Anodizado

INSTITUTO

POLITECNICO

NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DEINGENIERIA QUIMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS

uno, iistaeacii y opeojci nr, m plasta be AS00IZAD0 BRILLANTE PARA A L 1 I I I SIIS A L E M O S PARA ESO 01AM E1TJL, A R IIT E C 1I» E 1BSTRIAL

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I N D I C E Capituló Capítulo

I.—INTRODUCCION. II.— ESTUDIO DEL PROCESO.

Capítulo

III.— CONDICIONES DE OPERACION SELECCIONADAS Y SE­ CUENCIAS DE ACABADO.

Capítulo

IV.— DISEÑO DEL EQUIPO.

Capítulo Capítulo Capítulo

V.— SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD, CALOR Y AGUA. V I— LOCALIZACION, INSTALACION E HIGIENE DE LA PLANTA. VIL—ESTIMACION DEL CAPITAL INICIAL.

Capítulo VIII.—DETERMINACION DEL COSTO APROXIMADO DE ACA­ BADO Y PRECIOS DE VENTA, POR UNIDAD TERMI­ NADA. Capítulo

IX.— RESUMEN GENERAL. APENDICE. BIBLIOGRAFIA.

- 9 -

10

FE D E E R R A T A S

Pagina 16 2 Al + 3H,0 — > A1203 +3H , + Energía

Pagina 41

1

(V + D) / « ’

Pagina 59 b)

Agregar 70 mi. de la solución preparada: 50 grs. de pirofosfato de sodio (Na, P, 07 10H.0) 50 grs. de cloruro de amonio (NHi Cl) y 2 grs. de yoduro de potasio (KI) dilúyase en un litro de agua destilada.

C A P I T U L O

I

INTRODUCCION

El aumento constante del empleo de aluminio, segundo metal que se consume actualmente en todo el mundo, después del fierro, ha venido desarrollando las diferentes form as de protección a la corrosión del metal puro y sus aleaciones. En el mercado, se encuentra el aluminio formando aleaciones que lo contienen en un alto porcentaje usándose éstas para la fabricación de artículos y utensilios del hogar. En las construcciones ar­ quitectónicas modernas, lo encontramos en ventanales, puertas y h asta estructuras. Debido a las propiedades de baja densidad, alta resistencia a la tracción y alta resistencia a la corrosión, encuentra usos en ingenie­ ría, en la industria del transporte aéreo, terrestre y marítimo. También se usa en la industria de conservación de alimentos, en la refrigeración y como recipientes para almacenaje de variadas subtancias líquidas y sólidas. El aluminio, no es más difícil de fabricar y de trabajar que cual­ quier otro metal y con frecuencia, resulta más fácil. Se puede fundir, v a­ ciar, formar en frío a presión y maquinar; resultando dichos trabajos a más bajo costo, comparado con otros metales. Una de las protecciones más importantes para el aluminio y algunas de sus aleaciones, es el ANODIZADO; proceso que se aplica económica­ mente, como se demostrará más adelante y que en las pruebas aceleradas de corrosión, han demostrado ser uno de los acabados sobre m etales más resistentes a dicha prueba. La finalidad del presente trabajo es la de estudiar las posibilidades técnicas y económicas para proteger contra la corrosión y mejorar la apa­ riencia del aluminio y sus aleaciones a un bajo costo, proponiéndose la instalación del equipo adecuado para una planta maquiladora en escala industrial de anodizado. Breve historia del aluminio. El alumbre (del cual toma su nombre el aluminio), fué conocido desde hace muchos años. Pott (1746) demostró que se deriva de una tierra especial ALUMINA, que M orgraf ("1754) aisló de la arcilla. Davy (1808) demostró que esta alúmina es el óxido del me­ tal y aisló el metal impuro que lo llamó Alumium. Oersted (1824) obtuvo 11

un metal más puro, calentando la amalgama de poiasio y cloruro de alu­ minio. En 1827, Wohler obtuvo el metal puro, por la acción del potasio sobre el cloruro de aluminio. Bunsen (1854) lo preparó por la electrólisis. El primer método industrial que depende de la reducción del cloruro de aluminio sódico CLAlNa, es debido a Deville en 1854. La producción industrial de aluminio por electrólisis de la mezcla fundida de alúmina y criolita (Na A1F,) se inició simultáneamente en 1886 por Herouit en Francia y Hall en Estados Unidos de Norteamérica.

- 12 -

HISTORIA DEL ANODIZADO Como es bien conocido, todos los metales se oxidan a la intemperie con mayor o menor rapidez. El aluminio se oxida naturalmente form án­ dose películas de 50 a 150 A (Angstrom) de espesor, dependiendo de la aleación. Este óxido, preserva el metal, dándole mayor resistencia a la co­ rrosión posterior. La posibilidad de reforzar la película de óxido natural, sobre el aluminio fué propuesta por H-Buff en 1857 y secundado por C. Pollak. Los primeros métodos de oxidación del metal fueron puramente químicos y desarrollados por O. Bouer y O. Vogel en 1915. La primera p a­ tente fué registrada en 1923 y es una modificación de Bouer-Vogel: la so ­ lución contenía: Dicromato de Potasio Carbonato de Sodio Calcinado Alumbre

3-3 gr/lt 13.3 „ 1.0

„

Se agrega además, un pedazo de aluminio. Los baños se agitan y se operan de 90 a 95°C, el tiempo de tratamiento es de 30 a 60 minutos. Un mayor número de este tipo de soluciones se propusieron y se usaron entre 1922 y 1930. El Dr. Gustav Ecker en 1930 desarrolló un método rápido y econó­ mico, el cual llamó proceso modificado de Bouer-Vogel (M.B.V.); la solu­ ción contiene: Carbonato de Sodio y Cromato de Sodio en relación de 3 a 1, el tiempo de tratamiento es de 3 a 5 minutos y la temperatura de ope­ ración es de 90 a 100°C. Este proceso se empleó como una base para la aplicación de pintu­ ras y lacas protectoras a la corrosión. En los Estados Unidos de América se desarrolló un proceso llamado Alrok, por la “Aluminum Company o f America” , la cual contiene Carbo­ nato de Potasio y Dicromato de Sodio, que produce películas de óxido sim ilares al proceso M.B.V. Los procesos descritos, juegan un papel muy importante en el a c a ­ bado sobre aluminio; pero no se pueden comparar con el proceso de ano­ dizado en calidad y aplicación en la industria. Muchos y muy variada cantidad de electrólitos, se han propuesto y patentado; pero son pocos los que tienen importancia industrial. Uno de los primeros procesos que se utilizaron es el llamado Bengough-Stuart, desarrollado en 1923 que emplea ácido crómico. El Battelle Memorial Institute, durante la última guerra mundial hizo una completa modificación del proceso anterior usando una solución del 5 a 10% de Acido Crómico y reforzando con adiciones de Acido Sulfú­ rico. El proceso que más se usa en la actualidad, es el que emplea Acido 13

Sulfúrico y la primera patente fué registrada en 1937 en E.U.A-, por C.H.R. Gower y S.O. O’Brien, En Europa, este proceso se llama Eloxal G.S. En Japón se desarrolló un nuevo proceso de anodizado el cual em­ plea Acido Oxálico que puede trabajar con corriente directa y corriente alterna; este proceso se introdujo por Hogin Rikagu y Kenkyugo. En Suiza también se desarrolló otro proceso en 1935, que emplea á ci­ do oxálico, conteniendo además titanio, zirconio o talio en solución, lla­ mado Emetal. Más recientemente se desarrollaron métodos de anodizado con ácido bórico, ácido fosfórico y ácido sulfámico; este último por Piontelli en Italia.

14

C A P I T U L O

II

ESTUDIO DEL PROCESO DE ANODIZADO I — ALUMINIO.

Es un metal que se encuentra en el Grupo III, Subgrupo (b) de la cla­ sificación periódica de los elementos de Mendelejeff. a) Propiedades Físicas: Tiene un color gris azuloso: Número atómico: 13 Configuración electrónica: 2, 8, 3. Pesó atómico: 26.97 Densidad: 2.70 g/cm 1 Punto de fusión: 659.8°C. Punto de ebullición mayor de: 2,200°C. b) Propiedades Químicas: La valencia típica es 3 y presenta una covalencia de 4 en los haluros bimoleculares; se combina con el oxígeno para form ar Al2 0 3, form a hidróxidos y compuestos organometálicos. La propiedad química que nos interesa para el estudio del proceso de anodiza­ do del aluminio, es la combinación con el oxígeno; pues el anodi­ zado, es la formación de una capa de óxido de aluminio sobre la superficie del metal (Al_. O t). c) Cuando la corriente eléctrica, se pasa a través de un electrólito en el cual se coloca aluminio como ánodo, el anión se descarga en éste, con pérdida de uno o más electrones- En una solución acuosa, el producto anódico es principalmente oxígeno, el cual se une químicamente con el aluminio; pero los resultados de la reac­ ción dependen de varios factores; la naturaleza del electrólito, las condiciones de operación, tales como potencial y corriente, tem ­ peratura de la solución y tiempo de tratamiento: 15

1.— Los productos de la reacción pueden ser solubles en la solu­ ción y en este caso, el metal se disuelve hasta saturación, es­ to sucede con los ácidos minerales fuertes, como el ácido clorhídrico, nítrico y ácidos orgánicos monobásicos fuertes. 2.— Por otro lado, los productos de la reacción pueden ser insolubles en el electrolítico, formando películas delgadas y re­ sistentes al paso de la corriente eléctrica. 3.— Los productos de la reacción pueden ser ligeramente solubles en el electrólito y formar una película muy adherente, el cual no es conductor de la corriente eléctrica cuando está seca. En este caso, se forman poros en los sitios donde se disuelven los productos de reacción hasta dejar pasar la corriente al metal y la película de óxido va engrosando hasta que la velo­ cidad de disolución es igual al de formación y en este mo­ mento permanece constante el espesor del óxido. 4.— Los productos de la reacción pueden ser ligeramente solubles en el electrólito y formar una película poco adherente. En este caso, el electrólito de alta concentración es útil para electropulido. También pueden form arse depósitos polvosos cuan­ do el electrólito está contaminado o en condiciones especia­ les de operación. II — MECANISMO DE FORMACION DE LA PELICULA.

El mecanismo de formación de la película de anodizado, es muy com­ plejo y ha dado lugar a controversias. Las teorías desarrolladas son numerosas y complicadas; sin embargo, la reacción de oxidación anódica se representa por la siguiente ecuación química: 1 2 AI + 3H20 » ALO ¡ + 3H.0 + E n e rg ía .................................. La reacción es una transformación de materias y va acompañada de transform ación de energía, manifestándose externamente como calor. Para los fines del análisis preliminar de la reacción, partiremos de los resultados obtenidos en la práctica según se puede interpretar en la reacción, empleando como electrólito el ácido sulfúrico: H2S04 2 Al + 3H..0 Al, 03 + 3H, -r a H Energía R en donde: 2 AH

ah

R

298°

P

2 AH 298° 16

3

M.P. 298°

AH R

=

Entalpia de Reacción a 298 °K.

