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 elemento preferencial del revestimiento.2) Espesor del revestimiento metlico para procesos electrolticos; se expresa en micrmetros (m).3) Proceso de revestimiento, escrito entre parntesis y con nmero romano, que va de I a X. En este caso I, lo que indica un proceso electroltico. Los revestimientos ms comunes son:I. Depsito electroltico.II. Depsito qumico.III. Revestimiento por inmersin en metal fundido.IV. Revestimiento por metalizacin a pistola.V. Revestimiento por chapado.VI. Depsitos al vaco.

4) Smbolo qumico del metal o aleacin base, precedido de una lnea diagonal.

Desarrollo del temaDIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO: VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA ELECTRODEPOSICIN:

UNIDADES DE PROCESO: 1.- Fuente de alimentacin: Es un transformador que baja el voltaje de 380V, 220V o 110 a tenciones menores (0,1 a 12 v). Adems estos equipos poseen semI conductores que transforman lacorriente alterna(CA), en una o variascorrientes continuas(CC), que es la que se utilizan para esos procesos. Esta fuente debe tener, en lo posible, un sistema de regulacin de voltaje, puesto que cada proceso tiene un intervalo de tensin en el cual el resultado es ptimo. 2.- Electrolito: Es una solucin de sales metlicas, que sern las que servirn para comenzar el proceso entregando iones metlicos, que sern remplazados por el nodo.3.- nodo: Son placas de metal muy puro, puesto que la mayora de los procesos no resisten las contaminaciones. Cuando un ion entrega su tomo de metal en el ctodo, inmediatamente por otro lo remplaza, desprendindose del nodo y viajando hacia el ctodoEJEMPLO DE ELECTRODEPOSICIN: NIQUELADO.

Calculo de las proporciones o aditivos: Los aditivos y las proporciones de los mismos que una solucin requiere para un bao de nquel brillante estn tabulados para facilitar su consulta (tabla 2).

Las cantidades de aditivos de la solucin estn en funcin de la capacidad del tanque y del tipo de cuba.

Tabla 2. Proporciones para los aditivos.La fuente de alimentacin para el caso del niquelado y considerando la composicin de la cuba y de las piezas a niquelar el rango de voltaje va de 4 V a 10 V, cuya potencia depende de la temperatura de trabajo, el tipo de nodos utilizados, el tamao del ctodo, es decir, de la(s) pieza(s) a recubrir, as como de la distancia entre nodos y ctodos.Calculo de la potencia requerida: El clculo de la potencia necesaria debida al contenido de sales se realiza con ayuda de la siguiente frmula:

Dnde: PV = peso del volumen a calentar expresado en kilogramos (Kg); el cul es necesario calcular primero, ya que est en funcin de las siguientes variables:

Dnde: VS = volumen de la solucin expresado en litros (l) CS = concentracin de sales expresada en kilogramos por litro (kg / l) Pt = peso de la solucin contenida en el tanque, se expresa en litros (l) C = calor especfico del lquido. t = variacin de la temperatura existente entre la que debe alcanzar el electrolito menos la temperatura ambiente 22 C, expresada en (C). K = factor que determina la rapidez con la que se calienta la solucin. Es una constante de conversin, que normalmente su valor puede fijarse entre 0.1 y 1, siendo habitual fijarla a K = 3

La concentracin de sales fue la siguiente:Sulfato de nquel l g 220Cloruro de nquel l g 60cido brico l g 45C = sales CS = (.0 220 + .0 060 + .0 04)KG/LCS=O.325 KG/LVolumen de la solucin: Vs = 20 lEl peso de la solucin contenida en el tanque, para fines prcticos, se calcul como si todo el lquido fuera agua, es decir, su densidad es 1. Pt = 20kg Teniendo todas las variables necesarias, calculamos el peso del volumen a calentar: Pv= (Vs CS )+ PT Pv = [(20l)( .0 325kg / l)]+ 20kg Pv = 26.50kgEl calor especfico del lquido a calentar, tambin se tom como si el contenido fuese agua solamente, por lo que es igual a 1. C =1La temperatura del electrolito para el nquel se recomienda de 60 C TE = 60C La temperatura del medio ambiente se consider de 22 C T = 22C La variacin de la temperatura es: t = TE T t = (60 22)C t = 38CLa rapidez con la que se calienta la solucin es una constante de conversin, que vale K = 3.0 Finalmente, la potencia necesaria para calentar el electrolito fue: PW = PV C t K =PW=(26 50. )(1)(38)( 3.0 ) PW = 302.10WPotencia necesaria para elevar la temperatura de la solucin de un bao de nquel a la temperatura de trabajo.

Observaciones y recomendacionesDentro de la investigacin pudimos observar que las fuentes de informacin manejan diferentes nomenclaturas para los elementos a usar as como sus proporciones, variando en unidad de medida mas no en magnitud proporcional, esto debido a los diferentes sistemas de medidas, de igual forma podemos recomendar el uso del material necesario de seguridad para salvaguardar la integridad fsica del operario como lo es el uso de guantes, gafas, bata, y cubreboca, adems procurar el buen estado de los elementos a utilizar en el proceso, seguir de forma explcita el mtodo recomendado de preparacin de las soluciones ya que como ahora conocemos algunas de estas son corrosivas y pueden daar la salud al reaccionar de una forma inesperada, se debe corroborar la temperatura y la cantidad energtica que debe emplearse en las fuentes que la proporcionan para un ptimo desarrollo del fenmeno de modo que los resultados sean los esperados.

