de los recortes y sobrantes de los nodos de barras o de planchas originales. Otra ventaja es la de poder alimentar las canastillas con nodos de corona o nuggets sin la necesidad de utilizar placas, aumentando de esta manera la superficie andica efectiva de manera considerable. En lo que respecta a las canastillas de acero, se utilizan normalmente para contener esferas (zinc, cadmio, estao, etc.). Este tipo de canastillas se degradan con el paso del tiempo y a la larga el producto de la descomposicin se incorpora a la solucin resultando perjudicial. 2.4.2.4 Procesos en barril. Cuando existe la necesidad de procesar piezas de tamao reducido en grandes cantidades se recurre a este tipo de procesos. El proceso en barril consiste en colocar el lote de piezas dentro de un tambor hexagonal rotativo y llevar a cabo la electrodeposicin metlica transfiriendo el tambor de una tina a la otra durante las distintas etapas del proceso. La rotacin del tambor es generada por un motor elctrico, la cual es transferida a la estructura hexagonal mediante un sistema de engranajes. Tanto el tambor como el sistema de engranajes estn diseados con un material resistente a la corrosin y las temperaturas de operacin. La corriente elctrica se suministra a travs de contactos elctricos mviles incorporados dentro del tambor, la carga en proceso tiene contacto elctrico entre s y, esto favorece el empleo de corrientes elevadas ya que existe un buen contacto elctrico entre las piezas y el ctodo casi en todo momento. El movimiento de rotacin del tambor hace que el electrolito se mantenga agitado, mejorando la homogeneidad de concentracin y temperatura en el mismo. Por lo general no es necesario algn sistema adicional de agitacin. Normalmente, en todos los tipos de tambores, los tiempos de depsito resultan mayores debido a que las piezas dentro del tambor no estn enfrentadas permanentemente a los nodos, y por ello, debe prolongarse el proceso para que

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ello ocurra y se logre uniformidad de depsito y brillo en toda la carga de proceso. Adems se requiere de la aplicacin de un voltaje de trabajo mayor que el de los baos convencionales. La mayor ventaja de los procesos en barril es su muy alta eficiencia. Otras de las muchas ventajas estn interrelacionadas. El rea de contacto catdico relativamente grande permite obtener rpidamente, grandes volmenes de produccin cuando se suministra una amplia cantidad de corriente. El espacio requerido y la inversin en equipo para una lnea de produccin en barril son menores que lo que se requiere, tanto para una lnea de produccin en bastidores (racks) como para otro tipo de lnea de capacidad similar. Otra de las ventajas de los sistemas de proceso en barril es la eliminacin de mano de obra necesaria en el colgado de las piezas, en el manejo y transferencia de cada pieza de trabajo o parte de las piezas de trabajo de una operacin a otra de manera individual. En el proceso en barril, las piezas permanecen en el mismo recipiente en cada una de las etapas, incluyendo: desengrase por inmersin, desengrase electroltico, activado, cromatizado o sellado. Todo ello es posible debido a que el equipo para el sistema en barril es en su mayor parte construido con materiales qumicamente inertes, capaces de ser usados en varias soluciones acidas o alcalinas.

Fig. 2-5. Barril para recubrimientos metlicos de piezas a granel.

2.4.2.5 Procesos en colgado. Este tipo de proceso utiliza ganchos, gancheras, canastos y bastidores (conocidos comnmente como racks) que se utilizan con frecuencia para sujetar y mantener las piezas dentro del electrolito. Existen diferencias de diseo y construccin las cuales debern ajustarse al formato y tamao de las piezas, y a la produccin que se deba obtener de ellas. La parte ms importante en el diseo de un rack es la determinacin de las dimensiones apropiadas, asegurndose de que cada rack se ajuste, con las piezas montadas, dentro del tanque de proceso ms pequeo de la lnea de produccin. Las consideraciones a tomar en cuenta son las siguientes:

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Dimensin A. La longitud global. Dimensin B. La distancia del gancho del rack a la ubicacin de la primera pieza. Dimensin C. El ancho. Dimensin E. Esto es nicamente para racks de doble gancho donde se requiere

estabilidad adicional o donde el peso es un factor a tomar en cuenta. El espinazo del rack es prcticamente la columna vertebral del bastidor y debe ser capaz de llevar la corriente necesaria a cada punta donde se sujetan las piezas, adems debe tener la fuerza adecuada para soportar todas las partes sujetas a l. El bao electroltico donde va a ser usado el rack tiene un valor como condicin de operacin conocido en amp/pie2. Multiplicando este valor por el rea en pie2 de las partes montadas en el rack se determina la cantidad de corriente que el gancho y las puntas deben transportar. Generalmente las puntas de rack ms sencillas son fabricadas con cobre de x x 1 que llevarn de 200 a 250 ampere. En la siguiente tabla se muestran las conductividades relativas de algunos metales. Tabla 11 Carta de conductividades relativas.

