El
siguiente punto tiene la intención de clarificar algunos
puntos sobre los distintos formas de llevar a cabo la electrolisis
salina que sin duda ayudaran a los usuarios y comerciales
interesados en la elección u oferta respectivamente de equipos. Básicamente
la electrolisis salina supone el paso de una corriente continua
por unos electrodos de titanio activados (opcionalmente,
cátodo sin activar) contenidos en una cámara sin separación.
A
través de la cámara se recircula el agua del vaso que contiene
una concentración de sal (cloruro sódico) alrededor de 3-6
grs./l. Son tres elementos a los que debemos atender: Fuente de alimentación
(suministra
la corriente continua). Electrodos,
cátodo/ánodo (producen
las reacciones de oxidación/desinfección). Célula (contiene
los electrodos y sensores).
De
manera sencilla se puede decir que existen dos tipos de fuentes,
las que trabajan con control de intensidad y las que lo hacen
con control de voltaje. En las primeras, se selecciona la intensidad
de trabajo (amperios) y la fuente ajusta de manera automática
el voltaje. Estas fuentes darán invariablemente la cantidad de
amperios seleccionados independientemente de la concentración
de sal y temperatura. Por concepto, nunca entrarán en sobrecarga.
Las fuentes que trabajan con voltaje (regulación o estados discretos)
verán modificada su intensidad en función de la temperatura y
concentración de sal. Es, por tanto, necesario un sistema de
protección a la sobreintensidad. En el caso de fuentes que trabajan
en voltaje con estados discretos es muy recomendable al menos
tres estados, lo que permitirá un mejor ajuste de la producción.
Las
fuentes de alimentación tienen un rizado característico (calidad de
la corriente continua). En general podemos distinguir tres tipos, rizado
prácticamente nulo, rizado del 48% y rizado superior al 48%. El mayor
rizado afecta al tiempo de vida de los electrodos, lo que el fabricante
deberá tener en cuenta. La posibilidad de inversión de la polaridad
permite la autolimpieza del depósito catódico debido a la formación
de hidróxidos/carbonatos de calcio y magnesio. El cátodo genera hidroxilos
por lo que en superficie presenta un pH considerablemente alto, lo
que provoca, más tarde o más temprano, en función de la calidad de
agua, una película de carbonatos/hidróxidos. El electrodo anódico,
genera protones por lo que presenta un pH considerablemente bajo.
Al
realizar la inversión de polaridad se produce un cambio drástico de
pH por lo que los hidróxidos y carbonatos son solubilizados en la inversión.
Otros aspectos a tener en cuenta serán el nivel de acabado interior
de la fuente (que dice mucho sobre la fiabilidad del producto), el
tipo de indicación de la producción (led o aguja), la indicación de
la concentración de sal, sensor de gas en célula que consideramos exigible
y sistema de protección a la sobreintensidad en caso de fuentes con
control del voltaje.
Microfotografía
de la superfice de un ánodo para electrolisis
Los
electrodos son de titanio del grado adecuado, estando revestidos
los ánodos por una capa de metales nobles del grupo del platino
mezclados con óxidos de metales válvula de acuerdo a un procedimiento
de fabricación propio. En caso de no emplear inversión de polaridad,
recomendamos que los cátodos sean también de titanio así como
las partes accesorias de apriete y sensores de gas. En el caso
de inversión de polaridad el material anódico y catódico coinciden,
siendo en ambos casos soportes de titanio especialmente activados
para esta aplicación.
Los
electrodos pueden ser tanto planos (plancha) como "mesh" (malla).
En el caso de sistemas sin inversión, los electrodos planos son recomendables
ya que facilita la limpieza química con ácido diluido. El fabricante
deberá dar un tiempo de vida para sus electrodos en función de la condiciones
de trabajo. El deterioro de los electrodos se da fundamentalmente por
pasivación de la capa soporte de titanio, debido a la formación de óxido
de titanio no conductor.
