EL VIDRIO

Definicin:El vidrio es una materia amorfa: Esto quiere decir que no tiene una estructura cristalina, Sino que las partculas que lo forman estn ordenadas al azar (desordenadas), Muy parecido a las de un lquido. Su estado concreto es lquido muy viscoso, llamado VTREO, A + t + viscoso, hasta llegar a slido en fro.Por lo tanto, aunque tradicionalmente se ha considerado que la materia poda presentarse bajo tres formas (slida, lquida y gaseosa), nuevos medios de investigacin han puesto al descubierto durante el siglo XX otras formas o Estados en que se puede presentar la materia, y una de ellas es el estado en que se encuentra el vidrio; el estado vtreo (o lquido con una viscosidad tan alta que le confiere aspecto de slido, sin serlo),que no presenta una ordenacin interna determinada (como ocurre con los slidos cristalinos) pero en muchos casos se observa un desorden ordenado, es decir, la presencia de grupos ordenados que se distribuyen en el espacio de manera aleatoria.

Ms all de sus propiedades de sustancia relativamente dura, qumicamente inerte y biolgicamente inactiva, el vidrio es inodoro, no altera el sabor, es reutilizable y fcilmente reciclable.Estructura cristalinaEstado VTREO

De qu est hecho el vidrio? Y porque es transparente?

De dnde proviene?Por a la fabricacin del vidrio a partir de elementos naturales no reciclados, Se mezclan y se funden los siguientes componentes:-Slice: es el principal componente del vidrio (ms de un 60%), y se obtiene a partir de la arena.-Carbonato o sulfato de sodio o de potasio: sirve para que el slice funda a menor temperatura.-Piedra caliza: su funcin es estabilizar la mezcla y darle durabilidad.Aadiendo otros ingredientes se puede dar al vidrio determinadas propiedades fsicas y caractersticas segn las aplicaciones tcnicas a las que se quiera aplicar.Por que es transparente el vidrio?El vidrio es un producto de la combustin y fusin de la arena. El resultado que se obtiene a partir de este proceso es una estructura molecular muy poco compacta y organizada por tanto deja muchos espacios a travs de los cuales pasan los rayos de luz.El grado de transparencia de un material viene determinado por la cantidad de luz que ste deja pasar en comparacin con el total que llega a la superficie, la parte restante de luz que no atraviesa el objeto puede ser reflejada o absorbida

Calzado

Oxgeno

Slice

Sodio

2.1.

PROPIEDADES FSICAS

Fragilidad

El problema fsico de la fragilidad del vidrio radica en una red de fisuras a nivel imperceptible que afectan a la superficie del vidrio y provocan unas tensiones localizadas que minoran la resistencia mecnica del vidrio. Son las fisuras de Griffith y cada una de ellas puede ser el origen de una ruptura general. As pues, la probabilidad de ruptura aumenta con mayor frecuencia de grietas de Griffith. Tambin aumentar el riesgo de ruptura como mayores sean las grietas o debido a sustancias como el agua que ataca las tensionadas uniones atmicas.

Encontramos una diferencia de fragilidad entre el vidrio y el cristal considerable. Un vidrio es un silicato que en estado lquido tiene las molculas formando anillos desordenados y incompletos con tomos de sodio incluidos. Enfriando este lquido a gran velocidad, para que al pasar delquido a slido no cristalice, obtendremos un slido no cristalizado al que llamaremos vidrio. Si el vidrio cristaliza, es decir que se enfra lentamente, las molculas se ordenan geomtricamente obteniendo un cuerpo ms opaco y mucho ms frgil.

Irregularidades en la superficie delvidrio

cristal

vidrio

Dureza

El vidrio, como muchos otros materiales tiene una dureza media, es decir, su resistencia a ser rayado es de grado 5/6 sobre 10. (Escala de Mohs).Elasticidad

Que el vidrio sea frgil significa que en el diagrama de tensiones - deformaciones, la lnea que surja de la proporcionalidad entre las dos variables es interrumpida bruscamente, es decir que no aparece un periodo plstico donde las deformaciones sigan aumentando ms all de lo que lo hacen las tensiones. Slo se comportar plsticamente a altas temperaturas. A partir de 600 C se deforma plsticamente y en1000 C se funde.

Resistencia Aunque los cristales se pueden formar con materiales diferentes, la mayora de propiedades son consecuencia directa del estado fsico en que se encuentra el vidrio.

La composicin bsica del vidrio es Silicio-Oxgeno -uniones muy fuertes material muy fuerte.