Tamao Cobre Aluminio Latn Acero Bronce Acero

serie 300 Titanio

1 x 1 1000 600 250 120 180 23 31

x 1 750 450 185 90 135 17 23

x 1 500 300 125 60 90 12 16

x 1 250 150 63 30 45 6 8

1

dimetro 785 470 196 94 141 18 24

445 265 111 53 80 10 14

200 120 50 24 36 5 6

50 30 13 6 9 1 1

3/16 28 16 7 3 5 5/8

7/8

5/32 20 12 5 2 3 5/8

5/8

1/8 12 6 3 1 2 3/8

3/32 7 4 1 1 7/8 1

3/16

1/16 3 1 1/16

3/32

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El cobre es el material comnmente utilizado debido a su alta conductividad en relacin a su costo. Algunas veces los ganchos del rack son fabricados en cobre y las puntas fabricadas en acero, acero inoxidable, latn o aluminio. Aun as, el factor principal es la conductividad. El acero, acero inoxidable, latn o aluminio tienen menos conductividad que el cobre. En cuanto al diseo de las puntas, se deben de tomar en cuenta algunos objetivos prcticos:

1. Que sea fcilmente montar y desmontar las piezas. 2. Que la corriente fluya adecuadamente a hacia las piezas (buen contacto). 3. Que el diseo de la punta permita sujetar las piezas en reas no crticas. 4. Que el tipo de punta sea para piezas colgadas por gravedad o por sujecin

con tensin de acuerdo a las piezas a procesar. 5. El tipo de material de construccin.

Existen cuatro diseos bsicos en la construccin de racks:

a. Espinazo sencillo. b. Tipo T. c. Tipo caja. d. Espinazo mltiple.

Los racks se recubren con una pintura aislante y resistente a los productos qumicos utilizados en las soluciones electrolticas para evitar la disolucin del metal en los baos de proceso, nicamente las puntas de contacto son las partes no aisladas del rack. Los racks suelen acumular metal sobre las puntas de contacto, por lo que es necesario en forma peridica, realizar operaciones de desplaque (stripping) electroltico para eliminar dicha placa metlica acumulada. 2.4.2.6 Filtracin. La filtracin es la remocin de slidos en suspensin, incluyendo partculas muy pequeas y coloides de los baos electrolticos. Estos slidos pueden haber sido arrastrados a, haber cado en, o haber sido formados en el bao o haber sido agregados deliberadamente (tratamiento con carbn). La filtracin de lleva a cabo pasando la solucin a travs de una barrera porosa que retiene los slidos en suspensin y permite que pase la solucin limpia. La filtracin se usaba nicamente para clarificar las soluciones en oposicin a la recuperacin productos. Sin embargo actualmente, como resultado del aumento de los costos de los productos y de las leyes estrictas sobre el control de la contaminacin, se ha desarrollado la necesidad de recuperar los productos qumicos de los enjuagues y lquidos de proceso. Los siguientes son los tres mayores contaminantes que se remueven de las soluciones en la industria de los procesos de acabado de metales:

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1. Precipitados. Estos se pueden haber formado deliberadamente para efectuar

una purificacin del bao (por ejemplo tratamiento a pH alto de los baos de nquel), pueden suceder por descomposicin de abrillantadores o humectantes, pueden ser el resultado del uso de agua de mala calidad (agua dura), pueden ser formaciones de sales metlicas en el bao, se pueden encontrar despus de la recuperacin de metales valiosos de los enjuagues o soluciones de decapado, o pueden ser el resultado de descomposicin espontanea.

2. Partculas de suciedad. Estas pueden entrar a los tanques desde la atmosfera, ser arrastrados por las piezas, caer de los nodos o provenir de los recubrimientos de los ganchos o los tanques.

