Proyecto: electrolisis de metales

Manufactura Asistida por Computadora II
PROYECTO:
PROCESO DE ELECTROLISIS DE METALES
ROJECT:
METAL ELECTROLYSIS PROCESS
PROFESOR:
Ing. José Velásquez Costa
STUDENTS:
Mego Guevara, Roselly
rooseymg@hotmail.com
Molina Romero, Gabriel
Gabriel_m_96@hotmail.com
Salinas Oblitas, Nicolás
salinasoblitas@gmail.com
PROCESO DE MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA II
Universidad Ricardo Palma
Escuela Profesional de Ingeniería Industrial
RESUMEN: El proceso de Electrolisis de Metales desarrollado por el grupo, que
corresponde al grupo de Procesos de Manufactura Asistida por computadoras II, busca
diseñar un proceso de electrolisis automatizado a escala, con el fin de mostrar dicho
procesos del tratamiento de distintos metales a fin de hacerlos resistentes a la oxidación
mediante baños electrolíticos y de desengrasado para finalmente darle el acabado y color
medianteun baño dentro de una mezcla de metal fundido adquiriendo así el color y la textura
del mismo.
Todo este proyecto será posible gracias a los conocimientos adquiridos en el curso
orientándolos a la automatización , debido a que este proceso tendrá nula intervención de
la mano de obra debido al uso de distintos dispositivos como cilindros
neumáticos,motores,válvulas, relés , sensores ópticos y un esparrago de transporte para
hacer posible el traslado de los metales y su bandeja .Posteriormente este conjunto de
dispositivos y el procesos en si diseñado a escala serán conectados mediante el PLC para
ser programados en el software TIA PORTAL para hacer posible la demostración del
funcionamiento del mismo.
Con este proyecto no solo esperamos la demostración de un proceso real a escala y su
automatización, sino también la solución de un problema y la reducción de costos, tiempos
y accidentes debido a la intervención de los distintos dispositivos que se aplicaran.
PALABRAS CLAVE: Electrolisis, PLC, metales, cilindro neumático, proceso,
automatización, proyecto.
ABSTRACT: The process of Electrolysis of Metals developed by the group, which
corresponds to the group of Assisted Manufacturing Processes by computers II, seeks to
design an automated electrolysis process at scale, in order to show said processes of the

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
treatment of different metals in order to make them resistant to oxidation by electrolytic baths
and degreasing to finally give the finish and color through a bath in a mixture of molten metal
thus acquiring the color and texture of it. All this project will be possible thanks to the
knowledge acquired in the course guiding them to automation, because this process will
have no labor intervention due to the use of different devices such as pneumatic cylinders,
motors, valves, relays, optical sensors and a transport asparagus to make possible the
transfer of the metals and its tray. Later this set of devices and the processes themselves
designed to scale will be connected by the PLC to be programmed in the TIA PORTAL
software to make possible the demonstration of the operation of the same.
With this project, we not only expect the demonstration of a real scale process and its
automation, but alsothe solution of a problem and the reduction of costs, timesand accidents
due to the intervention of the different devices that will be applied.
Key Words: Electrolysis, PLC, metals, pneumatic, process, automation, project.
INTRODUCCIÓN
El proyecto orientado a la Electrolisis de Metales busco la automatización de un proceso
aplicando los conocimientos del curso, como toda idea buscamos un objetivo y una resolución
de problemas identificables en el proceso en sí. Por ello el diseño del proyecto en cuanto a
poca intervención de la mano de obra debido a los elementos que intervienen en un proceso
completo de electrolisis que en gran cantidad de casos suelen tener un peligro moderado y
extremo cuidado, llámese a estos elementos:
Compuestos químicos para el limpiado como ácido muriático.
Uso de fuentes de voltajes de gran capacidad.
Metales recién mecanizados que aún conservan partes afiladas y cierta temperatura.
Aplicando la herramienta del Operador Lógico Programable (PLC) junto con los
conocimientos adquiridos se va implementar este proceso a escala dando una solución
industrial a este Proceso de Electrolisis de Metales, el cual permitirá a los operarios o
trabajadores de la industrial solo realizar el cargado de los metales dentro de una bandeja
para luego solamente supervisar su camino mediante los distintos baños electrolíticos, de
limpieza y posteriormente de bañado en metal fundido. Pudiendo así realizar este proceso
con los distintos metales requeridos o trabajados dentro de la planta sin tener complicaciones
en el proceso por la excesiva manipulación de la mano de obra y los peligros que supones
para los trabajadores de la misma.
Asimismo, este proceso gracias a su base en la química garantiza un excelente acabado en
los metales trabajados y resultados en el corto plazo.
Dentro de las principales industrias donde se puede utilizar este proyecto:
 Manufacturera de fundición
 Tratamiento y reciclado de metales
 Metal mecánica

