PROPUESTA DE ACTUALIZACIN DE UNA PLANTA PILOTO

DE GALVANOPLASTIA CON UN SISTEMA AUTOMTICO

T S I S

Q U E P A R A O B T E N E R E L T T U L O D E :

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIN

P R E S E N T A N

MARTNEZ ORTIZ CARLOS ALBERTO

MENDOZA TORRES JOSU

TORRES GMEZ ARTURO

ASESORES:

RICARDO HURTADO RANGEL

ARMANDO TONATIUH AVALOS BRAVO

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA

MECNICA Y ELCTRICA

MXICO, D.F. A 04 DE MARZO DEL 2014

AGRADECIMIENTOS JOSU MENDOZA TORRES

Primero agradezco a Dios por permitirme terminar esta etapa de mi vida, por estar

conmigo tanto en los buenos momentos como en los malos, por poner en mi camino

a las personas que me acompaaron durante todo este tiempo.

A mis padres por esforzarse para que llegara hasta este momento, por los consejos

que me dan y por guiarme con su ejemplo todos estos aos.

A los profesores que me regalaron su tiempo y que compartieron su conocimiento

conmigo.

Por ltimo, a todos aquellos amigos con los que conviv a lo largo de 4 aos y

medio, a los que me ayudaron y dieron consejo cuando lo necesitaba, por esos

momentos felices que pase con ustedes, pero especialmente por brindarme sui

amistad.

DEDICATORIA

A Dios por permitir que este momento sea posible.

A mi mam y pap por todos esos aos de esfuerzo, consejos y enseanzas

para que yo pudiera llegar a este momento.

A mi hermano, espero que logres todas las metas que te propones, aqu est

un ejemplo que te puede servir de inspiracin.

AGRADECIMIENTOS ARTURO TORRES GMEZ

Al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL, mi Alma Mter, la institucin que ha

formado durante casi una dcada.

A la ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA por haber

sido mi segundo hogar y todos los conocimientos que me ha brindado.

A MIS PROFESORES, por brindarme sus conocimientos y experiencias.

Al Ing. Ricardo Hurtado Rangel y a la Dra. Blanca Zamora Celis por el apoyo a la

elaboracin de sta tesis.

DEDICATORIA A mi madre por su apoyo, paciencia, amor y confianza que en todo momento

estuvieron presentes, siendo la piedra angular de mi formacin personal y profesional.

A mi padre por su apoyo incondicional, por ensearme el valor de la responsabilidad

y por su enorme esfuerzo laboral que me hizo llegar hasta aqu.

A mi hermano Diego Armando que es el gua ms grande que me ha dado la vida.

A mi hermana Ana Karen por todo su apoyo y cario.

A mis abuelos por su inmenso cario y por ser una fuente de sabidura.

A mis tos que nos han tratado a mis hermanos y a m como sus propios hijos.

A Rubn Gmez, tu fallecimiento cambio mi vida pero tu espritu permanece en los

corazones de toda mi familia.

A todos mis amigos. Que han permanecido sin importar las circunstancias y por ser

un gran ejemplo de disciplina, compaerismo, responsabilidad, resiliencia y

superacin.

Gracias por apoyarme, escucharme, aconsejarme y guiarme.

AGRADECIMIENTOS CARLOS ALBERTO MARTNEZ ORTZ

AL INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL. Por brindarme la oportunidad de estudiar

en una escuela de calidad, obteniendo conocimientos adecuados para la prctica de

la ingeniera en Control y Automatizacin.

A LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA. Por ser

una institucin responsable en el desarrollo de los ingenieros, contando con los

maestros y el apoyo suficientes para la prctica y estudio de la carrera de Ingeniero

en Control y Automatizacin.

A MIS PROFESORES. Durante la carrera cont con el apoyo de profesores los cuales

son un ejemplo a seguir y una fuente de conocimientos que aportaban a las nuevas

generaciones con el fin de pasar sus conocimientos con la experiencia obtenida en

su vida laboral, y por hacerlo con el amor a la docencia.

A MIS ASESORES Y SINODALES. Por haberme brindado el apoyo necesario y las

observaciones en este trabajo de tesis, pudiendo cumplir con los objetivos planteados

para poder demostrar y poner a prueba los conocimientos obtenidos durante la

carrera. As mismo como el apoyo brindado por la Profesora Blanca Zamora Celis por

brindar la oportunidad de trabajar en la planta piloto de Galvanoplasta de su

laboratorio.

DEDICATORIA.

A MIS PADRES. Por brindarme el apoyo necesario y suficiente durante toda mi vida

escolar, por sus consejos, su honestidad y su trabajo que realizan da con da para

hacer de m y mi hermano unas personas responsables, educadas y que siempre

tengan metas por cumplir adems que estemos comprometidos con nuestros

deberes, ustedes son la fuente de inspiracin a seguir adelante, mostrndonos que

ustedes estarn siempre con nosotros dndonos todo su apoyo incondicional.

A MI HERMANO. Por ser la persona que ms unida est a m y en quien pongo mi

confianza plenamente, por ti y por tus ganas de hacerme feliz siempre espero que

este trabajo te inspire y ayude a que tu cumplas tus metas, trabajando y esforzndose

todo es posible.

A MIS TOS. Por brindarme consejos, escucharme, y por los momentos que vivimos

al estar juntos ya que esos momentos de felicidad son los que me dan la fuerza para

no desmotivarme y as lograr lo que me propongo, siempre he contado con el apoyo

de ustedes y con mucho cario este trabajo tambin es para ustedes.

A MIS PRIMOS. Por ser como mis hermanos y estar con migo para vivir los momentos

duros de la vida, pero tambin los ms felices ustedes son la familia que me brinda la

motivacin y el apoyo para triunfar y espero este sea un ejemplo de que cuando se

quiere lograr una meta solo deben centrarse en su objetivo.

A MIS ABUELOS. Por su amor, sus sabios consejos, su confianza en m y la

dedicacin que han tenido en formar una familia unida.

A LILI BONILLA TORRES. Por ser una persona que me ha enseado que puedo

lograr lo que quiero siempre que me lo propongo brindndome su apoyo, su

comprensin y sobre todo su compaa durante el transcurso de la carrera, dndome

momentos para ser feliz y disfrutar del amor que se puede dar y recibir, espero que

este logro te sirva de inspiracin para que alcances el tuyo.

NDICE:

PROTOCOLO DE TESIS. ............................................................................................................................ 1

CAPTULO I GALVANOPLASTIA Y PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA. .............................................. 4

1.1 DEFINICIN DE PLANTA PILOTO. .................................................................................................. 5

1.2 DEFINICIN DE GALVANOPLASTIA. ............................................................................................... 6

1.3 USOS DE LA GALVANOPLASTIA. .................................................................................................... 8

1.4 LEY DE FARADAY. .......................................................................................................................... 9

1.5 TIPOS DE SUSTANCIAS UTILIZADAS. ............................................................................................ 11

1.5.1 DESENGRASANTES. .................................................................................................................. 11

1.5.2 BAOS ELECTROLITICOS. ......................................................................................................... 13

1.6 PARAMETROS PRACTICOS INFLUYENTES EN EL PROCESO DE GALVANOPLASTIA. ..................... 16

1.7 PROCESOS EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA. ....................................................................... 22

CAPTULO II SITUACIN ACTUAL DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA. ................................. 29

2.1 DESCRIPCIN DE LA PLANTA PILOTO. ......................................................................................... 30

2.2 DTI Y EXPLICACIN DE LOS INSTRUMENTOS. ............................................................................. 36

2.3 OPERACIN EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA. .................................................................... 40

2.4 DESENGRASE POR INVERSIN PERIDICA (PR). ......................................................................... 42

2.5 TABLERO DE ALIMENTACIN GENERAL Y PROTECCIONES. ........................................................ 43

2.6 ALIMENTACIN DE TABLERO PARA ESTACIONES. ...................................................................... 44

2.7 CONTROL DE ESTACIN DE LIMPIEZA FRA. ............................................................................... 45

2.8 CONTROL DE LA ESTACIN DE LIMPIEZA CALIENTE Y CUBAS DE BAO GALVANOPLASTICO. ... 46

CAPITULO III PROPUESTA DE ACTUALIZACIN PARA LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA. ....... 49

3.1 TIPOS DE INSTALACIONES DE GALVANOPLASTA. ...................................................................... 50

3.2 SISTEMAS AUTOMTICOS. .......................................................................................................... 51

3.3 INSTRUMENTACIN Y EQUIPO UTILIZADO. ................................................................................ 59

3.4 ELECCIN Y JUSTIFICACIN DEL CONTROLADOR. ...................................................................... 64

3.5 PROPUESTA DE PROGRAMACIN ............................................................................................... 71

3.5 PROPUESTA ELCTRICA. .............................................................................................................. 95

CAPITULO IV COSTO DEL PROYECTO. .................................................................................................. 108

4.1 COTIZACIN .............................................................................................................................. 109

CONCLUSIONES Y TRABAJO A FUTURO. .............................................................................................. 116

CONCLUSIONES. .............................................................................................................................. 117

TRABAJO A FUTURO. ....................................................................................................................... 118

FUENTES DE CONSULTA ...................................................................................................................... 119

ANEXO I INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA DESCRITOS EN EL

DTI. ...................................................................................................................................................... 121

ANEXO II TIPICOS DE INSTALACIN. ................................................................................................... 132

ANEXO III CATLOGOS Y HOJAS DE ESPECIFICACIONES. .................................................................... 138

NDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.1 ESQUEMA DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA. ................................................................. 8

FIGURA 1.2 DEPSITOS EN SUPERFICIES. ............................................................................................. 22