3. Slidos adsorbentes. Estos pueden ser celulsicos, arcillas, auxiliares filtrantes carbonosos o de plata o adsorbentes agregados a la solucin para eliminar impurezas o ayudar en el proceso de filtracin.

Los siguientes son los factores que determinan el grado de filtracin necesario en los procesos de galvanotecnia:

a. Tipo de solucin. Los baos quietos requieren de menor filtracin que los baos con agitacin. Los baos con baja eficiencia como los de cromo toleran un grado mayor de partculas slidas. Los baos de alta eficiencia requieren de filtracin continua.

b. Forma de las piezas. Piezas irregulares con zonas en forma de cuchara necesitan de una mejor filtracin que piezas planas.

c. Especificaciones. En muchos casos las soluciones de metalizado selectivo son filtradas justo antes de contactar a las piezas. Las prcticas actuales permiten la remocin de partculas de 1-30 micrones.

La filtracin efectuada en la electrodeposicin puede ser continua, intermitente o por lote. La filtracin contnua se lleva a cabo bombeando una parte de la solucin a travs del filtro mientras se usa el bao (a veces tambin cuando no est en uso). Esto mantiene a la solucin en buena condicin para obtener depsitos sin poros. Cada operador debe determinar el grado de renovaciones para la lnea de produccin y de acuerdo a las especificaciones del producto. Generalmente no es mayor de una por hora, pero puede ser de 2-5 veces por hora. Algunas veces la solucin es filtrada hasta retener partculas de un micrn o menos. La filtracin intermitente se efecta conectando el filtro segn las necesidades. Esto significa que es comparable a la filtracin contnua pero las bombas son encendidas solo cuando hay problemas. La filtracin por lote se hace bombeando la solucin a un tanque separado, y luego transfirindola de nuevo al tanque de trabajo. Esto asegura que cada litro de bao ha sido filtrado. Muchas de las soluciones de trabajo recin preparadas deben ser

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filtradas por lote antes de ser usadas. Generalmente se excluye a las soluciones de metales preciosos, aunque la matriz de la solucin en si misma puede necesitar un tratamiento con carbn y una filtracin previa al uso. La filtracin por lote puede ser hecha luego de un tratamiento de purificacin de un bao viejo, incluyendo tratamientos con carbn a alto pH para el nquel, en cuyo caso el bao es pasado a un tanque auxiliar y tratado all. La filtracin por lote tambin est indicada luego de la adicin de productos qumicos que puedan llevar a la formacin de partculas. Actualmente esto no debera ocurrir. Un grado apropiado de pureza de los productos y una buena calidad de agua deberan ser normales. Un arrastre inusual de slidos puede hacer necesaria una filtracin. Esto sigue sucediendo, pero no debera ser comn. Es usual mantener un buen medio ambiente y una lnea limpia para evitar que entren slidos al tanque. Debido a esto, la filtracin continua es ahora una prctica comn. Los elementos filtrantes disponibles son membranas porosas usadas para eliminar slidos finos, con o sin tortas filtrantes, de la solucin. Los distintos tipos de elementos filtrantes incluyen: telas naturales y sintticas; papel de diversas porosidades, redes de alambre o tela y tubos que consisten de un material textil sobre un soporte apropiado de acero inoxidable o plstico. Estos filtros pueden ser usados o no con un filtrante auxiliar. Los filtrantes auxiliares son materiales slidos usados para formar una capa permeable incompresible sobre el elemento filtrante, a partir de una dispersin de los mismos. Los auxiliares filtrantes pueden ser tierras diatomeas, arcillas u orgnicos (celulsicos). Los dos tipos bsicos de filtros usados en la electrodeposicin son los de presin y los de vaco. Los filtros a presin son los ms comnmente usados en galvanotecnia. Funcionan forzando a pasar, por medio de presin, la solucin contaminada a travs de una torta de filtrante auxiliar sobre el elemento filtrante o directamente por un elemento filtrante que no requiere de un auxiliar filtrante. Para lograrlo, la salida de la bomba est conectada a la entrada a la entrada del filtro. Los filtros a presin pueden ser de hojas horizontales o verticales, platos horizontales, o tipo prensa de discos o placas. Los componentes bsicos de un sistema de filtrado a presin son los siguientes: El recipiente del filtro. Hecho de materiales resistentes a la corrosin, como acero inoxidable, acero revestido de goma, o plstico (PVC, CPVC, polipropileno, PVDF, o fibra de vidrio) para contener tanto los elementos filtrantes como la solucin. Tanque auxiliar. Hecho de material resistente a la corrosin. Se usa para mezclar los auxiliares filtrantes o los agregados de productos qumicos al bao antes de recubrir el filtro.