SITUACIÓN ACTUAL
Actualmente tenemos empresas en donde la elaboración de metales aún sigue u proceso
rustico es decir el operador debe intervenir en gran porcentaje en el proceso traslado del
material, bañado, teniendo contacto; directo esto ocasiona fatiga en el operario bajando su
nivel de rendimiento, también se cuenta con tiempos muertos.
PLANTEMIENTO DEL PROBLEMA
En la industria de la electrometalurgia los procesos de recubrimiento de metales tienen
tiempos muy largos y se realizan de manera semiautomática e incluso manual lo cual
genera un nivel de producción deficiente.
PE1: Tiempos de producción muy altos en piezas que requieren baños metálicos.
PE2: Variabilidad en la calidad de los recubrimientos metálicos.
PE3: Perdidas de recursos por reprocesos en los recubrimientos.
OBJETIVOS
Aumentar el nivel de producción y de la misma manera disminuir los tiempos de
producción de piezas que requieran recubrimiento metálico.
OE1: Reducir los tiempos de producción.
OE2: Disminuir la variabilidad en la calidad de los recubrimientos metálicos.
OE3: Reducir pérdidas en los recubrimientos metálicos.
SOLUCIÓN DEL PROBLEMA
Buscando una solución del problema, se diseñó un prototipo; en este proyecto se
utilizará tecnología neumática, eléctrica y de control, que nos ayudará a logrará la reducción
de tiempo, costos, operarios, se automatizará procesos de proceso electrolítico para la
reducción de los problemas mencionados anteriormente.
MARCO TEORICO
La electrólisis es un proceso químico que usa la propiedad de la conductividad eléctrica de
algunos materiales o sustancias para generar una reacción de oxidación-reducción no
espontánea.
El concepto electrólisis deriva de los electrolitos que se definen como los conductores
iónicos de cargas positivas o negativas que tienen la capacidad de transportar energía
eléctrica, o sea, generan conductividad eléctrica en los materiales y sustancias.1
La conductividad eléctrica se presenta en los metales como, por ejemplo, el cobre y la plata
y también a través de líquidos como el agua. Podemos producir la electrolisis del agua
(gracias a su auto ionización, H2O OH- + H+). La electrolisis del agua aumenta su
eficacia si añadimos un poco de electrolito a la misma. Los procesos que se llevan a cabo
en los electrodos son2:

(+) Ánodo: 4OH- → O2 + 2H2O + 4e-
(-) Cátodo: 4H+ + 4e- → 2H2
Faraday se interesó por los aspectos cuantitativos del electrolisis; es decir, por la cantidad
de sustancia que se depositaba en los electrodos en el proceso. Sus estudios condujeron a
las leyes que llevan su nombre y que podríamos enunciar del siguiente modo:
1ª Ley: La masa de la sustancia liberada en un electrodo es directamente proporcional a la
carga que se inyectó en el electrolito; es decir, a la intensidad de corriente multiplicada por
el tiempo (I·Δt).
2ª Ley: La masa de la sustancia depositada en un electrodo es directamente proporcional
a su peso equivalente (Meq); es decir a su masa molar dividida por la carga de la especie
que se descarga en el electrodo.3
Ambas leyes se pueden resumir en:
Proceso de electrolisis
1. Aquí se produce cambios químicos por acción de la corriente eléctrica.
2. Lavar, secar y pesar el electrodo que va en el cátodo (placa que se va a cobrear) con
la finalidad de obtener un peso real.
3. Instalar el equipo como se muestra en la figura No.1.
4. Suspender los electrodos y conectarlos con a la fuente de poder, identificando
siempre el ánodo (punto rojo) (cobre) y el cátodo (punto negro) (placa).
5. Al iniciar el experimento trabaja con un voltaje de 24 voltios.
6. Retirar la lámina cobreada y limpiarla y secarla.
7. Desconectar la fuente de poder. 4
Fuente: Elaboración Propia
Fig 1. Proceso electrolítico

