Cromado Electrolítico (página 2)

TRATAMIENTO PREVIO ANTES DEL CROMADO: Por su
naturaleza
fuertemente oxidante, la solución de ácido
crómico es capaz de efectuar recubrimientos de superficies
metálicas ligeramente engrasadas y no tan escrupulosamente
libres de materias extrañas como se requiere al efectuar
el recubrimiento con soluciones de
otros metales. La
considerable cantidad de gas que se libera
durante la operación sirve también para eliminar
cualquier ligera película que pudiera quedar. En general,
los depósitos de níquel pueden ser cromados
directamente después de pulimentarlos, sin ningún
tratamiento previo de limpieza, con tal que no transcurra un
tiempo
excesivo entre el acabado y el recubrimiento
electrolítico.

La limpieza electrolítica, seguida de una
inmersión en ácido sulfúrico diluido antes
del cromado, no es muy utilizada, pero puede ser práctica
en ciertos casos excepto para aplicarla a la producción en gran escala. Tal
sistema de
limpieza puede hacer mucho para reducir al mínimo el
perjuicio ocasionado por los defectos de cromado debidos a
la
contaminación de la superficie por grasa o por la
composición de pulir, o consecuentes a la ligera
oxidación de la superficie.

Si se utiliza este sistema, son necesarios dispositivos
muy eficientes para el enjuague, a causa de la extrema
sensibilidad de la solución al radical sulfato; en
aquellos casos en que los objetos a recubrir están
construidos de tal manera que resulta difícil, por no
decir imposible, la eliminación de las trazas de
ácido, es mejor evitar los procedimientos de
limpieza húmeda de este tipo. En realidad, el problema de
la eliminación del ácido suele ser uno de los
más difíciles de resolver, incluso con un buen
lavado.

ENJUAGUE: Después del cromado, es
corriente dar dos lavados fríos, seguidos de otro en una
cuba de
neutralización alcalina que contiene una solución
diluida de carbonato sódico, y, finalmente, después
de un ulterior lavado en una cuba de agua caliente,
se procede al secado.

ESPESOR DEL DEPÓSITO: Los depósitos
de cromo están sometidos a fuertes tensiones, y a medida
que aumenta el espesor, tienden a desarrollarse finas grietas que
disminuyen el valor
protector del recubrimiento. Con espesores considerables, sin
embargo, estas grietas se recubren, y aunque a su vez se forman
nuevas grietas, éstas no se extienden después hasta
el metal de base.

Una ulterior cuestión en relación con el
cromado es que la naturaleza del depósito fuertemente
sometido a tensiones impone una prueba severa sobre la adherencia
del níquel subyacente. La adherencia de los
depósitos que han de ir debajo del cromo debe de ser de un
orden muy elevado, o de lo contrario el depósito se
levantará durante el cromado.

PROPIEDADES DEL CROMO DEPOSITADO
ELECTROLÍTICAMENTE: El cromo así depositado es
un metal blanco azulado que tiene elevada resistencia al
deslustre o empañamiento. Como era de esperar, su poder
reflector en la región azul del espectro es bueno; sobre
todo el espectro visible, el poder reflector muestra ser de un
65 %. Los depósitos de cromo brillante tienen una dureza
que oscila entre 400 y 1.200 unidades Brinell según las
condiciones en que se ha efectuado el depósito. La dureza
de todos los tipos de cromo depositado electrolíticamente
es mucho mayor que la del metal fundido.

CONTENIDO DE CROMO TRIVALENTE: Si el contenido de
trivalencias en la solución alcanza los 12 gr/L, los
depósitos serán de una muy mala calidad,
incluyendo "quemado" y rugosidad con altas densidades de
corriente de trabajo.. En
un baño de cromo se forma la temida "trivalencia", que es
la transformación del cromo hexavalente del ácido
crómico transformado en cromo trivalente. Este proceso, en
mayor o menor grado es algo inevitable; es natural consecuencia
de que la pieza actúa como cátodo durante el
proceso de deposición. La mayor o menor rapidez de la
reducción depende de la relación
ánodo-cátodo. Cuanto mayor sea la cantidad de
ánodos existentes en el baño, más •
lento es el proceso de reducción.

La ventaja de que los ánodos mantengan el
contenido de cromo trivalente controlado, en el orden de 3 gr/L,
será más efectiva si la relación
ánodo-cátodo es 1:1 ó 1,5:1 (en cromo duro
hasta 2:1), además, manteniendo la superficie de los
mismos limpia y activa. Si la relación baja de 1:1, la
formación de cromo trivalente se incrementa
desmesuradamente.

Con todas estas precauciones, así y todo, no se
puede evitar el proceso de deterioro. La solución aparenta
tener exceso de ácido sulfúrico en el baño.
Periódicamente, hay que adicionarle carbonato de bario,
para que desaparezcan los efectos nocivos provocados por este
desequilibrio.

El gasto de ácido crómico, manteniendo el
baño equilibrado, se reduce hasta la décima parte
de lo habitual, ya que no se desperdicia cromo trivalente, sino
que se reconvierte.

El ciclo de trabajo para obtener piezas con
depósitos de cromo, ya sea decorativo o de espesor (duro),
comienza con una preparación mecánica de la pieza (esmerilado, pulido y
abrillantado); seguido por un proceso de desengrase preliminar
con tricloroetileno, percloroetileno o tetracloruro de carbono. Se
realiza luego, un proceso electrolítico de desengrase, un
enjuague en agua corriente y un ataque anódico previo al
cromado.

Luego del cromado, se lava en agua corriente, se enjuaga
con agua caliente y se seca.

BAÑOS AUTORREGULABLES: Baños
más modernos utilizan una combinación de
componentes, de iones sulfato, fluoruro y silicofluoruro. Estos
tipos de baños, poseen la cualidad de autorregularse, ya
que los iones mencionados funcionan como agentes
catalíticos dentro de la solución.

La autorregulación se obtiene adicionando las
sustancias catalizadores como una sal soluble de los iones
deseados, donde la constante de solubilidad mantiene el control de la
concentración. Esto se puede lograr mediante la
utilización de iones sulfato, fluoruro o con una sal
compleja de ambos. Para los baños no regulables, el
control de la solución debe hacerse mediante análisis químicos
periódicos.