S A H

P

=

Entalpia de formación de los Productos.

2 AH M.P. =

Entalpia de formación de las materias primas.

Datos: (AH ) f 298° A1203 = (AH ) f 298° H20 =

-

Kcal. 399.09 -------mol Kcal. 68.3 17 -------mol

Substituyendo en la ecuación (3) se tiene: (AH) R 298° = -

399.09 — ( — 3

R 298° =

Kcal. 195.139 -------mol

(AH) -

X 68.317).

r l calor de formación reportado en investigaciones es aproxim ada­ mente de: (AH) Kcal. R 298° = - 195 -------mol En la reacción de la ecuación (3) también se tiene: (AF) =2A 2A R 298° F F. R 298° M.P. 2 9 8 ° ..................

4

donde: AF R = Energía libre de Reacción. AF

P =

Energía libre de formación de los productos.

AF M.P. = Energía libre de formación de las m aterias primas. Datos: fA F ) Kcal. f 298° A1203 = - 376.87 -------mol 17

•

(AF) Kcal f 298° H20 = — 56.69 -------mol Substituyendo en la ecuación (4) se tiene: (AF) Kcal R 298° = - 206.8 -------mol El voltaje teórico de formación de acuerdo con ia ecuación simplifi­ cada de Gibbs-Helmholtz: -AH R2980 E = -------------- + T NF

OE) --------- = 1.4 volts. O r)

E — Voltaje de Formación. AH

cal = Calor de Reacción — — 195,139 -------R298°K mol

F = Faraday = 96,500 culombios. N = Número de Valencia por mol — 6. T = Temperatura absoluta en °K = 278°C. 3E 3t

= 0, Cuando la fuente de energía eléctrica es independiente á r la célula.

El estudio anterior sirve para explicar y orientar la operación y en la práctica se procede de la manera siguiente: A.— TEMPERATURA. Es variable más importante en anodizado y en la mayoría de las plantas se le controla dentro de los límites de ± 2°C de la temperatu 'a de operación seleccionada para obtener resultados homogéneos de producción El calor de Formación ( — AH) que se necesita separar del siscal tema, es aproximadamente de 1930 -------- de óxido Formado Ademá', gramo del calor anterior, hay que retirar el calor producido por la resistencia eléctrica y pérdida de contactos. Algunos diseñadores recomiendan eli­ minar el calor total equivalente de 35 a 50% de la energía eléctrica intro­ ducida. Uno de los datos más exactos obtenido para el diseño, es el deter­ 18

minado prácticamente y dá como resultado que es indispensable separar el calor equivalente al 43% de la energía eléctrica introducida. La tempe­ ratura tiene efecto sobre la película de óxido, volviéndose blanda, espon­ josa y el electrólito disuelve más rápidamente el aluminio a más alta tem­ peratura. Fig. 1. Fig. 1, velocidad de disolución de la película anódica usando ácido sulfúrico como electrólito. Placas anodizadas por 30 minutos. B.— PRESION.

La utilizada, es la atm osférica y se mantiene constante, se recomien­ da agitar las soluciones con aire filtrado o mecánicamente. C.— CONCENTRACION DEL ELECTROLITO.

La película de óxido formada, se acerca a un valor máximo a muy baja concentración del electrólito. Fig. 2. El incremento de la concentración causa una pérdida del espesor el cual alcanza un mínimo entre 35 y 65% de ácido sulfúrico en peso, aumen­ tando hasta 90% y disminuyendo hasta valores casi nulos a esta misma concentraciónEste comportamiento en la velocidad de disolución del

alta concentración no puede relacionarse a ácido sulfúrico al metal. Fig. 3.

D.— DENSIDAD DE CORRIENTE Y VOLTAJE DE FORMACION.

La densidad de corriente varía con el voltaje aplicado y con la tem­ peratura; la Fig. 4, muestra la relación de la densidad de corriente y el voltaje, en una solución de ácido sulfúrico, a diferentes temperaturas. En la práctica se emplean corriente directa y corriente alterna, te­ niendo cada una ventajas y desventajas; pero generalmente, la corriente directa se prefiere según las especificaciones de calidad. El voltaje de formación tiene influencia sobre las carácterísticas del óxido formado. La Tabla No. 1 muestra que un aumento en el voltaje, dis­ minuye el número de poros por centímetro cuadrado. TABLA No. 1 NUMERO DE POROS EN OXIDO DE ALUMINIO Electrólito

Acido Sulfúrico 15% en peso a 10° Acido Oxálico 2% en peso a 24°C

Voltaje

Poros por cm. cuadrado (x 109)

15 20 30 20 40

77 54 28 36 12 19

6

60

Acido Crómico 4% en peso a 24°C Acido Fosfórico 4% en peso a 24°C

22

20 40 60

8

4 19

20

8

40 60

4

El diámetro del poro ha sido determinado y es aproximadamente 330 ANGSTROM. El tamaño de la célula de óxido de aluminio, aumenta en

forma lineal con el voltaje Fig. 5. Las dimensiones de la célula se determinan, empleando la siguiente ecuación: C C E W P

= 2 W E ± P, donde: = Dimensiones de la célula en ANGSTROM. = Voltaje de formación. = Espesor de pared en ANGSTROM por volt. = Diámetro del poro.

La porosidad tiene importancia directa sobre las propiedades de re­ sistencia a la corrosión antes y después del sellado y varía también el poder de absorción de los colorantes- El aumento de voltaje de 10 a 20 puede disminuir la porosidad de 15% a 5% como lo muestra la Fig. 6. E.— REACCIONES SECUNDARIAS.

Dependiendo de la naturaleza del electrólito, las reacciones secun­ darias pueden presentarse durante el tiempo de anodizado, afectando el carácter del depósito de óxido y la resistencia a la corrosión. Los sulfatos de aluminio encontrados en las soluciones se deben a la reacción del anión con el óxido para form ar las sales básicas. En los electrodos se desprenden gases: en el cátodo hidrógeno y en el ánodo un poco de oxígeno que no reacciona.

20

VELOCIDAD mq

DE

DISOLUCION

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TEMPERATURA °C T E S IS

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C A P IT U L O

III

CONDICIONES DE OPERACION SELECCIONADAS Y SECUENCIAS DE ACABADO

Para poder seleccionar unas buenas condiciones de operación es in­ dispensable conocer la calidad para el aluminio anodizado ornamental, arquitectónico e industrial. ANODIZADO ORNAMENTAL.

Los espesores mínimos del óxido de aluminio fueron reportados en las normas inglesas 1615 en el año de 1958 en tres grados: Acido Sulfúrico

Grado B

1.0 0.6

C

0.20

A

Acido Crómico

milésima de pulgada 0.15

0.10

El grado “A ” es el anodizado para aplicaciones a la intemperie sin nin­ guna protección contra el sol y la lluvia; el “B”, para aplicaciones de cortos períodos fuera del hogar y uso permanente dentro del mismo. El grado “C” . está especificado para empleo permanente dentro del hogar. METAL BASE.

En general, el aluminio se anodiza mejor que sus ligas, en las películas de óxido formado se puede notar fácilmente una marcada diferencia en color. La diferencia entre la calidad comercial (99%) y aluminio super pu­ ro (99.99%) es particularmente notable; la naturaleza de las impurezas es importante; éstas pueden encontrarse formando parte de la estructura m etálica o solamente como una oclusión metálica. En las aleaciones hete­ rogéneas, es indispensable conocer si la impureza permanece sin cambio o se disuelve durante el tratamiento anódico21

Keller y Edwards, hicieron una sene de experimentos sobre los efec­ tos de impurezas encontrando que el silicio no se oxidaba durante el tra­ tamiento mientras que los compuestos íntermetálicos que se presentan en ciertas aleaciones de Cu A l, y Beta Al-Mg, se oxidaban y se disolvían más rápidamente que el aluminio, produciendo películas delgadas y po­ rosas. El máximo espesor de óxido, depende de la composición de la alea­ ción, Fig. 7. Dos grupos de aleaciones comerciales se han separado (1) Aquellas que tienen más alto voltaje de oxidación, el cual incluye Al Cu, Al Cu Mg que forman aleaciones homogéneas; (2) Las heterogéneas que incluyen Al Mg, Al Mg Si y Al Zn Mg, el comportamiento se atribuye al efecto de cada constituyente sobre la resistencia eléctrica de la película de óxido. En el caso de aluminio comercial, encontramos un gran número de ligas en las cuales puede haber muchos compuestos intermetálicos en la superficie y su composición química y dispersión, será afectada por el tratamiento térmico. Recientes trabajos desarrollados por Lacombe en Francia, mostraron que el silicio y Al„ Mg se oxidan más lentamente que el aluminio, perma­ neciendo en dispersión en la película de óxido perdiendo su transparen­ cia, mientras que ligas Al, Mg_. y Cu AL se oxidan más rápidamente que el aluminio, disolviéndose y dejando bandas de ataque de color negro en la película de óxido. Las aleaciones forjadas, son superiores a las vaciadas por gravedad o en arena. Las primeras son más homogéneas, menos porosas y más pequeño el tamaño de las impurezas especialmente, alto contenido de silicio el cual es inadecuado para el anodizado; SCHENK dá los siguientes porcentajes máximos de los constituyentes para aleaciones utilizadas en anodizado con propósitos decorativos: Fierro Silicio Cobre Manganeso Magnesio Zinc Cromo Titanio

0.5% 2.0 a 3.0% 1.0 a 2.0% (hasta 5% en ácido sulfúrico y corriente directa) 0.5 a 0.8% 7.0% 6.0 a 8.0% 0.3% 0.3%

22

Para la selección del tipo de aleación y el anodizado adecuado, ver Tabla I y II del apéndice. De acuerdo con todo lo anterior, el ciclo seleccionado para obtener el anodizado ornamental blanco brillante y en color es: 1.— Preparación de las piezas. a) Pulido a Desbaste hasta eliminar rayas y poros del metal base. b) Abrillantamiento hasta brillo de espejo. 2.— Desengrasado: a) Pre-desengrase alcalino. b) Desengrase alcalino. 3.— Enjuague en agua fría. 4.— Neutralizado. 5.— Enjuague en agua fría. 6.— Abrillantado químico. 7.— Enjuague en agua caliente. 8— Enjuague en agua fría. 9.— Anodizado en solución de ácido sulfúrico. 10.— Enjuague en agua fría. Si el anodizado es blanco brillante se procede: 11.— Sellado a temperatura de ebullición. 12.— Enjuague en agua fría. 13.— Secado en aire caliente. Si el anodizado es en color: 11.— A.— Coloreado en color deseado. 12.—A.— Enjuague en agua fría. 13.—A.— Sellado en solución niquel-bórico. 14.— A-— Enjuague en agua fría. 15.— Secado en aire caliente. Las piezas están terminadas, listas para pasar a la inspección. Cada paso del ciclo anterior deberá mantenerse dentro de límites permisi­ bles, según el estudio y recomendaciones generales obtenidas de pro­ veedores de las materias primas y la práctica industrial que a continua­ ción se hace de cada paso, dándole la misma numeración anterior. 1.— PREPARACION DE LAS PIEZAS.

