Trabajo Electrolisis

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Teoria de procesos de electrodeposicion

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PLANTAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniera y Ciencias Sociales y AdministrativasINGENIERA INDUSTRIALPLANTAS Y PROCESOS INDUSTRIALESTrabajo: Investigacin documental sobre la aplicacin de la electrolisis en los recubrimientos de materiales. Equipo: Industriales en formacin

ALUMNOBOLETA

Bastida Garca Uriel

Cante Contreras Aidee2014340219

Guerrero Snchez ngel de Jess2012600636

Martnez Nava Adrin Isaac 2014601103

Reyes casas Moiss Jess2014601533

Secuencia: 2IM41 Profesor. Hctor Snchez Solorzano.28-septiembre-2015

IntroduccinPLANTAS Y PROCESOS INDUSTRIALESINGENIERA INDUSTRIAL

15Investigacin documental: Recubrimiento Electroltico

Actualmente, la tcnica de recubrimiento electroltico o tambin llamada electrodeposicin tiene amplia aplicacin en los procesos productivos, pues son sumamente empleados los materiales con algn tipo de recubrimiento - cobrizado, niquelado, galvanizado, etc. - , esto con el objetivo de aumentar sus propiedades; proteger contra la corrosin; o bien por factores estticos.Por tal motivo, a lo largo del trabajo, se estudia el proceso de electrolisis o electrodeposicin, en el que un determinado metal se deposita en otro, debido al flujo de una corriente elctrica. Al inicio de este documento, se proporcionan al lector las bases tericas para garantizar el entendimiento del proceso de electrodeposicin y la compresin de los trminos utilizados en esta recopilacin documental.Posteriormente, ya en la parte de desarrollo del tema se muestra el diagrama de flujo de proceso, que ejemplifica de manera condensada, el paso a paso de la electrodeposicin. Adems de las variables (temperatura, intensidad de corriente, etc.), y las unidades (fuente de alimentacin, electrolito y nodo) de proceso que intervienen; as como un ejemplo en el que se desarrolla un balance de materia a un caso aplicado. A continuacin los integrantes del equipo generamos algunas recomendaciones tiles en un proceso de sencillo de electrodeposicin. Al final de este escrito, el lector podr encontrar las conclusiones a las que llego el equipo, producto de esta investigacin documental, adems de un glosario que contiene las palabras clave necesarias para la compresin de lo descrito a continuacin

Planteamiento del problemaEs importante que los estudiantes de ingeniera dimensionen la importancia de la electrodeposicin dentro de los procesos industriales. Pues hoy en da, podemos encontrar, en casa o el lugar de trabajo, una infinidad de productos (utensilios, herramientas, partes de autos, entre muchas otras piezas metlicas.) que han sido sometidos a este proceso con el objetivo de: Protegerlos contra la corrosin y el desgaste. Mejorar sus propiedades mecnicas. O simplemente como mero acabado decorativo (tal es el caso de las piezas cromadas).

La electrodeposicin es una tecnologa muy importante, debido a que permite recubrir materiales, baratos y muy accesibles, con capas de diferentes metales.

Figura 1.1 Esquema general de la tambin llamada: electrodeposicin.

Figura 1.2 Perforadora con acabado nquel brillante.

Figura 1.3 Vlvula de paso niquelada.

Figura 1.4 Recipiente niquelado.

Figura 1.5 Rin cromado para automvil.

Objetivo general Conocer y analizar el proceso industrial de electrodeposicin.

Objetivos particulares Entender las bases tericas de la electrodeposicin. Identificar las variables inherentes al proceso de la electrodeposicin. Elaborar un diagrama de flujo de proceso referente al proceso de electrodeposicin.

Marco tericoLa electrodeposicin es el mtodo de cubrir objetos con una pelcula fina de otro metal.

El principio que rige este fenmeno es la electrlisis, cuyo nombre procede de dos radicales, electro que hace referencia a electricidad y lisis que significa ruptura.

La electrodeposicin implica la reduccin (disminucin del estado de oxidacin; ganancia de electrones) de un compuesto metlico disuelto en agua y una deposicin del metal resultante sobre una superficie conductora.

En la electrodeposicin de metales, el xito de la operacin est en funcin del control de los fenmenos involucrados, por lo que es necesario mencionar los principios a los que se sujetan stos, ya que cualquier variacin en el proceso se ver reflejada de manera significativa en el resultado obtenido.

PRINCIPIOS DE ELECTROQUMICA: La Electroqumica es la ciencia que estudia el intercambio de energa qumica y elctrica que se produce por medio de una reaccin de xido-reduccin. La oxidacin es la prdida de electrones, mientras la reduccin es la ganancia de los mismos. Las reacciones de xido-reduccin (redox), son aquellas en donde hay una transferencia de uno o ms electrones.

