INDUSTRIA DEL VIDRIO

Procesos Industriales Inorgánicos

TRUJILLO – PERÙ

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I. INTRODUCCIÓN

La tecnología del vidrio ha adelantado más en los últimos cincuenta años que en los cuatro mil años anteriores que ha existido el vidrio hecho por el hombre.

Con el advenimiento de una revolución mecánica y el establecimiento de la investigación científica en la industria en el siglo XX, empezaron a introducirse una serie de perfeccionamientos revolucionarios en el vidrio y sus fabricaciones que no parecen acabar aún. Se han desarrollado nuevas propiedades, formas físicas y usos de los que nunca se habían pensado llegar; y en lo que respecta a la gran diversidad de sus aplicaciones, el vidrio puede ser un material tan nuevo como los plásticos.

La mayor parte de los productos de vidrio modernos no son fragiles, y el vidrio no es quebradizo. En la mayoria de los articulos de vidrio se ha conseguido un aumento sorprendente en la resistencia y duracion. Algunos productos templados son lo suficientemente fuertes como para resistir el mas uso de hincar con ellos clavos de acero con una plancha de madera.

La fabricación del vidrio ha progresado considerablemente hacia una tecnología científica, dejando de ser el oficio que en transcurso de los siglos se basó en la experiencia empírica, envuelto en recetas y fórmulas secretas y en procedimientos celosamente guardados.Gracias a los estudios sistemáticos de las propiedades de muchos miles de vidrios, se funden unas quinientas especies químicamente distintas de vidrios con las que se fabrican decenas de miles de diversos artículos para un millar de usos.

Los vidrios comercialmente útiles son casi siempre multicomponentes y de constitución indudablemente compleja y no existe hasta ahora ninguna teoría completamente aceptada sobre la estructura atómica del vidrio. Dicha teoría quizá no exista hasta que haya desarrollado una del estado líquido o más especialmente de las soluciones concentradas. Con todo, el éxito de la teoría reticular del vidrio, sugiere que los estudios de los materiales vitreos pueden ser, recíprocamente, muy útiles en los estudios encaminados a establecer una teoría estructural de los líquidos.

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II. HISTORIA

Es posible que unos 80.000 años atrás el hombre primitivo haya encontrado trozos de vidrio volcánico con los que fabricó herramientas. Los primeros objetos de vidrio hechos por el hombre se produjeron en el Medio Oriente, hace unos 4.000 años, probablemente, cuando los egipcios y los sirios comenzaron a fabricar cuentas de vidrio y algunos otros adornos y, más tarde; pequeñas botellas.

Los romanos llevaron fabricantes de vidrio desde Egipto a Roma alrededor del año 100 A.C. Hacia el año 500 D.C., se produjo la contribución más importante a la fabricación del vidrio: la invención del tubo de soplado. Esto significaba que el vidrio podía ser ahuecado y modelado mediante el soplado, arte que todavía se practica. Después de la caída del Imperio Romano, cerraron en Europa muchos centros de producción de vidrio. En la Edad Media se utilizaba el vidrio para decorar las iglesias con mosaicos y vidrios en las ventanas.

Con el correr de los siglos, los venecianos desarrollaron su propio estilo en decoración, consiguieron nuevos colores y produjeron vidrios para espejos. Durante 300 o 400 años, hasta fines del siglo XVII, el vidrio veneciano fue el más fino del mundo. La destreza y los secretos de los artífices venecianos se extendieron al norte de Europa y durante el siglo XVII se fabricaba cristal fino en Bohemia, Francia, Inglaterra y los Países Bajos. Los franceses desarrollaron el vidrio plano y los ingleses descubrieron el vidrio con plomo. Esto condujo al tallado y grabado del cristal y a la fabricación de las copas de pie retorcido, con burbujas y opaco, del siglo XVIII, con las que se hizo famosa Inglaterra.

En las postrimerías del siglo XIX, se inventaron las primeras máquinas para fabricar objetos de vidrio que, como el tubo de soplado, revolucionaron la manufactura del vidrio. En el siglo XX, aparecieron las máquinas para fabricar botellas, el vidrio laminado en planchas, se inventó el proceso de laminación del vidrio por flotación, y se desarrolló la producción de la fibra de vidrio y su gran variedad de aplicaciones. La historia, del vidrio es casi tan antigua como la historia del hombre. En ambos se ha producido un desarrollo tecnológico en los últimos cien años.