a)

Los experimentos efectuados por SHREIDER- demostraron que 23

la s superficies del aluminio anodizado al cual no se le elimi­ nan las rugosidades, disminuye la resistencia a la corrosión. Por otro lado, la apariencia de los productos de aluminio me­ jorará con un tratamiento de pulido y abrillantado mecánico. Esta preparación del metal base, puede hacerse en varios pasos empleándose granos de esmeril de diferente tamaño hasta llegar a emplear polvos abrasivos muy finos en el abrillantado. En el mercado existen algunos productos para este propósito con ex­ celentes resultados. Respecto a las velocidades tangenciales empleadas varían de 1200 m/min a 3300 m/min., para el pulido o desbastado, em­ pleándose ruedas de 15 cms. a 50 cm. de diámetro. b)

El abrillantado a espejo, se efectúa empleando abrasivos muy finos que se adhieren a ruedas de manta de 15 cms. a 50 cms. de diámetro que giran desarrollando velocidades tangenciales de 2100 m/min. a 2600 m/min.

2— ACABADO ELECTROQUIMICO. a)

Predesengrase alcalino.

Algunos de los tipos de grasas, aceites y lodos que traen los m ateriales que se van a trabajar es posible eliminarlos con so ­ luciones de baja alcalinidad, las cuales contienen inhibidores y se pueden operar a temperaturas próximas a la ebullición lográn­ dose así por un lado, fundir y hacer flotar algunos tipos de aceites, grasas o lodos; y por otro facilitar la soponificación en los tratamientos de desengrase posteriores de las grasas que están muy adheridas a la superficie del metal o que se encuen­ tran en mayor cantidad. Es necesario tener presente que un solo paso de eliminación de los compuestos contaminantes de las superficies, no es su­ ficiente para proporcionarnos una buena preparación para un buen acabado sobre la superficie tratada y siempre obtendre­ mos rechazos por trabajos defectuosos. Aun cuando existe métodos de limpieza a mano o por inmer­ sión en solventes o sus vapores, el equipo de recuperación por condensación de los vapores empleados es más caro, ya que la mayoría de los solventes utilizados: Kerosina, nafta de pe­ tróleo, tricloretileno, tetracloretileno, etc., son volátiles. Nosotros emplearemos el sistema de predesengrase con pro­ ductos adecuados del tipo alcalino con inhibidores para evitar el ataque del aluminio agotando completamente ia solución que tenemos como desengrase y por lo tanto, podemos aplicar todas las limitaciones y mantenimientos de dicha operación. 24

v o l t a j e

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b)

Desengrase alcalino.

Es necesario exagerar la importancia de este paso en el ciclo de operación, pues de él dependen la calidad del anodizado y el mantenimiento sin impurezas extrañas de los baños pos­ teriormente empleados; además, la disminución o eliminación drechazos por defectos en el acabado. Un buen desengrasador deberá llenar los siguientes requisitos: 1) Todos los componentes o sales deberán ser fácilmente so ­ lubles y estables, con buenas propiedades de enjuague. 2) La alcalinidad será adecuada ai aluminio, de preierencia con un pH de 9 a 11 fácil de mantener entre estos límites para obtener la actividad del limpiador constante. 3) Tendrá buen poder hum ectarle. 4) Tendrá alto poder em ulsificante para mantener en disper­ sión aceites y grasas, los cuales pueden form ar jabones solubles. 5) Deberá tener propiedades tales que eviten la precipitación en gránulos de lodos, dispersándolos por acción coloidal en el seno de la solución. 6) El desengrasador deberá contener un inhibidor para dismi­ nuir el ataque al metal base. 7) No desprenderá gases irritantes o tóxicos. 8) El desengrasador deberá actuar como ablandador del agua, evitando la precipitación de sales insolubles sobre la su­ perficie del metal aluminio. 9) Deberá ser económico. La función de los inhibidores en los desengrasadores alcalinos, es de formar una película protectora por medio de la reacción con el alu­ minio el óxido superficial o en el caso de silicatos una película mole­ cular de óxido silícico hidratado. Pero se tendrá especial cuidado con desengrases altamente inhibidos, debido a que pueden form ar películas fuertemente adheridas a la superficie del aluminio haciendo más difícil su aliminación posterior. Entre los inhibidores empleados actualmente tenemos los silicatos cromato, fosfatos, fluoruros, silicofluoruros de sodio y algunos com­ puestos orgánicos, pero los más empleados son los orto y meta sili­ catosPara obtener piezas uniformemente desengrasadas, es importante humedecer totalmente las superficies inmediatamente, lo cual se logra mediante la adición de agentes humectantes que a la vez tienen pro­ piedades emulsificantes suspendiendo los lodos y aceites por largo tiem ­ po en el seno de la solución, evitando así su redeposición sobre las partes que se están limpiando. 25

El efecto de la temperatura sobre la eficiencia de los limpiadores alcalinos es muy marcado y se ha establecido aproximadamente un aumento de 100% por cada variación de 11°C a partir de 49°C. Numerosas son las formulaciones que se recomiendan para el alu­ minio y sus ligas. Unas de las utilizadas más recientemente, se formulan como sigue: 1.— Carbonato de sodio. Fosfato trisódico. Resinato de sodio. Temperatura de operación: Tiempo de inmersión:

6 a 18 g/1 6 g/1 2.5 g/1 80 a 95°C 2 a 5 minutos.

2.— Carbonato de sodio. Silicato de sodio. Resinato de sodio. Temperatura de operación: Tiempo de inmersión:

12 a 48 g/1 6 a 12 g/1 2.5 g/1 80 a 90°C 2 a 5 minutos.

El control y mantenimiento de la solución se hará semanariamente como máximo, midiendo los valores del pH y la densidad, haciendo las adiciones sucesivas. Sin embargo, es preferible hacer la determinación de la alcalinidad por titulación con ácido sulfúrico o clorhídrico de normalidad conocida. Después de determinado tiempo de operación, los lodos e impure­ zas se van acumulando, aumentando los tiempos de inmersión de las piezas y entonces es recomendable cambiarlos por nuevas soluciones en lugar de tratar de regenerarlos.

26

CONTROL DE LIMPIADORES ALCALINOS FALLA Excesiva corrosión.

CAUSA

CORRECCION

Alto pH o bajo conte­ nido de inhibidor.

Ajustar el pH y subir el contenido del inhibi­ dor.

No limpia bien.

Baja concentración o exceso de lodos, muy contaminado.

Preparar una solución nueva o ajustar el pH y agente humectante.

Formación de películas incolubles que interfie­ ren e! anodizado.

Alto contenido de in­ hibidor o e x c e s i v o tiempo de transferen­ cia entre el limpiador y el enjuague.

Ajustar la concentrac'ón del i n h i b i d o r usando aquel que sea más fácilmente remo­ vido con el enjuague. Disminuir el tiempo de transferencia entre el limpiador y el enjua­ gue,

PASOS No. 3, 5, 8, 10, 12, 12-A y 15-A.

ENJUAGUES EN AGUA FRIA Y CORRIENTE Las operaciones en enjuague en el ciclo de anodizado tienen Ir. mis­ ma imnortancia oue el pre-desengrase y desengrase, debido a que hace posible el desprendimiento de las últimas partículas sólidas o contami­ nantes en general, evitando la impurificación con substancias extrañas en los tanques posteriormente empleados, los cuales, deberán prevenirse de cualquier impureza arrastrada por las piezas trabajadas. Un enjuague que no se mantiene limpio, puede perjudicar el más efectivo de los métodos de desengrase, por lo que se hace necesario ajustar en la operación una velocidad de cambios del volumen de agua empleada en los enjuagues. Como una guía, para mantener buenas con­ diciones de operación es recomendable una velocidad de cambios do 5 a 10% del volumen, cada minuto; además, deberá controlarse perió­ dicamente la alcalinidad o acidez del agua, para corregir cualquier mala operación. F,n el papo No. 7 del ciclo empleamos un enjuague de agua caliente a una temperatura de 60° a 70°C, porque es necesario eliminar rápida­ mente una mezcla ácida para evitar su acción de ataque rápido del metal base. Desde luego, si en los demás pasos fuera económico emplear los eniuagues en caliente, sería preferible ya que éstos enjuagues mantie­ nen los poros abierto"' eliminando los residuo"', grasos; proporcionando '’ UDerficies del alum ir;o más limpias, cuando se mantienen libre de con­ taminantes, dichos enjuagues.

27

4 — NEUTRALIZADO.

Laspelículas delgadas de óxido, compuestos inhibidores o de prodi’c'os de ataque formados sobre el aluminio, pueden eliminarse fácil­ mente en este paso, empleando la formulación adecuada. En general la mayoría de las ligas trabajadas actualmente se sumer­ gen por 1 a 2 minutos en una solución acuosa de: 10% en vol. de ácido sulfúrico ind. 4% en vol. de ácido fluorhídrico. Temperatura: ambiente. Aun cuando algunas de las ligas no requieren esta inmersión, con­ viene no pasar por alto la importancia de esta operación complementa­ ria del ciclo de desengrase.

6 — ABRILLANTADO

QUIMICO.

El aluminio y sus ligas se disuelven tanto en las soluciones alcalinas como en ácidos, debido a su comportamiento anfotérico. En nuestro caso, vamos a emplear el abrillantado químico por medio del empleo de ácidos; aun cuando existen métodos de abrillantado quí­ mico con empleo de soluciones alcalinas, en su mayoría éstas requieren corriente a altas densidades y aplicables solamente al aluminio de 99.5% mínimo de pureza. Pinner2, investigador del mecanismo de abrillantado químico, oncontró dos tipos de mecanismos: a)

La velocidad de disolución está bajo el control de la difusión en la cual una película sólida formada, suprime el ataque posterior. Este proceso está caracterizado por la formación de células superficiales por la influencia de agentes oxidantes poderosos produciendo corrientes de corrosión muy altas. Las mezclas de ácidos que producen este tipo de mecanismos de abrillantado son fosfórico-nítrico-sulfúrico.

b)

La baja velocidad de disolución en la cual el abrillantado se obtiene solamente en micro-escala por la formación y disolu­ ción de una película de óxido que probablemente tienen su origen en la variación del pH en los alrededores del metal. Las m ezclas de ácido fosfórico y agua oxigenada producen este tipo de mecanismo abrillantador. 28

Industrialmente, las soluciones de mayor importancia son los de ácicido fosfórico-nítrico, fosfórico-nítrico-sulfúrico y generalmente se utili­ zan a temperaturas de 80°C en adelante. Dentro de los dos grupos de las mezclas mencionadas, se han pro­ puesto y de hecho se trabajan una gran cantidad de formulaciones en las cuales sólo varían los porcentajes de los componentes según la liga de aluminio tratado. Las dos composiciones que resuelven con éxito el abrillantado del aluminio y sus ligas de calidad para el anodizado son: Composición

Acido fosfórico. Acido nítrico. Agua. Temperatura de operación: Tiempo de operación.

