“PROPUESTA DE ACTUALIZACIÓN DE UNA PLANTA PILOTO

DE GALVANOPLASTIA CON UN SISTEMA AUTOMÁTICO”

T É S I S

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

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

P R E S E N T A N

MARTÍNEZ ORTIZ CARLOS ALBERTO

MENDOZA TORRES JOSUÉ

TORRES GÓMEZ ARTURO

ASESORES:

RICARDO HURTADO RANGEL

ARMANDO TONATIUH AVALOS BRAVO

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

MÉXICO, D.F. A 04 DE MARZO DEL 2014

AGRADECIMIENTOS JOSUÉ 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 acompañaron 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 años.

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

conmigo.

Por último, a todos aquellos amigos con los que conviví a lo largo de 4 años 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 mamá y papá por todos esos años de esfuerzo, consejos y enseñanzas

para que yo pudiera llegar a este momento.

A mi hermano, espero que logres todas las metas que te propones, aquí está

un ejemplo que te puede servir de inspiración.

AGRADECIMIENTOS ARTURO TORRES GÓMEZ

Al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL, mi Alma Máter, la institución que ha

formado durante casi una década.

A la ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 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

elaboración de ésta tesis.

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

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

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

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

A mi hermano Diego Armando que es el guía más grande que me ha dado la vida.

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

A mis abuelos por su inmenso cariño y por ser una fuente de sabiduría.

A mis tíos que nos han tratado a mis hermanos y a mí como sus propios hijos.

A Rubén Gómez, tu fallecimiento cambio mi vida pero tu espíritu 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, compañerismo, responsabilidad, resiliencia y

superación.

Gracias por apoyarme, escucharme, aconsejarme y guiarme.

AGRADECIMIENTOS CARLOS ALBERTO MARTÍNEZ ORTÍZ

AL INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL. Por brindarme la oportunidad de estudiar

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

la ingeniería en Control y Automatización.

A LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. Por ser

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

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

en Control y Automatización.

A MIS PROFESORES. Durante la carrera conté 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. Así mismo como el apoyo brindado por la Profesora Blanca Zamora Celis por

brindar la oportunidad de trabajar en la planta piloto de Galvanoplastía 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 día con día para

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

tengan metas por cumplir además que estemos comprometidos con nuestros

deberes, ustedes son la fuente de inspiración a seguir adelante, mostrándonos que

ustedes estarán siempre con nosotros dándonos todo su apoyo incondicional.

A MI HERMANO. Por ser la persona que más unida está a mí 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 esforzándose

todo es posible.

A MIS TÍOS. 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 así lograr lo que me propongo, siempre he contado con el apoyo

de ustedes y con mucho cariño este trabajo también es para ustedes.

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

duros de la vida, pero también los más felices ustedes son la familia que me brinda la

motivación 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 mí y la

dedicación que han tenido en formar una familia unida.

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

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

comprensión y sobre todo su compañía durante el transcurso de la carrera, dándome

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

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

ÍNDICE:

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

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

1.1 DEFINICIÓN DE PLANTA PILOTO. .................................................................................................. 5

1.2 DEFINICIÓN 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 BAÑOS ELECTROLITICOS. ......................................................................................................... 13

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

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

CAPÍTULO II SITUACIÓN ACTUAL DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA. ................................. 29

2.1 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA PILOTO. ......................................................................................... 30

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

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

2.4 DESENGRASE POR INVERSIÓN PERIÓDICA (PR). ......................................................................... 42

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

2.6 ALIMENTACIÓN DE TABLERO PARA ESTACIONES. ...................................................................... 44

2.7 CONTROL DE ESTACIÓN DE LIMPIEZA FRÍA. ............................................................................... 45

2.8 CONTROL DE LA ESTACIÓN DE LIMPIEZA CALIENTE Y CUBAS DE BAÑO GALVANOPLASTICO. ... 46

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

3.1 TIPOS DE INSTALACIONES DE GALVANOPLASTÍA. ...................................................................... 50

3.2 SISTEMAS AUTOMÁTICOS. .......................................................................................................... 51

3.3 INSTRUMENTACIÓN Y EQUIPO UTILIZADO. ................................................................................ 59

3.4 ELECCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DEL CONTROLADOR. ...................................................................... 64

3.5 PROPUESTA DE PROGRAMACIÓN ............................................................................................... 71

3.5 PROPUESTA ELÉCTRICA. .............................................................................................................. 95

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

4.1 COTIZACIÓN .............................................................................................................................. 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 INSTALACIÓN. ................................................................................................... 132

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

ÍNDICE DE FIGURAS

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

FIGURA 1.2 DEPÓSITOS EN SUPERFICIES. ............................................................................................. 22

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

FIGURA 2.1 DIAGRAMA DE UNA CUBA DE GALVANOPLASTÍA. ............................................................ 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 ALIMENTACIÓN GENERAL. ............................................... 43

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

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

FIGURA 2.12 CONTROL DE LA ESTACIÓN DE LIMPIEZA FRÍA. ............................................................... 46

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

FIGURA 2.14 SE MUESTRA EL DIAGRAMA ELÉCTRICO 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 GUARDIÁN. ............................................................................................................ 56