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III. DEFINICIÓN

Se ha aplicado el nombre de vidrios a diversas sustancias químicas inorgánicas y orgánicas cuando se encuentran en el estado llamado vítreo (cristalino). Sin embargo, desde hace muchos siglos la palabra vidrio ha sido designado comúnmente el material inorgánico,duro, frágil, transparente y amorfo que se usapara hacer botellas, ventanas y casi toda la producción comercial se hace con vidrios de silicato, esto es, vidrios de óxidos que contienen 60 – 100% de SiO2 (sílice) y diversos porcentajes de dos o más óxidos inorgánicos, como óxido de sodio, potasio, calcio, magnesio, plomo, boro, aluminio, cinc y bario todos ellos en solución mutua. La industria vidriera norteamericana acepta la definición de que:“El vidrio es un producto inorgánico de fusión que se ha enfriado hasta adquirir un estado rígido sin ninguna cristalización”.

El vidrio se obtiene por fusión a unos 1.500 ºC de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3), hasta una temperatura de varios cientos de grados centígrados es un material sólido con rigidez elevada y buena resistencia mecánica. Aunque fundamentalmente muy homogéneas y transparentes, pueden hacerse masas o cuerpos de vidrio de diferentes colores, translúcidas u opacas por la inclusión de pequeños porcentajes de materiales inorgánicos amorfos o cristalinos disueltos.

Representación Esquemática bidimensional del As2O3; (a) En un cristal y (b) En un vidrio.

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• CARACTERISITECAS GENERALESTransparencia Dureza Lisura Inercia química Sustancia dieléctrica Superficie brillante Es un material refractario Coeficiente de dilatación calorífica baja

IV.PROPIEDADES DEL VIDRIO

PROPIEDADES DEL VIDRIO

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PROPIEDADES MECANICAS

a) Ductilidad:El vidrio no posee ductilidad, por lo tanto es un material frágil. la rotura es producida siempre por esfuerzos de tracción.

b)Resistencia a la Rotura: Las clases ordinarias de vidrio en las condiciones normales se rompen cuando se aplican esfuerzos de tracción que son relativamente pequeños. Los valores medios en muestras. Los valores medios que en muestras reconocidas varían entre 350 kg/cm2 y 700 Kg/cm2. Se cree que las resistencias a las roturas por comprensión y por cortadura no tienen ningún significado en el caso del vidrio.

c) Razón de poisson: Los valores comprendidos entre 0.18 y 0.3 poco mas poco menos.

d)Dureza: En la escala de dureza de Mohs (rayado), usada para los minerales, el vidrio se encuentra entre el apatito (dureza 5) y el cuarzo (dureza 7). El vidrio es más duro que el acero dulce, pero no tan duro como el acero templado

PROPIEDADES TERMICAS

a) Temperaturas de referencia. Para el control práctico de las operaciones de conformación y recocido y para saber cuál es la temperatura máxima de trabajo que puede emplearse para un artículo de vidrio, se definen y se miden cuatro temperaturas de referencia en función de la viscosidad del vidrio.

EI punto de trabajo; Es la temperatura a la cual la viscosidad del vidrio visiblemente caliente es lo suficientemente baja para poder darle forma con la mayoría de los métodos comunes. La viscosidad en el punto de trabajo es 104poises El punto de reblandecimiento; Es la temperatura a la cual el vidrio empieza a deformarse perceptiblemente bajo su propio peso y a la cual tiene una viscosidad de 107.6poises. El punto de recocido; Corresponde a la temperatura de equilibrio a la cual el vidrio tiene una viscosidad de 1013.4 poises y suele ser la temperatura más alta del intervalo del recocido.El punto de deformación; la temperatura a la cual las tensiones internas son sustancialmente aliviadas en dieciséis horas; generalmente es la temperatura más baja del intervalo de recocido, si el grueso del artículo no es mucho mayor que los valores ordinarios. La viscosidad en el punto de deformaciones 1014.6 poises. En el punto de deformación, el vidrio es esencialmenteun sólidorígidoy puede enfriarse rápidamente.

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b) Conductividad calorífica: Las conductividades a la temperatura ambiente de diversos vidrios varían entre 0.0018 y 0.0033 cal/seg.cm.°C; los vidrios con un contenido elevado de sílice tiene los valores más altos. El vidrio de boro-silicato que se usa a menudo en las aplicaciones de transmisión de calor tiene un valor de 0.0028 cal/seg.cm.°C a temperatura ambiente.A pesar de que la conductividad calorífica del vidrio es mucho más pequeña que los metales, los vidrios pueden usarse con éxito en ciertas aplicaciones de transmisión de calor, como cazuelas para cocinar alimentos en el horno y cambiadores de calor.Como consecuencia, el rendimiento total de un cambiador de vidrio no disminuye al pasar el tiempo, mientras que el rendimiento de un material metálico puede bajar hasta un valor comparable al de un aparato hecho de vidrio.

c) Resistencia las variaciones bruscas de temperatura: La capacidad para resistir, sin romperse o rajarse, cambios rápidos o desiguales de temperatura se llama resistencia al choque térmico. El método empleado para variar la temperatura del vidrio tiene un efecto considerable en la severidad del choque. Por ejemplo: la inmersión en agua fría imponen un choque más fuerte que el producido por el enfriamiento brusco por corriente de aire. puesto q el vidrio solo se rompe a consecuencia de fuerzas de tracción y casi siempre por tensión superficial.