FIGURA 1.3 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA. ............................................. 28

FIGURA 2.1 DIAGRAMA DE UNA CUBA DE GALVANOPLASTA. ............................................................ 30

FIGURA 2.2 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 1 Y 2. .............................................................. 33

FIGURA 2.3 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 3 Y 4. .............................................................. 34

FIGURA 2.4 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 5 Y 6. .............................................................. 34

FIGURA 2.5 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 7 Y 8. .............................................................. 35

FIGURA 2.6 PARTES DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA....................................................... 37

FIGURA 2.7 INTERRUPTORES DE NIVEL COMERCIALES......................................................................... 41

FIGURA 2.8 INVERSOR DE POLARIDAD. ................................................................................................ 43

FIGURA 2.9 TABLERO DE PROTECCIONES Y ALIMENTACIN GENERAL. ............................................... 43

FIGURA 2.10 ALIMENTACIN GENERAL DE LA PLANTA. ....................................................................... 44

FIGURA 2.11 ALIMENTACIN DE LOS TABLEROS DE CONTROL. ........................................................... 45

FIGURA 2.12 CONTROL DE LA ESTACIN DE LIMPIEZA FRA. ............................................................... 46

FIGURA 2.13 CONTROL DE BAO CALIENTE Y ESTACIONES 3,4,5,6,7 Y 8 DE LA PLANTA PILOTO. ....... 47

FIGURA 2.14 SE MUESTRA EL DIAGRAMA ELCTRICO DEL CONTROLADOR Y LOS ELEMENTOS DEL

TABLERO DE CONTROL DE TANQUES 2 AL 6. ........................................................................................ 47

FIGURA 2.15 CONTROL DE TANQUES 8 Y 9. .......................................................................................... 48

FIGURA 3.1 COMPONENTES DE UN MICROCONTROLADOR. ................................................................ 53

FIGURA 3.2 PERRO GUARDIN. ............................................................................................................ 56

FIGURA 3.3 PLC. .................................................................................................................................... 57

FIGURA 3.4 ESTRUCTURA DE UN PLC. ................................................................................................... 57

FIGURA 3.5 CONFIGURACIN DE RTDS A 2, 3 Y 4 HILOS. .................................................................... 61

FIGURA 3.6 CONFIGURACIN DE 4 HILOS DEL SENSOR ROSEMOUNT 68. ........................................... 61

FIGURA 3.7 EJEMPLO DE PEDIDO DEL SENSOR. .................................................................................... 61

FIGURA 3.8 PEDIDO EL SENSOR. ........................................................................................................... 64

FIGURA 3.9 OPLC UNITRONICS V350-35-TR20...................................................................................... 68

FIGURA 3.10 MDULO IO-RO16. .......................................................................................................... 69

FIGURA 3.11 MDULO IOPT400. ........................................................................................................ 70

FIGURA 3.12 INTERFAZ EXA2X. ........................................................................................................... 70

FIGURA 3.13 ENTORNO DE VISILOGIC PARA PROGRAMACIN DE LGICA DE ESCALERA Y HMI. ....... 71

FIGURA 3.14 SELECCIN DE PLC V350 A UTILIZAR EN EL PROYECTO Y CONFIGURACIN DE ETIQUETAS

PARA E/S. .............................................................................................................................................. 72

FIGURA 3.15 CONFIGURACIN DE MDULOS DE ENTRADAS Y SALIDAS ADICIONALES. ..................... 72

FIGURA 3.16 AGREGAR UNA NUEVA PANTALLA EN LA HMI. ................................................................ 73

FIGURA 3.17 ASIGNACIN DE DIRECCIN DE PROGRAMA PARA LAS PANTALLAS DE LA HMI. ........... 74

FIGURA 3.18 DIAGRAMA DE FLUJO PARA PROGRAMACIN DE LIMPIEZA CALIENTE. ......................... 76

FIGURA 3.19 RESPUESTA DE CALENTADOR POR CONTROL ON-OFF CON HISTRESIS. ........................ 77

FIGURA 3.20 CONFIGURACIN DE TARJETAS PARA RTD. ..................................................................... 78

FIGURA 3.21 FUNCIN DE LINEALIZACIN Y PARMETROS. ............................................................... 79

FIGURA 3.22 GRFICA PARA FUNCIN DE LINEALIZACIN. ................................................................. 79

FIGURA 3.23 DIAGRAMA DE FLUJO PARA CONTROL DE CALENTADORES. ........................................... 81

FIGURA 3.24 DIAGRAMA DE FLUJO PARA BAOS GALVANOPLSTICOS. ............................................. 83

FIGURA 3.25 ESPACIO DE TRABAJO. ..................................................................................................... 85

FIGURA 3.26 MEN DE HERRAMIENTAS PARA EL DISEO DE UNA HMI EN VISILOGIC. ...................... 85

FIGURA 3.27 MEN DE OPCIONES EN LA ASIGNACIN DE UN BOTN. .............................................. 86

FIGURA 3.28 MEN DE ASIGNACIN DE UN TEXTO BINARIO. ............................................................. 87

FIGURA 3.29 IMGENES ADJUNTAS EN VISILOGIC. .............................................................................. 88

FIGURA 3.30 DIRECCIONAMIENTO DE PANTALLAS. ............................................................................. 89

FIGURA 3.31 PORTADA DE LA HMI. ...................................................................................................... 90

FIGURA 3.32 MEN DE LA HMI. ............................................................................................................ 91

FIGURA 3.33 ASIGNACIN DE PARMETROS Y DIRECCIONAMIENTO DE LA GRFICA DE

TEMPERATURA. ..................................................................................................................................... 92

FIGURA 3.34 PARMETROS DE LA FUNCIN NUMERIC. ...................................................................... 93

FIGURA 3.35 TECLADO. ......................................................................................................................... 94

FIGURA 3.36 PANTALLA DE BAO GALVANOPLSTICO. ....................................................................... 94

FIGURA 3.37 PANTALLA DE AGITACIN Y EXTRACTOR. ........................................................................ 95

NDICE DE TABLAS:

TABLA 2.1 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA. ....................... 39

TABLA 3.1 COMPARACIN ENTRE CONTROLADORES. ......................................................................... 59

TABLA 3.2 DATOS DEL SENSOR ROSEMOUNT 68. ................................................................................. 62

TABLA 3.3 RELACIN DE TEMPERATURA (C) Y RESISTENCIA. .............................................................. 63

TABLA 3.4 SALIDAS Y ENTRADAS PARA EL PLC. .................................................................................... 65

TABLA 3.5 COMPARACIN DE PLCS. .................................................................................................... 66

TABLA 3.6 DIRECCIONES PARA LAS PANTALLAS DE LA HMI. ................................................................ 74

TABLA 3.7 DIRECCIONES PARA ENTRADAS DIGITALES DEL PLC. ........................................................... 82

TABLA 3.8 DIRECCIONES PARA SALIDAS DIGITALES DEL OPLC. ............................................................ 82

TABLA 3.9 LISTA DE DIAGRAMAS ELCTRICOS. ..................................................................................... 95

TABLA 4.1 CATLOGO DE CONCEPTOS. .............................................................................................. 109

TABLA 4.2 CATLOGO DE CONCEPTOS. .............................................................................................. 112

TABLA 4.3 COSTOS DE EQUIPO. .......................................................................................................... 113

TABLA 4.4 COSTOS DE MANO DE OBRA. ............................................................................................. 114

TABLA 4.5 COSTOS DE INGENIERA DE DETALLE. ................................................................................ 114

TABLA 4.6 COSTO TOTAL DEL PROYECTO. .......................................................................................... 115

TABLA 2.1 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA (CONTINUACIN

APNDICE) ........................................................................................................................................... 122

TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA

(CONTINUACIN). ............................................................................................................................... 123

TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA

(CONTINUACIN). ............................................................................................................................... 124

TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA

(CONTINUACIN). ............................................................................................................................... 125

TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA

(CONTINUACIN). ............................................................................................................................... 126

TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA

(CONTINUACIN). ............................................................................................................................... 127

TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA ..................... 128

(CONTINUACIN). ............................................................................................................................... 128

TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA

(CONTINUACIN). ............................................................................................................................... 129

TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA

(CONTINUACIN). ............................................................................................................................... 130

TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA

(CONTINUACIN). ............................................................................................................................... 131

NDICE DE PLANOS:

PLANO 2.1 CROQUIS DE LABORTORIO .............................................................................................. 31

PLANO 2.2 DTI ACTUAL DE PLANTA DE GALVANOPLASTIA .............................................................. 38

PLANO 3.1 DIAGRAMAS DE FUERZA PARA MOTORES, BOMBAS Y CALENTADORES PARTE 1 ........ 100

PLANO 3.2 DIAGRAMAS DE FUERZA PARA MOTORES, BOMBAS Y CALENTADORES PARTE 2 ........ 101

PLANO 3.3 DIAGRAMA DE CONEXIONES A TARJETAS DE ENTRADAS Y SALIDAS DIGITALES DEL OPLC

........................................................................................................................................................ 103

PLANO 3.4 DIAGRAMAS DE CONEXIN PARA ENTRADAS DE RTD A OPLC ..................................... 105

PLANO 3.5 DIAGRAMA FSICO DE TABLERO DE CONTROL .............................................................. 106

PLANO 3.6 DTI DE PROPUESTA PARA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA ............................... 107

PLANO A1 TPICO DE INSTALACIN DE OPLC V350-35 TR20 .......................................................... 133

PLANO A2 TPICO DE INSTALACIN DE INTERFAZ EX-A2X .............................................................. 134

PLANO A3 TPICO DE INSTALACIN DE TARJETA IO-RO16 ............................................................. 135

PLANO A4 TPICO DE INSTALACIN PARA TARJETA IO-PT400 ........................................................ 136

PLANO A5 TPICO DE INSTALACIN PARA RTD ............................................................................... 137

P R O T O C O L O D E T E S I S | 1

PROTOCOLO DE TESIS.