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Bombas. Resistentes a la corrosin. Transfieren el lquido a ser filtrado. Las bombas centrifugas son las usadas ms comnmente con los filtros en las soluciones de galvanotecnia. Vlvulas, indicadores de presin, caeras y conexiones. Regulan, monitorean y dirigen el flujo del bao a travs del filtro y de regreso al tanque de trabajo. Los filtros al vacio son usados para recuperar grandes cantidades de slidos de lodos espesos, como en la recuperacin de metales valiosos en los enjuagues. El filtro funciona llevando la solucin a travs de un elemento filtrante permeable a una cmara de vaco. El tipo ms usual de filtro al vacio es el de tambor rotativo continuo, del cual se puede remover una torta continua de slidos con una hoja rascadora. Las bombas son muy importantes para la operacin de un sistema filtrante. Deberan considerarse como una pieza separada del equipo y se deberan discutir largamente con el proveedor del equipo filtrante. La razn es que a travs de los aos las bombas han sido una fuente de problemas. Un muy buen sistema filtrante puede funcionar mal si se emplea una bomba equivocada. Una bomba apropiada y un mal filtro tambin pueden causar problemas. As que se tiene que discutir ambos puntos con el representante de un proveedor con experiencia en equipos de filtracin para electrodeposicin.

Fig. 2-6. Filtros compactos no metlicos para tanques de proceso pequeos.

La siguiente tabla proporciona las recomendaciones generales para el filtrado y purificacin de varias soluciones de acabado de metales. Para recomendaciones especficas, se tiene que consultar con el proveedor del proceso. De hecho el proveedor del proceso debera ser consultado previamente a la instalacin de un sistema de filtracin, para asegurarse que los materiales sean compatibles con la solucin y para determinar las renovaciones necesarias para cumplir con las especificaciones.

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Tabla 12 Gua para la filtracin y purificacin de soluciones electrolticas.

PROCESO pH RENOVACION

POR HORA POROSIDAD (MICRONES)

TRATAMIENTO CON CARBON

Anodizado (decorativo)

< 1 2 - 4 10 - 20 No aplica

Anodizado (duro) < 1 2 - 4 10 - 20 No aplica

Sellado con acetato de nquel

5.5 2 - 3 10 - 20 No aplica

Latn, bronce (CN-) > 10 2 - 4 10 - 20 No aplica

Cadmio (CN-) > 10 2 - 4 10 - 20 No aplica

Desengrase (inmersin)

> 10 2 - 4 15 - 50 No aplica

Desengrase (electroltico)

> 8 2 - 4 15 - 75 No aplica

Cromo (hexavalente) < 1 2 - 3 10 - 20 No aplica

Cromo (trivalente) 2.5 2 - 4 5 - 15 Peridico

Cobre (CN-) 12 2 - 4 10 - 20 Peridico

Cobre (cido) < 1 2 - 6 5 - 15 Peridico

Cobre (electroless) 13 4-10 1 - 10 No aplica

Oro (cido) 3.5 - 5 3 - 6 1 - 10 Peridico

Oro (alcalino) 8 12 3 - 5 5 - 15 Peridico

Nquel (Watts) 4 5 2 - 5 5 - 15 Peridico

Nquel (Woods) 2 2 - 3 10 - 20 Peridico

Nquel (sulfamato) 4 2 - 5 5 - 15 Peridico

Nquel (electroless) 4 6 6 - 12 1 - 10 No aplica

Nquel (electroless) > 10 6 - 12 1 - 10 No aplica

Paladio 9.5 3 - 5 1 - 10 No aplica

Rodio 1 3 - 5 1-10 Peridico

Plata (CN-) 12 3 - 5 5 - 15 Peridico

Estao (cido) < 1.0 2 - 3 10 - 20 Peridico

Estao (alcalino) 12 2 - 3 20 - 30 No aplica

Estao-nquel 2.5 2 - 3 10 - 20 Peridico

Zinc (cido) 5 6 3 - 5 20 - 30 Peridico

Zinc (alcalino CN-) > 13 2 - 4 20 - 30 No aplica

Zinc (alcalino sin CN-)