d) Resistencia a las tensiones térmicas: Se refiere a las diferentes constantes de temperatura entre las superficies de los objetos de vidrio constreñidos o las superficies de un tubo dan como resultado tensiones de tracción sorprendentemente elevadas en el vidrio

PROPIEDADES TERMICAS

a) La resistividad eléctrica: Es la resistencia que presenta el vidrio al paso de la corriente eléctrica, la cual es muy alta en este material, 108 veces más alta que en el cobre, lo cual hace al vidrio muy popular en el diseño de partes y máquinas eléctricas.

b) La constante dieléctrica: Es la capacidad de almacenar energía eléctrica, la opacidad y la constante dieléctrica están relacionadas de manera inversamente proporcional, siendo que mientras más transparente sea el vidrio, mayor será su capacidad para almacenar energía

RESISTENCIA ALA CORROSION

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El vidrio ha sido famoso desde hace mucho tiempo por su extraordinaria resistencia alataque de casi todos los compuestos químicos, excepto el acidofluorhídrico. Las demandas cada díamás severas, de resistencia a la corrosión por el uso actual de temperaturas más altas, presiones elevadas y velocidades de paso elevadas, hanhecho necesarias estudiar la rapidez del ataque. No existen relaciones sencillas entre las resistenciasala corrosión y la composición química, pero los mejores vidrios de boro silicato y los vidrios con un contenido elevado de sílice son un poco más resistentes a la mayoría de formas de ataque químico.

Los vidrios comerciales de silicato son mesurablemente corroídos solamente por los siguientes compuestos químicos:

- Ácidos Fluorhídricos, corrosión grave- Ácidos fosfórico concentrado y caliente; corrosión seria sino se elimina cantidades minúsculas de fluoruros- Soluciones alcalinas concentradas y calientes, las soluciones alcalinasfrías, diluidas o concentradas, atacan al vidrio muy lentamente- Aguas sobrecalentadas, el ataque aumenta cuando se eleva la temperatura y se eleva la alcalinidad del agua.

V.FABRICACION DEL VIDRIO

a) MATERIA PRIMA:

ARENA: Composicion.

SiO2 98.6 %

CaO 0.5%

Fe2O3 0.2%

H2O 0.7%

b) Composicion del vidrio:

Para la producción moderna de una gran variedad de vidrios se emplea una mezcla de materia prima que se introducen en un depósitollamadotolva:

Arena: es el principal componente. (SiO2: 99%), son trituradas, lavadas y tamizadas a 20 – 100 mallas (por pulgada), Fe2O3<0.05%.

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Carbonato o sulfato de sodio:(Na2SO3), este componente hace que la arena se funde a menor temperatura. Tamizadas a 20 – 120 mallas o granular.

Piedra caliza:(o cal viva), para que el cristal no se descomponga en agua,que da la cal (CaO). Si la caliza tiene MgCO3, da también MgO. Tamizadas a 20 – 120 mallas.

Feldespato: que da alúmina (Al2O3), SiO2, Na2O y K2O. Pulverizada o granular.

Bórax o ácido bórico: que da B2O3. Otras adicciones dan K2O, MgO, ZnO, BaO, PbO.

Agentes: refinación, oxidación, decoloración y coloración.

Cristal reciclado: su uso es ecológico porque ahorra el gasto de las otras materias primas.

b)PREPARACION:

Se trituran las materias primas, se mezclan hasta homogeneizar y se vigilan las proporciones para obtener el vidrio deseado.

c)FUSION:

Se trata de convertir estas materias primas en un vidrio homogéneo y de proporciones uniformes. Primero los compuestos alcalinos, luego la cal y la sílice. A medida que se funden, pierde viscosidad la masa. Si existieran carbonatos, sulfatos, etc. Desprenden gases y borbotea la masa, lo que contribuye a su homogeneización.Tipos de hornos:Intermitentes. Son una serie de crisoles, en cada uno se puede fabricar un tipo diferente de vidrio. Son para pequeñas producciones. Se llaman de balsa si el material se calienta sólo en la superficie.Continuos: Son parecidos a los de balsa. Se mantiene el nivel constante por alimentación continua por un extremo, y se extrae por el otro. Son para grandes producciones. Revestidos con material refractario. Se controla la temperatura. Llevan cámaras recuperadoras y los combustibles pueden ser líquidos o gaseosos.

d)MOLDEO:

-Por soplado: Se hace en dos fases: Primero, una vez fundido el vidrio, tomamos una gota y formamos un globo de vidrio sobre un molde insuflando aire a presión, consiguiendo que

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se adhiera a las paredes. Esto puede hacerse mecánicamente. En la segunda fase se le da la forma definitiva y se obtienen botellas, frascos . . . Para vidrios planos, hacemos una gran ampolla o un cilindro que se rasga por una generatriz y se aplana.