Es importante hacer notar que se obtienen
depósitos mejores y de mayor cobertura a bajas
temperaturas, pero en esas condiciones, se deberá trabajar
con menor densidad de
corriente para prevenir el "quemado". La velocidad de
depósito es proporcionalmente más lenta, debiendo
estar el objeto a cromar mayor tiempo en proceso dentro del
baño, para la obtención de un espesor
equivalente.

DIFERENTES TIPOS DE BAÑOS (DECORATIVOS Y
DUROS): Una formulación típica para el cromado
decorativo a temperatura
ambiente es la
de J. Hyner, la cual puede ser aplicada sobre diferentes metales
de base. Este baño consta fundamentalmente de
anhídrido crómico, fluorosilico de sodio y sulfato
de sodio. El tiempo de electrodeposición es de 6 a 10
minutos. Para el cromado decorativo, es suficiente aplicar un
espesor de 0,25 µm.

• Baños de cromo microfisurado: En los
  baños de cromo, con el tiempo, se comprobó que
  resultaba más efectivo obtener una capa porosa o
  fisurada ("microcracked") de cromo, para que el proceso de
  corrosión fuera controlado. Partiendo de
  este concepto, se
  formularon diversos electrolitos a tal fin.

La norma ASTM B-456-67, exige 40 µm de
níquel si se deposita cromo común sobre él,
o 30 µm, si se deposita cromo microfisurado. Queda a la
vista el mayor poder protector que esta combinación le
otorga al material de base.

Los fundamentos teóricos que explican este
comportamiento, se basan en los potenciales
electroquímicos del cromo y del níquel. Al existir
alguna fisura o poro, la corrosión tiende a disolver el
níquel, que actúa como ánodo, frente al
cromo, que actúa como cátodo. Al generarse esto en
un punto determinado de la película depositada, la
disolución es muy veloz, dejando rápidamente al
desnudo al metal base. Esto ocurre porque la densidad de
corriente galvánica que generan los dos metales es muy
alta, por ser pequeña la superficie de
corrosión.

Si se aplica el mismo razonamiento a una superficie
porosa, se generarán mas puntos de corrosión, pero
disminuyendo la densidad de corriente galvánica, ya que la
superficie que interviene es un gran porcentaje de la pieza. De
esta forma, la velocidad de disolución del níquel
por efecto de la corrosión es mucho menor.

Existen varias formas de conseguir una película
de cromo microfisurado, pero la de uso más común en
la actualidad, es la de depositar un baño de níquel
semibrillante de base, dar luego un "flash" de
níquel con muy alto "stress"
superficial, y luego el cromo. Al quedar los tres metales
depositados, se generará una gran tensión interna
entre la segunda capa (baño de níquel) y la tercera
(baño de cromo).

Existen varias formas de obtener un depósito
poroso de cromo :

1) Preparar previamente la superficie,
otorgándole una rugosidad al material de base mediante la
proyección a presión de
material abrasivo con forma piramidal..

2) Realizar un proceso de electroerosión antes y
después del depósito de cromo.

3) A través de procesos
químicos o electroquímicos, después de
realizar la electrodeposición.

4) Realizando una combinación de los procesos
detallados en los puntos 1 a 3.

El procedimiento
más utilizado es el electroquímico.

• Baños al Cromo Trivalente: Los
  baños de cromo basados en formulaciones de cromo
  trivalente, son más antiguos aún que los
  baños convencionales actuales de cromo hexavalente. El
  proceso en sí resulta atractivo, ya que la corriente
  necesaria para electrodepositar cromo trivalente es la mitad de
  la necesaria para su par hexavalente. Además, el
  baño de trivalentes puede llegar a tener mucha mejor
  eficiencia de
  corriente. Por otra parte, este baño desde el punto de
  vista químico, no difiere de uno de níquel o de
  cobre, por
  ende, resulta fácil de entender y operar.
• Baños de Cromado Negro: Este tipo de
  electrolito, ha sido muy requerido en los últimos 25
  años debido a su aplicación y utilidad en
  superficies de absorción de energía,
  específicamente en paneles solares. Debido a su gran
  resistencia a la temperatura y a su duración, el cromo
  negro se ve favorecido frente a otras
  terminaciones.

El cromo negro, con su uso en energía solar,
posee una gran absorción α (alfa), y
una baja emisividad ε (ιpsilon), lo que
significa que recepciona todas las ondas con un
reenvío mínimo.

Además de su uso en energía solar, este
baño se usa con fines decorativos o en accesorios que
necesiten poca reflexión, principalmente para uso en
óptica.

Básicamente, un baño de cromo negro, es un
baño que no tolera el ion sulfato. Las
características generales son similares a las de un
baño de cromo convencional.

DESHIDROGENADO: Su función es
la de eliminar el hidrógeno incorporado a la pieza, aunque
sea parcialmente, durante la electrodeposición, el cual
fragiliza la capa de cromo. La mayor o menor cantidad de
hidrógeno absorbido, dependerá principalmente de
las características de acabado superficial que posea el
metal de base. Como regla general, deben ser siempre
deshidrogenados los aceros que deben soportar una tracción
mayor a 100 Kg/mm2.

El deshidrogenado se realiza a un rango de temperaturas
de 100 a 300 °C. Por lo general se decide realizarla a 180
°C, ya que a esta temperatura, se produce una
liberación parcial del hidrógeno sin alteraciones
notables sobre el cromo.

La forma de realizar el deshidrogenado es sumergiendo
las piezas en un baño de aceite, que
luego lentamente será calentado desde 80 °C durante 10
a 30 minutos.

1. PROCESO ELEGIDO

En este punto procederemos a la confección del
cromado de piezas metálicas en el que se incluyen todos
los tratamientos previos necesarios.

En primer lugar, al recibir la pieza, se le
efectúa un lavado general con detergente para retirar
suciedades y desengrasarla. Hecho esto, se procede al decapado
con H2SO4 95 % al cual se le agregan
agentes humectantes (sulfonatos alifáticos) para que el
ácido alcance más fácilmente la superficie
del metal. Esta operación se realiza a 60 ºC durante
diez minutos.