Concentración óptima.

Límites

80.5% 3.5% 16-0% 90°C De 30 segundos

73 a 83% vol. 2 a 5% vol. 14 a 23% vol. 90° a 95°C a 5 minutos.

La solución anterior se conoce con el nombre de R-5 y está paten­ tada por Alcoa (Aluminum Company o f America). La solución se deberá mantener por análisis y se renovará cuando contenga de 25 a 30 g/1 de aluminio en solución. Composición

Concentración Optima.

Acido fosfórico (d 1.7) Acido sulfúrico (d 1.84) Acido nítrico (d 1.52) Acido bórico. Nitrato de cobreTemperatura de operación: Tiempo de operación:

53 % en peso 41.6% en peso 4.5% en peso 0.4% en peso 0.5% en peso 95° a 100°C. De 1 a 4 minutos.

La solución anterior es la más importante de las formulaciones que contienen ácidos-fosfórico-sulfúrico-nítrico y es además, la más moder­ na en el abrillantado de aluminio y sus ligas conteniendo Magnesio. Esta solución se conoce con el nombre de Alupol IV y fué propuesta por A. Vernet- en los E.U.A., y cuando se emplea en ligas de aluminio que contienen hasta 2% de Mg. se obtiene una reflectividad comparada con un espejo de plata de 66.5% con un espesor de anodizado de 0.Q15 m.m. (0.6 milésimas de pulgada). El mantenimiento de la solución se hace mediante la adición de ácido nítrico para mantener el brillo requerido y los demás corr ' tes, me­ diante el cálculo, partiendo de la base que el arrastre de m* es de

29

1.6 cc. por decímetro cuadrado de superficie abrillantada, aproxim ada­ mente. 9— ANODIZADO.

La solución para el anodizado puede variarse en contración desde 10% a 22% en peso produciendo películas de óxido de diferentes propiedades; las soluciones más diluidas con temperaturas de operación más bajas producen películas de anodizado más duras y gruesas; mientras que las soluciones ácidas más concentradas con temperaturas de operación ma­ yores que la ambiente proporcionan películas de óxido suaves esponjosas sin resistencia a la abrasión y en ocasiones llegan a formar éstas un polvo fino sin adherencia sobre la superficie del aluminio. Por las razo­ nes anteriores en nuestro caso se mantendrá la solución como sigue: Acido Sulfúrico

180

Aluminio máximo

g/1

20

Temperatura de operación

20° ± 2° C.

Tiempo de operación

20 a 30 min.

Densidad de corriente

1.3 a 1.6 amp/Dm-

Voltaje

10 a 20 volts.

En la figura 8, se ilustran las óptimas condiciones de temperatura y densidades de corriente para la solución que contiene 180 g/1 de ácido sulfúrico y en las cuales se pueden obtener buenas características del anodizado. En estos límites y operando en las condiciones ya especifica­ das, la reflectividad varía de acuerdo con los valores anotados en la siguiente tabla y utilizando aluminio abrillantado en Alupol IV.

30

N.

5T a

5 ul I-

Z

ul a

a

o »j U)

O

O

€

O iñ

z

ui Ü

10

30

z o

tem peratura

■40

°C

F I G . NO. 8 ESIQ IE IP N

TESIS L IM I T E S OE T E M P & Profesional R A T U R A Y OEN 5!J>AP OE C O R R IE N T E ESCALA

F ELIX GRANDE FLORES FECHA MAYO
NO. 8

M etal b»ae.

Espesor del

Anodizado en milímetros

Al 99.5%

R E F L E C T I V I D A D Total % Comparada con espejo de Plata %

Metal

Removido g I m2

0.000

AI 99.8%

Al 99.9% + 0.5 Mg.

Al 99.99% + 2.0 Mg.

0.002 0.005 0.010 0.015

26

0.002 0.005 0.010 0.015

29

0.002 0.005 0.010 0.015

18 -----

83.6 61.0 53.0 41.0 31.0

90.0 82.8 81.4 79.5 77.1 90.7 85,t 850 84.7 84.5

84.3 73.0

91.3 85.3 85.4 84.0 82.5

0.000

0002 0.005 0.010 0.015

90 79 75 63.7 59.0

31

67.Ü

58.0 53.0 85.4 HU.8

79.0 75.4 74.0 87.4 79.1 71.8 68.6 66.5

En lo referente a las demás propiedades de las películas de óxido obtenido, tales como elasticidad, absorción de colorante, resistencia a la corrosión y a la abrasión, podemos afirm ar que llenan los requisitos e sta ­ blecidos por las normas de calidad. Algunos investigadores como Rohrig de E.U.A. AKIMOFF TOMASHOY y TURINA2 de Rusia, trabajaron sobre la variación de las propieda­ des del óxido formado con al variación de la concentración de ácido sulfúrico y temperatura, obteniendo los siguientes resultados: EFECTOS DE LA CONCENTRACION Y TEMPERATURA SOBRE LA PELICULA DE OXIDO % H2 304 en peso

1 2 3

4

30 20 10 20

Tempera­ tura

26 30 37 20

Tiempo

Corrient»

Amp-Dm2 10 10 10 10

2-14 2.14 2.14 1.07

3l/~

Elast.icidad

13.0 13.5 14.0 15.0

Resistencia a corrosión en mii

11.75 12.0 12.75 13.50

La resisten cia a la corrosión se midió m ediante una prueba a celera­ da que co n siste en colocar sobre las p iezas una g o ta de solución acu osa de ácido clorhídrico (d = 1.16) al 25% y 3% de crom ato de p otasio mi­ diendo el tiem po que tard a la gota en colorearse de verde. El m antenim iento de la solución se h ará ajustando el ácido sulfúrico requerido por an álisis. Cuando el alum inio alcan za una concentración de 20 g/1, la solución se renovará em pleándose parte de ésta, en la prepa­ ración de la nueva. Las im purezas m ás com unes, son Cobre, Silicio, M agnesio, Fierro, etc., d isu eltos desde la liga de aluminio tratad o; el silicio perm anece en suspensión y se puede elim inar por filtración , el cobre precipita como un polvo c a fé sobre el ánodo. Las g rasas y aceite s deben evitarse em plean­ do m étodos de desen grase correctos y filtración del aire utilizado en la agitación . El ion C1 se elim inará m anteniendo una concentración m áxim a de 0.1% a m ayor concentración de este elem ento, hay ataque sobre la su ­ p erficie de aluminio que se va a anodizar. II — A — COLOREADO EN COLOR DESEADO. Después del anodizado, la pieza se enjuaga correctam ente y ésta, puede sella rse si la pieza se quiere en color natural; pero si se quiere de d iferen te color, la película de óxido deberá llenar los siguientes re ­ quisitos: 1)

Tendrá el espesor adecuado y estará de acuerdo con el tono re­ querido; si sc .i pálidos, los esp esores serán delgados y si son tonos profundos, éste será m ás grueso.

2) Tendrá suficiente porosidad y poder absorbente. 3) La película de óxido no tendrá color por sí misma. Las su stan cias p ara colorear pueden ser orgán icas e inorgánicas y se distinguen tres tipos d iferen tes de m ecanism os de fijación , ellos son: a) Tipos ácido y sustantivo. El coloran te se absorbe físicam en te llenando el poro de la película de óxido, un ejem plo de este colorante es el llam ado N aranja 11

32

A zo-B eta N afro!, Sulfonato de Sodio.

Para Diazo-Bencidín 1 Hidroxi- 3 Amino 46 D isulfodinaftonato de Sodió. 5 S u lfonoftonato de Sodio. La resisten cia de esto s coloran tes a la luz y a la intem perie es m oderada y son los de m ayor consumo. b) Formación de un com plejo m etálico. E stos coloran tes se combinan quím icam ente con el óxido de alu ­ minio p ara form ar un com plejo, un ejem plo de este tipo de colo­ ran te son los que contienen el grupo salicílico, tal com o N aranja R. En esto s com plejos, adem ás de reaccion ar con el óxido de alum i­ nio tam bién reaccion an con el níquel que contiene el sellador cam ­ biando el tono del colorante. c) Tipo básico. E stos coloran tes sólo se fijan en el óxido de alum inio cuando se tratan en form a esp ecial an tes o durante el p roceso de coloreado, con su b stan cias que encadenan a éste con e l óxido de aluminio, algunas de ellas son gom as o gelatinas. Su b aja resisten cia a la luz y dificultad p ara fija rse , hace que tengan muy poca im portancia; un ejem plo de este tipo de colo­ rante es la Rodamina B.

C om ercialm ente existen coloran tes de lo s tip os m encionados conocién­ dose m undialm ente los coloran tes Ciba, Durand and Huguenin y Sandoz, de origen suizo las tres m arcas; en E. U. A. la Dupont em pieza a lan zar al m ercado algunos colorantes p ara el alum inio anodizado.

a)

CONDICIONES OPTIMAS DE COLORACION TEMPERATURA. Los coloran tes orgán icos se operan norm alm ente en caliente entre 65° a 70°C, la tem peratura a fe c ta en form a d irecta la resisten cia a la luz de estos coloran tes; pero no se p odrá exceder de los 70°C, y a que e x iste el riesgo de que el óxido se hidrate sellánd ose el poro sin pen etrar la cantidad de coloran te requerido, por lo que se con tro­ la rá la tem peratura de dicha solución.

B). TIEMPO. Si la s piezas se coloran con tiem pos relativam ente cortos, se obtienen p elícu las superficialm ente coloread as de b ajas resisten cias a la luz; por el con trario tiem pos muy prolongados tam poco son recom endables. Los tiem pos de coloración varían de 10 a 15 m inutos. La siguiente Tabla dá la variación de la resisten cia a la luz, contra el tiem po y concentración del coloran te.

Concentración 2 7

g/1 g/1

Tiempo de coloreado 20 m inutos 5 segundos

Resistencia a la luz 6 4- 5

com o coloran te se empleó el verde GLW. El coloran te es un trisazocolorante directo, obtenido de la bencidina, fen ol y ácido am ino-naftodisulfónico H com binado con diazoparinitranilina, a 60°C de Durand and Huguenin.