> 13 2 - 4 20 - 30 No aplica

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2.4.2.7 Agitacin. Generalmente no se puede describir el grado de agitacin que una solucin electroltica requiere de manera absoluta, ms bien, el grado de agitacin de una solucin o es adecuado o es inadecuado. Pero adecuado solo puede ser interpretado de acuerdo a las necesidades del proceso. Lo que se busca en un sistema de agitacin es que el tanque de proceso asegure la uniformidad general de la solucin y que a su vez provea la suficiente turbulencia para prevenir el agotamiento excesivo de los iones o la acumulacin de gas en las superficies andica y catdica. Una complicacin con los sistemas de agitacin es que se introducen nuevos factores al proceso lo que acarrea nuevos problemas. Los sistemas de agitacin por aire se pueden convertir en efectivos sistemas de remocin que aumentan la concentracin de basura aerotransportada colectada por el soplador. Esto causar aspereza en las piezas por la agitacin de los lodos en el fondo y oxidar la solucin, lo que a menudo demostrar su deterioro. La agitacin desarrollada por movimiento catdico puede causar interrupciones en la corriente elctrica y consecuentemente un depsito laminar; en casos extremos, puede causar el desplazamiento de los racks de su posicin original. Existen innumerables formas casuales de agitacin: remocin manual, perturbaciones por la rotacin del barril, movimiento por el ritmo de trabajo dentro del tanque, el movimiento resultante debido a la filtracin de la solucin, etc., pero en trminos de sistemas prcticos de ingeniera, la seleccin puede ser restringida a lo siguiente:

a. Agitacin por aire. b. Agitacin por movimiento catdico. c. Propulsores mezcladores. d. Bombas de circulacin.

Los sistemas de agitacin son indispensables en todas las empresas dedicadas a la galvanotecnia e invariablemente afectan al proceso de uno u otro modo, de tal manera que deben ser empleados con cuidado durante la aplicacin. La siguiente figura muestra un ejemplo de sistema de agitacin por aire.

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Fig. 2-7. Corte de un sistema de agitacin para soluciones electrolticas.

2.4.2.8 Fuentes de corriente contina. Se denomina comnmente rectificador a la fuente de corriente continua encargada de proveer la energa elctrica necesaria para realizar los diversos procesos galvnicos. Existen diferentes tipos los cuales debern ser estudiados en virtud de encontrar lo ms conveniente para el proceso a realizar. Los equipos rectificadores estn constituidos bsicamente por un transformador y un puente rectificador. El transformador cumple la funcin de separar la lnea de entrada de la salida de baja tensin. El puente rectificador, convierte la corriente alterna en corriente continua. Dependiendo del tipo de puente rectificador, la corriente continua ser de mayor o menor calidad. La variacin que pueda quedar sobre la corriente continua as obtenida se denomina ripple. A mayor valor de ripple, la calidad de corriente continua es baja. Para determinados electrolitos tales como el cromo, se deben reducir estas variaciones al mnimo posible. 2.4.2.9 Secado. El secado es el proceso final de la lnea, el ltimo paso antes de un chequeo rpido de inspeccin y su posterior envo al cliente. La calidad del secado resulta crtica. Las superficies no solo tienen mejor aspecto estando perfectamente limpias y libres de manchas, sino que ello puede ser vital al funcionamiento exitoso del componente. La mayora de los artculos se secan mediante el uso de aire caliente a 70 120 C o mediante la aplicacin de solventes orgnicos. Los secadores de aire caliente son lentos y tiene una tendencia a dejar gotas en los bordes y esquinas, y por lo general, resultan deficientes al secar reas inaccesibles como agujeros ciegos. Usualmente, en plantas de alta produccin las piezas se secan con aire caliente mejorndolo mediante la utilizacin de sistemas centrfugos. Este sistema resulta

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verstil preferentemente para piezas de tamao pequeo a mediano. Aun as, en algunos casos quedan restos de humedad en pequeas cavidades o sectores. Un sistema que est cayendo en desuso debido a su restriccin por cuestiones ecolgicas consiste en la utilizacin de solvente voltiles para desplazar y evaporar el agua a nivel superficial. Un desarrollo reciente es el secado por pulsos de aire y es considerada una alternativa con bajos costos y alta eficiencia. Tericamente el sistema se basa en el uso de pulsos de aire intenso y rpido para quitar el volumen de la pelcula de agua superficial, quedando solo una capa delgada de adsorcin que se evaporar rpidamente incluso a temperaturas relativamente bajas.