El metal decapado debe someterse luego a tres lavados
diferentes. El primero con agua fría a presión
durante unos minutos, segundo la pieza se lleva a un
depósito de agua corriente y finalmente a otro de agua
caliente (70 – 80 ºC). A continuación la pieza
debe ser pulida, pero para obtener una mejor calidad en la
terminación de la pieza se le realiza un amolado. Para
ello se utilizan máquinas
con diferentes discos, ya sea, por vía húmeda o
vía seca y con abrasivos (esmeril). El pulido se
efectúa con maquinarias automáticas, los discos
seleccionados dependen de la terminación deseada y pueden
ser por ejemplo discos comprimidos, discos de fieltro,
recubiertos, etc.

Luego de un lavado con agua corriente para eliminar
sólidos desprendidos en los pasos anteriores, la pieza se
encuentra lista para entrar en la etapa final de su
preparación antes del cobreado y niquelado. Antes de estos
procesos es necesario un desengrase a fondo de la pieza, para
ello se utiliza un disolvente (hidróxido de sodio del 50 a
100 gr/lt) a 60 ºC.

Para llevar a cabo un buen cromado decorativo es
necesario aplicarle a la pieza una capa de cobre y una de
níquel, de esta forma se logra una mejor adherencia del Cr
y mejor resistencia a la corrosión.

El cobreado se realiza mediante el método
UBAC. El espesor buscado es de 25 µm. Antes de ingresar la
pieza a la cuba, de acero recubierta
de goma, debe ser enjuagada de forma tal que no ingresen
impurezas ni restos de hidróxido del paso anterior. Las
especificaciones del baño UBAC se describen en la
siguiente tabla:

Una vez finalizado esto se retira la pieza y se la lava
con agua corriente antes de ingresar a la cuba de
niquelado.

El proceso seleccionado para el paso siguiente es el de
Níquel Duplex-Cromo. Éste consta de dos pasos
principales: un baño de Ni semibrillante oxidado y un
baño de Ni brillante. En el primer caso la pieza se somete
a un baño de tipo Watts con el agregado de abrillantadores
metálicos (Zn, Se, Cd). Para
realizar la oxidación se utiliza la
bipolaridad.

El segundo paso se diferencia del primero en que los
abrillantadores son aditivos sulfonados (ácido benzol
disulfónico, trisulfónico, ácido naftalen
trisulfónico y benceno sulfonado) y niveladores (
formaldehido, cumarina, hidrocianoetileno y butinediol). Entre un
baño y otro se debe proceder a un lavado con agua
corriente para no contaminar las cubas.

Sumando las dos capas de Ni depositadas el espesor
recomendado es de, por lo menos, 40 µm, con esto más
el baño de cromado se logra una resistencia a la
corrosión mas que aceptable.

El baño tipo Watts requiere las especificaciones
citadas en el siguiente cuadro:

Luego de un nuevo lavado con agua corriente se debe
hacer un decapado para proceder a la deposición de cromo
final. Éste se realiza con una solución de
ácido sulfúrico al 10%.

El proceso de cromado se realiza en un baño J.
Hyner para cromo decorativo. El espesor pretendido es de unos
0,25 µm y se usan ánodos de aleación de Pb
con 7% de Sn u 8% de Sb. Las condiciones del baño se
describen en la tabla siguiente:

Las características generales de un baño
de cromo decorativo son las siguientes:

Una vez cromada, la pieza debe enjuagarse. Para esto se
realizan dos lavados en frío, uno en una cuba de
neutralización alcalina (con carbonato de sodio) y un
lavado en una cuba con agua caliente (70 – 80 ºC) para
finalmente realizar el secado.

CALCULOS DE ESTIMACIÓN TEÓRICA DE
CONSUMO DE
SOLUCIÓN DE COBRE, NÍQUEL, CROMO Y TIEMPO DE
DEPOSICIÓN A CORRIENTE CONSTANTE:

1. Para calcular los gramos de Cu, Ni y Cr:

• gr. Me = A x e / d
  ;

donde: gr. Me : gramos del metal que se
deposita

A: área de la pieza a cromar en
cm2

e: espesor del recubrimiento en cm

d : densidad del
depósito en gr/cm3

2. Para calcular el tiempo:

• t = gr. Me x F x n / (I x PM) ;

donde: t: tiempo

F: constante de Faraday

n: número de electrones que participan en la
reducción.

I: intensidad de corriente en Ampere.

PM: peso molecular en gr/mol.

Ejemplo: para cromar una pieza cilíndrica
de 2 cm. de diámetro y 1 cm. de largo se realizan los
siguientes cálculos:

Área de la pieza: 2 x p x 1 = 6,3 cm2.

Para el cobreado: e = 0,0025 cm, d Cu = 8,96 gr/cm3, I = 0,3
A, PM = 63,5 gr/mol

• gr. Cu = 6,3 x 0,0025 x 8,96 = 0,14 gr.
• t = 0,14 x 96500 x 2 / (0,3 x 63,5) = 1426 seg =
  23,8 min.

Para el niquelado: e = 0,0045 cm, d Ni = 8,9 gr/cm3, I = 0,3
A, PM = 58,7 gr/mol

• gr. Ni = 6,3 x 0,0045 x 8,9 = 0,25 gr.
• t = 0,25 x 96500 x 2 / (0,3 x 58,7) = 2765 seg = 46
  min.

Para el cromo: e = 0,000025 cm, d Cu = 7,19 gr/cm3, I =
0,09 A, PM = 52 gr/mol

• gr. Cr = 6,3 x 0,000025 x 7,19 = 1,13 .
  10-3 gr.
• t = 1,13 . 10-3 x 96500 x 6 / ( 0,9 x
  52) = 14 seg.

Los cálculos antes desarrollados fueron
corroborados por el grupo de
trabajo en un taller de cromado del barrio Cofico en la ciudad de
Córdoba. En dicha visita se tomaron fotografías las
cuales se adjuntan en el trabajo.
Allí se pueden observar diferentes tipos de electrodos
utilizados, moldes para construcción de electrodos, cubas de
trabajo, etc.

La experiencia práctica allí obtenida fue
de gran ayuda para el desarrollo del
presente trabajo.

VI. I) DIAGRAMA DE FLUJO
DEL PROCESO:

1. TRATAMIENTO DE
   EFLUENTES

Debido al alto poder de contaminación de los efluentes generados
por los procesos planteados anteriormente se considerarán
los tratamientos de adecuación de los mismo a los niveles
de concentración permitidos por las normas vigentes
para su posterior vertido.