-Por colado: Se vierte el vidrio en moldes. Debido a su gran viscosidad, puede no rellenar os detalles del molde. Esto se evita sometiendo a presión, con un rodillo por ejemplo, que fuerza a ocupar las irregularidades.

-Por laminación: Se alimenta el horno hasta que la masa de vidrio desborda la salida y se provoca una evacuación continua que, al pasar entre los rodillos de una máquina laminadora, toma forma de hoja continua. Se somete a un enfriamiento controlado, o sea, un recocido, que elimina tensiones. Finalmente se efectúa el desbastado, el corte y el pulido. Este método sirve para obtener vidrios impresos, armados o sin armar. Pueden ser translúcidos, llevando un grabado en la máquina (normalmente en el rodillo inferior) que se reproduce. Los vidrios impresos pueden ser armados o sin armar. Los vidrios armados llevan en su masa una malla metálica de retícula cuadrada que se introduce en la masa de vidrio durante la laminación.

-Por flotado: La masa sale del horno por un canal y se vierte sobre un baño de estaño líquido. La entrada de la pasta vítrea se controla con registros refractarios verticales, que determinan el caudal. Al caer sobre el baño de estaño, se extiende por la superficie y cuando tiene el espesor deseado se detiene la entrada. El vidrio flota sobre el estaño y se va enfriando lentamente, para igualar la temperatura la cara superior se calienta con unos mecheros. La lámina obtenida es totalmente uniforme en su espesor y tiene un paralelismo total entre las caras. Se somete a un tratamiento de recocido para eliminar tensiones y se corta. Este método se utiliza para el vidrio transparente.

- Por prensado: Se suele denominar moldeados (o paveas) a piezas destinados en la construcción y se obtienen prensando una masa fundida en moldes especiales. Hay dos grupos:

.Moldeados dobles: Formados por dos elementos independientes soldados entre si al fabricarse originando una sola pieza.

.Moldeados sencillos: De un solo elemento. Desaparece la fase de soldado.

-Por estirado: Se consiguen vidrios planos de espesor uniforme y superficies planas. Se trata de conseguir extraer verticalmente, a partir de un baño fundido de vidrio contenido en un horno de balsa, obteniendo una lámina rectangular continua. Al emerger enfriarla cuidadosamente. Hay varios tipos:

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.Sistema FORCAULT: Tiene como elemento principal una distribuidora de material refractario que se encuentra flotando en la superficie de la masa. Una vez formada la lámina es arrastrada verticalmente por unos rodillos y, a la salida, se corta a las medi-das deseadas.

.Sistema PITTSBURG: Varía del anterior en que la distribuidora está sumergida unos 7 cm bajo la superficie de la masa vítrea. El ancho de la lámina de vidrio se mantiene mediante unos rodillos estriados actuando sobre los bordes.

.Sistema COLBURN - LIBBEY OWENS: Desaparece la distribuidora. Se mantiene el ancho de la lámina igual que en el sistema anterior. Elevamos verticalmente el vidrio unos 60 cm. Allí se recalienta y se curva sobre un rodillo para continuar horizontalmente en un largo túnel de enfriamiento. La velocidad de estirado se hace variar inversamente proporcional al exterior. Finalmente se corta.

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL VIDRIO

El vidrio se hace calentando una mezcla que casi siempre consiste en arena silícea y óxidosmetálicos secos pulverizados o granulados, o compuestos que producen dichos óxidos cuando se calientan.

En el proceso de fusión se forma un líquido viscoso, se producen burbujas y la masa se hace transparente y homogénea a temperaturas próximas a 1500°C. Al sacarlo del crisol o del tanque de fusión, el vidrio fundido adquiere una rigidez suficiente, a consecuencia de su enfriamiento momentáneo, para poder darle una forma directamente y transformarlo en diferentes artículos. La fusión es la etapa principal en la manufactura del vidrio, este proceso de realiza por lotes en hornos principalmente de tipo marmita.