METODOLOGÍA
La Automatización Industrial se usa en sistemas o elementos computarizados para controlar
maquinarias o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos.
La automatización y el PLC muestran metodología aplicada en el desarrollo del proyecto.
Ver Fig. 1: PLC S7 – 1200 Siemens. Esta va más allá que la simple mecanización de los
procesos.
Fuente: elaboración propia
Fig.1 PLC S7 – 1200 Siemens
INGENIERÍA DEL PROYECTO
COMPONENTES DEL SISTEMA
Los componentes que conforman el Sistema son los siguientes:
Tabla N°1
Componentes del Sistema
NOMBRES DE
COMPONENTES
CANTIDAD
ACTUADORES
Cilindro de doble efecto 1
SENSORES
Sensores 4
ELECTROVÁLVULAS
ELECTRO. MONOESTABLE
5/2
1
MANGUERAS Y RELAYS
Relays de 24 voltios 2
MOTORES Y FUENTE
Motor 24 voltios 1
Fuente de 24 voltios 1

Pistón de doble efecto
Fig2. Pistón de doble efecto
Electroválvula 5/2
Fig4. Electroválvula 5/2
Motor
Fig6. Motor
Sensores
Fig3. Sensores
Relays
Fig5. Relays

FUNCIONAMIENTO
El proceso de electrolisis automatizada es un prototipo para implementar en un proceso más
eficiente electrometalurgia, nos permite mediante la utilización de unos instrumentos como
son sensores (inductivos) quienes captan la posición de los metales, con la ayuda de un
motor el cual lleva el pistón a cada sensor y estos captan la señal inductiva deteniendo el
movimiento del pistón sobre los envases plásticos y poder realizar el proceso.
 La Parte de Mando: Viene a ser el PLC, en el cual con ayuda del programa TIA PORTAL
se lleva a cabo la programación donde se establece la secuencia lógica del proceso.
 La programación nos permite establecer los tiempos y condiciones que debe cumplir
el proceso productivo, facilitando el control de calidad, integración con sistemas
empresariales, incremento de productividad y reducción de trabajo.
 La Parte Operativa: Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice
la operación deseada.
PROCESO
Fase 1:
Luego al recibir la Señal de “START”, el motor se activa y empieza a moverse en manera
vertical sirve como impulsador para el pistón, esta impulsados por el compresor con la ayuda
de una electroválvula 5/2 que controlan el pistón la electroválvula son alimentadas con el
aire que emite el compresor y toda la secuencia obedece a la lógica mostrada.
Fig7. Fase 1

Fase 2:
Después de haberse captado el sensor 1 y siguiendo la secuencia de la lógica mostrada
este bajara en donde el primer recipiente 1, el cual está compuesto por NaCl + Agua el que
va realizar una previa limpieza el tiempo de duración es de 30 segundos; programación la
cual es monitoreada por el PLC S7 – 1200 SIEMENS, quien controla el estado de los
equipos que están conectados.
Fig8. Fase 2

Fase 3: Una vez realizada la limpieza previa del metal se procede a que el pistón vuelva
bajar se sumerja en el frasco 2 (composición es sulfato de cobre CuSO4 al 5%) es en
donde se realizara el proceso electrolítico el cual recubrirá al metal con ayuda de la fuente
externa realizar el proceso de electrolisis a una intensidad de corriente de 0.29 A, el cual
tiene una duración 8 min (480 seg) estándar esto varía dependiendo de la cantidad de
energía que es trasmitida por la fuente , la superficie del metal y la pureza del componente
químico .
Fig9. Fase 3

Fase 4:
Después de realizar el proceso de electrolisis el metal se volverá a sumergir en el tercer
recipiente el cual contiene HCL al 20% tiene como función la limpieza del metal para
desglosar toda la composición de la solución del electrolisis el tiempo de duración del
proceso es de 35 minutos con esto culminando la fase del proceso.
Fig10. Fase 4