La definición de todo tratamiento deberá
basarse en: el
conocimiento de los diversos contaminantes; la
caracterización de los efluentes; la
organización de los desagües y la
separación de los efluentes. Por lo tanto, el buen
funcionamiento de la instalación dependerá de que
se realice previamente un estudio minucioso, ya que cualquier
elemento nocivo, que no se hubiera tenido en cuenta,
podría perturbar seriamente la
instalación.

La Ley Nº 24051
y decreto nacional 831/93 legisla sobre las actividades que
generan, transportan, tratan y/o dispongan residuos peligrosos en
los lugares sometidos a jurisdicción nacional.

Los valores
límites
establecidos según antecedentes bibliográficos,
para el cromo en el ambiente general son los
siguientes:

• Aire urbano: 50 mg/m3
• Agua de ríos: 10 mg/m3
• Agua de océanos: 5
  mg/m3
• Agua potable: 0,05 mg/L
• Suelo: 125 mg/kg. en promedio, aunque puede aumentar
  hasta 250 mg/kg. (no existe un límite
  preciso)
• Alimentos: la ingesta diaria no debe exceder de
  0,03-0,2 mg/día.

PROCESOS SELECCIONADOS PARA EL TRATAMIENTO DE LOS
EFLUENTES GENERADOS:

Referencias:

1. El objetivo de
   este punto es neutralizar los vertidos resultantes de la mezcla
   de las aguas de lavado y de los baños según sea
   el caso. Debido a que se trata de un proceso discontinuo, en
   cada vertido se mide el pH y se
   corrige con NaOH o Na2CO3 en caso de que
   la mezcla tenga pH ácido y H2SO4
   para el caso de que el pH sea básico. Este procedimiento
   se realiza en un tanque de neutralización con
   agitación continua.
2. En este punto se tratará los baños
   agotados del cobreado y niquelado. El Cu y el Ni se
   precipitarán como hidróxidos que posteriormente
   se calcinarán para obtener el correspondiente
   óxido del metal inactivo. Para este tipo de tratamiento
   el equipamiento consiste, principalmente, en tanques de
   reacción, sistemas de
   bombeo, equipos de sedimentación y
   calcinación.
3. La finalidad aquí es tratar el agua con
   el que se lavan las piezas luego de cada baño de cobre y
   níquel. Las soluciones resultantes son muy diluidas,
   para concentrarlas se utilizarán columnas de intercambio
   catiónico. Una vez saturadas las resinas, éstas
   se regenerarán con ácido y el efluente
   concentrado resultante se tratará según el
   proceso anterior.
4. Este punto es igual al anterior, con la diferencia de
   que se emplea una resina aniónica para eliminar el
   cromato, seguida de una columna catiónica para eliminar
   el Cr trivalente. La regeneración de la primera se
   realiza con soda cáustica o hidróxido de K o Na.
   Los efluentes concentrados obtenidos de este procedimiento se
   tratan según el proceso 5.
5. Aquí lo que se busca es reducir el cromo
   trivalente y hexavalente mediante el empleo de
   bisulfito obteniéndose un precipitado fácilmente
   filtrable, con una baja concentración de los elementos
   mencionados anteriormente. Se utilizan equipos similares al
   procedimiento del punto 2 (tanques, sedimentadores, filtros,
   bombas).

1. EQUIPOS

BATEAS ELECTROLÍTICAS:

Las cubas o bateas, deben reunir ciertas condiciones que
son fundamentales: deben resistir el ataque de los ácidos; no
contaminar el electrolito; no ser conductoras de la corriente
eléctrica y, además, deberán quedar
separadas del piso para no sufrir los efectos corrosivos de los
líquidos derramados.

En general son utilizadas cubas confeccionadas de chapa
de hierro
revestida interiormente con ebonita, o cubas de polietileno o
polipropileno, o de resina poliéster o epóxi con
fibra de vidrio.
También suelen utilizarse, con buenos resultados en
función de su aplicación, las cubas de hierro
recubiertas con PVC, o con pinturas antiácidas.

Actualmente, se utiliza en muchos casos la cuba
metálica, construida con chapa de hierro, soldada o
plegada. En su parte superior lleva un labio de refuerzo, el cual
se utiliza, aislado, como soporte de barras anódicas y
catódicas. Estas cubas van siempre recubiertas
interiormente. Los forros metálicos están formados
generalmente por plomo en plancha, soldadas las uniones con
autógena pero empleando plomo sin estaño como
liga.

En general las dimensiones de las cubas (largo, ancho y
altura), obedecen a razones de orden práctico, ya que debe
tenerse en cuenta todos los implementos que deberán ir
necesariamente sumergidos, como ser calentadores, ánodos,
intercambiadores de calor,
ánodos auxiliares, etc. También se debe considerar
el tamaño de las piezas a procesar, como así
también la producción que se desea obtener. Es un
dato a tener muy en cuenta en el diseño,
el hecho de prever una zona libre en el fondo de la batea, para
que se asienten los posibles residuos del electrolito.

Los revestimientos de goma vulcanizada, han sido usados
en cubas para electrólisis. Este proceso de engomado es
conocido normalmente como "ebonitado". Si bien es cierto que su
preparación exige mano de obra especializada, la larga
duración de los baños protegidos con goma, compensa
el elevado costo relativo de
los mismos.

Su uso no es general, y por eso se recomienda informarse
antes de encarar la construcción de una cuba para su
posterior ebonitado.

La precaución que se debe tener con los
recubrimientos de ebonita, es la de efectuar un correcto curado
superficial antes de su utilización. Esto se realiza
llenando el interior de la batea con una solución diluida
al 5 o 10 % de ácido sulfúrico o
clorhídrico, y dejándolo reaccionar durante 12 a 24
horas. Esta acción
le produce un curado a nivel superficial, retirándole a la
misma restos de impurezas orgánicas y/o metálicas,
que podrían llegar a provocar contaminaciones,
especialmente cuando se use con baños de
níquel.

Respecto a otros tipos de recubrimiento, como ser la
resina poliéster o epóxi con fibra de vidrio, se
utilizan habitualmente en bateas que no trabajen con demasiada
temperatura.

