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

Resumen

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 poseído, constituyendo su patrimonio cultural. En ese esfuerzo por preservar el pasado para las generaciones presentes y futuras, la investigación científica ha ido adquiriendo una relevancia progresiva. La ciencia de la conservación trata de comprender los problemas y aportar soluciones para la conservación del patrimonio, tanto desde el punto de vista tecnológico como estratégico o de sostenibilidad. El adecuado diseño y planificación de las estrategias de conservación de los objetos y colecciones del patrimonio cultural son fundamentales, y deben tener en cuenta las limitaciones tecnológicas y de recursos. El fin de esta tesis ha sido contribuir desde la Ciencia e Ingeniería de Materiales a este objetivo, concretamente en el ámbito del patrimonio cultural metálico, desarrollando una herramienta de diagnóstico del estado de conservación y de los sistemas de protección para este tipo de bienes culturales. El principal problema para la conservación del patrimonio metálico es la corrosión, que tiene lugar por interacción entre el objeto metálico y el medio que lo rodea. Para enfrentarse a este problema, los conservadores de patrimonio metálico cuentan con dos estrategias: el control de las condiciones ambientales –lo que no siempre es posible- o el empleo de recubrimientos protectores, que lo aíslen del medio, que es el método más habitual en la práctica de la conservación. Sin embargo, cualquier método presenta limitaciones, por lo que resulta de gran relevancia el poder evaluar la eficacia y la duración de los sistemas empleados, antes de que aparezcan efectos negativos en el objeto. Así, los recubrimientos habituales en conservación –principalmente ceras y barnices acrílicos- 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 hincapié en su durabilidad. La espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) es una técnica electroquímica que permite estudiar los procesos de corrosión en los metales en diferentes medios y evaluar la capacidad protectora de los recubrimientos, por lo que a priori resulta una técnica idónea para este propósito. Sin embargo, la aplicación de la EIS a la conservación del patrimonio cultural metálico no es una práctica generalizada, por las dificultades particulares que presenta su aplicación en este campo. Las características 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 realización de medidas in situ, directamente sobre la superficie del objeto a conservar. La aplicación de técnicas electroquímicas requiere montar una celda electroquímica, en la que poner en contacto la superficie del material que se va a estudiar con un electrólito líquido 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 solución a este problema, el objetivo de esta tesis ha sido el desarrollo de una celda electroquímica con un electrólito en gel, específicamente diseñada para la realización de medidas in situ sobre patrimonio cultural. Para el diseño se han tenido en cuenta diversos factores relacionados con este tipo de medidas, tales como la forma y tamaño de la celda para facilitar su colocación en la superficie de la obra, la naturaleza, geometría y posición de los electrodos para obtener una señal de calidad, o el tipo de soporte adecuado para lograr una buena estabilidad mecánica. 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 demás. El primer paso ha sido comprobar la posibilidad de realizar medidas de impedancia utilizando un electrólito gelificado con agar, abordando cuestiones como la validez, reproducibilidad o repetividad de los resultados. Una vez verificada la obtención de medidas de calidad y comparables a las de un electrólito tradicional, se ha estudiado en mayor detalle la contribución del agar en las medidas, para establecer la concentración más adecuada tanto desde el punto de vista electroquímico como mecánico. En esta misma línea, se ha comparado el comportamiento del agar y de la agarosa, uno de los dos polisacáridos 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 diseño. Así, se han estudiado diferentes configuraciones de celda con electrodos de distinta naturaleza y geometría, un factor que ha demostrado su relevancia para minimizar la aparición de artefactos en las medidas al emplearse electrólitos 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 resolución de problemas de conservación. Por un lado, se han realizado ensayos de laboratorio sobre probetas de bronce y acero patinable con diversas pátinas y recubrimientos, simulando cuestiones que se abordan habitualmente en la conservación del patrimonio metálico; por otro lado, se han realizado estudios in situ, sobre obra real (principalmente escultura moderna y contemporánea del Museo Arqueológico Nacional, Museo de Escultura de Leganés y colección de escultura del campus de la Universidad Politécnica de Valencia), para comprobar y validar el diseño de la celda en su modo de aplicación final, e ir introduciendo las modificaciones necesarias para solventar las dificultades prácticas que se iban encontrando en diferentes situaciones. Todo ello ha permitido concluir con éxito con el diseño de una celda electroquímica con electrólito en gel, adecuada para la realización de medidas electroquímicas in situ sobre el patrimonio cultural metálico, aportando una nueva herramienta para avanzar en la conservación de este tipo de patrimonio.