Electrlisis es el nombre que recibe el proceso mediante el cual la energa elctrica se emplea para producir cambios qumicos; mediante una reaccin redox no espontnea, donde se hace pasar una corriente elctrica. Este proceso se lleva a cabo en un contenedor llamado celda o cuba electroltica.

Industrialmente es uno de los procesos ms empleados en diferentes reas, como por ejemplo en la obtencin de elementos a partir de compuestos (cloro, hidrgeno, oxgeno), la purificacin de metales (el mineral metlico se disuelve en cido, obtenindose por electrlisis el metal puro) o la realizacin de recubrimientos metlicos protectores y/o con fines decorativos, como es el caso del niquelado. A continuacin se menciona la definicin de algunos trminos empleados en el proceso de electrodeposicin: El electro-depsito es el depsito catdico obtenido por el paso de una corriente elctrica en una clula electroltica. Un electrodo es el componente de un circuito elctrico que conecta el cableado del circuito a un medio conductor (como un electrolito). El electrodo positivo es llamado nodo y el electrodo negativo es llamado ctodo. El electrolito es la sustancia inica que en solucin se descompone al pasar la corriente elctrica.

EL PROCESO ELECTROLTICO: El proceso electroltico consiste en hacer pasar una corriente elctrica a travs de un electrolito, entre dos electrodos conductores denominados nodo y ctodo. Donde los cambios ocurren en los electrodos.

Cuando conectamos los electrodos con una fuente de energa (generador de corriente directa), el electrodo que se une al polo positivo del generador es el nodo y el electrodo que se une al polo negativo del generador es el ctodo.

Figura 1.2 Elementos que intervienen en un proceso electroltico.

Para explicar las reacciones en los electrodos, se considerar al cloruro de sodio fundido, porque slo contiene dos tipos de iones. Se utilizan electrodos inertes; que significa que no reaccionan qumicamente con los iones sodio y cloruro.

Los iones de sodio (+) o cationes, son atrados hacia el electrodo negativo (Ctodo). El ctodo se hace negativo por la accin de la fuente que le bombea electrones.

Figura 1.3 Movimiento de los iones hacia los electrodos.

Los electrones del ctodo estn en un estado de elevada energa potencial. El ion sodio tiene carga positiva, esto significa que atrae electrones y que un electrn de un tomo de sodio tendra una menor energa potencial que un electrn del ctodo.

Por lo tanto los electrones del ctodo se desplazan hacia el catin, por diferencia de energa potencial. En el ctodo los iones de sodio se convierten en tomos de sodio por adicin de un electrn. Este es un cambio qumico y puede representarse con la siguiente ecuacin:Na+ + e- Na0

Este cambio qumico representa una ganancia de electrones, por lo tanto el sodio se redujo y pas a estado metlico, en consecuencia, el cambio qumico que siempre ocurre en el ctodo es de reduccin.

Por otro lado el cambio en el nodo puede expresarse en la siguiente ecuacin: 2Cl- Cl2 + 2e-

Los iones cloruro pierden electrones transformndose en tomos de cloro, los cuales a su vez forman molculas de cloro gaseoso. La reaccin andica siempre es de oxidacin.

Estas reacciones de electrodo se llaman semi-reacciones, y la reaccin global de la electrlisis del cloruro de sodio es:2Na+ + 2Cl- 2Na0 + Cl2

La naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado.

LEY DE FARADAY: Esta ley constituye el principio fundamental de la electrlisis. Con la ecuacin de esta ley se puede calcular la cantidad de metal que se ha corrodo o depositado uniformemente sobre otro, mediante un proceso electroqumico durante cierto tiempo, y se expresa en los siguientes enunciados:

La cantidad de cualquier elemento (radical o grupo de elementos) liberada ya sea en el ctodo o en el nodo durante la electrlisis, es proporcional a la cantidad de electricidad que atraviesa la solucin.

Figura 1.4 Frmula para calcular la cantidad de material depositado.

Las cantidades de elementos o radicales diferentes liberados por la misma cantidad de electricidad, son proporcionales a sus pesos equivalentes.

DEPSITOS ELECTROLTICOS MS COMUNES: A los revestimientos obtenidos a travs de un proceso de electrodeposicin, se les conoce como depsitos electrolticos. Estos, pueden estar compuestos de uno o ms elementos, cada uno de ellos sobre un metal base, segn la aplicacin que se desee.

A continuacin se muestra una tabla que incluye los revestimientos ms usados en la industria con su respectivo metal base:

NOMENCLATURA PARA ELECTRODEPSITOS: En Galvanotecnia existe una nomenclatura que resulta muy til cuando se requiere de la realizacin de varias pruebas, pues reduce el tiempo invertido en el registro de los datos, adems de facilitar la lectura de los mismos:

Figura 1.5 Simbolizacin de revestimientos en Galvanotecnia.

En donde: 1) Smbolo qumico del metal o elemen