La desventaja de estos polímeros, es el
envejecimiento natural que tienen, incrementado por la
acción de los electrolitos. Para este tipo de uso, se nota
una mayor resistencia y duración por parte de las resinas
epóxi, respecto a las de poliéster. Se debe
trabajar con espesores no menores a 3 mm, con refuerzos externos
de hierro, formando una jaula o bastidor de contención.
Deberá tenerse en cuenta que hay soluciones
electrolíticas en las que se especifica la no
utilización de este tipo de bateas, ya que se produce un
envejecimiento prematuro del material.

CALEFACCIONAMIENTO DE LAS SOLUCIONES

La calefacción eléctrica, es el sistema
que ha sido ampliamente adoptado como método más
práctico, aún sin ser el más
económico.

La gran ventaja de este sistema es la precisión
en alcanzar una temperatura predeterminada, con un margen de
tolerancia muy
reducido, del orden de ± 3°C, mediante un simple
sistema termostático mecánico o
electrónico.

Los calefactores eléctricos son resistencias,
construidas en vainas metálicas, de cuarzo o vidrio
térmico. Su uso se ha generalizado por ser fácil su
montaje en cualquier zona de la batea, como también por su
relación costo-beneficio relativamente baja.

El primer cálculo a
tener en cuenta para un equipamiento de calefactores
eléctricos en función del volumen de la batea y de
su contenido, es la potencia (watts)
de las resistencias de calefaccionamiento del sistema necesaria
para su correcto funcionamiento.

Los factores que afectan a este valor de potencia
son:

a) Calor requerido para hacer subir la temperatura hasta
la de trabajo.

b) Pérdidas de temperatura por la
disipación a nivel superficial del electrolito.

c) Pérdidas de temperatura por falta de
aislamiento térmico de las cubas.

d) Pérdidas de calor por inmersión de
piezas a una temperatura inferior a la del
electrolito.

e) Pérdidas adicionales por ventilación o
aspiración del ambiente de trabajo.

f) Enfriamiento de la solución por sistemas de
bombeo, agitación mecánica o por aire.

Las pérdidas de temperatura en un ambiente sin
ventilación, generadas por simple disipación de
calor a través de la superficie abierta de la cuba, se
describen en la Tabla VIII-I:

La potencia necesaria para calefaccionar una
solución, además de lo antedicho, dependerá
también del calor específico del electrolito. En el
caso del agua, su valor es 1. En tanto la solución
contenga una mayor cantidad de sales, el calor específico
será tanto superior, debiendo aplicar una mayor potencia
para elevar la temperatura de la misma. Para calcular
aproximadamente la potencia necesaria para una cantidad
determinada de solución, se aplica la siguiente
ecuación: Pv . Ce . At. K =
Pw ; donde Pv es el peso del volumen a
calentar expresado en kilogramos (Kg.), Ce es el calor
especifico del agua, At es la variación de temperatura
expresada en °C, K es una constante de conversión, y
la resultante Pw es la potencia necesaria expresada en
Watts (w).

El Pv, se calcula multiplicando el volumen de
solución expresado en litros por la concentración
de sales expresada en kilogramos por litro (Kg./L) y
sumándole el peso del agua en el volumen antedicho, que es
1 Kg./L.

El gradiente At, es la diferencia de temperatura
existente entre la que debe llegar el electrolito menos la
temperatura ambiente, expresada en °C. Para At, debe tenerse
en cuenta que la temperatura ambiente normalmente se considera
25°C, pero en ocasiones, ésta en el lugar de trabajo
es sensiblemente inferior.

La constante K, es un factor que determinará la
rapidez con la que se calentará la solución
dependiendo también de este factor la recuperación
que tenga el baño ante posibles perdidas de temperatura.
Normalmente este valor puede fijarse entre 0,1 a 1, siendo lo
habitual fijarlo en K=0,3.

Esta forma de cálculo, debe tomarse simplemente
como orientativa. Debe tenerse en cuenta que a mayor
concentración de sales, mayor será la potencia
necesaria, lo cual está contemplado en la fórmula
detallada.

La transferencia de calor al electrolito variará,
dependiendo fundamentalmente del formato que el calentador tenga,
su ubicación y de la relación Potencia/Superficie
que este posea. Al mencionar ésta relación, se
refiere a que si el calentador es de gran potencia, pero de
dimensiones reducidas, se producirá un calentamiento
exagerado en la zona de contacto, de hecho pequeña, pero
seguramente no se unificará la temperatura en el resto de
la solución. Si la superficie es mayor, se logrará
un calentamiento mucho más eficiente y parejo, evitando
zonas de sobrecalentamiento. A su vez, si el calentamiento se
realiza desde la parte baja de la batea, se producirá en
la misma una circulación por convección, que
naturalmente tenderá a unificar la temperatura, y
aumentará el rendimiento de la transferencia
calórica.

En la actualidad, son muy utilizados los
intercambiadores de calor independientes para cada baño.
Los mismos pueden ser utilizados para incrementar o para bajar la
temperatura, según las características del
líquido que circule por su serpentina. Para implementar
este sistema, es necesario contar con una bomba de
recirculación y con un tanque o depósito. Las
serpentinas deberán ser de un material inatacable y
resistente a la temperatura, como ser nylon, teflón,
etc.

Es muy importante para los baños que funcionan a
temperatura ambiente, que la misma no sea inferior a 17°C, ya
que en algunos baños alcalinos, se producen efectos de
cristalización y, por ende, disminución de la
densidad. Para solucionar este inconveniente, se puede calentar
una porción del electrolito retirándolo de la cuba,
para elevar así, la temperatura de todo el conjunto, o
bien disponer de un calentador eléctrico auxiliar, para
compensar en forma rápida un enfriamiento anormal de los
baños.

SISTEMA DE AGUA CORRIENTE PARA
ENJUAGUE

El taller debe contar con una instalación
completa de agua corriente, para enjuague de piezas y limpieza en
general.

Es muy importante estudiar la ubicación de los
baños siguiendo el orden operativo del trabajo. Se deben
disponer los distintos tipos de bateas (desengrase, decapado,
enjuague, secado, etc.), de tal forma que no impliquen un
trastorno operativo.