OBJETIVO GENERAL.

Disear una propuesta de actualizacin para una planta piloto de

galvanoplastia con un sistema automtico que facilite su operacin, adems de

ofrecer un manejo seguro.

OBJETIVOS PARTICULARES.

Describir la planta piloto de galvanoplastia.

Explicar las etapas y el manejo para llevar a cabo el proceso de

galvanoplastia en una planta piloto.

Describir las sustancias utilizadas.

Describir los elementos de la planta piloto de galvanoplastia.

Proponer un sistema automtico para una planta piloto de

galvanoplastia.

Argumentar la propuesta y el equipo a utilizar en ella.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

El proceso de galvanoplastia consiste en recubrir un material con una capa

metlica haciendo pasar una corriente elctrica a travs de una solucin de sales

metlicas llamadas electrolitos. Proceso tambin conocido como electrlisis.

Los metales que comnmente se utilizan para estos procesos son: Plata,

nquel, cobre, cromo y zinc. Su operacin manual implica el riesgo de entrar en

contacto con estos materiales, sin mencionar la temperatura y la corriente necesaria

para llevar a cabo dicho proceso.

Actualmente, en la Escuela Superior de Ingeniera Qumica e Industrias

Extractivas (ESIQIE-IPN) existe una planta piloto de este proceso que teniendo una

operacin incomoda, y al tener que ser operada manualmente, las posibilidades de

sufrir un accidente son altas. Esta tesis, beneficiar a alumnos y profesores para que

la operacin resulte segura, debido a que las dimensiones de la planta y la ubicacin

de los tableros de control hacen necesaria la utilizacin de un banco para alcanzar

los botones, por otra parte al hacer uso del banco es necesario para el operario

P R O T O C O L O D E T E S I S | 2

extender los brazos por encima de los tanques del proceso en caso que se tenga que

realizar un paro de emergencia o cambios en el proceso, como temperatura o

agitacin.

Los operarios en este caso son alumnos y profesores, los cuales cumplen con

prcticas de Laboratorio de Electroqumica, al estar operando la planta piloto para la

realizacin de las prcticas es necesario que utilicen guantes de hule, ya que hay que

introducir la pieza a la solucin y posteriormente retirarla, por lo que resulta peligroso

el estar en contacto con las soluciones electrolticas del proceso. Al estar en una

prctica, es de gran importancia entender y analizar el proceso, en este caso la

galvanoplastia. Los alumnos slo controlan el proceso mediante temperatura y

botones de arranque y paro, pero no pueden saber fsicamente qu es lo que pasa

dentro de los tanques, ya que estos se tapan y se monitorean continuamentepara

saber si el proceso ha terminado.

Existen procesos en los cuales el periodo de recubrimiento es muy extenso

como das o incluso semanas, en los cuales la planta se queda encendida y durante

la noche no se cuenta con un sistema de seguridad que permita apagar la planta en

caso de que algo no contemplado ocurriese.

JUSTIFICACIN.

Dentro de los procesos Electroqumicos, se manejan sustancias con distintas

propiedades que pueden ser dainas para el ser humano, ya sea por si solas,

haciendo una reaccin o mezclndolas para formar el electrolito.

Esta tesis propone los beneficios de la automatizacin a una planta piloto de

galvanoplastia para contar con una operacin segura, cmoda, eficiente y auxiliar en

las acciones de arranque y paro de la planta, monitoreo de variables como el nivel de

lquido en tanques, temperatura de las sustancias a utilizar, y en caso de alguna

condicin de operacin no establecida garantizar la seguridad del equipo y del

personal.

La intencin de este trabajo es actualizar dicho proceso utilizando la

automatizacin para hacer fcil el proceso de galvanoplastia de la planta, poniendo

todo el control del proceso en una interfaz HMI (por sus siglas en ingls Human

P R O T O C O L O D E T E S I S | 3

Machine Interfaz Interfaz hombre mquina) sin que el operario tenga necesidad de

cambiar constantemente de lugar, reduciendo los tiempos de operacin requeridos

para desplazarse de un lugar a otro. Lo importante, sin duda es que al estar en un

lugar apartado del proceso no se corre el riesgo de entrar en contacto con las

sustancias, esto no implica que se tengan que gastar recursos econmicos extras, ya

que al tener la seguridad del personal y del equipo estamos ahorrando en gastos tanto

de tiempo, dinero, e incluso procesos legales en los cuales se perderan recursos

humanos, materiales, y financieros. Para esto se elegir el equipo adecuado a las

necesidades de trabajo que exige el proceso, implicando gastos econmicos que se

justifican con la mejora de la operacin, una manera dinmica de estudiar y ejecutar

el proceso de galvanoplastia y principalmente el cuidado de la integridad de los

operarios, siendo el factor de mayor importancia.

ALCANCE.

Disear una propuesta de automatizacin para una planta de galvanoplastia

que consiste en:

1. proponer la instrumentacin adecuada.

2. Los diagramas de ingeniera a detalle para la instalacin de los

elementos de control, el diseo de la interfaz HMI contemplando las

caractersticas del proceso para la seleccin adecuada del equipo a

utilizar y de manera que sta seleccin sea econmica y eficiente.

3. Una cotizacin de la implementacin del sistema automtico para la

planta e ingeniera requerida para su implementacin.

4

CAPTULO I GALVANOPLASTIA Y PLANTA

PILOTO DE GALVANOPLASTIA.

En este captulo se describe el proceso de Galvanoplasta, as como los elementos

requeridos para realizar los recubrimientos como; tipos de soluciones, materiales con

los que se puede galvanizar y las caractersticas de la planta de galvanizado.

C A P T U L O 1 | 5

1.1 DEFINICIN DE PLANTA PILOTO.

Se define como Planta Piloto al proceso que consiste en partes especficas

ensambladas que operan como un todo con la finalidad de reproducir, a escala menor,

procesos productivos. En estos procesos intervienen fenmenos, simples o

complejos, de inters para las ingenieras, permitiendo el anlisis de las interacciones

presentes en operaciones tales como la termodinmica, el flujo de fluidos, la

transferencia de masa y energa, las reacciones qumicas, la biotecnologa, el control

de procesos, entre otras. Tambin facilita la posterior operacin y aplicacin a nivel

industrial o en algn rea de trabajo determinada: sirve adems para la confrontacin

de la teora (modelos) con la prctica y la experimentacin en las reas del

conocimiento ya mencionadas (Baasel. 1990). El uso de plantas de proceso a escala

piloto tiene como propsitos principales:

Predecir el comportamiento de una planta a nivel industrial, operando la planta

piloto a condiciones similares a las esperadas. En este caso los datos

obtenidos sern la base para el diseo de la planta industrial.

Estudiar el comportamiento de plantas industriales ya construidas, en donde la

planta piloto es una rplica y estar sujeta a condiciones de operacin previstas

para la planta industrial. En este caso a la planta piloto se le llama modelo y

tiene como funcin principal mostrar los efectos de los cambios en las

condiciones de operacin de manera ms rpida y econmica que si se

realizaran en la planta original.

La finalidad de utilizar una planta piloto en la enseanza de las ingenieras es

llevar a cabo prcticas que ayuden a la interaccin de los alumnos y profesores con

el proceso. Las simulaciones de trabajo permiten desarrollar habilidades como la toma

de decisiones, el trabajo en equipo, el manejo y la manipulacin de variables,

resolucin de problemas, creatividad y la comprensin del proceso.

C A P T U L O 1 | 6

1.2 DEFINICIN DE GALVANOPLASTIA.

La denominacin de recubrimientos electrolticos es usualmente empleada

para designar a depsitos adherentes obtenidos por formacin catdica. Este ramo

industrial es de suma importancia para las industrias automotriz, joyera, electrnica,

electrodomsticos, herrajes, entre otros.

Los recubrimientos electrolticos son consecuencia de los procesos de

descomposicin de ciertos productos qumicos por medio de la corriente elctrica.

Estos productos poseen caractersticas qumicas especficas debido a que son

sustancias complejas que contienen elementos en proporciones ponderables bien

definidas. Las propiedades presentadas son muy diferentes a las de sus

constituyentes originales.

Los productos qumicos descompuestos, tambin conocidos como

electrodepsitos constituyen recubrimientos relativamente delgados e idneos para

usos decorativos y/o servicios de proteccin. Estos recubrimientos se adhieren

firmemente al metal base e incorporan la consistencia necesaria al producto acabado,

dndole a la superficie las propiedades fsicas propias del metal depositado.

El proceso de la electrodeposicin de metales consiste, en la descarga de un

metal sobre un electrodo llamado ctodo, en contacto con una disolucin-electrlito

conteniendo primordialmente iones de ese metal, por el paso de la corriente elctrica

continua, al mismo tiempo que en otro electrodo denominado nodo se produce la

parcial disolucin del metal.

Los iones del metal a depositar pueden estar en la disolucin-electrlito en

forma de iones simples, como es el caso de los iones Ni2+ o Cu2+, presentes en un

bao de niquelar y cobrear, respectivamente, o bien pueden estar en forma de iones

complejos, como es el caso de los iones tricianocuprato(I) [CU(CN)3]2- o

tetracianocincato [Zn(CN)4]2-, presentes en baos de cobrizado alcalinocianurados y

en baos de cincado alcalino-cianurados, respectivamente.

