El proceso para elaborar vidrio templado.

Materiales

E l   v i d r i o   e s   u n   c o m p u e s t o   i n o r g á n i c o   q u e   s e   l l e v a   a l   e n f r i a m i e n t o   p e r o  s i n cristalización. Su componente más importante es la arena de sílice (SiO2). Al tener un punto de fusión elevado se hace necesario agregar le fundentes (carbonate ysulfato sódico) para rebajar la temperatura de fusión; estabilizantes para que estesea menos atacable (barita, dolomía, etc.); colorantes con el fin de disminuir lacoloración generada por los óxidos de hierro, el férrico da coloración amarilla y elférrico azul, el vidrio es verde cuando tiene una combinación de estos.

El vidrio no es un cristal sino un fluido con una muy alta viscosidad, compuesto por una mezcla de óxidos metálicos en la cual los átomos que la constituyen, se han encadenado por medio del calor para formar un sistema rígido reticular aleatorio en el que cada átomo de Silicio esta unido a cuatro átomos de Oxígeno y estos a otros átomos de Silicio con átomos de Calcio y Sodio distribuidos en la red molecular.

DURABILIDAD DEL VIDRIO: Una de las características de mayor importancia que se

considera en el diseño de una formula de vidrio, es su potencial de resistencia al ataque

químico, comportamiento conocido como durabilidad del vidrio. Esta resistencia se mide por

la cantidad de álcali liberada (Sodio) desde el vidrio bajo condiciones específicas de presión y

calor.

 

Las propiedades mecánicas: Los vidrios son duros pero frágiles, es decir, no son

fácilmente rayados por una punta de acero pero no resisten al golpe. Las propiedades

térmicas: Cuando se calienta un sólido a la temperatura de fusión pasa el estado líquido.

Resistencia a los reactivos químicos: los vidrios resisten a la acción de los reactivos químicos.

Solamente les ataca el ácido fluorhídrico.

ELABORACIÓN DE VIDRIOS COMUNES: Los vidrios comunes, incoloros y transparentes.

Están compuestos por dos silicatos metálicos.

El vidrio no es un cristal sino un fluido con una muy alta viscosidad, compuesto por una mezcla de óxidos metálicos en la cual los átomos que la constituyen, se han encadenado por medio del calor para formar un sistema rígido reticular aleatorio en el que cada átomo de Silicio esta unido a cuatro átomos de Oxígeno y estos a otros átomos de Silicio con átomos de Calcio y Sodio distribuidos en la red molecular.

Silicato de Sodio

Silicato de Calcio

Las materias primas necesarias serán:

Arenas: que aportan dióxido de silicio

Soda SOLVAY: carbonato de sodio decahidratado

Piedra caliza: que suministra el carbonato de calcio.

Las arenas deben ser blancas, de gran dureza, exentas en lo posible de óxido de hierro. Las

arenas amarillentas, con alto porcentaje de óxido de hierro, producen coloraciones verdosas,

como la de las botellas. Para abaratar la fabricación se recupera el vidrio de las botellas,

envases y otros desechos, seleccionando desperdicios domiciliarios. Clasificados por color y

calidad se incorporan a las materias primas con el nombre de cascote de vidrio. Se opera con

hornos de cubeta de grandes dimensiones con capacidad para varios miles de toneladas. La

llama de un combustible barre la superficie de los sólidos y eleva la temperatura. A unos

1000 o 2000º C se verifican las reacciones antedichas y se obtiene vidrio en estado líquido.

Los hornos de cubeta funcionan ininterrumpidamente. Del sector mas frío y de menos

profundidad, separado del resto por un tabique, se extrae el vidrio elaborado mientras en el

extremo opuesto se recargan materias primas.

Características de un vidrio templado

En un vidrio común el módulo de rotura es de 400 Hg/cm2, mientras que en un vidrio templado es de unos 2000 a 2100 Kg/cm2.

La calidad de un vidrio templado depende de los trozos a la hora de romperse. Si el fragmento es cinco veces menor que el espesor del vidrio, es de buena calidad.