CONCLUSIONES
 Al tener un proceso programado mediante un controlador lógico programable (PLC), las
acciones ejecutan de manera automática, lo que permite una producción continua.
 Se reducen los tiempos, así como también las actividades del proceso. Esto será
beneficioso en grandes producciones.
 Para fines académicos de investigación se utilizo el software TIA PORTAL para realizar
la programación , simulación conocimientos adquiridos en el curso de curso Procesos
de Manufactura asistidos por computadora II fueron aplicados en la innovación del
diseño del proceso electrolítico .
Bibliografía
LUMITOS GmbH. (2013). Quimica. Obtenido de Quimica:
http://www.quimica.es/enciclopedia/Electr%C3%B3lisis.html#Proceso
Ripoll, E. (2009). Reacciones de transferencia de electrones. España: Creative Commons
Reconocimiento. Obtenido de recursostic:
http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/redox7/cocelec.ht
ml?4&0
Significados Corporation. (03 de Julio de 2017). Significados. Obtenido de
https://www.significados.com/electrolisis/
Yavorski. (1983). Prontuario de Fisica . En Yavorski, Yavorski (pág. 274). Mir.
Velásquez Costa, José A.Perfiles de Ingeniería. Revista de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad Ricardo Palma. 2
1. (Significados Corporation, 2017)
2. (Ripoll, 2009)
3. (Yavorski, 1983)
4. (Quimica, 2011)

ANEXOS
a. Costos
Para la implantación del prototipo del proceso de electrolisis se se tuvieron los siguientes
costos.
(Tabla 2)
b. Antecedentes del proyecto
Elaboración del proceso de electrolisis de forma manual:
Fig11. Pesado del material
Fig12. Instalación de la celda electrolítica
CANTIDAD DESCRIPCION TOTAL
1 Estructura del proyecto S/ 1,600.00
4 Sensores S/ 240.00
1 Electroválvula S/ 180.00
1 Motor S/ 150.00
1 PLC S/ 2,000.00
2 Relays S/ 200.00
1 Pulsador S/ 21.00
Total S/ 4,391.00

Fig13. Proceso electrolítico
Fig14. Limpieza después del proceso electrolítico
Fig15. Resultado del proceso electrolítico

c. Codificación del proyecto
 Este segmento se programa a modo de seguridad para que las señales de inicio
y reseteo no tengan algún tipo de cruce.
 Se programa el funcionamiento del botón “STOP” para usarlo como botón de
emergencia en cualquier fase del proceso o para que este se detenga.

 Se realiza esta codificación en el Segmento 3 para que el pistón avance luego
de activada la señal para que esta acción ocurra.
En el Segmento 4 se programa la acción de retroceso para que el piston pueda
retroceder luego de finalizado el proceso al activarse la señal junto con la
memoria.
 Para que avance el pistón al siguiente sensor se necesita de la señal “S2” la
cual permitirá que este avance hasta la posición del segundo sensor.

 Se programa el primer temporizador con 30Segundos, que permitirá que el
pistón junto con el metal se quede ese tiempo dentro del primer envase que
contiene Cloruro de Sodio.
 Se detiene el piston gracias a la señal del tercer sensor “S3”

 Se programa el segundo temporizador de 8 minutos , que permitirá que el piston
extendido junto con el metal permanezcan en el recipiente durante ese tiempo
para realizar el pintado del metal.
 En este segmento se programa el pistón para que se detenga en la señal del
cuarto sensor “S4” para luego extenderse al envase

 Se programa el tercer y ultimo temporizador de 30Segundos , donde el piston
extendido junto con el metal permanecerán en el recipiente para realizar el
ultimo lavado del metal, al acabar este tiempo se retrae .
 Se codifica que, luego de que el pistón fue retraído este regresara a la posición
inicial del proceso.

Procesos de Manufactura asistida por computadora II
2018-II
Proyecto: ELECTROLISIS DE METALES.
Docente:
Ing. José Antonio Velásquez Costa
Estudiantes:
MEGO GUEVARA , ROSSELY
MOLINA ROMERO , GABRIEL ANTONIO
SALINAS OBLITAS,NICOLAS RODRIGO

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