Cerca de cada baño, electrolítico o no, se
deberá colocar un recipiente de enjuague, normalmente
denominado enjuague de recuperación, ya que en él
se concentrarán los restos de la solución de la
cual provienen las piezas, y pudiendo utilizarse esta, para
suplir el electrolito evaporado del correspondiente baño.
Además de los enjuagues mencionados, se deberá
disponer de bateas de enjuague con agua circulante o corriente,
la cual deberá renovarse continuamente, para evitar
posibles contaminaciones por transporte de
residuos de distintos electrolitos o soluciones.

Este podrá ser ideado con un sistema de desborde
o cascada de tres bateas, las que se montarán a distinta
altura, formando una escalera. La cuba superior, será
alimentada por agua corriente, y las inferiores, recogerán
el desborde de la primera. Los enjuagues se realizarán
partiendo de la cuba inferior hasta llegar a la más alta,
la que contendrá agua totalmente limpia y libre de
residuos.

ÁNODOS: TIPOS Y
CARACTERÍSTICAS

En todos los baños galvánicos se deben
utilizar ánodos, los cuales pueden ser según la
aplicación solubles, insolubles inertes o insolubles
catalizables. En la gran mayoría de los baños, el
metal depositado proviene de ánodos solubles, que aportan
a la solución, el material necesario para que las sales
disociadas en la misma se vuelvan a formar luego de haberse
adherido sobre el cátodo sus iones metálicos. El
rendimiento catódico óptimo es del 100%, lo que
quiere decir que por una cantidad determinada de metal
depositado, la misma cantidad será disuelta de los
ánodos. Generalmente, el rendimiento anódico no es
el óptimo, sino que posee valores inferiores, dependiendo
esto de las condiciones de trabajo, del electrolito y de la
agitación catódica y de la
solución.

En el caso de ánodos insolubles, estos cumplen la
función de cerrar el circuito eléctrico a
través de la solución con el cátodo, pero al
no disolverse, no aportan metal al electrolito, provocando una
merma de dicho contenido en el baño a medida que se
incrementa el espesor del depósito. Esto genera,
además, problemas
adicionales respecto a la concentración y
degradación de sales que el mismo contenga.

Los ánodos insolubles son el único recurso
para que se pueda llevar adelante determinados procesos
electrolíticos. Como se mencionó anteriormente,
existen ánodos insolubles inertes y catalizables. En los
baños de cromo, por ejemplo, no existe otro recurso
posible para que el depósito se concrete, ya que en ellos,
el ánodo insoluble actúa como catalizante del cromo
trivalente, convirtiéndolo en hexavalente.

En los baños electrolíticos, los
ánodos deben estar recubiertos con fundas de tela
resistente a los distintos productos
químicos utilizados en galvanoplastia. La razón es
evitar en la solución partículas metálicas
en suspensión, producto del
ataque de los ánodos. De esta forma, estos sólidos
quedan retenidos en las fundas, sin perjuicio de la
solución ni de su depósito.

En casos muy específicos, es necesario recurrir
al uso de ánodos auxiliares, los que son muy útiles
para realizar recubrimientos electrolíticos en interiores,
para la obtención de una buena distribución del depósito,
incrementando las características de penetración
del baño utilizado.

FILTRADO: MÉTODOS Y ELEMENTOS

Los sistemas de filtrado deben tener la
característica de ser inatacables en las zonas por donde
circulará la solución galvánica. Deben
contar con cartuchos o unidades filtrantes de gran superficie y,
además, estar preparados para poder trabajar con una
presión suficiente sin disminuir el caudal, aún
utilizando carbón activado.

En la actualidad, es imprescindible la
incorporación de un sistema de filtrado continuo, debido
al uso de electrolitos con elevada velocidad de
depósito.

El filtrado favorece:

a) la estructura
fina de los depósitos obtenidos;

b) el incremento de la densidad de corriente,
y

c) la corrosión anódica

Los filtros del tipo bobina, son capaces de retener
partículas de 1 a 150 µm. Estos son los más
versátiles, debido a que se puede seleccionar el
tamaño de partículas a retener variando la
porosidad del cartucho. Esto se utiliza normalmente en los
baños de cromo, donde normalmente no es aconsejable el
filtrado con carbón activado.

La construcción del cartucho filtrante se realiza
bobinando un hilo trenzado de poliamida sobre un tubo, formando
con las distintas hiladas aberturas con forma de
rombos.

Las fibras, junto con el tamaño de los rombos,
funcionan como malla filtrante, reteniendo las partículas
de tamaño mayor al de las aberturas. Al ir quedando
retenidas las partículas de mayor tamaño,
también se obtiene un filtrado más eficiente, ya
que se reducen las dimensiones de las aberturas, pudiendo captar
así, partículas pequeñas o de menor
tamaño. Todos los residuos retenidos externamente, pueden
ser eliminados lavando el cartucho con agua a presión y
cepillo de cerdas.

Cuando el sistema de filtrado no recupera el caudal
habitual, aun después de haber limpiado el cartucho, el
mismo debe ser reemplazado.

La capacidad de retención de este tipo de
cartucho filtrante se mide en dm2 de superficie de
filtrado. Por ejemplo, un cartucho estándar de 75 mm de
.diámetro y 250 mm de largo, posee una superficie de
filtrado de 4 a 6 dm2. Trabajando con bajo caudal de
líquido, se ve favorecida la retención de
partículas de menor tamaño.

Otro tipo de unidad filtrante es la que posee una
superficie precubierta. Estos operan de la misma forma que los
antes descriptos, y poseen la ventaja de recoger las
partículas de suciedad sólo a nivel superficial, y
se facilita el lavado de los mismos simplemente invirtiendo el
sentido de circulación del liquido. Esto agiliza mucho el
trabajo de filtrado, cuando se requiere un uso permanente,
principalmente porque no es necesario abrir la bomba para la
limpieza de la unidad filtrante

En forma frecuente, las soluciones requieren una
purificación con carbón activado para absorber
impurezas orgánicas. Cuando las soluciones poseen
humectantes, es muy difícil de filtrar grasas o
aceites que se hallen en suspensión, ya que el mismo
funciona como dispersante.