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

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

FIGURA 3.5 CONFIGURACIÓN DE RTD’S A 2, 3 Y 4 HILOS. .................................................................... 61

FIGURA 3.6 CONFIGURACIÓN 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 MÓDULO IO-RO16. .......................................................................................................... 69

FIGURA 3.11 MÓDULO IO–PT400. ........................................................................................................ 70

FIGURA 3.12 INTERFAZ EX–A2X. ........................................................................................................... 70

FIGURA 3.13 ENTORNO DE VISILOGIC PARA PROGRAMACIÓN DE LÓGICA DE ESCALERA Y HMI. ....... 71

FIGURA 3.14 SELECCIÓN DE PLC V350 A UTILIZAR EN EL PROYECTO Y CONFIGURACIÓN DE ETIQUETAS

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

FIGURA 3.15 CONFIGURACIÓN DE MÓDULOS DE ENTRADAS Y SALIDAS ADICIONALES. ..................... 72

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

FIGURA 3.17 ASIGNACIÓN DE DIRECCIÓN DE PROGRAMA PARA LAS PANTALLAS DE LA HMI. ........... 74

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

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

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

FIGURA 3.21 FUNCIÓN DE LINEALIZACIÓN Y PARÁMETROS. ............................................................... 79

FIGURA 3.22 GRÁFICA PARA FUNCIÓN DE LINEALIZACIÓN. ................................................................. 79

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

FIGURA 3.24 DIAGRAMA DE FLUJO PARA BAÑOS GALVANOPLÁSTICOS. ............................................. 83

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

FIGURA 3.26 MENÚ DE HERRAMIENTAS PARA EL DISEÑO DE UNA HMI EN VISILOGIC. ...................... 85

FIGURA 3.27 MENÚ DE OPCIONES EN LA ASIGNACIÓN DE UN BOTÓN. .............................................. 86

FIGURA 3.28 MENÚ DE ASIGNACIÓN DE UN TEXTO BINARIO. ............................................................. 87

FIGURA 3.29 IMÁGENES ADJUNTAS EN VISILOGIC. .............................................................................. 88

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

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

FIGURA 3.32 MENÚ DE LA HMI. ............................................................................................................ 91

FIGURA 3.33 ASIGNACIÓN DE PARÁMETROS Y DIRECCIONAMIENTO DE LA GRÁFICA DE

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

FIGURA 3.34 PARÁMETROS DE LA FUNCIÓN NUMERIC. ...................................................................... 93

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

FIGURA 3.36 PANTALLA DE BAÑO GALVANOPLÁSTICO. ....................................................................... 94

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

ÍNDICE DE TABLAS:

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

TABLA 3.1 COMPARACIÓN ENTRE CONTROLADORES. ......................................................................... 59

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

TABLA 3.3 RELACIÓN DE TEMPERATURA (°C) Y RESISTENCIA. .............................................................. 63

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

TABLA 3.5 COMPARACIÓN DE PLC´S. .................................................................................................... 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 ELÉCTRICOS. ..................................................................................... 95

TABLA 4.1 CATÁLOGO DE CONCEPTOS. .............................................................................................. 109

TABLA 4.2 CATÁLOGO DE CONCEPTOS. .............................................................................................. 112

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

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

TABLA 4.5 COSTOS DE INGENIERÍA DE DETALLE. ................................................................................ 114

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

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

APÉNDICE) ........................................................................................................................................... 122

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

(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 123

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

(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 124

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

(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 125

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

(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 126

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

(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 127

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

(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 128

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

(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 129

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

(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 130

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

(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 131

ÍNDICE 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 CONEXIÓN PARA ENTRADAS DE RTD A OPLC ..................................... 105

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

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

PLANO A1 TÍPICO DE INSTALACIÓN DE OPLC V350-35 TR20 .......................................................... 133

PLANO A2 TÍPICO DE INSTALACIÓN DE INTERFAZ EX-A2X .............................................................. 134

PLANO A3 TÍPICO DE INSTALACIÓN DE TARJETA IO-RO16 ............................................................. 135

PLANO A4 TÍPICO DE INSTALACIÓN PARA TARJETA IO-PT400 ........................................................ 136

PLANO A5 TÍPICO DE INSTALACIÓN 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.

Diseñar una propuesta de actualización para una planta piloto de

galvanoplastia con un sistema automático que facilite su operación, además 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 automático 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

metálica haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una solución de sales

metálicas llamadas electrolitos. Proceso también conocido como electrólisis.

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

níquel, cobre, cromo y zinc. Su operación 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 Ingeniería Química e Industrias

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

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

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

la operación resulte segura, debido a que las dimensiones de la planta y la ubicación

de los tableros de control hacen necesaria la utilización 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

agitación.

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

prácticas de Laboratorio de Electroquímica, al estar operando la planta piloto para la

realización de las prácticas es necesario que utilicen guantes de hule, ya que hay que

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

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

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

galvanoplastia. Los alumnos sólo controlan el proceso mediante temperatura y

botones de arranque y paro, pero no pueden saber físicamente qué 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 días 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.

JUSTIFICACIÓN.