A TRACCIN:

Tericamente:soporta 70 000Kg/cm2 , 5 veces ms que el acero.

Prcticamente:soporta 400/1000Kg/cm2Valor muy inferior debido a las fisuras de Griffith.Vara en funcin del tipo de vidrio y tratamientos a los que haya sido sometido.

A COMPRESIN:soporta 10.000Kg/cm2

Cualquier fuerza aplicada sobre el cristal se concentrar sobre cualquier irregularidad en su superficie y debido a que es un material homogneo porque viene del lquido, las grietas se propagan muy rpidamente.

Muy dbil en la traccin pero muy resistente a la compresin.

Las grietas se originan a partir de los defectos superficiales, para evitarlo: Pulir la superficie o mediante tratamientos trmicos como el templado que incrementan su resistencia

2.2.

CARACTERSTICAS MECNICAS

Carcter. MECNICAS. EL PROBLEMA DE LA SUJECIN

Se trata de evitar que nunca se apliquen cargas concentradas al vidrio, y en especial a sus cantos, que son los puntos ms frgiles, porque es donde se concentran ms microfisuras. Se utilizan siempre materiales elsticos o plsticos para ponerlos en contacto con el vidrio (madera, plomo, plsticos, cauchos, siliconas, etc)

Cmo puedo mejorar sus propiedades mecnicas?Qu cristales encontramos en el mercado con tratamientos de mejora?

LOS CRISTALES RESISTENTESVidrio templadoVidrio laminado

Es un cristal que ha sido sometido a un tratamiento trmico de cambio de temperatura sbita que modifica sus propiedades fsicas. La cara superficial se enfra rpidamente y el cuerpo central tarda ms, Logrndose esfuerzos de compresin en las caras externas (100 N /mm2) Y de traccin en el interior. Este tratamiento aumenta su resistencia al choque mecnico (x4) Y trmico (x6), As como a flexin, sin afectar demasiado sus cualidades pticas. Se caracteriza por su SEGURIDAD ya que, en caso de golpe, se fragmentar en trocitos pequeos evitando heridas y otros daos perjudiciales. Otra caracterstica es la RESISTENCIA A LA FLEXIN de 120 a 200 MPa. La RESISTENCIA AL CHOQUE TRMICO es otro aspecto importante de este producto (rotura por diferencia de temperatura en un mismo cristal) Es un conjunto formado por dos o ms planchas de vidrio, unidas entre si, entre las cuales hay una pelcula intermedia de lminas de PVB (butiral de polivinilo) elstico. Se unen en un proceso de autoclave con calor y presin. El vidrio laminado se caracteriza por su SEGURIDAD, presenta una buena resistencia al impacto. Cuando recibe un golpe, la rotura se localiza en el punto de impacto y mantiene la transparencia. La lmina de PVB asegura que las piezas de vidrio se mantengan adheridas.Reduce el riesgo de cortes por fragmentos de vidrio o cadas a travs del cristal laminado. El PBV es elstico, con fuerte adherencia y puede ser transparente, opaco o de cualquier color. L'ACSTICA es otra propiedad importante; Estos cristales ofrecen una atenuacin acstica muy superior a la del vidrio monoltico del mismo grosor. Los valores de aislamiento acstico deun PVB acstico son, de media, cristales laminados con un PVB

superiores en 3 dB a los clsico.

Rotura del vidrio templadoRotura del vidrio laminado

VIDRIOS CON PROPIEDADES MECNICAS MEJORADAS: templado

El templado es un tratamiento trmico delvidrio:

1 - Se calienta el vidrio hasta que sea algo plstico, a unos 600 C.2 - Se enfran rpidamente las caras exteriores, de manera que se solidifican nuevamente.3 - La banda central es an plstica y se va enfriando, por tanto, se contrae. Se contrae pero est unida a las caras exteriores ya slidas, que se ven comprimidas por el arrastre que la banda central provoca.

El resultado es un cristal "pretensado", Con las caras exteriores sometidas a una compresin interna remanente y la banda interior traccionada.

VIDRIOS CON PROPIEDADES MECNICAS MEJORADAS: templado

La compresin de las caras exteriores garantiza que no habr tracciones en los fondos de las fisuras de Griffith que puedan desencadenar una rotura, al menos hasta anular la compresin de partida.

VIDRIOS CON PROPIEDADES MECNICAS MEJORADAS: templado

En la cara de un vidrio normal sometido a flexin, habra tracciones que podran desencadenar la rotura del fondo de una microfisura. En un vidrio templado, las caras exteriores se mantendrn comprimidas dentro de un cierto margen, y slo se romper cuando se rebase.