C). CONCENTRACION. E sta v a ría de acuerdo con el coloran te em pleado, pero en general é sta aum enta con la intensidad del tono requerido. SHENK- encontró las sigu ien tes concentraciones según el tono. Tonos muy ligeros Tonos ligeros Tonos profundos Tonos muy profundos

0.1 a 0.3 g/1. 1 5 „ 10

Las solu ciones deberán m antenerse libres de m etales como cobre y plom o, de aceites y g rasas para evitar m anchas.

34 -

D).

ACI D E Z ,

La m ayoría de lo s colorasteis''actu ales n ecesitan una acidez de opc-~ ración con stan te; é sta puede m antenerse m ediante el em pleo de ácido acético, acetato de sodio y en ocasion es am oníaco. La Tabla siguiente nos enseña cómo varía la resisten cia a la luz y el tono a d iferen te acidez.

Conc. Colorante 1 g/1.

N aran ja Oro RLW

Resistencia a la luz

pH 3

pH 5

pH 7

N aranja muy ligero

N aranja profundo

N aranja medio

7-8

7-8

7-8

pH 9

pH 11

N aran ja Muy débil medio color naranja 7-8

7-8

Las solu cion es de coloran tes serán co n trolad as estrictam en te, p u es­ to que la calidad y la buena apariencia dependen del tiem po, tem peratura, pH y concentración de la solución; el pH será preferiblem ente con trola­ do con potencióm etro, con electrodos de cristal o por titu lación con Hidróxido de Sodio o Acido Sulfúrico (H2S0,). (NaOH) ó (H2S04) de norm a­ lidad conocida. La cantidad de colorante, se con trolará por com paración de tubos N esler o por m edio d e fotocolorím etro y a que su an álisis químico e s di­ fícil.

PIGMENTOS INORGANICOS. Prácticam ente esto s son de m enor im portancia que lo s orgán icos, con menor lím ite de tonos. Son generalm ente m ás resisten tes al calor y no form an su p erficies coloread as brillantes. El m ecanism o p ara la colora­ ción es m ediante la inm ersión consecutiva de d os com puestos para fo r­ m ar un pigm ento en el interior del poro. EJEMPLOS: Rojo C afé: Inm ersión en su lfato de cobre en solu ción y después en rolución de ferrocian uro de potasio. 2 Cu S04 + (Fe (CN)e) K, -» (Fe (CN)6) Cu2 + 2 K.¿ S04 A m arillo:

Solución de acetato de plomo y crom ato de potasio. Pb (CH ,600); + K, CrO, -> Pb Cr04 + 2 (CH, - COOK)

Negro:

A cetato de cobalto y sulfuro de sodio. Co (CIL - COO)2 + N a, S Cos -+ 2 (CH, -

COO Na)

En el p resente, la aplicación m ás im portante de los coloran tes in orgá­ nicos son los dos colores de bronce y oro producidos m ediante la inm er­ sión del alum inio anodizado en una solución de m etales h idrolizados den­ tro del óxido, en las condiciones siguientes:

35

Pigmento Oro

O xalato férrico y am onio

Conc. g/1.

pH

10 ligeros

Color

Temp. °C

5.5 ± 0.5

50

Tiempo

mínimo 2 min.

Bronce a) A cetato de cobalto 50

50

2

b) Permangan ato de Potasio 25

30

2

En el últim o color de bronce, para obtener colores m ás profundos pueden u sarse los dos tipos a) y b) alternando con tiem pos de inm ersión de un minuto mínimo. Los colores an teriores encuentran su m ayor apli­ cación en el alum inio arquitectónico. Los efe c to s m ulticolores se obtienen m ediante el empleo de sub stan­ cias p ro tecto ra s de los coloran tes ap licad os para m antenerlos dentro del poro perm itiendo ap licar colores diteren tes en form a su cesiva en áreas sin p rotección ; para sacar el coloran te sin a fe c ta r el óxido de aluminio, se em plan m ezclas de ácido, conteniendo 20% de ácido sulfúrico y 10% de ácido nítrico.

11 y 13-A.— SELLADO DEL PORO El concepto general del sellado del poro' de óxido de aluminio fo r­ mado sob re las su p erficies anodizadas en el ácido sulfúrico, es de que el agu a a la tem peratura de ebullición penetra en los poros, com binándose con el óxido, p ara form ar el óxido de alum inio m onohidratado A L 0, H>0 aum entando el volum en haciendo posible el taponam iento del poro. Lo an terio r se ha confirm ado m ediante la observación con m icros­ copio electrón ico y som etiendo la s su p erficies a pruebas de absorción de una solución colorante que contiene 2% v io leta NR. A quellas superficies an od izad as que se som eten a cortos tiem pos de inm ersión en agua hirvien­ do absorben un poco de colorante; por el contrario, las que tienen tiempo de 5 m inutos en adelante, no absorben nada de colorante. La influencia de la tem peratura sobre el tiem po de hidratación de pelícu las d elgadas, se ilustran en la figura 9, em pleando agua destilada. E xisten v ario s m étodos que em plean d iferen tes su stan cias en solución p a­ r a log rar el sellad o, pero los de m ayor rendim iento y m ás rapidez son los que em plean el agua destilad a a tem peratura de ebullición con pH de 5.5 a 5.7 y la solución preparada con agua d estilada de:

36

5 g/1 de acetato de níquel 1 „ de acetato de cobalto. 5 „ de ácido bórico. La figu ra 10 nos m uestra la variación del rendim iento de sellado, con tra tem peratura con pH constante de la s dos soluciones m encionadas. Por otro lado la figu ra 11 nos m uestra la variación del rendim iento de sellad o, con tra el tiem po a tem peratura con stan te y pH constante. De lo an terior se deduce que el control de la solución sellad o ra se h ará m e­ d iante el m antenim iento del pH, Ni y Co por an álisis. Las condiciones de operación serán: 5.5 a 5.8 15 a 20 m inutos 90 a 93°C.

pH Tiempo T em peratura

Para el an álisis de tod as las soluciones v é a se el apéndice.

37

38

CAPITULO

IV

DISEÑO DEL EQUIPO. El diseño del equipo estará basado en la capacidad de producción por carg a siguiente: La su p erficie equivalente a 1500 Dm2 cada 30 m inutos cuando se tra te de anodizado brillante y en color ó 750 Dm2 cada hora, cuando se trate de anodizado arquitectónico e industrial. De acuerdo con lo anterior, debem os con sid erar que en el m ercado encontram os m olduras o perfiles con su p erficis de 120 a 150 Dm2 con di­ m ensiones de 4 a 6.1 m. de largo con d esarrollos de 25 a 30 cm., objetos com o utensiios dom ésticos con no m ás de 10 Dm2 y m ás pequeños ad o r­ nos y anuncios con su perficies dentro de lo s lím ites m encionados. En el presen te diseño, el tam año del equipo será aquel que nos per­ m ita an odizar p erfiles con las m ayores dim ensiones com erciales y ellos son: 6.1 mts. largo x 0.25 m ts. de perím etro. Por lo tanto procederem os de la siguiente form a:

1.— PULIDO. E sta p reparación m ecánica se efectu ará m ediante el em pleo de un m otor trifásico de 50 ciclos, 1440 R.P.M. de 5 H.P., acoplado a dos ejes giratorios a 1750 R.P.M. en los extrem os de los ejes se acop larán 4 ruedas intercam biables, y a sea para pulir, d esb astar o ab rillan tar de 30 cm. de diám etro y 10 cm. de ancho, se ad ap tará sistem a de ven tilación según las esp ecificacion s de la higiene industrial.

2.— SISTEMA DE SOPORTE. Para h acer v ia ja r la s p iezas a trav és del ciclo establecido, se m on ta­ rán sobre con tactos firm es a presión en p artes no visib les y con sección su ficien te p ara conducir la corriente n ecesaria p ara el to tal de la su p er­ ficie. A sí en nuestro caso se m ontarán 10 p erfiles por carga, com o se ilu stra: Fig. No. 12.

39

Desde luego, algun as piezas esp eciales y en la s cuales no se ju stifi­ que la construcción de sop ortes, se harán m ediante el empleo de ganchos sen cillos. Los m ateriales de construcción de esto s sop ortes serán de alu ­ minio y en algunos caso s con puntas de titanio. La suspensión y desp la­ zam iento sobre las tin as se h ará m ediante el em pleo de un m onoriel con grúa cap az de tran sp o rtar 250 kgs.

3.— DIMENSIONES DE LAS TINAS DE SOLUCIONES. a)

El tam año de las tin as de predesen grase y desen grase depende de las dim ensiones de la s p iezas, el número de ellas cargad as en un soporte y tiem po de d esengrase. Por lo tanto, se carg ará un sop ort cad a 5 m inutos con dim ensiones: 6.1 m. largo x 0.30 m. ancho x 0.80 m. alto; de donde se deduce que la s dim ensiones mínimas de la tina serán: 6.5 m. largo x 0.60 m. ancho x 1.20 m. alto Fig. No. 13.

MODELO DE LA TINA

El m aterial de construcción de estas dos tinas es lám ina negra de fierro de 4.8 mm. (3/16"), con refu erzos a los lados, con ángu lo 5.1 cm s. x 5.1 cms. x 4.8 mm. b) D imensiones de las tinas de enjuague. En este caso las dim ensiones dependen del volum en ocupado por un sop orte llevando 10 perfiles y adem ás de la condición de un buen enjuague en 30 segundos el cual deberá estar basado en el m ayor número de cam bios de volúm enes de agua del en­ juague, lo cual puede log rarse reduciendo a las m ínimas dimen­ siones p osibles las tinas. V arios au tores han propuesto ecuaciones para determ inar el aumen­ to de la concentración de im purezas en las tinas de enjuague; en todos los c aso s ha sido n ecesario asum ir que la operación es instantánea. Las variab les m ás im portantes en e! cálculo son: V= Q= M = D= N= Co = Ce = Ct —

Volumen en litros de la tin a de enjuague. V elocidad de flujo en litros por minuto. In tervalos de enjuague en minutos. Volumen de solución arrastrad a por cad a soporte. Número de sop ortes enjuagados en t minutos. C oncentración de la solución arrastrad a por el soporte en g/1. C oncentración de equilibrio en la tina de enjuague en g/1. C oncentración de contam inante en la tina de enjuague, después de t minutos. Cr = C oncentración después del enjuague r en contracorriente.

Los sistem as de m ayor im portancia son: I.— Un so lo enjuague con flujo continuo y constante.

40

t t i w p m i » jmnum

Pa RA

ANODiZAR F I G NO. 12 ESIQIE

SO PO R T E DE LA S PIEZAS

IPKJ FECHA FELIX GRANDE FLORES MAY© 1 9 4 ?