Dentro de los procesos Electroquímicos, se manejan sustancias con distintas

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

haciendo una reacción o mezclándolas para formar el electrolito.

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

galvanoplastia para contar con una operación segura, cómoda, eficiente y auxiliar en

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

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

condición de operación no establecida garantizar la seguridad del equipo y del

personal.

La intención de este trabajo es actualizar dicho proceso utilizando la

automatización para hacer fácil el proceso de galvanoplastia de la planta, poniendo

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

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

Machine Interfaz “Interfaz hombre máquina”) sin que el operario tenga necesidad de

cambiar constantemente de lugar, reduciendo los tiempos de operación 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 económicos 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 perderían recursos

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

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

justifican con la mejora de la operación, una manera dinámica 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.

Diseñar una propuesta de automatización para una planta de galvanoplastia

que consiste en:

1. proponer la instrumentación adecuada.

2. Los diagramas de ingeniería a detalle para la instalación de los

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

características del proceso para la selección adecuada del equipo a

utilizar y de manera que ésta selección sea económica y eficiente.

3. Una cotización de la implementación del sistema automático para la

planta e ingeniería requerida para su implementación.

4

CAPÍTULO I GALVANOPLASTIA Y PLANTA

PILOTO DE GALVANOPLASTIA.

En este capítulo se describe el proceso de Galvanoplastía, así como los elementos

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

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

C A P Í T U L O 1 | 5

1.1 DEFINICIÓN DE PLANTA PILOTO.

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

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

procesos productivos. En estos procesos intervienen fenómenos, simples o

complejos, de interés para las ingenierías, permitiendo el análisis de las interacciones

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

transferencia de masa y energía, las reacciones químicas, la biotecnología, el control

de procesos, entre otras. También facilita la posterior operación y aplicación a nivel

industrial o en algún área de trabajo determinada: sirve además para la confrontación

de la teoría (modelos) con la práctica y la experimentación en las áreas del

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

piloto tiene como propósitos 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 serán la base para el diseño de la planta industrial.

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

planta piloto es una réplica y estará sujeta a condiciones de operación previstas

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

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

condiciones de operación de manera más rápida y económica que si se

realizaran en la planta original.

La finalidad de utilizar una planta piloto en la enseñanza de las ingenierías es

llevar a cabo prácticas que ayuden a la interacción 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 manipulación de variables,

resolución de problemas, creatividad y la comprensión del proceso.

C A P Í T U L O 1 | 6

1.2 DEFINICIÓN DE GALVANOPLASTIA.

La denominación de recubrimientos electrolíticos es usualmente empleada

para designar a depósitos adherentes obtenidos por formación catódica. Este ramo

industrial es de suma importancia para las industrias automotriz, joyería, electrónica,

electrodomésticos, herrajes, entre otros.

Los recubrimientos electrolíticos son consecuencia de los procesos de

descomposición de ciertos productos químicos por medio de la corriente eléctrica.

Estos productos poseen características químicas específicas 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 químicos descompuestos, también conocidos como

electrodepósitos constituyen recubrimientos relativamente delgados e idóneos para

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

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

dándole a la superficie las propiedades físicas propias del metal depositado.

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

metal sobre un electrodo llamado cátodo, en contacto con una disolución-electrólito

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

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

parcial disolución del metal.

Los iones del metal a depositar pueden estar en la disolución-electrólito en

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

baño 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 baños de cobrizado alcalinocianurados y

en baños de cincado alcalino-cianurados, respectivamente.

C A P Í T U L O 1 | 7

En electrólitos ácidos simples, el ión metálico (catión) está rodeado por una

envoltura de hidratación, como ocurre, por ejemplo, para el ión Cu2+, presente en un

electrólito ácido, el cual está como solvato, con cuatro moléculas de agua:

Cu2+ (H2O)4.

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

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

disolución electrólito, los iones cargados eléctricamente migran hacia uno de los dos

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

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

hacia el electrodo positivo (ánodo), transportando de este modo la corriente eléctrica

dentro de la celda.

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

producen fenómenos electroquímicos de oxidación y reducción: el primero en el

ánodo y el segundo en el cátodo, ligados ambos fenómenos a una variación de la

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

Así, en el caso del níquel, este metal, en el ánodo, cede dos electrones y pasa

al estado iónico:

Cu0 Cu2++ 2e

Y, a su vez, en el cátodo, el ión níquel de la solución toma dos electrones y

pasa al estado de átomo metálico neutro, depositándose allí:

Cu2+ + 2e Cu0

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

fenómenos más complicados, ligados a la existencia de la doble capa eléctrica en la

interface electrodo electrolito, en donde intervienen la polarización, la sobretensión,

la difusión, etc.

.

C A P Í T U L O 1 | 8

Generalmente la corriente eléctrica aplicada a los electrodos es alimentada por

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

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

componentes de un sistema electroquímico.

FIGURA 1.1 ESQUEMA DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA.

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

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

su creación real corresponde a los trabajos del físico ruso H. Jacobi hacia 18371 .

1.3 USOS DE LA GALVANOPLASTIA.

En la industria de la galvanoplastia se efectúa un depósito específico sobre

piezas metálicas con el fin de otorgarles un acabado cuyo proposito dependerá 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 corrosión.