Vidrio armado

El vidrio armado es aquel vidrio que se obtiene por proceso de colado. En el vidrio armado, se le deja embebido en su interior una malla metlica en forma de retcula, de modo que en su rotura los trozos quedan unidos al metal evitando su cada y posibles lesiones. An as, no es muy adecuado si se expone a temperaturas extremas. Estos cambios de temperatura dan lugar a la dilatacin de ambos materiales, que pueden provocar la rotura del vidrio.

Vidrio resistente a altas temperaturas Sus objetivos son aislar el calor. Tener suficiente resistencia para aguantarlo sin ningn tipo de modificacin (rompindose o fundindose) y eliminar o limitar la probabilidad de que se transmita un incendio. Se obtiene aadiendo una sal (borosilicato de sodio) a la masa del vidrio en fabricacin , este componente reduce notablemente el coeficiente de dilatacin del vidrio (1/3 del vidrio comn). Hay una serie de caractersticas bsicas que deben tener los vidrio usados con el objetivo de tener seguridad ante incendios:1. ESTABILIDAD O RESISTENCIA MECNICA A LOS CAMBIOS TRMICOS (Dilatacin controlada). Se consigue aadiendo aditivos a la masa del vidrio (borosilicato de sodio).2. ESTANCAMIENTO DE LAS LLAMAS, HUMOS Y GASES CALIENTES Y/ O INFLAMABLES.3. AISLAMIENTO TRMICO POR REDUCCIN DE LA RADIACIN (Manteniendo durante un cierto tiempo el vidrio con una temperatura no elevada). Vidrios en el mercado: Cristales parallamas (Vidrio con borosilicato de sodio que incorpora adems una lmina armada. Siempre transparente. No evita la transmisin de temperatura). Cristales cortafuegos (Vidrio multilminas con lminas intumescentes que reaccionan a temperaturas superiores a 120 grados volvindose rgidas y opacas. Hasta RF120. Evita transmisin de temperatura).

Vidrio armado

2.3.

PROPIEDADES TRMICAS

En construccin su uso principal es el de cerramiento de fachada.Cmo se comporta frente a la radiacin? Podemos considerarlo un material aislante? Y con inercia?

Propiedades trmicas

Conductividad trmicaLa conductividad trmica es una propiedad fsica de los materiales que valora la capacidad de transmitir el calor. Su inversa es la resistencia trmica que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

Cuando la radiacin solar incide sobre un cristal, una parte es reflejada hacia el exterior, otra pasa directamente hacia el interior y la restante es absorbida por la masa del vidrio, de la que las 2/3 partes son irradiadas hacia el exterior y el tercio restante pasa hacia el interior.El vidrio permite la transmisin de la radiacin solar entre las longitudes de onda de 315 y 2.500 nm, Es decir, desde el rayo ultravioleta (315-389 nm) Pasando por el visible (380-780 nm) Hasta casi todo el infrarrojo (780-2500 nm). El ultravioleta por debajo de 315 nm y el infrarrojo de onda larga por encima de 2.500 nm se absorben por completo.Esta impermeabilidad a las radiaciones de onda larga explica el efecto invernadero y varios usos concretos del vidrio.

El efecto invernadero

Aislamiento trmico

La radiacin solar calienta los cuerpos que se encuentran dentro, los cuales emiten calor (radan) de onda larga a la que el vidrio es menos permeable. Este fenmeno produce un ascenso de la temperatura en el espacio interior.El efecto invernadero ser favorable o desfavorable segn el emplazamiento y la poca del ao en que nos encontramos.Puede ser favorecido como medio pasivo de calentamiento de un espacio interior o, por el contrario limitado a base de protecciones solares exteriores, con un diseo ajustado a la orientacin.

Modos que tiene el vidrio de transmitir el calor:

por la condicin de slido transmite el calor por conduccin. por su caracterstica transparente transmite el calor por radiacin. + Por conduccin, en los cristales con cmara, sta no es demasiado gruesa para dificultarla

La transmisin de calor: siempre se produce desde un espacio o cuerpos ms calientes a unos menos calientes.Aislamiento trmico: al igual que otros materiales (un techo) depende del coeficiente de conductividad trmica de los materiales, componentes y la forma en que es utilizada.