ConclusionesEs necesario destacar por conclusin la importancia del conocimiento adquirido de esta investigacin de bases electroqumicas para entender los fenmenos por los cuales tiene que pasar un objeto de uso comn en nuestra vida diaria o de uso industrial y de esta manera procurar su buen estado o en su caso conocer la forma en que podemos restaurar objetos necesarios o de valor personal de forma casera o de gran escala de acuerdo a las proporciones correctas y necesarias en cada caso, las cuales se deben corroborar en diferentes fuentes de informacin (como varias aqu ofrecidas al lector) adems de seguir de manera explcita los procesos establecidos cientficamente para un desarrollo ptimo, se destaca entonces el cumplimiento de los objetivos generales, particulares y especficos de esta investigacin.

GlosarioDIAGRAMA DE FLUJO: Undiagrama de flujoes una representacin grfica de un proceso. Cada paso del proceso es representado por un smbolo diferente que contiene una breve descripcin de la etapa de proceso. Los smbolos grficos del flujo del proceso estn unidos entre s con flechas que indican la direccin de flujo del proceso.VARIABLE DE PROCESO: son aquellas variables que permiten conocer y controlar os procesos las variables pueden ser: temperatura, precio, nivel, distancia, posiciones, torque, entre otras.PROCESO: Conjunto de fases sucesivas de un fenmeno o hecho complejo.DIAGRAMA DE ENTRADA Y SALIDA: Es una herramienta utilizada por los programadores de sistemas para la solucin de un problema. En donde hay una entrada, un proceso y una salida.DIAGRAMA DE BLOQUES: El diagrama de bloques es la representacin grfica del funcionamiento interno de un sistema, que se hace mediante bloques y sus relaciones, y que, adems, definen la organizacin de todo el proceso interno, sus entradas y sus salidas.DIAGRAMA DE FLUJO: Los diagramas de flujo son diagramas que emplean smbolos grficos para representar los pasos o etapas de un proceso. Tambin permiten describir la secuencia de los distintos pasos o etapas y su interaccin.DIAGRAMA DE CAJA NEGRA: se denominaCaja Negraa aquel elemento que es estudiado desde el punto de vista de las entradas que recibe y las salidas o respuestas que produce, sin tener en cuenta su funcionamiento interno.DIAGRAMA DE LOTES: Un archivo de procesamiento por lote o lotes proporciona una forma abreviada de ejecutar uno o varios mandatos o instrucciones al Sistema Operativo, al introducir el nombre de un archivo de procesamiento por lotes, el archivo ejecuta cada lnea como si se la estuvieran introduciendo desde el teclado.ESTADO ESTACIONARIO O TRANSITARIO: Se dice que un sistema fsico est enestado estacionariocuando las caractersticas del mismo no varan con el tiempo. En este fundamento se basan las teoras de laelectrostticay la magnetosttica, entre otras. Suele ser la situacin a considerar en gran parte de los supuestos de latermodinmica.ECUACIONES DE BALANCE DE MATERIA: La ecuacin de balance de materiales (EBM) se deriva como el balance volumtrico que iguala la produccin acumulada de fluidos, expresada como un vaciamiento, y la expansin de los fluidos como resultado de una cada de presin en el yacimiento. Se basa en la ley de conservacin de la materia, que establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante.BASE DE CLCULO: Se denomina base de clculo al nmero de das utilizado para aplicar el inters en una operacin financiera.SISTEMA: Unsistemaes un conjunto de elementos relacionados entre s y que funcionan como un todo. Los elementos que componen un sistema pueden ser variados, como una serie de principios o reglas estructurados sobre una materia o una teora, por ejemplo, 'sistema poltico', 'sistema econmico'.COMPONENTE: Parte discreta de un sistema capaz de operar independientemente, pero diseada, construida y operada como parte integral del sistema.CORRIENTE: Que es habitual, comn o frecuente, que ocurre o se hace a menudo.

Bibliografa (formato APA)1. Groover, M. P. (1997). Fundamentos de manufactura moderna: materiales procesos y sistemas. Mxico: Pearson Prentice hall.2. Kalpakjian, S., Schmid, S. P. (2008). Manufactura, Ingeniera y Tecnologa. Mxico: Pearson education.3. Daz del Castillo, F. (2008). Principios de electrodeposicin. septiembre, 22, 2015, de Fes Cuautitln Sitio web: http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m6/principios%20de%20electrolisis.pdf4. Arias Reina Jos Manuel. Control de tiempos y productividad, La ventaja competitiva. Ed. Paraninfo Thomson Learning, 2000.5. Fremont E. Kast, James E. Rosenzweig, Administracin en las organizaciones. 4 edic., Ed. McGraw Hill.6. Garca Criollo, Roberto. Ingeniera de Mtodos, Estudio del trabajo, Ed. McGraw Hill, 1998.7. Gonalves, Alexis P., "Dimensiones del clima organizacional", Sociedad Latinoamericana para la Calidad, Diciembre de 1997.