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

C A P Í T U L O 1 | 9

Aumentar la resistencia al paso de una sustancia.

Incrementar la resistencia a la fricción.

Obtener propiedades eléctricas y magnéticas.

Mejora la apariencia.

La corrosión, es un fenómeno natural que provoca el deterioro de los metales

y de sus propiedades químicas y físicas. Debido a esto, el uso de recubrimientos

protectores contra la corrosión ha tenido un incremento considerable en los últimos

años.

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

proporciona una protección adecuada contra la corrosión, en condiciones

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

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

recubrimientos protectores, siendo la industria automotriz la principal consumidora.

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

ecológicas, cada vez más estrictas, los recubrimientos de cinc puro, están siendo

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

1.4 LEY DE FARADAY.

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

medir la corriente eléctrica [I], y pesó la cantidad M de la sustancia depositada en los

electrodos en un tiempo [t]. De ese modo conoció la cantidad de energía eléctrica que

había pasado a través de la disolución y la masa de la sustancia producida. Con estos

datos estableció 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 través de la

disolución electrolítica.

C A P Í 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 químicos de dichas

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

molecular entre el número de electrones que intercambia en la reacción de oxido-

reducción.

Con estos conocimientos puede definirse ahora la electrólisis de un modo más

general como el “fenómeno en virtud del cual tienen lugar transformaciones químicas

motivadas por la emigración y descarga iónicas 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 químico de la sustancia en cuestión. 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 ecuación 1.1.

𝑀 =𝐼 𝑡 𝐸𝑞

𝐹 𝑬𝒄. 𝟏. 𝟏

Dónde

𝑀 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑎𝑑𝑎.

𝑡 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜.

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝐹 = 96 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏/𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒.

𝐸𝑞 = 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑖𝑚𝑖𝑐𝑜.

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

para eso se utiliza la fórmula de densidad (ecuación 1.2):

𝜕 =𝑚

𝐴 𝑬𝒄. 𝟏. 𝟐

Dónde

𝑚 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑏𝑟𝑖𝑟

𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑏𝑟𝑖𝑟

C A P Í 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 mecánica, no es necesario utilizar mezclas de

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

un desengrase químico que elimina no solamente las grasas y aceites, también

separa con facilidad de la superficie a tratar el polvo, partículas metálicas, sales

procedentes de los tratamientos térmicos y huellas procedentes de su manipulación

anterior.

1.5.1 DESENGRASANTES.

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

solución alcalina, dónde 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 más utilizadas en la industria se

describen a continuación.

SOSA CÁUSTICA (Hidróxido de sodio (NaOH).

Es una de las sustancias más utilizadas por su poder de saponificación2, posee

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

presenta una eliminación difícil, por lo que exige largo tiempo de enjuague. Por otra

parte su utilización está limitada, por su gran alcalinidad, ya que con exposiciones

prolongadas de la pieza pueden fragilizarla.

POTASA CÁUSTICA (Hidróxido potásico, KOH).

Es utilizado con menor frecuencia en comparación a la sosa cáustica, esto

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

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

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

C A P Í T U L O 1 | 12

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

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

ejerce un buen poder de saponificación.

METASILICATO SÓDICO (Na2SiO3 x H2O).

Este compuesto posee una marcada acción humectante, emulsionante y

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

proceso tal cómo aluminio y cinc.

CARBONATO SÓDICO (Na2CO3).

Este compuesto posee propiedades burbujeantes y detergentes débiles, pero

es barato, es fácil de eliminar por enjuague simple y desempeña un papel importante

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

se obtiene al usar fosfato trisódico o metasilcato sódico.

FOSFATO TRISÓDICO (Na3PO4 × 12H2O o Na3PO4

anhidro).

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

ejerce una buena acción defloculante4. Es, además, un buen tampón5, manteniendo

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

sódico.

METASILICATO SÓDICO (Na2SiO3 × H2O).

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

un buen poder saponificante y defloculante. También, actúa como tampón, dando un

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

alcalino sobre metales anfóteros, como aluminio y cinc.

3 Termino derivado de Saponificación 4 Es un aditivo que causa una dispersión más estabilizada y evita que se aglomeren las partículas finas, manteniéndolas en suspensión. 5 Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes.

C A P Í T U L O 1 | 13

TETRABORATO SÓDICO (Bórax, Na2B4O7 × 10H2O).

Es un agente desengrasante de acción débil, utilizado especialmente para

metales muy sensibles a los agentes alcalinos fuertes.

PIROFOSFATO SÓDICO (Na4P2O7).

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

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

compuestos alcalinos como sosa y metasilicato.

ÁCIDO ETILENDIAMINOTETRA ACÉTICO (EDTA) Y SU SAL

DISÓDICA (EDTA Na2).

Se utilizan como desengrasante de metales debido a su capacidad para

disolver compuestos como carbonatos, óxidos o sulfatos.

GLUCONATO SÓDICO (CH2OH−(CHO)4−COONa).

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

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

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

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

poderoso desoxidante.

1.5.2 BAÑOS ELECTROLITICOS.

Para el proceso de recubrimiento se utiliza diferentes sustancias en solución

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

continuación se enlistan algunos tipos de recubrimientos, y soluciones electrolíticas o

baños más utilizados.

