Estudio Numérico Del Transporte Iónico En Medios Altamente Viscosos

Abstract

Se presenta un estudio numérico del efecto de la variación de la viscosidad en el transporte
iónico en electrodeposición en celdas electroquímicas delgadas (ECD) bajo un regimen galvanostático.
El estudio se basa en un modelo matem´atico que describe el movimiento difusivo, migratorio y
convectivo de dos especies iónicas bajo un campo eléctrico. El mismo consiste en las ecuaciones de
Nernst-Planck para el transporte iónico, la ecuación de Poisson para el campo eléctrico y las ecuaciones
de Navier-Stokes para el fluido. El modelo computacional 3D se aproxima por dos modelos bidimensionales
denominados modelo horizontal para el estudio de la electroconvección, y modelo lateral para
el estudio de la gravitoconvección, que básicamente recrean condiciones de mediciones experimentales.
El modelo computacional utiliza diferencias finitas y métodos de relajación standard. La simulación del
transporte iónico en ECD bajo un régimen galvanostático introduce severas restricciones numéricas debido
al carácter altamente no lineal del problema y de las condiciones de borde impuestas. No obstante
ello, los resultados numéricos predicen concentraciones, potencial electrostático y patrones de velocidades
para un amplio rango de viscosidades y corriente eléctrica en acuerdo cualitativo con resultados
experimentales. En particular, para el rango de viscosidades analizado, el modelo lateral predice que el
frente anódico escala como t0,8 y luego disminuye a t0,5 evidencia de una transición convectiva-difusiva.
El modelo horizontal predice para aumentos de la viscosidad, un aumento de la resistividad y por ende
un aumento del potencial electrostático y una reducción del vórtice electroconvectivo. Estas predicciones
se convalidan con mediciones experimentales.