C A P T U L O 1 | 7

En electrlitos cidos simples, el in metlico (catin) est rodeado por una

envoltura de hidratacin, como ocurre, por ejemplo, para el in Cu2+, presente en un

electrlito cido, el cual est como solvato, con cuatro molculas de agua:

Cu2+ (H2O)4.

Cualquiera que sea la forma inica bajo la cual se hallen presentes los iones

metlicos, cuando se aplica un potencial a los dos electrodos sumergidos en la

disolucin electrlito, los iones cargados elctricamente migran hacia uno de los dos

electrodos: los iones metlicos cargados positivamente (cationes) se dirigen hacia el

electrodo negativo (ctodo) y los iones cargados negativamente (aniones) se mueven

hacia el electrodo positivo (nodo), transportando de este modo la corriente elctrica

dentro de la celda.

En estos electrodos, positivo y negativo, y por el paso de la corriente, se

producen fenmenos electroqumicos de oxidacin y reduccin: el primero en el

nodo y el segundo en el ctodo, ligados ambos fenmenos a una variacin de la

valencia, es decir, del nmero de electrones-valencia libres.

As, en el caso del nquel, este metal, en el nodo, cede dos electrones y pasa

al estado inico:

Cu0 Cu2++ 2e

Y, a su vez, en el ctodo, el in nquel de la solucin toma dos electrones y

pasa al estado de tomo metlico neutro, depositndose all:

Cu2+ + 2e Cu0

Junto a este esquema sencillo, se producen en esos electrodos una serie de

fenmenos ms complicados, ligados a la existencia de la doble capa elctrica en la

interface electrodo electrolito, en donde intervienen la polarizacin, la sobretensin,

la difusin, etc.

.

C A P T U L O 1 | 8

Generalmente la corriente elctrica aplicada a los electrodos es alimentada por

una fuente de corriente continua. El voltaje aplicado debe producir una circulacin de

corriente, la cual se expresa en Amperes [A]. En la figura 1.1 se muestran los

componentes de un sistema electroqumico.

FIGURA 1.1 ESQUEMA DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA.

La galvanoplastia fue descubierta por un discpulo de Volta, Brugnatelli, en

1807, que fue el primero en obtener depsitos de oro o plata utilizando una pila. Pero

su creacin real corresponde a los trabajos del fsico ruso H. Jacobi hacia 18371 .

1.3 USOS DE LA GALVANOPLASTIA.

En la industria de la galvanoplastia se efecta un depsito especfico sobre

piezas metlicas con el fin de otorgarles un acabado cuyo proposito depender del

uso al que sean destinada.

Este proceso tiene como finalidad modificar las propiedades de la superficie de

los metales base la cual puede estar asociada a motivos decorativos o funcionales

pudiendo ser:

Aumentar la resistencia a la corrosin.

1 Blum, William. Galvanotecnia y galvanoplastia: C.E.C.S.A.

C A P T U L O 1 | 9

Aumentar la resistencia al paso de una sustancia.

Incrementar la resistencia a la friccin.

Obtener propiedades elctricas y magnticas.

Mejora la apariencia.

La corrosin, es un fenmeno natural que provoca el deterioro de los metales

y de sus propiedades qumicas y fsicas. Debido a esto, el uso de recubrimientos

protectores contra la corrosin ha tenido un incremento considerable en los ltimos

aos.

Un ejemplo de tipo de recubrimiento muy utilizado por su bajo costo y dado que

proporciona una proteccin adecuada contra la corrosin, en condiciones

atmosfricas normales, es el proceso que se le conoce como galvanizado. Los

recubrimientos de cinc en acero, representan el mercado ms grande en cuanto a

recubrimientos protectores, siendo la industria automotriz la principal consumidora.

Debido a las mayores exigencias de resistencia a la corrosin y a las normas

ecolgicas, cada vez ms estrictas, los recubrimientos de cinc puro, estn siendo

reemplazados por sus aleaciones (zinc-hierro, zinc-nquel, zinc-cobalto).

1.4 LEY DE FARADAY.

Faraday (1883) conecto un ampermetro en el circuito de una celda electroltica para

medir la corriente elctrica [I], y pes la cantidad M de la sustancia depositada en los

electrodos en un tiempo [t]. De ese modo conoci la cantidad de energa elctrica que

haba pasado a travs de la disolucin y la masa de la sustancia producida. Con estos

datos estableci dos leyes:

Primera ley de Faraday.

La masa de una sustancia desprendida o depositada en los electrodos es

directamente proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado a travs de la

disolucin electroltica.

C A P T U L O 1 | 10

Segunda ley de Faraday.

Las cantidades de diferentes sustancias producidas por la misma cantidad de

electricidad son directamente proporcionales a los equivalentes qumicos de dichas

sustancias. El equivalente qumico es el peso de un producto al dividir su peso

molecular entre el nmero de electrones que intercambia en la reaccin de oxido-

reduccin.

Con estos conocimientos puede definirse ahora la electrlisis de un modo ms

general como el fenmeno en virtud del cual tienen lugar transformaciones qumicas

motivadas por la emigracin y descarga inicas de acuerdo con las leyes de Faraday

cuando se hace pasar una cantidad de electricidad (Q=IT) igual a 96, se obtiene como

producto un equivalente qumico de la sustancia en cuestin. A esta cantidad de

electricidad se le conoce como la constante de Faraday.

De las 2 leyes resulta que el peso M de una sustancia depositada en un

electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad (I t) y al peso equivalente, que

se expresan en la ecuacin 1.1.

=

. .

Dnde

= .

= .

= 96 /.

= .

Otro de los aspectos importantes a considerar es el rea de la pieza a recubrir,

para eso se utiliza la frmula de densidad (ecuacin 1.2):

=

. .

Dnde

=

=

C A P T U L O 1 | 11

1.5 TIPOS DE SUSTANCIAS UTILIZADAS.

La primera etapa del Proceso de galvanoplastia es la limpieza del material a

recubrir, esta limpieza cuando es mecnica, no es necesario utilizar mezclas de

sustancias, slo se utiliza agua pasta Si la pieza a galvanizar tiene grasa, es necesario

un desengrase qumico que elimina no solamente las grasas y aceites, tambin

separa con facilidad de la superficie a tratar el polvo, partculas metlicas, sales

procedentes de los tratamientos trmicos y huellas procedentes de su manipulacin

anterior.

1.5.1 DESENGRASANTES.

El procedimiento de este tipo de desengrase es sumergir la pieza en una

solucin alcalina, dnde la grasa se saponifica, y de este modo la grasa y la suciedad

son eliminadas de la pieza y se retiran los residuos con enjuagues sucesivos de agua.

Las soluciones alcalinas desengrasantes ms utilizadas en la industria se

describen a continuacin.

SOSA CUSTICA (Hidrxido de sodio (NaOH).

Es una de las sustancias ms utilizadas por su poder de saponificacin2, posee

una gran accin espumeante debido a su alta viscosidad. Su inconveniente es que

presenta una eliminacin difcil, por lo que exige largo tiempo de enjuague. Por otra

parte su utilizacin est limitada, por su gran alcalinidad, ya que con exposiciones

prolongadas de la pieza pueden fragilizarla.

POTASA CUSTICA (Hidrxido potsico, KOH).

Es utilizado con menor frecuencia en comparacin a la sosa custica, esto

debido a su costo elevado. Sin embargo posee una conductividad elctrica alta,

aspecto a tomar en cuenta cuando el desengrasado se aplica electrolticamente.

2 Que convierte un cuerpo graso en pasta soluble en agua.

C A P T U L O 1 | 12

FOSFATO TRISDICO (Na3PO4 x 12H2O o Na3PO4 anhidro).

Posee un excelente poder emulsionante y humectante, al propio tiempo que

ejerce un buen poder de saponificacin.

METASILICATO SDICO (Na2SiO3 x H2O).

Este compuesto posee una marcada accin humectante, emulsionante y

saponificante3. Elimina el ataque en medio alcalino de los metales que perturban el

proceso tal cmo aluminio y cinc.

CARBONATO SDICO (Na2CO3).

Este compuesto posee propiedades burbujeantes y detergentes dbiles, pero

es barato, es fcil de eliminar por enjuague simple y desempea un papel importante

cuando se desea que el medio desengrasante tenga un menor valor de PH que el que

se obtiene al usar fosfato trisdico o metasilcato sdico.

FOSFATO TRISDICO (Na3PO4 12H2O o Na3PO4

anhidro).

Posee un excelente poder emulsionante y humectante, al mismo tiempo que

ejerce una buena accin defloculante4. Es, adems, un buen tampn5, manteniendo

un pH, comprendido entre el que genera el metasilicato sdico y el del carbonato

sdico.

METASILICATO SDICO (Na2SiO3 H2O).

Posee una marcada accin humectante y emulsionante, al propio tiempo que

un buen poder saponificante y defloculante. Tambin, acta como tampn, dando un

pH superior al del fosfato y carbonato, y es un buen inhibidor al ataque en medio

alcalino sobre metales anfteros, como aluminio y cinc.

3 Termino derivado de Saponificacin 4 Es un aditivo que causa una dispersin ms estabilizada y evita que se aglomeren las partculas finas, mantenindolas en suspensin. 5 Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolucin frente a la adicin de cantidades relativamente pequeas de cidos o bases fuertes.

C A P T U L O 1 | 13

TETRABORATO SDICO (Brax, Na2B4O7 10H2O).

Es un agente desengrasante de accin dbil, utilizado especialmente para

metales muy sensibles a los agentes alcalinos fuertes.

PIROFOSFATO SDICO (Na4P2O7).

Es un emulsionante activo. Utilizado especialmente para la limpieza de metales

sensibles a los lcalis, como el aluminio. Se utiliza tambien combinado con

compuestos alcalinos como sosa y metasilicato.