6 Fija o compleja los iones metálicos 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 metálicos reaccionen con la suciedad y produzcan compuestos insolubles . 7 Que aumenta la velocidad de una Reacción Química.

C A P Í T U L O 1 | 14

DEPÓSITO DE COBRE.

Baño de cobre ácido:

Sus componentes fundamentales son:

Sulfato de cobre (CuSO4 x 5H2O).

Ácido sulfúrico (H2SO4).

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

disminuye la concentración del ion metálico, aumenta la corrosión del ánodo y evita

la precipitación de sales cuprosas o cúpricas.

Baño 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.

DEPÓSITO DE NÍQUEL.

Solución Watts:

Permite la obtención de depósitos de buena coloración y brillo, las sustancias

utilizadas son:

Sulfato de níquel.

Cloruro de níquel.

Ácido bórico.

C A P Í T U L O 1 | 15

Níquel brillante:

Contiene agentes de adición que modifican el crecimiento del depósito de

níquel para producir superficies completamente brillantes que pueden recibir depósito

de cromo sin necesidad de pulido previo.

Las sustancias utilizadas son:

Sulfato de níquel.

Cloruro de níquel.

Ácido bórico.

Abrillantador primario.

Abrillantador secundario.

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

dureza y tensiones internas del depósito.

Los abrillantadores secundarios: tienen un efecto abrillantador más ligero

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

metálica producidas por los abrillantadores primarios.

Níquel mate:

Produce una película uniformemente satinada sobre metales base como

acero, cobre y latón.

Se obtiene una estructura del depósito fino y uniforme en todas las áreas.

Las sustancias usadas son:

Sulfato de níquel.

Cloruro de níquel.

Ácido bórico.

Abrillantador primario.

Abrillantador secundario.

C A P Í T U L O 1 | 16

DEPÓSITO DE CROMO.

Las sustancias utilizadas son:

Acido crómico.

Ácido sulfúrico.

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

características finales del electrodepósitos obtenido.

Los parámetros prácticos relacionados con estos factores, que permiten

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

en mayor o menor cuantía la estructura del recubrimiento metálico son:

DENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA.

Este parámetro es decisivo en la galvanoplastia, es muy utilizado en la práctica

para modificar y controlar la estructura del electrodepósitos en formación. Las

corrientes bajas significan una velocidad de electrodeposición lenta. Para incrementar

el rendimiento es deseable operar siempre con una densidad de corriente elevada.

Hasta cierto límite, cuanto mayor sea ésta, más finos serán los desprendimientos del

material con el que se galvanizará.

Rebasando ciertos límites, que varían con la naturaleza del baño y con la

temperatura, la velocidad de crecimiento aumenta tanto especialmente en ciertos

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

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

corriente se incrementa demasiado, se producirán depósitos “quemados” debido al

C A P Í T U L O 1 | 17

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

todos estos indeseables.

TEMPERATURA.

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

en la temperatura favorece la difusión de la especie iónica hacia el electrodo.

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

consigo un aumento de la movilidad de los iones metálicos, y una disminución de la

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

formación de electrodepósitos de grano fino y brillante, sin llegar a la obtención de

recubrimientos arborescentes (dendríticos) o esponjosos. Además, la temperatura

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

absorción que producen depósitos frágiles con tendencia a desquebrajarse como

sucede con el hierro, níquel, y cobalto.

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

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

cristales, como consecuencia de la disminución de la polarización.

CONCENTRACIÓN DE IONES HIDRÓGENO (pH).

Este parámetro es muy importante cuando el metal a depositar es

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

evitar la formación de hidratos y sales básicas poco solubles, y al propio tiempo, no

debe contener tantos iones H+ que haga posible su descarga en el cátodo. Algunos

metales, como el níquel, zinc y hierro precisan un pH muy bajo para obtener depósitos

finos y, por tanto, brillantes. Cuando se conoce el margen de pH conveniente para

conseguir en los depósitos 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

regulación se acostumbra emplear sustancias que actúan como tampones

C A P Í T U L O 1 | 18

(reguladores de pH) constituidos por ácidos muy poco disociados (por ejemplo ácido

bórico en los electrolitos de niquelado), o bien ácidos débiles y sus sales o bases

débiles y su sal.

NATURALEZA Y ESTADO SUPERFICIAL DEL CÁTODO

(METAL-BASE).

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

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

si este no es el idóneo, el electrodepósito podría depositarse de manera imperfecta o

bien se desprenderá posteriormente al menor golpe o tensión.

El estado de la superficie del cátodo (metal-base) también es muy importante,

pues la estructura que posea influirá decisivamente en la electrocristalización.

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

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

activo en que se encuentre, pues de él dependerá el correcto anclaje del

electrodepósito y, en parte, también la correcta construcción de la red cristalina.

CONCENTRACIÓN IÓNICA.

La composición más conveniente del electrolito será aquella que posea pocos

iones metálicos a depositar y muchas moléculas no disociadas dispuestas a

disociarse rápidamente, liberando los iones metálicos que sustituirán a los que

desaparezcan de la película liquida catódica durante la deposición. El ánodo, al ser el

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

metálicos que serán depositados.

