Desarrollo de una celda electroquímica en gel para la evaluación in situ del patrimonio cultural metálico

A lo largo de toda la historia, la humanidad ha tratado de preservar ciertos objetos que por diversos motivos han adquirido un valor y un significado para la sociedad que los ha poseido, constituyendo su patrimonio cultural. En ese esfuerzo por preservar el pasado para las generaciones presentes y futuras, la investigacion cientifica ha ido adquiriendo una relevancia progresiva. La ciencia de la conservacion trata de comprender los problemas y aportar soluciones para la conservacion del patrimonio, tanto desde el punto de vista tecnologico como estrategico o de sostenibilidad. El adecuado diseno y planificacion de las estrategias de conservacion de los objetos y colecciones del patrimonio cultural son fundamentales, y deben tener en cuenta las limitaciones tecnologicas y de recursos. El fin de esta tesis ha sido contribuir desde la Ciencia e Ingenieria de Materiales a este objetivo, concretamente en el ambito del patrimonio cultural metalico, desarrollando una herramienta de diagnostico del estado de conservacion y de los sistemas de proteccion para este tipo de bienes culturales. El principal problema para la conservacion del patrimonio metalico es la corrosion, que tiene lugar por interaccion entre el objeto metalico y el medio que lo rodea. Para enfrentarse a este problema, los conservadores de patrimonio metalico cuentan con dos estrategias: el control de las condiciones ambientales –lo que no siempre es posible- o el empleo de recubrimientos protectores, que lo aislen del medio, que es el metodo mas habitual en la practica de la conservacion. Sin embargo, cualquier metodo presenta limitaciones, por lo que resulta de gran relevancia el poder evaluar la eficacia y la duracion de los sistemas empleados, antes de que aparezcan efectos negativos en el objeto. Asi, los recubrimientos habituales en conservacion –principalmente ceras y barnices acrilicos- tienen una capacidad protectora bastante limitada y deben ser renovados cada cierto tiempo. Esto conlleva la necesidad de conocer y evaluar el comportamiento de los sistemas aplicados, con especial hincapie en su durabilidad. La espectroscopia de impedancia electroquimica (EIS) es una tecnica electroquimica que permite estudiar los procesos de corrosion en los metales en diferentes medios y evaluar la capacidad protectora de los recubrimientos, por lo que a priori resulta una tecnica idonea para este proposito. Sin embargo, la aplicacion de la EIS a la conservacion del patrimonio cultural metalico no es una practica generalizada, por las dificultades particulares que presenta su aplicacion en este campo. Las caracteristicas propias de los bienes culturales, hacen que en muchos casos los estudios de laboratorio no sean suficientes, y que el objeto no se pueda trasladar, por lo que resulta imprescindible la realizacion de medidas in situ, directamente sobre la superficie del objeto a conservar. La aplicacion de tecnicas electroquimicas requiere montar una celda electroquimica, en la que poner en contacto la superficie del material que se va a estudiar con un electrolito liquido y los electrodos auxiliares (referencia y contraelectrodo). Esta tarea resulta compleja en el caso de superficies irregulares y no horizontales como las de una escultura. Para dar una solucion a este problema, el objetivo de esta tesis ha sido el desarrollo de una celda electroquimica con un electrolito en gel, especificamente disenada para la realizacion de medidas in situ sobre patrimonio cultural. Para el diseno se han tenido en cuenta diversos factores relacionados con este tipo de medidas, tales como la forma y tamano de la celda para facilitar su colocacion en la superficie de la obra, la naturaleza, geometria y posicion de los electrodos para obtener una senal de calidad, o el tipo de soporte adecuado para lograr una buena estabilidad mecanica. El trabajo se ha estructurado en varios apartados, si bien no su recorrido no ha sido lineal, ya que los avances y dificultades en cada uno de los aspectos o subapartados han contribuido al desarrollo de los demas. El primer paso ha sido comprobar la posibilidad de realizar medidas de impedancia utilizando un electrolito gelificado con agar, abordando cuestiones como la validez, reproducibilidad o repetividad de los resultados. Una vez verificada la obtencion de medidas de calidad y comparables a las de un electrolito tradicional, se ha estudiado en mayor detalle la contribucion del agar en las medidas, para establecer la concentracion mas adecuada tanto desde el punto de vista electroquimico como mecanico. En esta misma linea, se ha comparado el comportamiento del agar y de la agarosa, uno de los dos polisacaridos que componen este material, y que es el responsable de las propiedades gelificantes. El siguiente paso ha sido analizar en detalle el comportamiento del sistema completo, incluyendo los electrodos (electrodo de referencia y contraelectrodo) para optimizar el diseno. Asi, se han estudiado diferentes configuraciones de celda con electrodos de distinta naturaleza y geometria, un factor que ha demostrado su relevancia para minimizar la aparicion de artefactos en las medidas al emplearse electrolitos de baja conductividad. En paralelo al desarrollo y estudio de la celda, se han realizado medidas sobre diferentes sustratos para evaluar la aplicabilidad del sistema desarrollado a la resolucion de problemas de conservacion. Por un lado, se han realizado ensayos de laboratorio sobre probetas de bronce y acero patinable con diversas patinas y recubrimientos, simulando cuestiones que se abordan habitualmente en la conservacion del patrimonio metalico; por otro lado, se han realizado estudios in situ, sobre obra real (principalmente escultura moderna y contemporanea del Museo Arqueologico Nacional, Museo de Escultura de Leganes y coleccion de escultura del campus de la Universidad Politecnica de Valencia), para comprobar y validar el diseno de la celda en su modo de aplicacion final, e ir introduciendo las modificaciones necesarias para solventar las dificultades practicas que se iban encontrando en diferentes situaciones. Todo ello ha permitido concluir con exito con el diseno de una celda electroquimica con electrolito en gel, adecuada para la realizacion de medidas electroquimicas in situ sobre el patrimonio cultural metalico, aportando una nueva herramienta para avanzar en la conservacion de este tipo de patrimonio.