Estudio teórico y experimental de reactores electroquímicos bipolares, determinación de las corrientes parásitas y análisis de su efecto sobre la distribución de corriente

Abstract

Se presentan modelos matemáticos de complejidad creciente para estudiar la influencia de las corrientes parásitas y las variables geométricas y cinéticas sobre las distribuciones de corriente primaria y secundaria en los electrodos terminales y bipolares en reactores de configuración bipolar. Los resultados experimentales fueron obtenidos con prototipos fabricados en este laboratorio. Con un primer modelo simplificado se realizó un análisis paramétrico, agrupando las variables que condicionan la distribución de corriente en números adimensionales. Como caso límite se obtuvo la distribución de corriente primaria. Un segundo modelo posibilitó la resolución numérica de la ecuación de Laplace, y fue usado para hallar la distribución de potencial en la fase solución. Utilizando el método de diferencias finitas sin considerar polarización en los electrodos, se analizaron las distribuciones primarias. También, incorporando una cinética tipo Tafel en los electrodos, se obtuvo la distribución de corriente secundaria. La determinación experimental de la distribución de corriente fue realizada por segmentación de los electrodos. Equipos de construcción modular, simulando el electrolito mediante un papel conductor, fueron empleados para medir las distribuciones primarias. La distribución de corriente secundaria fue verificada empleando dos reactores diferentes: 1) utilizando electrolito estacionario en el espacio interelectrodo; 2) con electrolito fluyendo por un circuito cerrado. Se concluye que el modelo simplificado es apropiado para predecir la distribución de densidades de corriente en los electrodos terminales para altos valores de la resistencia de by-pass. Los resultados obtenidos por resolución de la ecuación de Laplace tienen siempre una buena concordancia con los datos experimentales.

Mathematical models of increasing complexity are presented to study the influence of parasitic currents and the geometry and kinetic variable on the primary and secondary current distributions on terminals and bipolar electrodes in reactors with bipolar configuration. The experimental results were obtained with prototypes made in this laboratory. With a first simplified model a parametric analysis was done, lumping in adimensional numbers the variables which determine the current distribution. As a limit case, the primary current distribution was obtained. A second model allowed the numerical resolution of Laplace equation, and it was used to get potential distribution in the solution phase. Using the finites differences method without take into account polarization on the electrodes, the primary distributions were analyzed. Moreover, adding a Tafelian kinetic on the electrodes, the secondary current distribution was obtained. The experimental determination of current distribution was carried out using segmented electrodes. To obtain the primary distributions, equipments of modular construction were employed, simulating the electrolyte with a conductive paper. The secondary current distribution was verified using two different types of reactors 1) using stationary electrolyte in the interelectrodo gap; 2) with electrolyte flowing in a closed circuit. It is concluded the simplified model is appropriate to predict the density current distribution on the terminal electrodes with high values of by-pass resistances. The results obtained by resolution of Laplace equation have always a good agreement with the experimental data.