La concentración real de un ion determinado es función de un sinfín de factores,

tales como la concentración molar, el grado de ionización, la temperatura, la presencia

de sales con un ion común y la formación de complejo químicos.

C A P Í T U L O 1 | 19

AGITACIÓN DEL ELECTROLITO.

La agitación favorece los cambios entre la zona catódica y el resto del

electrolito. Al modificar la capa de difusión disminuye la polaridad por concentración,

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

de corriente, sin que este aumento provoque la obtención de electrodepósitos

dendríticos o esponjosos.

AGENTES DE ADICIÓN.

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

orgánica que, adicionados al electrolito en cantidades generalmente muy pequeñas,

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

Estos agentes de adición pueden cumplir misiones diferentes, influyendo sobre

diferentes factores que afectan al proceso.

Se denominan abrillantadores cuando al ser absorbidos irreversiblemente en

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

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

Se llaman nivelantes cuando al ser absorbidos irreversiblemente en puntos de

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

velocidad al crecimiento en los valles del cristal.

Se llaman humectantes cuando su misión consiste en mojar la superficie

catódica, reduciendo la tensión superficial en las burbujas de hidrogeno y facilitando

su desprendimiento de esa superficie catódica.

Se llaman agentes disminuidores de tensiones internas o agentes ductilizantes

cuando dichos compuestos, al ocluirse o absorberse selectivamente en el

electrodepósito, disminuyen o suprimen las tensiones internas asociadas a ciertos

tipos de crecimiento cristalino.

C A P Í T U L O 1 | 20

PASIVIDAD ANÓDICA.

En el ánodo también es posible la producción de polarización debido a la

formación de películas poco conductoras originadas por reacción química. Cuando el

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

pasivado.

Se han establecido numerosas teorías para explicar este interesante

fenómeno, y dominan entre ellas la teoría oxídica y la oxigénica. Los partidarios de la

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

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

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

oxígeno, el cual es retenido por la superficie, pero sin llegar a formar óxido, y objetan

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

de esta capa de óxido y el ser inverosímil su insolubilidad en ácidos, pero se olvida

que por tratarse de una capa constituida por escaso número de moléculas

superpuestas, o quizá una capa monomolecular, las condiciones de formación del

óxido son muy distintas de las que rigen en una formación química corriente, pudiendo

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

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

desprendimiento de oxígeno en el ánodo y, por consiguiente, una gran densidad de

corriente anódica es una de las causas más frecuentes de la pasividad del mismo y

que los metales puros son los que más 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 más facilidad en el baño

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

consiguiente, vuelve al ánodo activo, es decir, facilita su disolución, es la existencia

en el baño de aniones de escaso volumen atómico, que al facilitar su difusión a través

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

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

del baño.

C A P Í T U L O 1 | 21

PODER DE PENETRACIÓN.

El poder de penetración se refiere a la propiedad de un baño por la que se

consigue una distribución regular del depósito sobre toda la superficie del cátodo. Si

se trata de un cátodo de superficie irregular, las partes cercanas de éste se cubren

con una capa más gruesa que aquellas más alejadas, debido a que la resistencia

óhmica del electrolito intermedio es menor. Se ha demostrado que el poder de

penetración es función del modo como varían el potencial catódico y la resistencia del

electrolito con la densidad de corriente.

Cuando en un punto del cátodo, que se halla más cerca del ánodo 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 polarización por

concentración, lo que tiene el mismo efecto que un aumento de la resistencia óhmica

entre el ánodo y los puntos cercanos del cátodo; por dicho motivo la corriente se dirige

hacia otros lugares más alejados, manifestándose así el poder de penetración de la

solución. La corriente que fluye desde el ánodo hacia las superficies prominentes es

mayor en éstas que en las partes huecas, es decir la densidad de corriente por

decímetro cuadrado (A/dm2) es mayor porque la distancia ánodo-cátodo es más corta

y por lo tanto tiene menos resistencia eléctrica que en las partes huecas. El reparto

de la corriente de la corriente en el baño es llamado “distribución de corriente”. Esto

quiere decir, que las áreas huecas reciben un depósito más delgado que en las partes

prominentes como se muestra en la figura 1.2.

C A P Í T U L O 1 | 22

FIGURA 1.2 DEPÓSITOS EN SUPERFICIES.

1.7 PROCESOS EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA.

PRETRATAMIENTOS SUPERFICIALES.

Esta etapa involucra los primeros baños químicos, en los cuales el objetivo es

acondicionar la superficie quitándole las grasas, y tratándola 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 solución desengrasante.

C A P Í T U L O 1 | 23

B) DESENGRASE POR INVERSIÓN PERIÓDICA DE LA

CORRIENTE.

Las piezas a desengrasar actúan durante cortos espacios de tiempo como

cátodo y como ánodo. Se emplea generalmente para eliminar las manchas como el

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

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

superficie metálica sin riesgo de que se produzca ataque químico o que se desarrollen

manchas.

ENJUAGUE.

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

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

de contaminación de los baños electrolíticos de deposición metálica, falta de

adherencia del recubrimiento metálico y manchas en el mismo e incluso pérdida del

brillo.