Cuando se utiliza carbón muy fino, se recomienda
realizar una cobertura superficial previa del cartucho con
algún tipo de tierra
filtrante (diatomea, cuarzo, etc.), siempre y cuando la
composición del electrolito no contenga ácido
fluorhídrico o sus sales.

En ese caso, es indispensable la filtración con
carbón activado, ya que de no eliminarse estos residuos,
se obtendrán depósitos ampollados o negruzcos. En
algunas oportunidades, el carbón se mezcla con tierra
filtrante, y se hace una cobertura previa del filtro.

La unidad filtrante estará recubierta por esta
mezcla, la que fijara el tamaño de partícula
retenida.

Cada vez que haya que lavar el filtro, se debe reponer
esta película. Para estos casos, se recomienda el uso de
carbón activado en gránulos.

Otro sistema de unidad filtrante es el tipo prensa. Este
consiste en un conjunto de discos de material inatacable, los
cuales están perforados y/o ranurados. Entre los discos,
se ubican tejidos
acrílicos de trama cerrada por donde circulará la
solución, reteniéndose en ellos todas las
partículas indeseables. Se ensamblan los discos con las
telas intercaladas, y se presionan mediante los anclajes que
posee la bomba de filtro. Este sistema fue y sigue siendo muy
utilizado, ya que resulta de operación simple, y da
excelentes resultados respecto al filtrado obtenido.

SISTEMAS DE AGITACIÓN:
DESCRIPCIÓN

Es necesario, en la mayoría de los casos, aplicar
una agitación sobre la pieza o sobre el electrolito para
obtener depósitos libres de picaduras (pitting), o
simplemente para trabajar con densidades de corriente más
elevadas.

Existen varias formas de lograr este fin. La más
usada y sencilla consiste en un movimiento
mecánico de oscilación horizontal (vaivén) o
vertical (sube y baja) sobre la barra catódica, o
también, como método alternativo, producir
rotación sobre la mercadería.

Un sistema también adoptado por su sencillez, es
el de agitación del electrolito por insuflación de
aire a presión. Éste se lleva a cabo inyectando
aire comprimido perfectamente limpio a través de
cañerías confeccionadas en material inatacable y
resistente a la temperatura, con lo cual se obtiene una
agitación muy considerable sobre la
solución.

Esto favorece la homogeneidad de temperatura en todo el
electrolito, además de las ventajas mencionadas
anteriormente.

FUENTES DE CORRIENTE CONTINUA

Se denominan comúnmente rectificadores a las
fuentes de
corriente continua encargadas de proveer la energía
eléctrica necesaria para realizar los diversos
procesos galvánicos.

Los equipos rectificadores están constituidos
básicamente por un transformador y un puente rectificador.
El transformador cumple la función de separar la
línea de entrada de la salida de baja tensión. El
puente rectificador, convierte la corriente alterna
en corriente continua. Dependiendo del tipo de puente
rectificador, la corriente continua será de mayor o menor
calidad. La variación que pueda quedar sobre la corriente
continua así obtenida se denomina "ripple". A mayor valor
de "ripple", la calidad de corriente continua desmejora. Para
determinados electrolitos como por ejemplo el cromo, estas
variaciones deben ser reducidas al mínimo posible. La
corriente continua obtenida de un equipo trifásico es
mucho más pura que la de uno monofásico.

Los rectificadores de corriente reversible en forma
periódica (del inglés
Periodic Reversal Current, o P.R.C.), permiten realizar tareas de
depósito y pulido electrolítico respondiendo a una
programación de tiempos de
deposición y de extracción preestablecida. El uso
de estos equipos permite obtener depósitos de muy alta
lisura y brillo, aún con espesores muy elevados y sin la
necesidad de recurrir a agentes de adición en la
solución electrolítica.

Uno de los adelantos más importantes en equipos
modernos para electrodeposición, ha sido el reciente uso
de la modulación
de corriente controlada por microprocesador.
El método ha encontrado múltiples aplicaciones a
nivel industrial, ya que se puede procesar cualquier tipo de
metales, sean preciosos o no. Su uso se ha difundido en los
trabajos de electrodeposición continua de bobina a bobina,
en el sistema de "Selective Plating" o lápiz
catódico, en "Electroforming" o formado
electrolítico, y también en algunos procesos
específicos de anodizado y limpieza electrolítica.
Los resultados obtenidos con este sistema PRC, además de
aumentar las velocidades de depósito, mejora la
distribución del metal sobre la pieza, disminuye la
tensión del depósito, favorece la estructura de
grano más fina, incrementa la ductilidad y mejora la
adherencia. Por otra parte, la cantidad de hidrógeno
absorbido mediante este sistema, es notablemente inferior que con
los sistemas convencionales, y se observa una sensible
disminución en la necesidad de agregar abrillantadores o
agentes de adición a los baños.

GANCHOS. GANCHERAS. CANASTOS Y
BASTIDORES

Estos sistemas se utilizan con frecuencia para sujetar y
mantener las piezas dentro del electrolito. Son usualmente
utilizados cuando se deben procesar grandes lotes de piezas con
el mismo formato.

Existen diferencias de diseño y
construcción, las cuales deberán ajustarse al
formato y tamaño de las piezas, y a la producción
que se deba obtener de ellas.

Es importante tener en cuenta en el momento del
diseño, que se debe respetar la distancia entre las piezas
y los electrodos, y se deben contemplar también los
sistemas de agitación catódica, los cuales reducen
el largo útil total de la barra.

Básicamente, las gancheras están
confeccionadas en diversos metales, los que se recubren con una
pintura
aislante y resistente a los productos químicos utilizados
en las soluciones galvánicas. Por lo general, los
bastidores son utilizados en procesos anódicos o
catódicos indistintamente.

En los procesos anódicos, se prefiere la
utilización de soportes de titanio, ya que si bien es
más costoso que cualquier otro material, resulta
inatacable con los productos químicos. Además,
pueden utilizarse como ganchos para ánodos, ya que este
material, si bien no posee gran conductividad, no se ataca con
los productos químicos accionando
electrolíticamente, o si lo hace, es en forma
mínima e imperceptible

Los bastidores utilizados para electrodeposición,
suelen acumular metal sobre los contactos, por lo que es
necesario en forma periódica, realizar una
operación de desplaque electrolítico para eliminar
dicha capa metálica.