CIDO ETILENDIAMINOTETRA ACTICO (EDTA) Y SU SAL

DISDICA (EDTA Na2).

Se utilizan como desengrasante de metales debido a su capacidad para

disolver compuestos como carbonatos, xidos o sulfatos.

GLUCONATO SDICO (CH2OH(CHO)4COONa).

Esta sal forma complejos con el manganeso, hierro, nquel, aluminio, cobre y

magnesio. El poder secuestrante6 del gluconato es mayor mientras ms elevado sea

el pH. En disoluciones neutras secuestra al aluminio, nquel, cinc y hierro. Por otra

parte, el gluconato es un catalizador7 de la saponificacin, y al mismo tiempo un

poderoso desoxidante.

1.5.2 BAOS ELECTROLITICOS.

Para el proceso de recubrimiento se utiliza diferentes sustancias en solucin

acuosa dependiendo del metal a recubrir, as como el tipo de recubrimiento. A

continuacin se enlistan algunos tipos de recubrimientos, y soluciones electrolticas o

baos ms utilizados.

6 Fija o compleja los iones metlicos entre ellos el Ca2 y Mg2+ del agua y otros iones de metales pesados, dando compuestos solubles en agua y evitando de esta forma que dichos iones metlicos reaccionen con la suciedad y produzcan compuestos insolubles . 7 Que aumenta la velocidad de una Reaccin Qumica.

C A P T U L O 1 | 14

DEPSITO DE COBRE.

Bao de cobre cido:

Sus componentes fundamentales son:

Sulfato de cobre (CuSO4 x 5H2O).

cido sulfrico (H2SO4).

La sal proporciona los iones de metal y el cido reduce la resistividad,

disminuye la concentracin del ion metlico, aumenta la corrosin del nodo y evita

la precipitacin de sales cuprosas o cpricas.

Bao de cobre alcalino cianurado:

Existen dos composiciones esenciales que pueden utilizarse:

Cianuro de potasio y cobre (CuCN x 2KCN).

Cianuro de sodio y cobre (CuCN x 2NaCN).

En estas formulaciones el cianuro de cobre tiene mayor estabilidad que el sulfato de

cobre.

DEPSITO DE NQUEL.

Solucin Watts:

Permite la obtencin de depsitos de buena coloracin y brillo, las sustancias

utilizadas son:

Sulfato de nquel.

Cloruro de nquel.

cido brico.

C A P T U L O 1 | 15

Nquel brillante:

Contiene agentes de adicin que modifican el crecimiento del depsito de

nquel para producir superficies completamente brillantes que pueden recibir depsito

de cromo sin necesidad de pulido previo.

Las sustancias utilizadas son:

Sulfato de nquel.

Cloruro de nquel.

cido brico.

Abrillantador primario.

Abrillantador secundario.

Los abrillantadores primarios ejercen un efecto enrgico sobre el brillo, la

dureza y tensiones internas del depsito.

Los abrillantadores secundarios: tienen un efecto abrillantador ms ligero

cuando se utilizan solos y se utilizan para reducir tensiones internas en la capa

metlica producidas por los abrillantadores primarios.

Nquel mate:

Produce una pelcula uniformemente satinada sobre metales base como

acero, cobre y latn.

Se obtiene una estructura del depsito fino y uniforme en todas las reas.

Las sustancias usadas son:

Sulfato de nquel.

Cloruro de nquel.

cido brico.

Abrillantador primario.

Abrillantador secundario.

C A P T U L O 1 | 16

DEPSITO DE CROMO.

Las sustancias utilizadas son:

Acido crmico.

cido sulfrico.

Agua.

1.6 PARAMETROS PRACTICOS INFLUYENTES EN EL

PROCESO DE GALVANOPLASTIA.

Existen una serie de factores que de un modo directo o indirecto influyen en las

caractersticas finales del electrodepsitos obtenido.

Los parmetros prcticos relacionados con estos factores, que permiten

controlar el proceso de galvanoplastia en las diversas etapas del mismo y modificar

en mayor o menor cuanta la estructura del recubrimiento metlico son:

DENSIDAD DE CORRIENTE ELCTRICA.

Este parmetro es decisivo en la galvanoplastia, es muy utilizado en la prctica

para modificar y controlar la estructura del electrodepsitos en formacin. Las

corrientes bajas significan una velocidad de electrodeposicin lenta. 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 desprendimientos del

material con el que se galvanizar.

Rebasando ciertos lmites, que varan con la naturaleza del bao y con la

temperatura, la velocidad de crecimiento aumenta tanto especialmente en ciertos

lugares del cristal, que el electrodepsitos obtenido se convierte en rugoso, en

dendrtico o incluso en esponjoso o pulverulento y finalmente, si la densidad de

corriente se incrementa demasiado, se producirn depsitos quemados debido al

C A P T U L O 1 | 17

desprendimiento simultaneo de gas en los materiales por los que circula la corriente,

todos estos indeseables.

TEMPERATURA.

Es tambin un factor importante en el proceso de galvanoplastia. Un aumento

en la temperatura favorece la difusin de la especie inica hacia el electrodo.

Por otra parte, permite aumentar la densidad de corriente. Todo ello lleva

consigo un aumento de la movilidad de los iones metlicos, y una disminucin de la

viscosidad, con un mayor reaprovisionamiento de la zona catdica, dando lugar a la

formacin de electrodepsitos de grano fino y brillante, sin llegar a la obtencin de

recubrimientos arborescentes (dendrticos) o esponjosos. Adems, la temperatura

permite eliminar los gases en el ctodo de manera eficiente, disminuyendo la

absorcin que producen depsitos frgiles con tendencia a desquebrajarse como

sucede con el hierro, nquel, y cobalto.

Cuando el aumento de temperatura no va acompaado del aumento de la

densidad de corriente, el efecto de este se traduce en aumentar el tamao de los

cristales, como consecuencia de la disminucin de la polarizacin.

CONCENTRACIN DE IONES HIDRGENO (pH).

Este parmetro es muy importante cuando el metal a depositar es

electronegativo, pues entonces ele electrolito debe contener suficientes iones H+ para

evitar la formacin de hidratos y sales bsicas poco solubles, y al propio tiempo, no

debe contener tantos iones H+ que haga posible su descarga en el ctodo. 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 conveniente para

conseguir en los depsitos un fin determinado, la medida de este nos indica que es

demasiado alto o bajo, es preciso regular el contenido en iones H+. Para esta

regulacin se acostumbra emplear sustancias que actan como tampones

C A P T U L O 1 | 18

(reguladores de pH) constituidos por cidos muy poco disociados (por ejemplo cido

brico en los electrolitos de niquelado), o bien cidos dbiles y sus sales o bases

dbiles y su sal.

NATURALEZA Y ESTADO SUPERFICIAL DEL CTODO

(METAL-BASE).

La naturaleza del ctodo (metal-base) reviste una gran importancia, pues no

todos los recubrimientos metlicos se pueden depositar sobre cualquier metal-base,

si este no es el idneo, el electrodepsito podra depositarse de manera imperfecta o

bien se desprender posteriormente al menor golpe o tensin.

El estado de la superficie del ctodo (metal-base) tambin es muy importante,

pues la estructura que posea influir decisivamente en la electrocristalizacin.

Por ltimo, cabe indicar que, junto al estado superficial inherente, es importante

el estado de limpieza de ese ctodo, o dicho de otro modo, es esencial el estado

activo en que se encuentre, pues de l depender el correcto anclaje del

electrodepsito y, en parte, tambin la correcta construccin de la red cristalina.

CONCENTRACIN INICA.

La composicin ms conveniente del electrolito ser aquella que posea pocos

iones metlicos a depositar y muchas molculas no disociadas dispuestas a

disociarse rpidamente, liberando los iones metlicos que sustituirn a los que

desaparezcan de la pelcula liquida catdica durante la deposicin. El nodo, al ser el

metal que se quiere recubrir cumple la tarea de disolverse para proveer de iones

metlicos que sern depositados.

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.

C A P T U L O 1 | 19

AGITACIN DEL ELECTROLITO.

La agitacin favorece los cambios entre la zona catdica y el resto del

electrolito. Al modificar la capa de difusin disminuye la polaridad por concentracin,

lo que produce recubrimientos uniformes. Adems permite el aumento de la densidad

de corriente, sin que este aumento provoque la obtencin de electrodepsitos

dendrticos o esponjosos.

AGENTES DE ADICIN.

Se llama de esta forma a aquellos compuestos de naturaleza inorgnica u

orgnica que, adicionados al electrolito en cantidades generalmente muy pequeas,

modifican la textura cristalina del electrodepsito en cualquier etapa del proceso.

Estos agentes de adicin pueden cumplir misiones diferentes, influyendo sobre

diferentes factores que afectan al proceso.

Se denominan abrillantadores cuando al ser absorbidos irreversiblemente en

puntos de baja sobretensin influyen en el crecimiento del cristalino, modificando el

grano o bien orientando las caras cristalinas en una direccin determinada.

Se llaman nivelantes cuando al ser absorbidos irreversiblemente en puntos de

densidad de corriente elevada, inhiben ele crecimiento en las puntas, dando ms

velocidad al crecimiento en los valles del cristal.

Se llaman humectantes cuando su misin consiste en mojar la superficie

catdica, reduciendo la tensin superficial en las burbujas de hidrogeno y facilitando

su desprendimiento de esa superficie catdica.

Se llaman agentes disminuidores de tensiones internas o agentes ductilizantes

cuando dichos compuestos, al ocluirse o absorberse selectivamente en el

electrodepsito, disminuyen o suprimen las tensiones internas asociadas a ciertos

tipos de crecimiento cristalino.