Usos del vidrio templado

El uso tradicional en la industria automotor

Realizar las lunas y cristales en vidrio templado por parte de la industria automotor ha sido el uso tradicional de este material.

La rotura en pequeños trozos de aristas redondeadas, que provocan poco daño a las personas, lo hace ideal en caso de accidentes, además de la resistencia que lo hace apto para la circulación exterior.

Importante material para la arquitectura

La implementación del vidrio templado en arquitectura permite construir muro de vidrio de grandes dimensiones.

Puertas de vidrio para interiores y exteriores es otra forma en la que se emplea en la construcción. Se puede usar en crudo, o con vidrio decorado.

El vidrio templado admite otras terminaciones

Antes del templado se pueden hacer diversos tratamientos que lo hacen apto para diferentes funciones como ser esmerilado, realizarle un serigrafiado gráfico, grabado a bajo relieve entre otros.

El vidrio templado es uno de los vidrios llamados de seguridad que más uso tienen a nivel de la vivienda.

El vidrio templado es un tipo de vidrio utilizado principalmente en la industria del motor y la construcción.

TEMPLADO DEL VIDRIO

. P R O C E S O D E T E M P L A D O

El templado es un procedimiento por medio del cual se mejora las propiedadesm e c á n i c a s   d e   u n   m a t e r i a l   m e d i a n t e   e l   c a l e n t a m i e n t o  d e l   m i s m o   d e   f o r m a constante seguido por un enfriamiento rápido ya sea con ayuda del aire, agua u otro. Dicho proceso, se ve reflejado en los vidrios, para dicho material se toman vidrios normales y se le aplica el proceso ya mencionado para que así pueda soportar fuerzas de origen mecánico mayores a los normales; lo que evita que se hagan roturas en el material y en caso de que ocurra este se rompe por medio de fragmentaciones. Después del proceso de templado es sugerido no realizar cortes o perforaciones al vidrio debido a que este se puede dañar .Este proceso nació debido a un accidente al caer gotas de vidrio fundido en agua lo que posteriormente produjo una mejora en dicho vidrio, dando así los primeros pasos a la utilización del mismo. No fue hasta 1949 que se encontraron las bases suficientes para mejorar el proceso luego de diversas ideas para con este, como lo fue: la primera patente de templado en líquido por Alfred Royer, la patente de F.Siemens que hablo acerca de la mejora en la calidad de productos por presión en un molde pero que luego se dio cuenta que era por un enfriamiento que se le hacia al mismo, entre otras.

Para fabricar Este vidrio templado se usa el método térmico, en donde el vidrio flotado se calienta gradualmente hasta una temperatura de reblandecimiento de entre 575 y 635 grados Celsius para después enfriarlo muy rápidamente con aire. De esta manera se consigue que el vidrio quede expuesto en su superficie a tensiones de compresión y en el interior a tensiones de tracción, confiriéndole mayor resistencia estructural y al impacto que el vidrio sin tratar, teniendo la ventaja adicional de que en caso de rotura se fragmenta en pequeños trozos inofensivos (por lo cual se le considera uno de los tipos de vidrio de seguridad). Todas las manufacturas, ya sean cortes de dimensiones, canteados o taladros deberán ser realizados previamente al templado. De realizarse posteriormente, se provocaría la rotura del vidrio.

El vidrio ya templado, aparte de lo comentado anteriormente, adquiere otras propiedades importantes. La resistencia a la flexión del vidrio recocido al templarlo aumenta desde 400 kp/cm2 hasta 1.200 - 2.000  kp/cm2, lo que equivale de 4 a 5 veces la resistencia de un vidrio normal. La resistencia al choque térmico (diferencia de temperatura entre una cara y otra de un

paño que produce la rotura de éste) pasa de 60 °C a 240 °C., por lo que es recomendado en puertas de hornos de cocina y lámparas a la intemperie.