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

desengrasado químico o electrolítico, entre las operaciones del pulido químico o

electrolítico o del decapado, sino que también se emplea después del correspondiente

tratamiento de electrodeposición metálica, sea de un solo metal o de un sistema de

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

Formas de realizar el enjuague.

Enjuague simple por inmersión.

Enjuague múltiple (en cascada).

Enjuague por rociado.

Enjuague por rociado y por niebla.

ELECTRODEPOSICIÓN.

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 aplicación de una o varias capas de otros metales o aleaciones de

metales. En sus orígenes, esta técnica estaba basada con el propósito de aumentar

C A P Í T U L O 1 | 24

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

la producción mundial de acero se emplea en reponer el destruido por corrosión, por

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

buena resistencia a la corrosión o unas propiedades mecánicas o físicas particulares.

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

superficie en dos grandes grupos o familias:

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

recubrimientos.

b) Proceso de conversión: se efectúa una modificación de la superficie de

la pieza sin el aporte de otro metal.

A su vez, ambos grupos se pueden subdividir en:

a) Procesos químicos.

b) Procesos electrolíticos.

Los principales procesos de deposición química son:

Níquel químico

Cobre químico

Oro químico

Plata química

Estaño químico

Proceso de conversión química se pueden dividir en:

Cromado (cinc, aluminio)

Pavonado (hierro, cobre, latón, plata, estaño)

Fosfatado (hierro, aluminio, cinc)

Pulido químico (cobre, latón, aluminio)

Procesos de conversión electrolítica.

Anodizado (aluminio)

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

C A P Í T U L O 1 | 25

DEPOSICIÓN ELECTROLÍTICA.

Este proceso requiere de:

Una cuba o celda para contener el baño galvánico

El baño

Como mínimo dos electrodos: los ánodos y los cátodos o piezas a

recubrir.

Una fuente de electricidad.

Equipo auxiliar que puede ser: sistemas de calefacción y/o refrigeración,

filtración, agitación mecánica o por aire, sistema de sujeción de las

piezas: bastidores, tambores, cestas.

BAÑO ELECTROLÍTICO.

Normalmente consiste en una mezcla de diversos compuestos químicos que

de forma general contienen:

a) El ion metálico:

El metal a depositar está presente en la solución en forma de sal simple o

compleja usándose en algunos casos más de una sal. Normalmente en el caso de

metales comunes se utilizan concentraciones metálicas 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 misión aportar al baño la máxima

conductividad eléctrica. Generalmente actúan también como estabilizadores del PH

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

del depósito.

c) Agentes acomplejantes:

Se utilizan para diversos cometidos:

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

condiciones normales este metal no es soluble.

C A P Í T U L O 1 | 26

Favorecer el poder de penetración del baño conocido como poder cubriente o

poder de penetracion.

Facilitar la disolución de los ánodos.

Evitar la deposición de otros metales presentes en el baño en forma de

impurezas y que su deposición provocaría una alteración en las características

del depósito.

d) Aditivos orgánicos:

Se utilizan compuestos orgánicos relativamente en bajas concentraciones para

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

en los siguientes conceptos:

Abrillantadores8.

Agentes humectantes.

Agentes niveladores.

SECADO.

Ésta es la última operación a la que son sometidas las piezas una vez

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

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

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

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

último del metal y naturaleza del recubrimiento metálico. Para secar las piezas o

artículos se han empleado en galvanoplastia los siguientes procedimientos:

Secado atmosférico.

Secado por aire caliente.

Secado por chorro de aire forzado.

Secado por centrifugación.

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 lámina,

8 La plata es un abrillantador orgánico,

C A P Í T U L O 1 | 27

se observan los diferentes baños, las reaaciones químicas y los desprendimientos de

elementos químicos al estar galvanizando en un caso específico de zincado.

FIGURA 1.3 PROCESO DE ZINCADO EN PLANTA DE GALVANOPLASTÍA.

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

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

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

C A P Í T U L O 1 | 28

FIGURA 1.3 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA.

29

CAPÍTULO II SITUACIÓN ACTUAL DE LA

PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA.

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

C A P Í T U L O 2 | 30

30

2.1 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA PILOTO.

La planta se ubica en el laboratorio de Electroquímica 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, también se muestran las medidas correspondientes para la planta

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

cubas para los diferentes baños, también las cubas para los enjuagues.

CUBA

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

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

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

eléctrica.

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

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

conectadas a la terminal negativa de la fuente de alimentación, aquí se coloca una

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

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

galvanoplastía.

FIGURA 2.1 DIAGRAMA DE UNA CUBA DE GALVANOPLASTÍA.

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ESTACIÓN 1 “LIMPIEZA FRÍA”.

Esta estación está diseñada para la etapa de lavado de las piezas. En el panel

de control se encuentran: Un temporizador, un botón para su activación y

desactivación y un foco indicador.

ESTACIÓN 2 “LIMPIEZA CALIENTE”.

Esta estación también está diseñada para la etapa de lavado. En el panel de

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

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

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

de la estación, 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

estación 1.

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

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

el cual mantiene la temperatura de la solución 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 estación 1

y 2.

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FIGURA 2.2 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 1 Y 2.