Las reacciones químicas que se llevan a cabo en el horno durante la fusión de los materiales para obtener vidrio son:

Na2CO3(s) + aSiO2(s) -------> Na2O.aSiO2(s) + CO2(g)

CaCO3(s) + bSiO2(s) --------> CaO.bSiO3(s) + CO2(g)

Na2SO4(s) + cSiO2(s)+ C(s) --------> Na2O.cSiO2(s) + SO2(g) + CO(g)

Na2SO4(s) + C(s)---------> Na2SO3(s) + CO(g)

2Na2SO4(s) + C(s) ---------> 2Na2SO3(s) + CO2(g)

Na2SO3(s) + cSiO2(s) ---------> Na2O.cSiO2 + SO2(g)

Esta fabricación de artículos o formas finales en el sitio en que se fabrica el vidrio fundido es una peculiaridad rara en materiales estructurales. En los primeros segundos de la operación de darle forma, el vidrio se enfría tanto que se hace lo suficientemente rígido

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para manipularlo sin que se deforme. Cuando el vidrio se enfría correctamente, de modo que no se produzca ninguna desvitrificación (cristalización), aumenta su viscosidad sin discontinuidad desde aproximadamente 100 poises a la temperatura de fusión hasta un valor superior a 1015 poises a la temperatura ambiente. La viscosidad es una variable muy importante en la tecnología de las operaciones de fusión y conformación del vidrio.

La mezcla usada en la fabricación intermitente suele contener una proporción apreciable de vidrio sobrante de una fusión anterior para facilitar la fusión. Contiene también a menudo uno o varios materiales siguientes: oxidantes; descolorantes; colorantes u opacificantes; y agentes de refinación que ayudan a liberar los gases no disueltos en la masa de vidrio fundido.

El horno de fusión, el horno de tanque, se utiliza hoy para fundir la mayor parte de la producción. Este horno consiste en un gran tanque cerrado hecho de los mejores materiales refractarios. El combustible, gas o petróleo, se quema dentro del mismo tanque formando enormes llamas que pasan sobre la superficie de la masa del vidrio fundido y sobre las materias primas flotantes aun no fundidas. Son de uso común los hornos de tanque de una capacidad de 5–10 toneladas para fundir en un día un vidrio que tiene que trabajarse a mano al día siguiente: estos son llamados tanques de un día. La mayoría de los hornos de tanque son continuos y las materias primas se introducen por un extremo para ir a las máquinas que le den las formas. La temperatura está alrededor de 1500ºC, la cual implica una tecnología compleja y por lo general se emplean sistemas de caldero regenerativos para recuperar una parte de las enormes cantidades de calor que se necesitan.

Figura 1: Horno de Tanque

El vidrio fundido es bastante corrosivo para los bloques de material refractario que forman el tanque y es necesaria una habilidad considerable para impedir que dicha corrosión estropee la calidad del vidrio.

Cuando el vidrio fundido sale del tanque de fusión, se enfría y se endurece muy rápidamente. Son embrago, en los pocos segundos durante los cuales todavía su viscosidad está entre 104 y 107 poises, puede trabajarse fácilmente de muchos modos para darle forma: prensado, soplado; prensado y soplado en moldes; estirado; laminado; vaciado. El vidrio frio puede volverse a calentar y trabajarse repetidas veces con la misma facilidad aplicando

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los mismo métodos, y también calentándolo con la llama de gas o por la soldadura eléctrica.

En la moderna producción en gran escala, un artículo de vidrio, inmediatamente después que se ha dado forma, es transportado automáticamente hasta un horno de recocido continuo, en el cual vuelve a calentarse a una temperatura apropiada para hacer desaparecer las tensiones introducidas en el vidrio al darle la forma, y después se somete a un enfriamiento lento y controlado. A su salida del horno de recocido, el artículo es inspeccionado y embalado, o bien, si es necesario, se somete a operaciones de acabado.

VI. IMPERFECCIONES

DEFECTOS POR MASA

ESCORIAS: granos de cualquier sustancia contenida en el vidrio y que no se han fundido en el curso de la fabricación.

BURBUJAS: Son espacios gaseosos en el interior del vidrio y tienen forma esférica, ovoidalolenticular según el procedimiento de fabricación.

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VETAS: Son causadas por la falta de homogeneidad del vidrio, debida a diferencias de composición o de enfriamiento

DEFECTOS SUPERFICIALES

PICADURAS: Es una erosión profunda que no se elimina ni con el pulido. RAYADO AGUAS: imperfección en lo plano de las superficies. MERMAS O CRECES Defectos o excesos de dimensiones en los vidrios

moldeados. GRIETAS :Fisuras

VII. TIPOS DE VIDRIO

Primero se trataran los vidrios sódico–cálcico, de plomo, borosilicato, 96% de sílice y sílice. Estos son vidrios de silicato incoloro, transparente, y dan la mayor parte de la producción comercial, los tipos que siguen pueden considerarse más o menos como variantes del vidrio del silicato incoloro y transparente.

En lo que respecta a que materias primas, además de la arena, se incorporarán a una mezcla para obtener un vidrio de silicato incoloro y transparente, y a como se incorporaran, es posible una cantidad considerable de elección. El vidrio de sílice (cuarzo fundido, sílice fundida), hecho solamente con arena, parece ser el ideal en vidrios por casi todas sus propiedades físicas y químicas. Sin embargo, un porcentaje demasiado grande de arena (el material que forma el vidrio) en una mezcla implica temperaturas de fusión (alrededor de 1700 ºC) que son demasiado costosas y poco prácticas con los mejores materiales refractarios comerciales empleados en los hornos para hacer vidrio.