2 . 1 . 2 . M a q u i n a s d e t e m p l a d oInicialmente el proceso de templado térmico se lleva a cabo en una máquina conocida como horno horizontal. Este consiste en rodillos que deslizan el vidrio a través de variass e c c i o n e s ,   e m p e z a n d o   p o r   s u   c a l e n t a m i e n t o   p o r   m e d i o   d e   g a s e s .   E n  e s t a máquina se obtiene vidrio completamente templado sin cambios volumétricos.A ct u a l m e n t e   e x i s t e n   h o r n o s   q u e   t e m p l a n   e l   m a t e r i a l   p o r   p r e s i ó n   y   v ac i o controlados y se coloca en un techo plano cerámico.

Figura 1. Horno horizontal de templado de vidrio plano y curvo.

E L   V I D R I O   Y   E L   T E M P L A D OEn la actualidad el vidrio es un material necesario en diversos campos como es elcampo de la construcción, para ello se necesita mejorar las propiedades naturalesde vidrio para mejorarlo, razón por la cual se utiliza el templado para mejorarlas. El vidrio que se utiliza para efectuar el proceso de templado es el vidrio flotado, este es obtenido luego de exponer materia prima a fuego constante de 1500°C hasta

En el transcurso del proceso de templado, el vidrio flotado se le realizan los cortes n e c e s a r i o s , s e l i m p i a y e s s o m e t i d o a t e m p e r a t u r a s e n t r e 6 0 0 – 6 7 5 º C ( p o r   encima del punto de fusión), siendo enfriada inmediatamente luego de alcanzar un temperatura uniforme por chorros de agua, salmuera, aceite en reposo o aire, lo que produce el enfriamiento del vidrio desde el exterior hasta el interior de este,m i e n t r a s   r u e d a   d e   d e l a n t e   h a c i a   a t r á s   p a r a   m i n i m i z a r   l o s   d e f e c t o s   d e  o n d a s provocado por los rodillos. La temperatura debe ser constante y dentro del margene s t a b l e c i d o   p a r a   q u e   e x i s t a   u n a   t o t a l   r e l a j a c i ó n   d e   t e n s i o n e s .   A l  c u l m i n a r   e l p r o c e s o   e l   m a t e r i a l   s e   s o l i d i f i c a   y   s e   d e t i e n e   l a   r e l a j a c i ó n   d e   t en s i o n e s .   S e obtienen tensiones de compresión en la superficie y de tracción en el interior.

Figura 2. Proceso del templado del vidrio

 2.2.2.

Defectos en el templado de vidrio y solucionesA   c o n t i n u a c i ó n   s e   e x p o n d r á n   a l g u n o s   d e f e c t o s   q u e   s e   p r o d u c e n   d u r a n t e  e l proceso de templado de vidrio en un horno y las soluciones que se deben llevar acabo para corregirla

Defectos Causas Método de manejoRayaduras y/o desgastesFricción en el vidrio ycolisiónReforzar el procesooperacional y establecer un espacio prudencialentre lámina y lámina. Manejo de arrumes devidriosManejar las láminas devidrio de forma individual.PicadurasCalentamiento del vidriopor demasiado tiempoDisminuir el tiempo decalentamiento.Temperatura de losbordes del vidrio esdemasiado altaintensificando losdefectos de bordeReducir el espacio,colocar cada carga devidrio más cerca.Vidrio que se dobla haciaabajoLa parte superior tienemayor temperatura que

lainferior cuando sale delhornoReducir la temperatura enla parte superior delhorno y aumentarla en laparte inferior.Explosión en el hornoLa lamina de vidrio no fuetemplada correctamentecon mucha tensiónresidual o no es uniformeElegir estrictamente lasláminas de vidrio.Perforación excesiva deagujeros y orificios ovolver a calentar el vidrioReforzar la calidad delproceso y verificar constantemente elcalentamiento ydescargar cuando lagrieta se haya encontradoHubo inclusiones comopiedras de refracción enReforzar la escogencia

2.2.3.Propiedades mecánicas y físicas del vidrio templadoEntre las propiedades mecánicas del vidrio templado se encuentran la resistencia al choque mecánico, choque térmico (cambios brusco de temperatura), resistencia a la presión, resistencia a la flexión, resistencia a la torsión, atenuación acústica y resistencia al alabeo (curvaturas); todo esto sin perder su color y transparencia .Algunas características físicas del vidrio templado consisten en que luego de que es calentado se deforma levemente en forma de ondas cambiando su planimetría y siendo solo percibido cuando se reflecta. De igual forma después del proceso y el vidrio es expuesto a la luz del sol son visibles las tensiones diferentes al resto en forma de colores. Este material es capaz de soportar temperaturas de hasta200°C.Figura 3. Algunas propiedades mecánicas del vidrio templado.