Fig. 2-8. Centrifuga para secado.

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CAPITULO 3

PROCESOS DE PREPARACION DE SUPERFICIES 3.1 PREPARACION MECANICA DE SUPERFICIES. El acondicionamiento de las superficies a recubrir es un requisito indispensable dentro de la industria de la galvanotecnia. La buena preparacin superficial de las partes metlicas es esencial para la produccin de recubrimientos de alta calidad. La preparacin de superficies usualmente involucra una combinacin de mtodos para producir superficies que cumplan con la apariencia y estn libres de suciedad Los mtodos de acabado mecnico de superficies incluyen:

Choque abrasivo.

Acabado en barril y vibratorio.

Cepillado y acabado manual.

Esmerilado y pulido. Uno o ms de los mtodos anteriores pueden ser utilizados para remover oxido, incrustaciones, arena del molde, residuos de las operaciones de soldadura, pintura y lacas. Algunos de estos mtodos son particularmente adecuados para la limpieza de reas con soldadura o para limpiar reas que ya fueron procesadas y que estn defectuosas, de manera que puedan ser reprocesadas. Los mtodos de acabado mecnico son los ms convenientemente usados como el primer paso para preparacin de superficies. En algunas aplicaciones, las piezas pueden ser procesadas y posteriormente sometidas al acabado mecnico para la modificacin de su aspecto. Las piezas que no son recubiertas despus del acabado mecnico pueden empezar a oxidarse rpidamente debido a que la superficie se vuelve muy reactiva. En tal caso, se deber utilizar una solucin inhibidora de la oxidacin inmediatamente despus del acabado mecnico, lo cual ofrecer proteccin en contra de la oxidacin por varios das si las piezas estn almacenadas en un ambiente seco. Si se requiere de periodos muy largos de almacenamiento o las reas de almacenamiento son bastante hmedas o corrosivas se deben de tomar otro tipo de consideraciones con tal de que se alargue el plazo de proteccin contra la corrosin de las piezas acabadas. La proteccin con una capa de aceite soluble al agua puede ser adecuada. 3.1.1 Choque abrasivo. La limpieza por choque abrasivo involucra la direccin poderosa de partculas abrasivas en contra de la superficie de trabajo. Los abrasivos pueden incluir

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arenisca metlica angular, esferas metlicas y arena. El choque de las partculas abrasivas desprende una capa generalmente de xidos y proporciona a la superficie un acabado de finos piquetes que solo sirve cuando se desean recubrimientos de aspecto mate que no es recomendable si se necesitan depsitos pulidos y brillantes. Dos mtodos bsicos son usados en la limpieza en seco por choque abrasivo:

Choque mecnico. En el cual el abrasivo es propulsado por medio de una poderosa rueda delgada que gira rpidamente.

Choque por aire. En el cual el abrasivo es propulsado a travs de una boquilla por aire comprimido.

La limpieza en seco por choque abrasivo se lleva a cabo en su mayora usando cabinas especiales. Estas cabinas alojan el mecanismo de propulsin del abrasivo, sostienen las piezas en posicin, y confinan las partculas abrasivas que se encuentran suspendidas en el aire despus del proceso. Una de las principales preocupaciones referente al uso de arena slice para la limpieza por choque es el riesgo de enfermar de silicosis, una enfermedad pulmonar que resulta de la prolongada respiracin de finas partculas cristalinas de slice. El uso de arena abrasiva con un bajo contenido de slice libre reduce este problema. 3.1.2 Acabado en barril y vibratorio. El acabado en barril es una operacin de acabado en masa para mejorar la superficie de un gran nmero de piezas mediante la rotacin de dichas piezas con un medio abrasivo en contenedores rotatorios llamados barriles. En este proceso se puede llenar una tercera parte o ms del volumen del barril. Las dimensiones lmite de las piezas que pueden ser procesadas estn determinadas por las dim