Vidrio Sódico Cálcico

Este tipo proporciona todavía la mayor parte del vidrio incoloro y transparente común. Noventa por ciento en peso del vidrio fabricado es silicato Sódico–Cálcico. Sus materias primas son las menos costosas y el vidrio es el más fácil de fundir.

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APLICACIONES: • Laminas para ventanas• Botellas• Frascos • Bulbos para lámparas eléctricas• objetos de uso común.

Vidrios Potásicos. (Silicato de potasio y calcio)

Se reemplaza, en el vidrio anterior, el sodio por el potasio. Son más duros que los anteriores, muy brillantes, resisten mejor las variaciones de temperatura y son muy resistentes a la acción del agua y de los ácidos.

APLICACIONES:• vidrios Bohemia, • vidrios de óptica (crown), etc.

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Vidrio de plomo

Este vidrio se hace usando óxido de plomo, en lugar de óxido de calcio que funde y estabiliza la sílice y el álcali (óxidos de sodio y potasio). Estos vidrios son algo más que caros que los de sosa y cal, pero se funden con la misma o mayor facilidad y se trabajan mejor. Se usan en artículos de mesa u objetos de arte.

APLICACIONES• Objetos de arte • Tubos para anuncios• Tubos para radar• Escudos moldeados para tubos de rayos X

Vidrio de borosilicatoVidrios resistentes al calor contienen óxidos de boro, algo de alúmina, cantidades pequeñas de álcali (óxido de sodio solamente) y ningún óxido de calcio, o cuando más 1%. Usos: utensilios de cocina para el horno, utensilios de laboratorio muy resistentes al calor, donde las temperaturas de trabajo exigen una resistencia elevada.

• El vidrio "PYREX" es una marca comercial de vidrio de borosilicato• No contiene elementos del grupo alcalino-térreo, ni zinc, ni metales pesados.

La composición aproximada es:

Sílice ..................... 80,6 %Oxido de Sodio ....... 4,2 %

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Oxido Bórico ......... 12,6 %Alúmina .................. 2,2 %

APLICACIONES• Instrumentos de laboratorio.

• Tuberías para la industria química.• Utensilios de cocina para los hornos

Vidrio con 96% de síliceSon prácticamente tan ideales como el vidrio de sílice (99.8% SiO2), cuya mejor variedad se llama cuarzo transparente y fundido, y por este método de fabricación pueden usarse más fácilmente para la fabricación de artículos de forma complicada. El cuarzo fundido se ha considerado desde hace mucho tiempo como el vidrio de mejores propiedades físicas y químicas y como el ideal en casi todos los aspectos.

APLICACIONES• Fabricación de lámparas tubulares germicidas utilizada para purificación de

aire, agua y superficie.• Artículos de laboratorio con resistencia excepcional al calor: crisoles.• Filtros ultravioletas

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• Revestimiento de hornos de inducción.

Vidrio de sílice (99.8% de SiO2)Se obtiene fundiendo cristales de cuarzo puro o arena de vidrio (cristales de cuarzo impuro). Puesto que no se utiliza ningún oxido como fundente, la temperatura de fusión es tan alta (aproximadamente 1750 ⁰C) como la de los cristales de sílice, y esto exige métodos de fusión extraordinarios.Desde el punto de vista de la resistencia al calor, son mejores que las indicadas anteriormente para los vidrios con 96% de sílice, y sus usos son prácticamente los mismos.

Vidrios de colorSe hacen añadiendo pequeños porcentajes de pigmentos, generalmente óxidos metálicos, a mezclas utilizadas para vidrios incoloros y transparentes de silicato o en mezclas derivadas por adición de cantidades de óxido de cinc, de potasio, carbón y azufre.

Vidrios ópticos

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La característica de estos vidrios es el grado extremado de homogeneidad física y química que se exige en el vidrio terminado para obtener la homogeneidad óptica necesaria. Los vidrios necesarios para hacer lentes y prismas de los instrumentos ópticos de mejor calidad y cámaras fotográficas, tienen que estar exentos de imperfecciones que son inofensivas en el vidrio ordinario.

Vidrios eléctricos Aunque todos los vidrios comerciales de silicatos son buenos materiales dieléctricos y buenos aislantes eléctricos, unos son mejores que otros. Por otro lado, además de propiedades eléctricas superiores, algunas aplicaciones requieren caracteres concretos desde el punto de vista de cierre oclusivo o una elevada resistencia a los cambios bruscos de temperatura.