C A P T U L O 1 | 20

PASIVIDAD ANDICA.

En el nodo tambin es posible la produccin de polarizacin debido a la

formacin de pelculas poco conductoras originadas por reaccin qumica. Cuando el

nodo deja de disolverse como consecuencia de estas reacciones, se dice que se ha

pasivado.

Se han establecido numerosas teoras para explicar este interesante

fenmeno, y dominan entre ellas la teora oxdica y la oxignica. Los partidarios de la

primera admiten que el metal se recubre de una capa de xido protector,

anlogamente a lo que sucede con el aluminio, tan distinto de los metales nobles.

Los partidarios de la segunda teora pretenden que el revestimiento es de

oxgeno, el cual es retenido por la superficie, pero sin llegar a formar xido, y objetan

contra la primera teora el no haber podido demostrar en muchos casos la existencia

de esta capa de xido y el ser inverosmil su insolubilidad en cidos, pero se olvida

que por tratarse de una capa constituida por escaso nmero de molculas

superpuestas, o quiz una capa monomolecular, las condiciones de formacin del

xido son muy distintas de las que rigen en una formacin qumica corriente, pudiendo

formarse, contrariamente a este caso, capas de xido muy denso, adherente y poco

poroso. De cualquier manera, el caso es que la posibilidad de un gran

desprendimiento de oxgeno en el nodo y, por consiguiente, una gran densidad de

corriente andica es una de las causas ms frecuentes de la pasividad del mismo y

que los metales puros son los que ms tendencia tienen a la pasividad al permitir la

continuidad de la capa protectora.

Dado lo anterior, algunos metales, sometidos a determinados tratamientos o

mezclados con otras sustancias, se disuelven con mucha ms facilidad en el bao

electroltico que el metal puro. Otro factor que dificulta la pasividad y que, por

consiguiente, vuelve al nodo activo, es decir, facilita su disolucin, es la existencia

en el bao de aniones de escaso volumen atmico, que al facilitar su difusin a travs

de los pocos poros de la superficie protectora puedan efectuar un trabajo de

disolucin del metal, siempre que las sales formadas sean solubles en las condiciones

del bao.

C A P T U L O 1 | 21

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.

Cuando en un punto del ctodo, que se halla ms cerca del nodo que otros,

se reduce la distancia y por consecuente la resistencia en el electrolito, 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. 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 (A/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 de la corriente en el bao es llamado distribucin de corriente. Esto

quiere decir, que las reas huecas reciben un depsito ms delgado que en las partes

prominentes como se muestra en la figura 1.2.

C A P T U L O 1 | 22

FIGURA 1.2 DEPSITOS EN SUPERFICIES.

1.7 PROCESOS EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA.

PRETRATAMIENTOS SUPERFICIALES.

Esta etapa involucra los primeros baos qumicos, en los cuales el objetivo es

acondicionar la superficie quitndole las grasas, y tratndola para tener una superficie

que acepte correctamente las capas del metal de recubrimiento. Dentro de las etapas

a considerar se encuentran: desengrase, decapado o electro-pulido y desoxidado.

A) DESENGRASE.

Esta etapa tiene por objeto eliminar los aceites y grasas de la superficie, a fin

de que no interfieran en las etapas siguientes, las soluciones utilizadas son

normalmente alcalinas. Dependiendo del tipo de acabado se escogen soluciones leve

o fuertemente alcalinas. Este proceso necesariamente debe ser seguido de enjuague

para remover la solucin desengrasante.

C A P T U L O 1 | 23

B) DESENGRASE POR INVERSIN PERIDICA DE LA

CORRIENTE.

Las piezas a desengrasar actan durante cortos espacios de tiempo como

ctodo y como nodo. Se emplea generalmente para eliminar las manchas como el

xido y la cascarilla de los metales ferrosos, se lleva a cabo con disoluciones

alcalinas, mediante este procedimiento se elimina los xidos que recubren la

superficie metlica sin riesgo de que se produzca ataque qumico o que se desarrollen

manchas.

ENJUAGUE.

El enjuague es una de las etapas ms importantes en la galvanoplastia, en

algunos casos se descuidad u olvida, y ello tiene consecuencias posteriores en forma

de contaminacin de los baos electrolticos de deposicin metlica, falta de

adherencia del recubrimiento metlico y manchas en el mismo e incluso prdida del

brillo.

La operacin del enjuague se realiza no solamente entre las operaciones del

desengrasado qumico o electroltico, entre las operaciones del pulido qumico o

electroltico o del decapado, sino que tambin se emplea despus del correspondiente

tratamiento de electrodeposicin metlica, sea de un solo metal o de un sistema de

metales como cobre-nquel, nquel-cromo l cobre-nquel-cromo.

Formas de realizar el enjuague.

Enjuague simple por inmersin.

Enjuague mltiple (en cascada).

Enjuague por rociado.

Enjuague por rociado y por niebla.

ELECTRODEPOSICIN.

El acabado de los metales es el nombre por el que se conoce a una serie de

procesos que se realizan para modificar las propiedades superficiales de un metal

mediante la aplicacin de una o varias capas de otros metales o aleaciones de

metales. En sus orgenes, esta tcnica estaba basada con el propsito de aumentar

C A P T U L O 1 | 24

el valor de un artculo mejorando su apariencia, sin embargo actualmente un 40% de

la produccin mundial de acero se emplea en reponer el destruido por corrosin, por

lo que la tendencia actual en los tratamientos es buscar sistemas que aporten una

buena resistencia a la corrosin o unas propiedades mecnicas o fsicas particulares.

De forma general, se clasifican los diversos sistemas de tratamiento de

superficie en dos grandes grupos o familias:

a) Procesos de deposicin: La pieza se recubre con una o varias capas de

recubrimientos.

b) Proceso de conversin: se efecta una modificacin de la superficie de

la pieza sin el aporte de otro metal.

A su vez, ambos grupos se pueden subdividir en:

a) Procesos qumicos.

b) Procesos electrolticos.

Los principales procesos de deposicin qumica son:

Nquel qumico

Cobre qumico

Oro qumico

Plata qumica

Estao qumico

Proceso de conversin qumica se pueden dividir en:

Cromado (cinc, aluminio)

Pavonado (hierro, cobre, latn, plata, estao)

Fosfatado (hierro, aluminio, cinc)

Pulido qumico (cobre, latn, aluminio)

Procesos de conversin electroltica.

Anodizado (aluminio)

Electropulido (acero, acero inoxidable, latn, oro, plata, aluminio)

C A P T U L O 1 | 25

DEPOSICIN ELECTROLTICA.

Este proceso requiere de:

Una cuba o celda para contener el bao galvnico

El bao

Como mnimo dos electrodos: los nodos y los ctodos o piezas a

recubrir.

Una fuente de electricidad.

Equipo auxiliar que puede ser: sistemas de calefaccin y/o refrigeracin,

filtracin, agitacin mecnica o por aire, sistema de sujecin de las

piezas: bastidores, tambores, cestas.

BAO ELECTROLTICO.

Normalmente consiste en una mezcla de diversos compuestos qumicos que

de forma general contienen:

a) El ion metlico:

El metal a depositar est presente en la solucin en forma de sal simple o

compleja usndose en algunos casos ms de una sal. Normalmente en el caso de

metales comunes se utilizan concentraciones metlicas elevadas, para el caso de

metales preciosos, por su elevado coste, se tiende a usar procesos muy diluidos en

el metal a depositar.

b) Electrolito soporte:

Conjunto de sales que tienen como misin aportar al bao la mxima

conductividad elctrica. Generalmente actan tambin como estabilizadores del PH

y, en algunos casos, pueden tener adems un efecto beneficioso sobre la estructura

del depsito.

c) Agentes acomplejantes:

Se utilizan para diversos cometidos:

Mantener en solucin al metal a depositar, en valores de pH a los que en

condiciones normales este metal no es soluble.

C A P T U L O 1 | 26

Favorecer el poder de penetracin del bao conocido como poder cubriente o

poder de penetracion.

Facilitar la disolucin de los nodos.

Evitar la deposicin de otros metales presentes en el bao en forma de

impurezas y que su deposicin provocara una alteracin en las caractersticas

del depsito.

d) Aditivos orgnicos:

Se utilizan compuestos orgnicos relativamente en bajas concentraciones para

modificar la estructura y las propiedades del depsito, se pueden agrupar los aditivos

en los siguientes conceptos:

Abrillantadores8.

Agentes humectantes.

Agentes niveladores.

SECADO.

sta es la ltima operacin a la que son sometidas las piezas una vez

recubiertas con el metal deseado y convenientemente lavadas. Tiene por objeto evitar

el velado (aparicin de una capa nebulosa) y en algunos casos el parcial oxidado y el

manchado de las piezas tratadas. La eficacia del secado depender del tipo de pieza

a tratar, de la forma, peso y orientacin de esa pieza al salir del enjuague final y, por

ltimo del metal y naturaleza del recubrimiento metlico. Para secar las piezas o

artculos se han empleado en galvanoplastia los siguientes procedimientos:

Secado atmosfrico.

Secado por aire caliente.

Secado por chorro de aire forzado.

Secado por centrifugacin.

En la figura 1.3 se presenta un diagrama en el que se aprecia el proceso de

zincado, con todas las etapas que se requiere para galvanizar una pieza de lmina,

8 La plata es un abrillantador orgnico,

C A P T U L O 1 | 27

se observan los diferentes baos, las reaaciones qumicas y los desprendimientos de

elementos qumicos al estar galvanizando en un caso especfico de zincado.

FIGURA 1.3 PROCESO DE ZINCADO EN PLANTA DE GALVANOPLASTA.