ESTACIONES 3, 4, 5 Y 6 “BAÑO GALVANOPLÁSTICO”.

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

iguales entre sí. Poseen un calentador, un filtro, una bomba para la recirculación del

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

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

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

“Estación 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 “BAÑO GALVANOPLÁSTICO 5 Y 6”.

Están diseñadas 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 situación se

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

que la solución electrolítica 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 ROCÍO”.

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 característica 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 después de salir de una de las etapas del proceso.

FUENTES DE ALIMENTACIÓN DE CD.

Las fuentes de alimentación 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 reóstato 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, también existe un reóstato en cada fuente

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

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2.2 DTI Y EXPLICACIÓN 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 tubería e

instrumentación (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 número de estación dónde

está ubicado dicho elemento mientras que la cuarta columna muestra las

especificaciones técnicas.

A continuación 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 Estación Especificaciones

Temporizador general KIC-000 Todas

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

Temporizador 1 KIC-001 Estación 1:

Limpieza fría.

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

Tanque de lavado en frío TQ-001 Estación 1:

Limpieza fría.

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

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2.3 OPERACIÓN EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA.

En esta sección se describe la operación de la planta piloto, utilizando como

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

los siguientes pasos:

RECEPCIÓN DE LA PIEZA.

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

generalmente se trata de placas de latón 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 estación 1 se sumergen las piezas, ya sea en agua o en una

sustancia que facilite la eliminación de impurezas.

La estación 2 es similar a la primera estación, Como se mencionó

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

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

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

contrario la bomba y el calentador no funcionarán.

PROCESO COBRIZADO-COBRIZADO-NIQUELADO-CROMADO.

Después de darle tratamiento a la superficie de la pieza, continúa el proceso

en las estaciones 3-8.

En las estaciones de baño galvanoplástico se corrobora el nivel de solución en

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

bombas, esto para protegerlas contra la operación en vacío, lo cual las puede dañar.

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 baño 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 ánodos de cinc

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

de cinc y se pasa corriente a través de ella,

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

y junto con un ánodo de cobre se sumergen en el electrolito ácido, que puede ser

Cu2SO4 o alguna otra solución derivada del cobre con carácter acido.

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

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

esta ocasión también se utiliza una solución derivada del cobre, pero con carácter

básico.

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

rocío”.

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

estación el electrolito es una solución derivada del níquel y el ánodo de níquel. Una

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

estación 9 para el enjuague por rocío.

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

estaciones 7 y 8, en esta etapa el ánodo es de cromo y el electrolito es una solución

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

el reóstato 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 estación 9 y posteriormente se somete

a un secado.

2.4 DESENGRASE POR INVERSIÓN PERIÓDICA (PR).

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

química.

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

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

la solución de electro-limpieza y convirtiendo la pieza de trabajo en ánodo. El

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

que la corriente inversa ayuda a la remoción y de alguna película metálica o partículas

metálicas no adherentes.

La inversión periódica de corriente se venía haciendo mediante un inversor

electromagnético temporizado que, de forma periódica, invertía la polaridad de la

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

corriente de 2000 Amperes aproximadamente, dicho procedimiento de inversión 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 estáticos: En la figura 2.8 se muestra el inversor de polaridad, con el

que se lleva a cabo la limpieza fría y caliente, al invertir la polaridad, de anódica a

catódica.

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FIGURA 2.8 INVERSOR DE POLARIDAD.

2.5 TABLERO DE ALIMENTACIÓN 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 termomagnético de diferentes capacidades,

siendo algunas monofásicas y otras trifásicas, las conexiones están en buen estado,

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

FIGURA 2.9 TABLERO DE PROTECCIONES Y ALIMENTACIÓN GENERAL.

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

se muestra en la figura 2.10 dónde 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 estación, 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 ALIMENTACIÓN GENERAL DE LA PLANTA.

2.6 ALIMENTACIÓN DE TABLERO PARA ESTACIONES.

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

está conectado a un relevador (KM1), el cual permite el paso de la alimentación hacia

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

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

elementos de control. Adicionalmente en la parte de la alimentación 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 está identificado por los números 8 y 9.

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FIGURA 2.11 ALIMENTACIÓN DE LOS TABLEROS DE CONTROL.

2.7 CONTROL DE ESTACIÓN DE LIMPIEZA FRÍA.

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

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

tienen interruptores de nivel, bomba y conexión al compresor para la agitación, por lo

que es una estación dónde se introduce la pieza y, por medio de un temporizador

cómo se observa en la figura 2.12, se mide el tiempo límite del usuario para la limpieza

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

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

químicas del proceso y que son dañinos para las vías respiratorias de los usuarios, el

extractor inicia una vez que se presiona el botón del extractor, y no cuenta con ningún

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

las 8 estaciones de galvanizado.

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FIGURA 2.12 CONTROL DE LA ESTACIÓN DE LIMPIEZA FRÍA.

2.8 CONTROL DE LA ESTACIÓN DE LIMPIEZA CALIENTE

Y CUBAS DE BAÑO GALVANOPLASTICO.

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

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

La primera condición 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 estación 8. Una vez que se presiona el

botón 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 está alimentado por 12

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

(figura 2.11) se ajust