Vidrio de seguridadPara elaborar un vidrio de seguridad es necesario elegir placas que no tengan distorsiones, pegarlas, cortarlas y agujerarlas hasta que tengan la forma deseada. Para elaborar el vidrio de seguridad simple, conocido con el nombre de Security, estas placas se tienen que meter al horno para calentarlas a cierta temperatura y después enfriarlas con aire, proceso que se conoce como templado.

Fibra de vidrio Es posible producir fibras de vidrio que pueden tejerse como las fibras textiles estirando vidrio fundido hasta diámetros inferiores a una centésima de milímetro. Una vez tejida para formar telas, la fibra de vidrio resulta ser un excelente material para cortinas y tapicería debido a su estabilidad química, solidez y resistencia al fuego y al agua. Los tejidos de fibra de vidrio, sola o en combinación con resinas, constituyen un aislamiento eléctrico excelente. Impregnando fibras de vidrio con plásticos se forma un tipo compuesto que combina la solidez y estabilidad química del vidrio con la resistencia al impacto del plástico.

Vidrios planos:Considerados seguros son aquellos que al romperse lo hacen sin lastimar a las personas. Existen tres tipos: flotados, laminados y templados.

Tabla 1. Composición de vidrios comerciales.

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VIDRIOS ESPECIALES

VIDRIOS COLOREADOS

Se le agrega en fusión óxidos o sales de distintos metales que forman silicatos coloreados.

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Cuadro comparativo de coeficientes de dilatación

VIDRIO FLOTADO

El vidrio flotado consiste en una plancha de vidrio fabricada haciendo flotar el vidrio fundido sobre una capa de estaño fundido. Este método proporciona al

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vidrio un grosor uniforme y una superficie muy plana, por lo que es el vidrio más utilizado en la construcción. Se le denomina también vidrio plano, sin embargo no todos los vidrios planos son vidrios fabricados mediante el sistema de flotación.

VIII. VIDRIOS DE SEGURIDAD

VIDRIO TEMPLADOPara fabricar vidrio templado térmicamente, el vidrio flotado se calienta gradualmente hasta una temperatura de reblandecimiento de entre 575 y 635 °C 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 realizadas previamente al templado. De realizarse posteriormente, se provocaría la rotura del vidrio.

El vidrio cuando es templado 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, 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 ºC a 240 ºC., por lo que es recomendado en puertas de hornos de cocina y lámparas a la intemperie.

VENTAJAS Presenta alta resistencia a los choques, a la compresión y a la flexotracción,

gracias al proceso de templado, que le confiere unas magnificas cualidades mecánicas.

Características mecánicas: - Resistencia al choque: un vidrio de 8 mm resiste el impacto de una bola de acero de 500 g que cae desde una altura de 2 m. La misma bola provocaría la

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rotura de un vidrio no templado de 8 mm si se deja caer desde una altura de 0,3 m. - Resistencia a la flexotracción: los vidrios templados ofrecen una resistencia a la flexotracción más alta que los vidrios recocidos, con una tensión de rotura a la flexotracción del orden de 120 Mpa.

Características térmicas: - Coeficiente global de transmisión térmica U=5,73 W/m2 x ºC (para un espesor de 6 mm). - Conductividad térmica=1,16 W/m x ºC- Calor especifico c=0,22 W x h / kg x ºC- Coeficiente de dilatación lineal=9x10-6 - Resistencia al choque térmico: los acristalamientos templados soportan unas diferencias de temperatura que pueden llegar a alcanzar los 200ºC.

Propiedades acústicas y espectrofotométricas: no se alteran con el proceso de templado.

Fragmentación: indicado para todas aquellas aplicaciones donde se requiere protección ante el riesgo de heridas en caso de golpes o choques, ya que se fragmenta en pequeños trozos, minimizándose dicho riesgo de heridas profundas.

VIDRIO LAMINADO

El vidrio laminar o laminado consiste en la unión de varias láminas de vidrio mediante una película intermedia realizada con butiral de polivinilo (PVB), (EVA) Etil Vinil Acetato y con resinas activadas por luz ultravioleta o simplemente por la mezcla de sus ingredientes. Recibe así mismo el nombre de vidrio de seguridad, aunque este es sólo uno de los tipos que existen en el mercado y no todos los vidrios de seguridad (como los templados) suelen ser laminados. Esta lámina puede ser transparente o translúcida, de colores (los colores pueden aplicarse directamente sobre el vidrio si bien suele preferirse colorear la lámina de PVB o EVA o la resina) e incluir prácticamente de todo: papel con dibujos, diodos LED, telas, etc. También pueden recibir un tratamiento acústico y de control solar. Esta lámina le confiere al vidrio una seguridad adicional ante roturas, ya que los pedazos quedan unidos a ella. Los parabrisas o los vidrios antirrobo y antibalas pertenecen a este tipo de vidrio. Esta flexibilidad permite hacer de los vidrios laminados un elemento indispensable en la arquitectura y el diseño

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contemporáneos. Para el proceso con película PVB se requiere de Autoclave. Para el proceso con película EVA se requiere de Vacio y horno a baja temperatura (115-120°C).