T C S lS PROFEStoKAi

F 5 CAUA NO.

¡ z

(

Ce

D

)

------------ Co (QM + D)

Como se ve en la ecuación (1), la concentración de equilibrio, es in­ versam ente proporcional a la velocidad de flujo Q y directam en te propor­ cional a la concentración de la solución arrastrad a Co. Por otro lado, la concentración total después de un tiem po determ i­ nado es proporcional a la concentración de equilibrio, e in versam ente pro­ porcional al volum en de la tin a en la ecuación (2). II.— En el caso de v a rio s enjuagues en con tra corriente, la con centra­ ción to tal Cr en el últim o enjuague r, tod os con igual flu jo es: Cr

< D } C o ............................................................ 3 -------------(QM + D)

Se puede ap reciar en esta ecuación (3) que la concen tración total es directam ente proporcional a la concentración de la solución arra stra d a e inversam ente proporcional a l flu jo Q. En los dos c aso s típ icos de enjuague an teriores, la v ariab le de m a­ y o r im portancia es el flu jo Q de agu a y en la p ráctica es la que influye, definitivam ente p ara la selección de un simple, doble o trip le enjuague puesto que es en realidad la que represen ta los g asto s de operación en el enjuague. Como resu ltado de la p ráctica general, las recom endaciones para el valo r de la concentración de equilibrio es de: Ce = 0.001 X Co. Los valo res p ara D varían de acuerdo a la Tabla sigu ien te p ara so ­ luciones no muy v iscosas. P iezas v erticales bien escurridas Piezas verticales mal escurridas Piezas verticales muy mal escurridas Piezas h orizon tales bien escurridas Piezas h orizon tales mal escurridas. Piezas cón cavas d ifíciles de escurrir

Cms/Dm2 1.6 8.1 16.2 3.2 40.0 30 a 100.

A plicando los valo res para D y Co t o m a n d o en cu en ta que Ce ± 0.001 Co en la s ecuaciones (1) y (3) se obtiene p ara los enjuagues de nuestro problem a.

41

Para un solo enjuague (ecuación 1), con un soporte cad a 20 min con su p erficie de 1500 DmJ y 8.1 cm yD m J de arrastre. Q = 670 litros/m inuto. Para dos enjuagues en serie y en contracorrien te (ecuación 3). Q = 12.5 litros/m inuto. Los d ato s experim entales que se han reportado del valo r en litros por minuto p ara Q, tom ando Ce — 0.001 Co y el arrastre de 37.8 cm 1 por m inuto p ara los dos casos. Tipo de enjuague No. de enjuague G asto en litros por minuto

sim ple 1 40

contra-corriente 2 0 1.1 0.40

De acuerdo con lo anterior, es obvio que un enjuague m últiple tiene las v en ta jas de un menor consum o de agu a y las piezas estarán verd ad e­ ram ente bien limpias. Del estudio económ ico se d eriva que es conveniente em plear un en­ juague doble. El m aterial de construcción será lámina negra de fierro de 4.8 mm. El modelo de la tina con dim ensiones de 6.5 mts. de largo x 0.80 m ts. de ancho x 1.20 de alto. c)

Dimensiones de la tina del abrillantador. El tam año de esta tina será su ficien te para sum ergir el soporte con sus piezas que tran sp orte y tendrá las dim ensiones siguien­ tes: 6.50 m. largo x 0 40 ancho x 1.20 fondoEl m aterial de construcción de esta tina será lám ina negra de 4.8 mm. con recubrim iento in terior de acero inoxidable tipo 316.

d)

Dimensiones de la tina de A nodizado. El tam año de esta tina, deberá ser suficiente p ara sum ergir el soporte, con sus piezas que constituyen el ánodo, los cátodos de plomo, agitad or con aire y el serpentín de enfriam iento. Tendrá las siguientes dim ensiones: 6.5 m. largo x 1.00 m. ancho x 1.20 fondo. El m aterial de construcción, será lám ina negra de fierro de 4 f, mm. con recubrim iento in terior de cloruro de polivinilo (P.V.C.).

e)

Dimensions de la tina de C oloreado. Dimensiones 6.5 m. largo x 0.40 m. ancho x 1.20 m. fondo. El m aterial de construcción será lám ina negra de fierro de 4.3 mm. con recubrim iento in terior de acero inoxidable 304.

f).

D imensiones de la tina de sellado. Dimensiones 6.5 m. largo x 0.60 m. ancho x 1.20 m fondo. El m aterial de construcción será lám ina negra de fierro de 4.8 mm. con recubrim iento interior de acero inoxidable 304.

42

CAPITULO

V

SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD, CALOR Y AGUA 1.— CONSUMO DE ELECTRICIDAD. Como ce h a v isto, el p roceso de anodizado e s el que necesita una fuente de corriente d irecta a bajo voltaje; y a se estab leció en las condi­ ciones de operación, que a cada decím etro cuadrado de su p erficie se ap li­ cará 1.3 a 1.6 am peres y el v o ltaje será de 10 a 20 volts. De acuerdo con lo an terior la fuente eléctrica, deberá proporcionar 2400 am peres a 20 v o lts en la salida. E stará alim entado con corriente altern a industrial d e220 volts, 50 ciclos, trifásico . De las tres clases de rectificación de corriente que existen (mecánida, arco de m ercurio y sem iconductor); el sem iconductor ofrece im por­ tantes ven tajas, las cuales se pueden ap reciar en la tab la siguiente: MECANICA Rendimiento. Factor de Potencia. Capacidad de protección. M antenim iento. Costo. C osto de instalación. C ontrol de voltaje.

M alo 60-70% M alo Pobre Alto Medio Bajo Control de fa se

ARCO DE MERCURIO M ala 92-94% Bueno Muy bueno Bajo A lto Bajo Control de fase

SEMI­

CONDUCTOR B uena 95% Bueno M alo M uy bajo B ajo M uy bajo E xterno

Entre los sem i-conductores encontram os el de óxido de cobre, selenio, germ anio y silicio; en los últim os 5 añ os, los m ás im portantes fueron el germ anio y el silicio, pero el germ anio fu e su perado por el silicio como ce o b serva en la tabla.

43

V o lta je

inverso

Germ anio Silicio

V o lta je de

salida en corriente directa

92 232

P ro m ed io de

M á x im a tem p era-

amperaje en %

tura de operacíón

72 200

100 150

75 200

D espués de conocer las d iferen tes propiedades, costo y funcionam ien­ to de los rectificad ores, el de m ayores v en ta jas es el que em plea sem i­ conductores (célula) de silicio. Un rectificad o r de este tipo, con sta de las p artes principales siguientes: a)

El tran sform ador con sus em bobinados prim ario y secundario, trifásico p ara cam biar el voltaje de 220 V. a 20 V., aum entando el am peraje; 48 KW carga útil (20 V. y 2400 amp). b) Los elem entos rectificad ores form ados por células de silicio ultrapuro p ara la carg a útil. c) Los con troles de voltaje y am peraje, a sí como indicadores, v o l­ tím etro y am perím etro. d) Los accesorios indispensables de protección a sobre cargas, corto circuito, a lta tem peratura, fa lla s internas, tam bién filtro s y m odificadores del circuito eléctrico general. Dos son los circu itos m ás im portante, el Delta y E strella (Y) para el tran sform ad or; en diagram a siguiente se m uestra la conexión del em bo­ binado secundario de un rectificad or trifásico . Fig. 14. La corriente será sum inistrada: Iluminación (110 V) 20 lamp. de 100 w alts. M otores (220 V) R ectificador (220 V)

2.5 KW 15.0 KW 50.0 KW

Total: ............... 67.0 KW M ás 30% de seguridad T o t a l :............... 87.1 KW

2.— CONSUMO DE CALOR. A.— Las soluciones que

necesitan calentam iento son los dos d esen ­ grasad ores, el abrillan tador coloreado y el sellador; la tem pe­ ratu ra de todos ellos es de 93°C aproxim adam ente; el tiem po de calentam iento que se recom ienda es de 3 1/2 horas. Las pérdidas de calor por evaporación y por radiación de cada tin a se calcu la a p artir de los rep ortes prácticos que existen en la literatura, que son aplicables a todas las soluciones que se emplean en la electroquím ica, de acuerdo a los v alo res si­ guientes:

44

Tem peratura

Calor perdido por evaporación Cal-m2-hora

oC

Calor perdido pot radiación Cal-m2-hora,

87.7

5850

783

93.9

7250

864

98.9

8750

970

Tomando n cuenta lo anterior, el calor total n ecesario p ara calentar tod as las solu cion es, considerando que la tem peratura am biente es de 18°C, será: a) C alor n ecesario p ara calen tar la solución de P redesengrase a 93°C. Qi =

Mi

Cpi

a

T 4- Q ER1 K cal

M, =

4500 k g .; Cp, = 1 ---------; a T , = 75°C. Kg. -C.

Q

Kcal ER1 = 50.8 hora.

337, 500.0 Kcal Q, = ---------------- Kcal + 50.8 hora. El calentam iento se hace en 3 1/2 horas se tiene: Kcal. Q, =

96,551 hora.

b) C alor por hora, necesario p ara calentar la solución de D esengrase a 93° C. Kcal. Q_> = Q, = 96,551 -----------hora. c) C alor por hora n ecesario para calentar la solución abrillantadora a 95°C. M3 C paAT , + Q 3.5

ER,

45

Kcal

M n 4150 kg; Cp Q ER3 =

1 --------- ; kg. "C.

a

T, =

77°C.

Kcal 39.5 --------hora Kcal

Q. = 91,539.0 hora d) 55°C.

C alor por hora necesario p ara calen tar la solución de color a M4

Q. —

Cp, 3.5

X

M , — 2750 kg; Cp, ^

ATi 1 Q

ER,

K cal l -------

a

T, =

37°C.

Kg. 'C. Q

Kcal ER4 = 3 1 . 9 --------hora Kcal.

Q t = 29,032 hora e) a 93°C.

C alor por hora, n ecesario p ara calen tar la solución de sellad o M,

Q-, =

Cp

x

T

f Q ER5 Kcal M-, = 4500 kg; Cp = 1 --------Kg °C. T-, = 75 °C. 3.5

Q

= ER5

Kcal 50.8 --------hora Kcal

Q, = 96,551 hora Kcal. El calo r total n ecesario =

410,224 hora.

46

Una caldera de 50 cab allos de vap or es su ficiente pc.ia darnos el calo r n ecesario p ara calen tar la s soluciones.