 

2.2.4.

Defectos del vidrio templado y métodos de optimización

El vidrio templado tiene como defecto que puede tener rotura espontanea que esoriginada por partículas de sulfuro de níquel que quedan concentradas por

lasa l t a s   t e m p e r a t u r a s   y   n o   p u e d e n   s e r   c o m p l e t a m e n t e   r e m o v i d a s ,   e s t a s  v a n evolucionando de manera diferente creando tensiones ocasionando la ruptura.Para minimizar de la mayor manera posible la rotura, se realiza un tratamiento llamado HEAK SOAK que no es más que introducir el vidrio en un horno HST quelo recalienta a unos 280ºc, no más, seguido de un enfriamiento progresivo con elfin de provocar que los vidrios defectuosos se quiebren para así disminuir el riegode una posible rotura ya instalado. Otras causas de rotura son el impacto de unobjeto duro, fatiga por una carga constante, daños existentes, entre otras.

 

Figura 4. Horno HST (heak soak test).

Existen diversos métodos para observar si existe o no partículas de sulfuro deníquel dentro del vidrio como lo son por el análisis de MOLR y MEB-EDX. La primera indica el lugar donde se encuentran las partículas y por ende el lugar  donde se romperá el vidrio y la segunda indica la naturaleza de la inclusión y la cantidad de níquel que posee. Generalmente las inclusiones tienen un aspecto rugoso. La calidad del vidrio templado depende de los fragmentos que existen después de la rotura, la cual debe ser inferior al espesor inicial del vidrio.

 

Figura 5. Partícula de NiS dentro del vidrio templado.

2.2.5.

Usos del vidrio templado

E n t r e l o s u s o s q u e s e l e d a a e s t e t i p o d e v i d r i o e s t á n l a s c u b i e r t a s d e a l t a seguridad de los edificios, puertas, barandillas, fachadas, mesas, accesorios deb a ñ o ,   m u e b l e s   d e   t e l e v i s o r e s ,   m a m p a r a s   d e   d u c h a ,   p a n e l e s  f o t o v o l t a i c o s , mobiliario urbano, industria ferroviaria y naval, luminarias. En el ámbito industriales utilizado para realizar líneas blancas, refrigeración, carrocerías, hornos, parillas, tostadores, lámparas, estanterías, etc. En la automotriz en ventanas laterales, quemacocos, ventanas traseras y medallones. En el área arquitectónica como decoraciones, domos, entre otras.

Figura 6. Vidrio templado utilizado en fachadas de edificios.

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2.2.6.Nuevas tecnologías para la optimización del templado del vidrio

E n   l a   a c t u a l i d a d   l o s   p a r á m e t r o s   d e l   v i d r i o   s e   h a n   v u e l t o   m á s  e x i g e n t e s   y totalmente difíciles de acaparar por un operario entre ellas se encuentra el grosor del vidrio, la emisividad, tiempo de exposición en cierta temperatura, velocidad,presión, enfriamiento, distancias entre laminas, entre otras. Para garantizar lacalidad y la precisión en cada uno de los parámetros deseados han ideado unproceso de control automático que posee una cámara que mide la longitud del vidrio y sensores de grosor y emisividad. Este posee un software al que le indicanlas características del medio dentro del horno y de la pieza, conllevando que automáticamente se lleve acabo el proceso, almacenado toda la información detemperaturas y tiempo de exposición, evitando errores de fabricación. De igualf o r m a   s e   e s t á n   u t i l i z a n d o   t e c n o l o g í a s   q u e   u t i l i c e n   l a   c o n v e c c i ó n  f o r z a d a   y radiación como modo de calentamiento para asegurar un calentamiento uniforme ytener más control sobre la misma.

Figura 7. Horno de templado de alta convección y radiación.

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