En la figura 1.4 se muestra un proceso general de galvanizado, para cualquier

material, inciando desde el tratamiento de la pieza hasta la ltima etapa con que se

cuenta en la planta piloto de galvanoplasta que es el cromado.

C A P T U L O 1 | 28

FIGURA 1.3 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA.

29

CAPTULO II SITUACIN ACTUAL DE LA

PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA.

Este captulo trata sobre el estado actual de la planta, desde el levantamiento elctrico hasta el modo actual de operacin de la planta piloto. Se realizan diagramas para mostrar los elementos de la planta piloto y se describe cmo es que se lleva acabo el control de sus elementos.

C A P T U L O 2 | 30

30

2.1 DESCRIPCIN DE LA PLANTA PILOTO.

La planta se ubica en el laboratorio de Electroqumica en los laboratorios

ligeros, 25318 de la UPALM

El plano 2.1 ilustra el laboratorio que dispone de la planta piloto, mesas de

trabajo y equipos, tambin se muestran las medidas correspondientes para la planta

y el laboratorio. Se observan los tableros de control, las fuentes de alimentacin y las

cubas para los diferentes baos, tambin las cubas para los enjuagues.

CUBA

Se le llama cuba a los recipientes de plstico de la planta piloto, todos ellos cuentan

con una tapa del mismo material, mientras que las cubas de las estaciones de bao

galvanoplstico tienen 2 varillas de cobre por las cuales se hace circular la corriente

elctrica.

En la parte del proceso se tiene una cuba. Ambas se conectan a la terminal positiva

de la fuente de alimentacin; en la parte central se encuentran dos terminales

conectadas a la terminal negativa de la fuente de alimentacin, aqu se coloca una

barra de cobre en la que se cuelga el bastidor de la gra con la pieza que se quiere

recubrir en la figura 2.1 se muestra una imagen de una cuba para el proceso de

galvanoplasta.

FIGURA 2.1 DIAGRAMA DE UNA CUBA DE GALVANOPLASTA.

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ESTACIN 1 LIMPIEZA FRA.

Esta estacin est diseada para la etapa de lavado de las piezas. En el panel

de control se encuentran: Un temporizador, un botn para su activacin y

desactivacin y un foco indicador.

ESTACIN 2 LIMPIEZA CALIENTE.

Esta estacin tambin est diseada para la etapa de lavado. En el panel de

control se encuentra un temporizador, con su respectivo botn de encendido y

apagado, y el foco que indica cuando termina de operar. Adems cuenta con un

indicador de temperatura marca LAE, un botn para encender o apagar el calentador

de la estacin, uno para una bomba y otro para el compresor. Una luz indicadora de

nivel bajo en el tanque. En la parte del proceso, se tiene una cuba similar a la de la

estacin 1.

Cuando se requiere de una temperatura especfica durante la limpieza, se

enciende el calentador, este est conectado al controlador indicador de temperatura

el cual mantiene la temperatura de la solucin en un punto fijo, la temperatura que

requieren es programada en el controlador, asignando un Set-Point (punto de ajuste),

y para que el calentador pueda ser activado, debe estar encendida la bomba.

El compresor se enciende para agitar el contenido de las estaciones 2, 3, 4, 5,

y 6. Mientras que la tarea de las bombas es mantener el agua circulando por el

calentador, el filtro y la cuba.

En la figura 2.2 se muestra la parte del tablero correspondiente a la estacin 1

y 2.

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FIGURA 2.2 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 1 Y 2.

ESTACIONES 3, 4, 5 Y 6 BAO GALVANOPLSTICO.

En estas estaciones es donde se realiza el proceso de galvanoplastia, son

iguales entre s. Poseen un calentador, un filtro, una bomba para la recirculacin del

lquido, un control de temperatura e interruptores de nivel como permisivo para el

funcionamiento de la bomba a diferencia de la estacin 1, estas cuentan con un filtro.

El controlador de temperatura funciona de la misma manera como se explic en

Estacin 2 limpieza caliente

Las figuras 2.3 y 2.4 ilustran la parte del tablero de control para las estaciones

3, 4, 5 y 6.

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FIGURA 2.3 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 3 Y 4.

FIGURA 2.4 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 5 Y 6.

ESTACIONES 7 Y 8 BAO GALVANOPLSTICO 5 Y 6.

Estn diseadas para llevar a cabo la etapa de cromado, es similar a las

anteriores y cuenta con los mismos equipos. Durante el cromado se generan burbujas

que pueden afectar el rendimiento del recubrimiento, para evitar esta situacin se

agitan los tanques con la ayuda de un motor y un mecanismo de 1 barra, con el fin de

que la solucin electroltica este en contacto constante con la pieza a recubrir.

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FIGURA 2.5 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 7 Y 8.

ESTACIONES 9 Y 11 ENJUAGUE POR ROCO.

Estas estaciones se componen de un tanque, en la parte superior se tienen dos

boquillas conectadas al suministro de agua, en estas boquillas se tiene un bloque con

orificios, los cuales dan la caracterstica de rocio al chorro de agua.

No se cuenta con equipo involucrado en las estaciones de enjuague.

ESTACIONES 10 Y 12 ENJUAGUE BARRIL.

Estas estaciones simplemente son tanques que se llenan con agua y se

sumerge la pieza despus de salir de una de las etapas del proceso.

FUENTES DE ALIMENTACIN DE CD.

Las fuentes de alimentacin se encuentran en el centro del panel de control de

la planta, son 4 y cada una alimenta dos estaciones de la planta, tiene un interruptor,

un medidor de voltaje y de corriente, un restato para controlar ambas variables, se

puede observar como salen dos cables que alimentan los electrodos de las estaciones

correspondientes. Internamente las fuentes se componen de transformadores y

circuitos para rectificar la corriente alterna, tambin existe un restato en cada fuente

con el que se regula la intensidad de corriente para el bao.

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2.2 DTI Y EXPLICACIN DE LOS INSTRUMENTOS.

La figura 2.6 muestra la planta piloto de galvanoplastia, se pueden ver los

componentes de la planta sobre los cuales fue elaborado el diagrama de tubera e

instrumentacin (DTI) de la planta piloto de galvanoplastia, ilustrado en el plano 2.2.

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FIGURA 2.6 PARTES DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA

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La tabla 2.1 describe los equipos existentes dentro de la planta, en la primera

columna el nombre del equipo, la segunda columna hace referencia a la etiqueta (Tag)

de cada equipo presente, la tercera columna muestra el nmero de estacin dnde

est ubicado dicho elemento mientras que la cuarta columna muestra las

especificaciones tcnicas.

A continuacin se presenta una parte demostrativa de la tabla 2.1, para ver

todos los instrumentos y equipo consultar el anexo 1.

TABLA 2.1 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA.

Equipo Tag Estacin Especificaciones

Temporizador general KIC-000 Todas

Marca: Finder Modelo: 88.12..0.230..0002 Corriente: 8. Tensin mxima: 250 VAC. Rango: 0,005 s a 100 hrs.

Temporizador 1 KIC-001 Estacin 1:

Limpieza fra.

Marca: Omron Modelo: H3CA-A-306 Bobina: Tensin CA: 24 a 241 VCA. Frecuencia: 50/ 60 Hz. Potencia mxima: 2VA Tensin CD: 12 a 240 VCD Potencia mxima: 2W. Contactos: Corriente: 3A. Tensin: 250 VCA. Carga resistiva.

Tanque de lavado en fro TQ-001 Estacin 1:

Limpieza fra.

Altura: 48 cm. Largo: 36 cm. Ancho: 40 cm.

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2.3 OPERACIN EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA.

En esta seccin se describe la operacin de la planta piloto, utilizando como

ejemplo un proceso de cobrizado-cobrizado-niquelado-cromado, donde se realizan

los siguientes pasos:

RECEPCIN DE LA PIEZA.

Se recibe la pieza que se quiere someter al proceso de galvanizado,

generalmente se trata de placas de latn o hierro.

LIMPIEZA DE LA SUPERFICIE.

Esta etapa de proceso se lleva a cabo en las estaciones 1 y 2 de la planta piloto.

En la cuba de la estacin 1 se sumergen las piezas, ya sea en agua o en una

sustancia que facilite la eliminacin de impurezas.

La estacin 2 es similar a la primera estacin, Como se mencion

anteriormente, tiene integrado un calentador y se utiliza cuando se requiera de una

temperatura especfica para hacer la limpieza de la superficie. Los alumnos y

profesores revisan que el nivel de solucin en el tanque sea el necesario, de lo

contrario la bomba y el calentador no funcionarn.

PROCESO COBRIZADO-COBRIZADO-NIQUELADO-CROMADO.

Despus de darle tratamiento a la superficie de la pieza, contina el proceso

en las estaciones 3-8.

En las estaciones de bao galvanoplstico se corrobora el nivel de solucin en

la cuba con los interruptores de nivel que son un permisivo al arranque y paro de las

bombas, esto para protegerlas contra la operacin en vaco, lo cual las puede daar.

Un ejemplo de interruptores de nivel se tiene en la imagen 2.7.

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FIGURA 2.7 INTERRUPTORES DE NIVEL COMERCIALES.

Se tiene preparado un bao de cinc, en el que la pieza se recubre de este metal,

la pieza se conecta a la terminal negativa de la fuente, mientras que nodos de cinc

son conectados en las terminales positivas. La palca a recubrir se sumerge en el bao

de cinc y se pasa corriente a travs de ella,

Al termino de lo la ya mencionado, se traslada la pieza a cubrir a la estacin 4

y junto con un nodo de cobre se sumergen en el electrolito cido, que puede ser

Cu2SO4 o alguna otra solucin derivada del cobre con carcter acido.

