Variables del electrolito para hacer plasma electrolitico

Estudio de variables principales PARA el establecimiento del régimen de plasma electrolítico.

A. Gallegos, C. Carrasco, C. Camurri

Departamento de Ingeniería de Materiales, Universidad de Concepción, CHILE

E-mail de contacto: agallegosr@udec.cl

RESUMEN:

En este trabajo se realizaron ensayos exploratorios orientados al conocimiento del plasma electrolítico (PE) como proceso,estudiándose las variables que permiten establecer PE a bajos potenciales de celda y/o a baja energía.
Para ello se estudiaron los efectos de la relación de superficies entre electrodos, conductividad y temperatura del electrolito, obteniéndose condiciones que permiten generar PE a menos de 250 VDC. Los resultados muestran que el uso de soluciones inertes con conductividad superior a 4 mS/m, relación desuperficies entre electrodos de 1:10 o mayor y temperaturas cercanas a ebullición corresponden a las óptimas para obtener plasma a bajos voltajes. También se observó que existe un significativo aumento de la impedancia de la celda para potenciales previos al de establecimiento de plasma, fenómeno que fue asociado al aumento de temperatura del electrodo de interés, lo que hace ebullir alelectrolito circundante generando ruido de baja frecuencia; el ruido se convirtió en un excelente indicador de las etapas en las que se encontraba la celda, a través de filtros de frecuencia.

Topico 6: Innovación

Palabras Clave: Plasma electrolítico

1. INTRODUCCIÓN:

El plasma electrolítico es una técnica que en años recientes ha tenido gran desarrollo [1], utilizándose como base para nuevosprocesos de modificación superficial [2], recubrimientos [3, 4, 7], síntesis [5] y aplicaciones ambientales [6]. Sin embargo, en los trabajos revisados no se ha encontrado una descripción básica de los elementos que determinan la formación del plasma, lo que motivó el presente estudio.
Al conceptualizar los fenómenos que dan lugar al PE y cotejar los resultados con lo expresado en publicaciones deltema, se concluyó que las variables principales corresponden a aquellas que determinan la facilidad de los fenómenos de transporte eléctrico en el electrolito y en el electrodo auxiliar, en particular, la estabilidad y conductividad del electrolito, la relación entre superficies anódica/catódica y la temperatura de operación; estas fueron las variables consideradas y estudiadas de acuerdo a lodescrito en la parte experimental.

Al imponer potencial en forma creciente a una celda de electrólisis, se obtienen curvas de una forma típica, mostrada en la Figura 1 adjunta:

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Figura 1: curva de descargas de alto voltaje sobre electrolitos, con fotos

En ella se pueden apreciar que la celda pasa por 4 etapas bien marcadas, a saber:

- Etapa 1: curva creciente, impedanciaconstante
- Etapa 2: curva decreciente, aumento sostenido de la impedancia de la celda.
- Etapa 3: Plasma
- Etapa 4: arco eléctrico

Etapa 1: En ambos electrodos se desprenden burbujas asociadas a la descomposición del agua, según las reacciones parciales de oxidación del agua (ánodo) y reducción del agua o del ion H+ a hidrógeno gaseoso (cátodo):

H2O → 2e- + 2H+ + ½ O2

2H+ + 2e-→ H2

En esta etapa, el comportamiento de la celda es asimilable a una resistencia simple, constante. Se verifica un fuerte calentamiento de la solución, debido a que las reacciones citadas requieren la formación de una nueva fase, lo que dificulta el tránsito electrónico; la superficie del electrodo de interés se calienta significativamente.

Etapa 2: El electrodo objetivo se calienta tantoque el electrolito circundante ebulle, perdiéndose contacto y conductividad, aumentando en forma significativa la impedancia; este fenómeno se agudiza mientras aumenta el voltaje aplicado, hasta llegar al rompimiento del dieléctrico y la generación de plasma. Cuando se inicia la ebullición, se presenta una inflexión en la curva E v/s i y comienza ruido de baja frecuencia. Es necesario hacer...