MÉTODOS DE SECADO INDUSTRIAL

• Métodos Convencionales: El secado, es el
  proceso final de la línea, el ultimo paso antes de un
  chequeo rápido de inspección, y el envío
  al cliente.

Cada técnica tiene sus beneficios y sus
inconvenientes. La calidad del secado resulta crítica, cada vez en mayor medida. Las
superficies no sólo tienen mejor aspecto estando
perfectamente limpias y libres de manchas frente a la vista del
cliente menos entendidos, sino que ello puede ser vital al
funcionamiento exitoso del componente.

Hay normalmente, más de una manera de realizar
esta operación. Prácticamente, la mayoría de
los artículos se secan mediante el uso de aire caliente a
70-120 °C, o con solventes orgánicos.

Un método primitivo muy sencillo y divulgado,
quizás el más antiguo desde el comienzo de las
técnicas de galvanoplastia, consiste en
secar con aserrín caliente luego de un último
enjuague en agua caliente. Esto resulta efectivo en piezas con
formatos sencillos, sin cavidades internas o roscas. En la
mayoría de los casos, cuando los formatos son intrincados,
no resulta efectivo el secado, y además, los agujeros
ciegos quedan taponados con aserrín humedecido.
Generalmente, se utiliza aserrín desresinado, para evitar
los residuos sobre la superficie terminada.

Los secadores de aire caliente son lentos, tienen una
tendencia a dejar gotas en los bordes y esquinas, y por lo
general, resultan deficientes al secar áreas inaccesibles
como agujeros ciegos.

Por lo general, en plantas de alta
producción, las piezas se secan con aire caliente,
mejorándolo mediante la utilización de sistemas
centrífugos. Este sistema resulta versátil
preferentemente para piezas de tamaño pequeño a
mediano. Así y todo, en algunos casos, quedan restos de
humedad en pequeñas cavidades o sectores.

Un sistema que está cayendo en desuso consiste en
la utilización de solventes volátiles para
desplazar y evaporar al agua a nivel superficial. El uso de
solventes esta restringido por ahora, por cuestiones
ecológicas, proponiéndose su prohibición
total en un futuro muy cercano.

• Secado por Pulsos de Aire: Un reciente desarrollo en
  el campo del secado por Pulsos de Aire, produjo una alternativa
  con bajos costos y alta
  eficacia.

Teóricamente, este sistema se basa en el uso de
pulsos de aire intenso y rápido, para quitar el volumen de
la película de agua superficial, quedando sólo una
delgada capa de adsorción que se evaporará
rápidamente incluso a temperaturas relativamente
bajas.

Una unidad de secado por pulsos de aire, consiste en un
recipiente similar al de un secador por aire convencional.
Además posee una serie de boquillas, que están
montadas en un armazón móvil, a lo largo de ambos
lados del recipiente de secado.

Un microprocesador electrónico controla la
apertura y cierre de boquillas abriéndose distintos
grupos de
boquillas secuencialmente en períodos de entre 20 y 100
milisegundos. Al mismo tiempo las boquillas se mueven de arriba
hacia abajo, en una frecuencia controlada y ajustable. La
velocidad del movimiento y número de veces que se repite
el barrido de arriba hacia abajo puede variarse.

Las olas de presión establecidas por esta
combinación de movimiento y pulsos de aire, son sumamente
eficaces quitando agua de los agujeros ciegos. El efecto es tan
intenso que incluso deja desnudas las partes sin
tratamiento.

La producción de un secador por pulsos puede
reemplazar a dos o tres secadores por aire convencionales. No se
ha encontrado virtualmente ninguna restricción hasta ahora
al tipo y configuración de componentes a ser
secados.

IX) FICHAS
TÉCNICAS

X)
CONCLUSIÓN

Luego de haber analizado las variables
tecnológicas de los diversos procesos para el cromado de
piezas metálicas, se seleccionaron aquellas que resultaron
ser mas eficientes, con menor impacto ambiental
y aplicables en el ámbito nacional, como son el
baño UBAC (cobreado), el baño Watts (niquelado) o
el baño de J. Heyner (cromado).

Los equipos fueron detallados acordes al tamaño
de la producción, los costos de instalación,
función y mantenimiento.

En base a un ejemplo practico se calcularon los gramos
de solución necesaria (de cromo, cobre y níquel) y
los tiempos necesarios para la electrodeposición. Dichos
cálculos fueron comprobados por el grupo de trabajo en una
visita a un taller de cromado.

Según el diseño del diagrama de
flujo del proceso se detallaron los procedimientos a llevar a
cabo para el tratamiento de los efluentes y los baños de
electrodeposición. Existen diversas tecnologías que
se pueden aplicar, para la selección
se debe tener en cuenta la eficiencia, los costos de
instalación y producción, la energía
requerida, la cantidad de residuos generados y las posibilidades
de tratamientos / deposición de los mismos, entre
otros.

XI)
BIBLIOGRAFÍA

Enciclopedias consultadas:

-"Enciclopedia de Química
industrial".

– "Enciclopedia de Tecnología
Química" Kirk.

-"Enciclopedia Mac Graw- Hill".

Libros consultados:

-Bader. "Diccionario
Enciclopédico de Metalurgia".

-Gutiérrez y Miranda. "Preparación
mecánica de minerales y
carbonos".

-Perry "Manual del
Ingeniero Químico".

Paginas web:

http://www.midsouthroller.com/msr_s_chrome2.htm

http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/cromo.htm

http://www.pubmedcentral.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=182530

http://dsostenible.com.ar/empresas/ceads/agrocmaslim.html

http://fai.unne.edu.ar/biologia/tesis/forcillo/planta_de_tratamiento_efl.htm

http://www.estrucplan.com.ar/Articulos/verarticulo.asp?IDArticulo=777

http://www.segulab.com

http://www.dinatecnia.com

http.//www.tecmaqsrl.com

http://www.iq.itc.mx/rmiq/2002_p_97.pdf

Andrada, Hugo L.

Bianchi, Benjamin E.

Cemino, Fernando E.

Perez, Daniel A.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA

FACULTAD DE CIENCIAS
EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES

INGENIERÍA QUÍMICA

PROCESOS INDUSTRIALES INORGÁNICOS

Córdoba, Marzo del 2006