En
el caso de electrodos sin inversión es necesario efectuar con cierta frecuencia el lavado con ácido
diluido del carbonato/hidróxido. Esto se deberá hace con suficiente
frecuencia para evitar que la capa de carbonato/hidróxidos no toque
el ánodo ya que lo deterioraría. A lo largo de la historia de la industria
cloro-sosa se han empleado diversos tipos de materiales. El primero
fue el grafito que, posteriormente, fue desplazado por el platino,
y más tarde, por soportes de titanio con activación de platino e iridio.Estos
fueron, a su vez, sustituidos en los sesenta por el titanio activado
con una mezcla de óxidos de metales nobles del grupo del platino (platino,
iridio, rutenio, rodio, paladio, ), junto a óxidos de metales
válvula (titanio, tántalo, zirconio,..).
La
composición y métodos de
fabricación permite el diseño de electrodos según las necesidades de
las condiciones de trabajo. Un electrodo activado debería tener un
tiempo de vida mínimo alrededor de las 5.000 horas. A título anecdótico,
los electrodos para cloro-sosa industrial (mayor concentración de sal
y temperatura y menor pH) tienen tiempos de vida muy superiores (30.000
horas).
La
célula contiene los electrodos, que pueden ser conectados
según dos configuraciones: conexión monopolar y conexión bipolar.
La
conexión monopolar se caracteriza por que los electrodos
tienen una única polaridad en toda su extensión. Los
sistemas con conexión monopolar trabajan a mayor intensidad
y menor voltaje que los bipolares. El voltaje habitual
entre electrodos monopolares en la electrólisis salina
suele ser de 7 voltios. Con sistemas monopolares pueden
ser utilizados tanto electrodos planos (láminas) o mesh
(rejilla). El sistema monopolar no tiene problemas de
pérdida de corriente por efecto shunt.
La
célula contiene los electrodos, que pueden ser conectados según
dos configuraciones: conexión monopolar y conexión bipolar. La
conexión monopolar se caracteriza por que los electrodos tienen una única
polaridad en toda su extensión. Los sistemas con conexión monopolar
trabajan a mayor intensidad y menor voltaje que los bipolares. El
voltaje habitual entre electrodos monopolares en la electrólisis
salina suele ser de 7 voltios. Con sistemas monopolares pueden ser
utilizados tanto electrodos planos (láminas) o mesh (rejilla). El
sistema monopolar no tiene problemas de pérdida de corriente por
efecto shunt.
La
conexión bipolar se caracteriza por que el electrodo trabaja como
cátodo por una de sus caras y como ánodo en la otra. La configuración
bipolar trabaja a menor intensidad y mayor voltaje que la monopolar.
En la configuración bipolar el voltaje de trabajo suele ser de 21
voltios. Los electrodos son del tipo plano (láminas), mientras que
los electrodos mesh (rejilla) no pueden ser utilizados. Estos sistemas
adolecen de pérdidas de corriente por efecto shunt, lo cual debe
ser tenido en cuenta a la hora de prever el efecto sobre la producción
y el tiempo de vida de electrodos. Por el contrario, tienen la ventaja
que la etapa de potencia es más económica ya que trabaja a menor
intensidad. El usuario no experto podrá conocer fácilmente qué tipo
de configuración es la que presenta el equipo observando la conexión
de los electrodos. En la configuración bipolar tendremos electrodos
que no están conectados ni al polo negativo o positivo. La configuración
bipolar presenta un grupo de electrodos dispuestos paralelamente
sin conexión entre dos electrodos que son cátodo y otro ánodo. La
conexión bipolar trabaja con distancias entre electrodos muy cortas
(3mm) para no superar voltajes de 24 V. Esta distancia tan pequeña
a la que se ven obligados a enfrentarse, hace aún más crítica la
formación de depósitos catódicos de hidróxido/carbonato.
En
el mercado se presentan tanto carcasas para configuraciones bipolares
como monopolares, en plásticos transparentes u opacos. Las carcasas
transparentes permiten la inspección del estado de electrodos respecto
a la formación de depósitos, lo que supone una franca ventaja. Las
carcasas suelen presentar un tercer electrodo situado de manera que,
al faltar el caudal de recirculación, el gas de la electrolisis abre
el circuito entre cátodos-ánodos y éste tercer electrodo desconectado
el paso de corriente hasta que se restablece el flujo (evacuación
de la cámara de gas y cierre del circuito entre electrodos y tercer
electrodo). Esta sencilla medida de seguridad es también muy recomendable
(exigible) en cualquier equipo de electrolisis salina.