B.— REFRIGERACION NECESARIA. La solución de anodizado n ecesita enfriam iento a una velocidad de KW 17,800 K cal./hora 20.7 ó lo cual requiere de la instalación de hora 70,500 BTU/hora una unidad refrigerad ora con capacidad de 5.9 ton eladas de refrigeración por hora a 100 % de rendim iento. La cantidad de calo r m encionada, se retirará m ediante el uso de un serpentín de fierro recubierto con 4.8 mm. de plomo y con su perficie equivalente de 1.8 m2 (15 m. de tubo de 3.8 cm. <¡> exterior. El refrigeran te será “ Freon 12” (C Cl2 F2). Los d atos an teriores, sirven de guía p ara la selección y com pra de la unidad refrige­ rad ora más aproxim ada.

3.— CONSUMO DE AGUA. El volumen total de agua n ecesaria se divide en dos p artes: a)

b)

El agua n ecesaria p ara llen ar las tinas que contienen soluciones que no se cam bian h asta que se encuentran contam inadas, ha­ ciéndose esto s cam bios periódicam ente y cuyo volum en es de 21.2 m \ El agu a n ecesaria p ara llenar las tinas de enjuague 28.5 m y el agu a p ara el flu jo que se tendrá en cad a uno de ellos, cuyo to tal es de 3.75 m \

De lo an terior podem os diseñar el sistem a de distribución de agua a las tinas como sigue: 1) 2)

Un tanque de agua enterrado, construido de cem ento con cap a­ cidad de 15 m1 de dim ensiones 2.5 m. de largo x 2.5 m. an ­ cho x 2.7 m. alto. Un tanque de agu a a una altu ra calcu lada p ara dar el g asto de 3-75 m- por hora a trav és de la red de tu b ería de d istri­ bución. Para encontrar esta altu ra se considera: Diámetro Optimo = en pulgadas. Donde: W = =

4 0W0.45 ------------------------ = 0.31

2.28 libras/seg. 62.2 liibras/pie3.

47

1.62” .

El diám etro m ás próxim o es de (1 1/2" cédula 40) 4.1 cm. de diám etro interior; la velocidad en este tubo es de: V

=

1.045 D m /seg.

-------------------- =

7.900 Dm/seg.

0.1 32 DmJ Re =

D

V —

4.1 x 79 X 1.0 ------------------- = 32,300.

0.010

Para el sistem a: 2 ~ 2----- ; g D

0.0063.

Longitud equivalente — Leg = 40 m. de tubo 4.1 cm. é interior y 55 m. de tubo 2.1 cm. interior. F, = 0.72 m. F. - 1.07 m. F = 1.79 m. Tomando un facto r de seguridad de 50% , la altu ra del tanque sobre las tinas de enjuague será de 3.60 m., es decir la tina se colocará a una altu ra to ta l de 5.20 m. Este tanque se alim entará con un motor-bomba de 4000 litros por h ora y presión de d escarg a equivalente a una columna de agua de 7.5 m con m otor de 1 1/2 HP, 50 ciclos, trifásico ; la capacidad del ta n ­ que será de 6 m 1 con dim ensiones de 2 m. de diám etro y 2.20 m. de altu ra.

48

CAPITULO

VI

LOCALIZACION, INSTALACION E HIGIENE DE LA PLANTA

1.— LOCALIZACION. El centro de m ayor consum o en el país del alum inio anodizado es el D istrito Federal, le sigue en im portancia la ciudad de M onterrey y después G uadalajara. Los proveedores del aluminio se encuentran en los alrededores del D istrito Federal en el Estado de M éxico, la Reynolds y Alcom ex, a sí como otros im portadores en el D istrito Federal. El Estado de M éxico está dando facilid ad es p ara la in stalación de nuevas plan tas, reduciendo im puestos y aum entando la s v ía s de com u­ nicación. Por lo tanto la planta deberá in stalarse en la zona indus­ tria l de T lalnepantla, E stado de M éxico, ya que ad em ás ex iste agua y corriente eléctrica su ficien tes.

2.— INSTALACION. El edificio que se u tilizará se construirá de m anera funcional p ara d ar cabida a la planta, oficin as, alm acén de m aterias prim as, alm acén de productos term inados y serv icio s sanitarios. La distribución del equipo se h ará en línea continua com o se observa en el dibujo de planta con sus diferen tes accesorios. (Fig. 15).

3.— HIGIENTE Y SEGURIDAD DE LA PLANTA. a)

Para m antener siem pre limpia la planta, al pico se le d ará una inclinación de 3 a 5% p ara que los líquidos que caigan al suelo fluyan hacia la parte m ás baja donde se encuentra la coladera del drenaje. Los tanques serán levantados del p iso m ediante o1 empleo de p atas de 10 cms. ad ap tadas a los tanques.

b) La ventilación que se necesita se d iseñ ará de acuerdo al Có­ digo N acional de E.U.A. con las siguientes c a racterístic as: V elo­ cidad de arrastre de partícu las sólidas de Esm eril 1370 me­ tros/minuto.

49

V elocidad de cam bios d e aire sobre la s su perficies de los tan ­ ques que desprenden g ases en los cu ales la ventilación será local con cam pana lateral. V elocidad de captura en M/minuto

M" --------------min x M2 Relación =

0.1 _

P ara m antener la velocidad de captura. Ancho del tanque ---- -------------------' largo del tanque

0.24

1.0 — 2.0

0.25 — 0.49

0.5 — 0.99

40

45.6

52

58

53

61

68.5

76

23

30.5

L as cam panas serán constru idas de lám ina negra calibre No. 16 (0.0 6 13 ”) con recubrim iento in terior con resin a poliester p ara prolon ­ g ar la vid a en operación, el m odelo de diseño de cada cam pana ap are­ ce en la Figura No. 16.

50

CAPITULO

VII

ESTIMACION DEL CAPITAL INICIAL I.— COSTO DEL EQUIPO INSTALADO. 1.— Un equipo pulidor sem i-autom ático con ven tilación in stalad a: 2.— Un tran sp ortador con grúa p ara 250 kgs.

$28,500.00 9,900.00

3.— Tinas recub iertas y sin recubrir (11 unidades)

91,000.00

4.— Un sistem a de ventilación p ara las tin as de ab ri­ llantado químico, anodizado y extracción general.

14,800.00

5.— Un rectificad or de corriente directa de silicio para 3000 am peres, a 18 v olts, con protección autom á­ tica, con b arras conductoras y aislad oras.

67,500.00

6.— Una unidad de refrigeración de 7 ton elad as de re fri­ geración, com pleta, con sus sistem as de cam biado­ res de calor.

38,900.00

7.— Una caldera de 50 caballos de vapor (422,000 K cal/ hora) a 4.2 k g / cn r de presión (60 libras/pulg.-’) com pleta, tubería de vapor, serpentines de calen ta­ miento de la s tin tas y tuberías de retorno, todo a is­ lado térm icam ente.

73,500.00

8.— Tanques y sistem as de distribución de agua.

14,200 00

9.— Equipo de Oficina y Laboratorio.

19,000.00

10.— C osto de in stalación 10% del valor del equipo, T otal equipo in s t a la d o :..................................

51

35,730.00 $393,030.00

II — c o s t o

n r i,

t f r r e n o

y

F D inrio.

? .? * >

ono no

III.— COSTO DE MANUFACTURA POR MES DE OPERACION. 1.— Costo de las soluciones y productos químicos adi­ cionales. 2.— M ano de obra directa, 15 op erarios de $20.00 c/u. 3.— G astos generales de m anufactura:

25,700.00 9,300.00

a)

Agua, vapor de a«ua, refrigeración y energía eléctrica. b) Mantenimiento, equipo y m aquinaria. c) Supervisión d irecta y mano de obra indirecta. d) C onservación y reparación de edificio. e) Im puestos y segu ros sobre equipo y edificio. f) Otros gastos im previstos.

4,980.00 1,200 00 1,500.00 1,000.00 2,600.00 1,000.00

Total costo de m anufactura p ara un mes de operación:

47,280.00

IV.— GASTOS DE OPERACION PARA U ¡; MES.

G astos de venta. G astos de A dm inistración. G astos G enerales. Total g asto s de operación:

3,000.00 5 000.00 2,500.00 10,500.00

Como la planta va a trab ajar preferentem ente con maquila, no se incluye dinero p ara m aterial m etálico de aluminio en alm acén, p roceso y producto term inado. Por lo tanto el Capital inicial será de: Equipo instalado. Terreno 1000 m- y edificio 500 m construidos T otal costo de m anufactura para un mes. T otal gastos de operación p ara un m es C apital total inicial.

52

393,030 00 225,000.00 47,280.00 10,500.00 075,810.00

CAPITULO

VIII

DETERMINACION DE COSTO APROXIMADO DE ACABADO Y PREMIO DE VENTA POR UNIDAD TERMINADA Como se ve en el C apítulo anterior, el costo de la p lanta instalada es de $618,030.00; si el equipo se am ortiza en 10 añ os; el edificio en 20 años y el interés del capital es del 10% anual se tiene: G astos fijo s por m es G astos de operación

52,610.00 10,500.00

Total g asto s fijo s y de operación por m es: 63,110.00 El número de unidades term inadas por m es se rá en dos turnos: DmJ 3000 --------------h ora

x

16 horas --------------- = día

48,000

Dm----------- :— día

se consideran 22 d ías laborables por mes: 48,000

Dm--------------día

X

22 días =

1,056.00 Dm-

Entonces el costo de acabado será: G astos fijo s + G astos de operación Costo de acabado = Número de unidades por m es acab ad as $63,110 $ Costo de acabado - = ------------ — 0 .0 5 9 7 ---------

1,056.000

Dm2

53

$ =

5.97

M2

El precio de ven ta es igual al costo de acabado + utilidad. En el p resente caso p ara fija r la utilidad se considera en un 30% del costo de acabado o sea: U tilidad =

0.30

X 5.97 -

1.79

$

-------M2 $

Precio de ven ta =

7.76

54

--------------M-

CA P I T U L O

IX

RESUMEN GENERAL Y CONCLUSIONES

La planta que se propone en el estudio an terior puede perm itirnos producir anodizados de cualquier calidad esp ecificad a a b ajo costo, ya que en la actualidad en el com ercio el precio cargado al alum inio anodizado es de aproxim adam ente $25.00 por m etro cuadrado m ás del precio del aluminio sin anodizar. Aun en el peor de los caso s que se produjera a la mitad de la capacidad de la planta p ropuesta con los m ism os g asto s, se elev aría el costo por unidad alrededor del doble del precio de venta calculado y tod avía así se puede com petir en precio con el m ercado actual. Por lo tanto se propone que el precio de ven ta se eleve a $9.67 metro cuadrado que da m ayor m argen de seguridad de recuperación del capital invertido, puesto que queda todavía dentro de los lím ites de utilidad fijada por el Gobierno.

