procesos electroquimicos

Procesos electrolíticos
Los sistemas electrolíticos, donde la reacción química está provocada por una corriente eléctrica continua, son
la base de procesos importantes como la electrolisis de la sal, obtención del aluminio, metalotécnia, etc.
Emplean la energía más cara y equipos complejos, pero como contrapartida el rendimiento es muy grande y,
por otra parte, es factible rentabilizarreacciones difíciles de realizar de otro modo. El consumo electroquímico en
España supera el 5% de la producción eléctrica total.

Los reactores (electrolizadores) constan de una cuba, electrodos, tabique y circuito eléctrico: la
reacción se produce en la interfase metal-electrolito, y el diafragma o la membrana permiten la migración
iónica, pero evitan si es preciso el contacto y contaminación delos productos; el conductor electrolítico
(disolución iónica o fundido) se cierra mediante conductores metálicos externos. Los materiales de los
electrodos y construcción del equipo son muy variados dependiendo de la aplicación, y una instalación
industrial puede constar de baterías con gran número de electrolizadores en serie o en paralelo.
(+)

(-)

ANODO
(oxidación)

E0

CATODO(reducción)

X-

V

X+

e

Sa
Sc

optimizables

Ir
εa

fijos

e

A1z-ne = A2z+n

C1z+ne = C2z-n

A1 + C1 = A2 + C2

εc

A/m2

Relación de Tafel: V= a+b·lgD+cD ≈ E0+Ir
Ir= D(ρ1L1+ρ2L2)

Voltaje.- La tensión reversible representa el potencial termodinámico mínimo o teórico de la reacción, que
puede evaluarse a partir de la energía libre: εo=∆Gr/nℑ (depende de latemperatura y concentración).
A esta se añade la sobretensión electródica debida a la f.c.e.m. de polarización de los elementos
galvánicos en las interfases anódica y catódica (doble capa y gas); tienen relación directa con la cinética
electroquímica (reacción en la superficie y aporte de reactivos por difusión, convección y migración), y
depende de condiciones operativas y factores de diseño(como la agitación, composición, geometría, etc).
En cuanto a la caída óhmica, está asociada a la resistencia eléctrica del sistema, con las
contribuciones del electrolito y el tabique (puede incluirse la caída en el metal y el burbujeo); la
resistividad depende de la naturaleza de los iones, concentración y temperatura (electrolito), mientras en
el tabique es inversamente proporcional a laporosidad (compatible con su función separadora); en cuanto
a los espesores, deben ser lo menores posibles, sin que lleguen a provocar contaminación mutua ni
dificultar el desprendimiento de burbujas (l/h elevada).
El rendimiento electroquímico (Eo/V) se define como el cociente entre el potencial termodinámico y la tensión
real (V≥ εo+S+Ir). Teniendo en cuenta que εo representa ya una gran partedel potencial total, el margen de
optimización suele ser estrecho. Debe trabajarse con la mínima densidad de corriente compatible con la producción;
tendiendo a minimizar la intensidad con mayores tiempos de operación, junto con la máxima superficie electródica
factible de acuerdo con el aumento del coste del equipo (amortización por unidad de producto).

Densidad de corriente.- Es una de lasvariables clave a optimizar por su efecto contrapuesto sobre los
costes de inversión asociados al tamaño del equipo (superficie electródica) y los costes de operación
(pérdidas energéticas debidas al voltaje): D= I/S.
Intensidad.- La corriente aplicada se fija en atención a la capacidad productiva (P,kg/día) y h/día
en segundos (t) que interesa la conexión eléctrica por tarifas u otros motivos:Io = q/t = (P/M)·nℑ / t (kA)
El rendimiento de corriente (Io/I) es el cociente entre los amperios de Faraday y los reales (I≥Io), que son
mayores a causa de las pérdidas de corriente ineficaz (recombinación de productos, reacciones secundarias).
Puede incluirse un rendimiento de transformación y rectificación para tener en cuenta estas pérdidas de
conversión (>85%). EL producto de todos los...