Ya terminado el cobrizado en la estacin 4, la pieza es trasladada a la estacin

5 donde la pieza se somete de nuevo a cobrizado como en la estacin anterior. En

esta ocasin tambin se utiliza una solucin derivada del cobre, pero con carcter

bsico.

Al terminar en la estacin 5 se enjuaga la pieza a la estacin 9: enjuaga por

roco.

Ya enjuagada la pieza se lleva a la estacin 6 para el niquelado, En esta

estacin el electrolito es una solucin derivada del nquel y el nodo de nquel. Una

vez transcurrido el tiempo (ver figura 2.2) necesario para el niquelado se regresa a la

estacin 9 para el enjuague por roco.

La etapa final del proceso corresponde al cromado, que se lleva a cabo en las

estaciones 7 y 8, en esta etapa el nodo es de cromo y el electrolito es una solucin

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derivada del cromo. Se sumerge la pieza y posteriormente se ajusta la corriente por

el restato de campo 2 (ver figura 2.2), Se enciende el motor para agitar los tanques

y las burbujas que se produzcan no afecten el proceso.

Para finalizar, se enjuaga la pieza en la estacin 9 y posteriormente se somete

a un secado.

2.4 DESENGRASE POR INVERSIN PERIDICA (PR).

Este tipo de limpieza por lo regular va seguida de una pre-limpieza mecnica o

qumica.

El objetivo de esta limpieza es remover completamente toda la suciedad y

activar la superficie metlica de trabajo, esto se obtiene aplicando corriente inversa a

la solucin de electro-limpieza y convirtiendo la pieza de trabajo en nodo. El

desprendimiento de oxigeno generado lleva a cabo la reaccin de la grasa, mientras

que la corriente inversa ayuda a la remocin y de alguna pelcula metlica o partculas

metlicas no adherentes.

La inversin peridica de corriente se vena haciendo mediante un inversor

electromagntico temporizado que, de forma peridica, inverta la polaridad de la

corriente procedente de un rectificador. Mientras no se superan intensidades de

corriente de 2000 Amperes aproximadamente, dicho procedimiento de inversin es

satisfactorio, aunque se producen ruidos al conectar los contactores y eso provoca un

desgaste en la zona de dichos elementos.

Para eliminar estos inconvenientes, se introdujeron aparatos inversores

completamente estticos: En la figura 2.8 se muestra el inversor de polaridad, con el

que se lleva a cabo la limpieza fra y caliente, al invertir la polaridad, de andica a

catdica.

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FIGURA 2.8 INVERSOR DE POLARIDAD.

2.5 TABLERO DE ALIMENTACIN GENERAL Y

PROTECCIONES.

La planta de galvanoplastia cuenta con un tablero de protecciones e

interruptores para energizar los tableros y los elementos de cada tanque que se

pueden ver en la figura 2.9. Se observa que el tablero general para energizar la planta

piloto, cuenta con protecciones tipo termomagntico de diferentes capacidades,

siendo algunas monofsicas y otras trifsicas, las conexiones estn en buen estado,

pero para iniciar la planta hay que encender uno por uno cada interruptor trmico.

FIGURA 2.9 TABLERO DE PROTECCIONES Y ALIMENTACIN GENERAL.

Una representacin por partes para cada etapa de la planta de galvanoplastia

se muestra en la figura 2.10 dnde el tablero cuenta con un interruptor general, y las

protecciones por separado de diferentes capacidades para cada fase. Los elementos

que se tienen al final del diagrama son las etiquetas de cable, los cuales llegan a los

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tableros de control de cada estacin, y son identificados de acuerdo al tanque en que

se encuentran, 1L1, 1L2 y 1L3 para la cuba 1. 2L1, 2L2 y 2L3 para la cuba 2 etc.

FIGURA 2.10 ALIMENTACIN GENERAL DE LA PLANTA.

2.6 ALIMENTACIN DE TABLERO PARA ESTACIONES.

Se observa en la figura 2.11 un contacto del temporizador general (TG) que

est conectado a un relevador (KM1), el cual permite el paso de la alimentacin hacia

todo el tablero (1L1) y (N) mediante sus contactos, y a la salida se tendrn las

conexiones 15 y 14 las cuales sern la fase y el neutro respectivamente para los

elementos de control. Adicionalmente en la parte de la alimentacin se cuenta con un

transformador el cual reduce el voltaje a 12 VCA para dispositivos que trabajen a esos

niveles de voltaje, el transformador de igual manera cuenta con su etiqueta de salida

de 12 volts, que est identificado por los nmeros 8 y 9.

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FIGURA 2.11 ALIMENTACIN DE LOS TABLEROS DE CONTROL.

2.7 CONTROL DE ESTACIN DE LIMPIEZA FRA.

En esta estacin se cuentan con 2 botones pulsadores los cuales son de

enclave sostenido, partiendo de la alimentacin, descrita en la figura 2.12. No se

tienen interruptores de nivel, bomba y conexin al compresor para la agitacin, por lo

que es una estacin dnde se introduce la pieza y, por medio de un temporizador

cmo se observa en la figura 2.12, se mide el tiempo lmite del usuario para la limpieza

fra de la pieza. En esta parte del tablero, se tiene el botn de arranque y par del

extractor (figura 2.7), el cual absorbe gases que se desprenden por las reacciones

qumicas del proceso y que son dainos para las vas respiratorias de los usuarios, el

extractor inicia una vez que se presiona el botn del extractor, y no cuenta con ningn

tipo de relevador ya que el botn es de enclave sostenido. El extractor funciona para

las 8 estaciones de galvanizado.

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FIGURA 2.12 CONTROL DE LA ESTACIN DE LIMPIEZA FRA.

2.8 CONTROL DE LA ESTACIN DE LIMPIEZA CALIENTE

Y CUBAS DE BAO GALVANOPLASTICO.

En esta etapa del proceso el control (figura 2.13) ser el mismo para cada

tanque hasta las estaciones 7 y 8 que cuentan con un agitador mecnico.

La primera condicin que se tiene que cumplir es que el timer general no

termine el ciclo de conteo, posteriormente se debe tener un nivel alto en las cubas,

con esto podremos iniciar la bomba que observando el DTI (plano 2.3) se tiene una

por cuba, desde el enjuague caliente hasta la estacin 8. Una vez que se presiona el

botn de la bomba y el nivel alto se cumple, el calentador puede ser encendido. El

controlador de temperatura que se muestra en la figura 2.2 est alimentado por 12

volts de corriente alterna, provenientes del transformador del tablero de alimentacin

(figura 2.11) se ajusta de manera manual con la temperatura deseada, y este le

enviara la seal de control al calentador por medio de las terminales 41 y 42 (figura

2.14).

El botn de bomba de aire en la figura 2.13 corresponde al compresor. Como

se ha mencionado este hace una agitacin en los tanques de bao galvanoplstico y

de limpieza caliente. Es una ayuda para que la solucin electroltica tenga mayor

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cantidad de iones sueltos por los que puedan pasar los electrones y as galvanizar la

pieza en un menor tiempo.

FIGURA 2.13 CONTROL DE BAO CALIENTE Y ESTACIONES 3,4,5,6,7 Y 8 DE LA

PLANTA PILOTO.

FIGURA 2.14 SE MUESTRA EL DIAGRAMA ELCTRICO DEL CONTROLADOR Y LOS

ELEMENTOS DEL TABLERO DE CONTROL DE TANQUES 2 AL 6.

En la figura 2.15 se muestra el diagrama de control para los tanques 7 y 8, el

principio, es el mismo que para los tanques correspondientes a las etapas anteriores,

esta vez tambin se enciende una agitacin mecnica que se realiza por medio de un

motor y un acoplamiento mecnico entre el tanque y el motor, para cuando funcione

dicho motor, ambos tanques presenten un movimiento giratorio. El botn es nico y

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activa la agitacin en ambos tanques. Los botones de activacin son de accin

sostenida.

FIGURA 2.15 CONTROL DE TANQUES 8 Y 9.

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CAPITULO III PROPUESTA DE

ACTUALIZACIN PARA LA PLANTA PILOTO

DE GALVANOPLASTIA.

Se muestra la propuesta para el control de los elementos de la planta piloto de galvanoplastia, esta propuesta se fundamenta con diagramas elctricos y de instalacin. Se explica la lgica requerida para la programacin en el nuevo controlador y se propone el equipo a implementar.

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3.1 TIPOS DE INSTALACIONES DE GALVANOPLASTA.

Atendiendo a la forma de funcionar, las instalaciones galvnicas pueden

clasificarse en tres grupos:

Manuales

Semiautomticas

Automticas

Las instalaciones manuales son aquellas en las que las piezas a tratar son

manipuladas manualmente. Son las ms sencillas y econmicas y las de mayor

flexibilidad pues permiten todas las combinaciones posibles entre los diversos

procesos que se tengan instalados pudindose cubrir tambin cualquier espesor. Por

contra suelen ser las instalaciones que tienen mayor nmero de problemas de

funcionamiento de los procesos y mayor porcentaje de rechazos.

Las instalaciones semiautomticas son instalaciones en las que por el peso o

volumen de las piezas a tratar no sera posible su manipulacin manual por lo que se

utiliza algn sistema de transporte tipo polipasto o puente gra.

Las instalaciones automticas son aquellas son aquellas en las que las piezas

se mueven a lo largo de la instalacin por medio de elementos mecnicos

comandados a travs de un sistema programable.

Las ventajas ms importantes de las instalaciones automticas son:

Se necesita menor espacio.

Reduccin en las prdidas por arrastres.

Menor peligro de contaminacin de las soluciones.

Mejor calidad de recubrimiento.

Menor porcentaje de rechazos.

Reduccin en las necesidades de personal.

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