Calor especfico

La calor especfico (c) es la cantidad de energa en forma de calor, que debe recibir una sustancia para elevar un kelvin la temperatura de un cierta masa

Donde:Qmt 0c

Q= Cantidad de calor.m= Masa.c = Calor especfico.At= Variacin de tiempo

Cul sera el vidrio adecuado para instalar en un escaparate de moda?Y en un sala de reuniones donde queremos ms privacidad?

VIDRIOS CON CONTROL DE RADIACINCristales antirreflectantes

El vidrio antirreflectante posee un tratamiento en las dos caras a base de aplicacin de capas metlicas logrando as la disminucin de la reflexin de la luz sin distorsionar los colores (pasa del 8% al 1%) Este producto es muy til porque se le puede aplicar el proceso del templado y laminado, consiguiendo unas caractersticas muy parecidas a stos. Es el producto adecuado para instalarlo en escaparates, oficinas, salas de representaciones o tambin para cubrir cuadros. Por otro lado el vidrio antirreflectante puede aadir propiedades de aislamiento trmico y acstico si se combina con otras soluciones (cmaras, lminas de PVB, etc ...)

VIDRIOS CON CONTROL DE RADIACIN

Cristal reflectante

El vidrio reflectante se obtiene aplicando mediante pirlisis una capa metlica (silicio) sobre su superficie. Si no forma parte de un vidrio de cmara, la capa reflectante puede degradarse rpidamente. Consigue la mxima reflexin aunque disminuyemucho su transmisin lumnica

Vidrio tintado El vidrio tintado se obtiene a partir de aadir xidos metlicos (hierro, cobalto o selenio) a la mezcla fundida del vidrio. Sus propiedades son:vidrios de diferentes colores segn l metal utilizado: El verde se obtiene a partir de xido de hierroEl gris se obtiene a partir de xido de nquel El bronce se obtiene a partir de selenioDisminucin de la entrada de luz ya que parte de laradiacin es reflejada y mucha parte absorbida.Debido al incremento de la temperatura que alcanzan por absorcin DEBEN SER templados para garantizar su estabilidad.

Coeficiente de dilatacin

La dilatacin es el aumento del volumen y las dimensiones de un cuerpo por efecto del calor.

El vidrio, debido a que es mal conductor del calor, si se expone a gradientes importantes de temperatura puede desarrollar tensiones internas que pueden provocar la fractura.

Si una parte de un cristal se dilata y otra adyacente no lo hace, la primera trata de arrastrar a la segunda, ensanchndola, y por tanto generndole tensiones internas de traccin. Estas son las que pueden provocar una rotura.

Estrs trmico

El estrs trmico es un fenmeno que va ligado a la dilatacin cuando el sol no incide por igual al la superficie de una lmina de vidrio. As pues todo vidrio que est expuesto al sol absorbe calor elevando as su temperatura y dilatndose, mientras que las zonas en obra permanecen sin dilatar. Estas dilataciones diferenciales pueden producir la rotura del vidrio. La mxima tensin trmica se produce cuando una superficie igual o menor al 25% de una superficie est a la sombra durante ms de cuatro horas (sombra esttica), o cuando el sector sombreado abarca ms del 25% del permetro.

2.4.

PROPIEDADES ACSTICAS

Cmo podemos aislar acsticamente con un cristal?

Propiedades acsticasLa acstica es una rama de la fsica que estudia el ruido a travs de dos parmetros:el aislamiento acstico y la absorcin acstica.

El aislamiento acstico permite proporcionar una proteccin al recinto contra la penetracin del ruido, al tiempo que evita que el ruido salga hacia el exterior.Para tener un buen aislamiento acstico necesitamos materiales que sean duros, pesados, no porosos y flexibles. Cuanto mayor es la presin sonora mayores son las dificultades para aislar el paso del ruido. Los ruidos graves son ms difciles de aislar con vidrio que los agudos.

A travs de un material no poroso como el vidrio, la transmisin de un ruido areo depende de:

-Su masa y rigidez.-Su modo de fijacin, rgida o flotante.Cuando mayor sea el grosor peso e independencia del vidrio con la carpinterams aislar

El mejor comportamiento acstico lo tienen los denominados vidrios laminados (Una o ms hojas de vidrio con una capa intermedia que funciona como amortiguador acstico sin modificar su transparencia visual). Como capa intermedia se pueden utiliza resinas coladas de baja emisividad o membranas plsticas de diferentes tipos.

El vidrio, al ser totalmente impermeable (no poroso) no puede ser considerado como material de absorcin acstica, Ya que la totalidad de la onda acstica rebota en su superficie.