55

A P E N D I C E

TABLA I.— GUIA PARA SELECCIONAR EL ACABADO PARA LIGAS DE ALUMINIO FORJADAS (Norma Inglesa 1615 de 1949)

Designación

Composición

ADECUADO PARA

del M aterial

Nominal

A nodizado A nodizado Anodizado P rotectivo y C oloreado B rillante

1 1A IB 1C N3 N4 N5 N6 N7 H9 H10 H ll II12 H14 H15 H18 H20 H30 N21

99.99% Al 99.80% Al 99.5% Al 99 0% Al Al. 1.25% Mn. Al, 2.25% Mg. Al, 3.5% Mg. Al, 5.0% Mg. Al 7.0 % Mg. Al, 0.5% Mg. 0.5% Si Al, 1.0% Si, 0.7% Mg. Al, 1.5% Cu, 1.0% Si, 1.0% Hg. Al, 2.C% Cu, 1.0% Ni, 0.9% Mg. 0.8% Si Al, 4.25% Cu, 0.62% Mn. 0-62% Mg. Al, 4.25% Cu, 0.75% Si, 0.75% Mn. 0.5% Mg. Al, 2.25% Cu, 1.5% Mg. 1.25% Ni. Al, 1.0% Mg, 0.62% Si, 0.5% Cu, 0.5% Cr. Al, 1.0% Si, 0.62% Mg. 0.5% Mn. Al, 5.0% S

E E E V.G. G V.G. V.G. G M E V.G.

E E V.G. V.G. G V.G. V.G. G M V.G. G

E E V.G. G M G G M M G M

G

G

M

M

M

U

M

M

U

M

M

U

M

M

u

V.G

G

M

G M

u

G G

M

E quivalencias: E — Excelente; V.G. = Muy bueno; G = Bueno; M = M ode­ rado; U — M alo

56

SISTEMA DE CONTROL POR ANALISIS DE LAS SOLUCIONES 1.— Determ inación de alcalinidad total, equivalente a carbonado de sodio en el p red esen grase y desengrase. a) De una m uestra filtrad a, colóquese 10 mi. de solución problem a, dentro de un m atraz de 250 mi. b) A gréguese 50 mi. de agu a destilad a. c) A gréguese tres g otas de indicador an aran jado de m etilo 0.1% en alcohol etílico, agitando continuam ente. d) Llénese una bureta de 50 mi. con ácido sulfúrico 1.0 N, ag ré­ guese éste a la solución problem a lentam ente con agitación con­ tinua, h asta alcan zar el punto de vire de color, desde am arillo naranja a rojo café que es el punto final de titu lación; an ótese el volum en g astad o (v). e) C álculos: Vol. gast. X N X Eq. X D ilusiones — f v g/1. N = N orm alidad Eq. = E quivalente químico. F = F actor = N. Eq. x Dilusiones. V = Volúmen gastado. Na, CO

g/1

Vol. gast. x 1.0 x 0.53 x 1000 <¿> ---------------------------------------------

53XV

1*

2.— A nálisis de la solución de abrillantado. I.— Determ inación de A cidez total. Preparación de la m uestra. Pipeteé 25 mi. de la solución de ab ri­ llantador, enjuague la pipeta; dentro del m atraz aforad o de 250 mi. que se usa y a fó rese a la m arca, m ézclese com pletam ente. Esta solución servirá para determ inar ácido nítrico, sulfúrico y aluminio. a) b) c) d) e)

En un m atraz Erlenm eyer de 250 mi. pipeteé 25 mi. de la solución preparada anteriorm ente. D iluyase con 25 a 50 mi. de agua destilada. ^i Adicione 3 a 5 go tas de anaranjado de m etilo 0.1% como indicador. Desde una bureta de 50 mi. llena con so^a cáu stica 1.0 N. agrégu ese con agitación continua h asta obtener un cambio de color desde rojo café a am arillo naranja. % de acidez total como H PO„

%

V mi. NaOH X N X 0.098 x 100

------------------------------------------------C

X

2.5 mi. 57

II.— D eterm inación de ácido nítrico. REACTIVOS: Solución patrón de dicrom ato de p otasio equi­ valen te a 0.003315 g. a e ácicio m eneo poi caua miiun.ru. D isolver 7.3555 g. de ácitio nítrico popr cada m ililitro, diluir a 1 luro. Solución de su lralo terroso a 55 gr. de Fe S 0 4 7H»0 y 20 gr. de c.oruro de sodio, agregue 100 mi. de agua y 20 gotas de ácido suliú rico diluido 1; 1, ag ítese p ara disolver y ajú stese a 1 litro con ácido suliú rico diluido (348 mi. de H» S 0 4 densidad 1.84 a 600 mi. de agua). Solución indicadora fcerroion. P esar 0.595 gr. de 0-ienantrolina m onohidrata y agregue 90 mi. de agua y caliente h asta disolver, agregue 0.28 de Fe SO, 7H_0 y diluya a 100 mi.

PROCEDIMIENTO a) b) c) d) e) f)

Pipeteé 10 mi. de solución preparada problem a, dentro de un Erlenm eyer de 250 mi. A gréguese 15 mi. de agu a, 15 mi. de su lfato ferroso en solución y 20 mi. de solución de ácido sulfúrico concentrado (densidad 1.84). Para preparar la solución en blanco, agregúense 25 mi. de agua destilada, 15 mi. do solución de su h a .o íerro so y 20 mi. de ácido Lulfúrico concentrado. Póngase a hervir por 3 m inutos la m uestra problem a y la s o ­ lución en blanco. Enfríe rápidam ente, agregue 75 mi. de agua d estilad a fría y 2 gotas de indicador ferrion. Desde una bureta de 50 mi. llena con solución patrón de dicro­ m ato de potasio, titule h asta que el indicador cam bie de un color rojo a un azul verde brillante. C álculos. mi. g astad os en el blanco — mi. g astad os m uestra) x 0.315

% HNO, = -----------------------■ ----------------------------Densidad x 1.0

mi.

En el caso de ten er la solución solam en te ácidos fo sfó rico y nítrico, es su ficien te con las dos determ inaciones an teriores. % Acido fo sfó rico = % A cido total — 1.55 % HN0-. La solución Alupol IV se controla por adición de ácid o sulfúrico y fo sfó rico en función del a rrastre y ácido nítrico por an álisis. En operación, pronto se puede hacer el m antenim iento por ad i­ ciones por observación de los resultados. 3.— A n álisis de la solución de anodizado. I.— A cidez total.

a)

De una m u estra filtrad a, pipetée 5 mi. dentro de un m atraz

E rlenm eyer de 250 mi. b) A gréguense 40 mi. de agua d estilad a y 3 a 5 gotas de fen olftalein a alcoh ólica al 2% , agitando. c) Desde una bureta de 50 mi. llen a con so ra cau stica 1.0N, t i­ tu le h asta que aparezca un color ro sa y no d esap arezca en un minuto. d) C álculos: V gas. x N x Eq. H, SO, X 1000 g H. SO, , = -------------------------------------------= 9.8 5

X V

II.— A cidez libre. a) P rocédase igual que en los in cisos a) y b) an teriores. b) A gréguese 1 gr. de fluoruro de p otasio (KF). c) Desde una bureta de 50 mi. llena con so sa cáu stica 1.0N titule h asta que ap arezca un color rosa, y no d esap arezca en un m i­ nuto. A nótese el Vol V 1 gastado. d) C álculos: g H2 S04 , = 9.8 Vi gastado. III — D eterm inación del aluminio metálico(Vol. g astad o ácido total — Vol. g astad o ácido libre) 1.8 = g Al/i — A nálisis de solución de colorantes. Este con trol se llev ará a cabo m ediante la com paración colorim étrica con tubos nesler. — A nálisis de solución de sellado. I.— Níquel m etálico. a)

De una m uestra filtrad a, ppipetée 5 mi. dentro de un m atraz Erlenm eyer. 50 grs. de p iro fo sfato de sodio (N a4 P ,0 ; 10H 0) 50 grs. de cloruro de amonio (NH4 Cl) y 2 grs. de yoduro de potasio (KI) dilu yase en un litro de agua destilad a.

c)

A grégu ese go ta a g ota de am oniaco concentrado h asta que la solución tenga olor y am oniaco 3 g o ta s son su ficien tes y la solución tenga un ligero color azul.

d)

Desde una bureta de 50 mi. llena con folu ción patrón de cianuro de sodio 0.5 N, h asta que el precipitado que ap a­ rezca en las prim eras g otas de la titulación d esap arezca. R egístrese el volum en gastado. j

NOTA.

La solución patrón de Na CN se prepara con 25 g. de Na CN y 1.7 g. de Ag NO, diluidos a 1 litro con agua destilada. La v a ­ lorización de esta solución se hace contra níquel m etálico. e)

Cálculo.

g Ni met/1 =

Vol. gast. x N x Eq. x 1000 2.88 Vol. gastad o —- -----------------------------------5

I .— A cido bórico. a) b) c) d)

De una m uestra filtrad a, pipetée 5 mi. dentro de un m atraz Erlenm eyer. A gréguense 25 mi. de G licerina grad o técnico (C H-, (OH),) y 1/2 mi. de indicador de bromo cresol púrpura 0.2% en alcoh ol etílico. Desde una bureta de 50 mi. llen a con so sa cáu stica 0.1 N, titule h asta que la solución cam bie a un color verde ne­ gruzco y después a púrpura. C álculos.

g H t BO í/ 1 =

Vol. gast. x N x Eq. x 1000 ------------------------------------- = 1.238 x Vol. gast. 5

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B I B L I O G R A F I A

1 .— M anual

de F abricación con Aluminio A lcoa, Alcom ex, S. A., 1955.

2.— The Surface Treatm ent and Finishing o f Aluminium and its allo y s by S. W ernick and R. Pinner. Editor Robert Draper Ltd. 3.— T ratado de Química in orgán ica por J. R. Partington M.B.E., D.S.C. Ed. Español.— 1952. 4.— Finishes for Aluminium, Section Two Standard P rocesses. R eynolds M etals Co. 1946. 5-— M etal Industry.— Handbook and d irectory 1957, Published by Iliffe and son s Limited. 6.— M etal Finishing.— Febrero 1957. 7.— E lectroplating Engineering Handbook Editor A. Kenneth Graham. Book División.— Reinhold Publishing Corporation. 8.— 46th. Annual Technical Proceedings. A m erican E lectroplater’s Society, 1959. 9.— Chemical Engineering M cG raw Hill Publication. Febrero 9 de 1959. 10.— E lectrical Engineering T exts. D awes, Vol. II. A lternating C urrents. 11.— Chemical Engineering, Handbook. J. H. Perry Me Graw Hill. 12.— Chemical Engineering.— A. Me Graw. Hill Publication. Julio 13 de 1959 y junio 13 de 1960. 13.— M etal Finishing 1961. 14.— P rocess Engineering Econom ics by Schw eyer Me G raw Hill. 15.— Chemical Engineering A. Me G raw Hill Publication. Feb. 1963.

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