Los laminados consisten en dos vidrios crudos unidos mediante una lámina plástica que hace que al romperse sus fragmentos queden adheridos a ella. Los vidrios laminados son aquellos que, debido a su procesamiento mediante un proceso térmico, cuando se rompen lo hacen en pequeños trozos que no lastiman a la gente.Este vidrio está formado por 1 o más hojas de cristal float unidos entre sí a través de láminas intercaladas de PolivinilButiral (PVB). De esta forma se logra un compuesto de alta performance, con propiedades propiasdel vidrio (transparencia) y exclusivas del PVB (adherencia, resistencia, elasticidad).Esto hace que ante un impacto la película de PVB absorbe la energía del choque y mantiene su adherencia al vidrio, logrando así una alta seguridad ya que los trozos de rotura se mantienen dentro de los límites de la abertura original.

Como se menciona ante una rotura no hay desprendimientos de trozos. Es una barrera eficaz de protección ante el impacto de objetos o personas. Por ello, se le considera el vidrio de seguridad y protección por excelencia.

APLICACIONESSEGURIDAD PARA LAS PERSONAS El vidrio laminado ofrece seguridad para las personas porque en caso de rotura sus fragmentos quedarán adheridos al PVB, evitando lesiones y caídas a través del vano.Durante la elección del cristal, no debe dejarse de considerar el riesgo de accidentes ocasionados por caídas contra el vidrio o por desprendimiento de fragmentos de algún paño vidriado

PROTECCION PARA BIENES Además de frustrar el robo, el uso de ventanas con vidrios laminados de seguridad, tiene menor mantenimiento. También permiten mayor libertad en el diseño de la fachada al prescindir de rejas, cortinas, etc. Las ventanas son generalmente el punto de entrada elegido por los delincuentes. El vidrio laminado se comporta como una barrera a estos incidentes, ya que como el intruso no podrá romper en forma rápida el cristal, se estima que será visto o sonará una alarma, con lo cual se frustrará el robo

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PROTECCION ACUSTICA El buen comportamiento acústico del vidrio laminado se debe a la debilitación de la energía de la onda de sonido cuando atravieza el conjunto de vidrio + PVB + vidrio. Siendo el sonido una combinación de energía acústica a diferentes frecuencias, es necesario para un buen control sonoro, la posibilidad de atenuar al mismo en un amplio rango de frecuenciasPRTOTECCION TERMICA El uso de vidrio laminado con PVB de color, permite controlar la ganancia de calor, reducir la energía solar transmitida y disminuir los coeficientes de sombra del vidrio.El vidrio con PVB de color, ejerce una excelente protección térmica, ya que hay mayor absorción de la energía solar incidente, contribuyendo a la reducción de la ganancia térmica y optimizando la climatización de los ambientes.SISTEMA OPTICOLOREs un sistema que ofrece al mercado la posibilidad de tener vidrios de todos los colores mediante la combinación de láminas de PVB Saflex de color.

VIDRIOS ARMADOS

Poseen en su interior una malla metálica de hierro, que se añade sobre una masa blanda de vidrio y luego se recubre con otra segunda masa de vidrio. Se usan en ventanas, claraboyas, vidrios de protección.

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IX.DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PRODUCCIÓN DE VIDRIOFabricación de botellas de vidrio.

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X. DIAGRAMA DE BLOQUES

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XI. EMPRESAS NACIONALES

Arequipa Fabricaciones Fibralit E.I.R.L Temperglas& Lam S.A.C.

Prov. Const. Del Callao Fino Mármol S.A.C. Importaciones Y Servicios Maneza E.I.R.L Owens-Illinois Peru S.A.

Ica F.A.V. Eirl Royal Glass S.A.C.

Lambayeque C & C Fibers International Sac

Lima Acabados De Fibra De Vidrio S R L Aluminio VidrieríaÉxito E.I.R.L. Ángulos Ranurados La Catolica SRL.

Loreto Industria Manufacturera Y Talleres Sac.

Piura Proyectos Y Construcciones Sagitario Group S.A.C

Puno Internacional FiberGlassE.I.R.Ltda.

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RECICLAJE DEL VIDRIO

En la actualidad la protección del medio ambiente es una tarea fundamental que implica “recuperación y/o reciclado”. Los países industrializados son grandes productores de desecho que no se pueden destruir de una manera rápida y sencilla. Los altos costos de eliminación de residuos obligan a las industrias a tomar medidas encaminadas a minimizar estos residuos y reducir su dependencia de las materias primas.

El vidrio es un material que por sus características es fácilmente recuperable; especialmente en envase de vidrio ya que este es 100% reciclable, es decir, que a partir de un envase utilizado, puede fabricarse uno nuevo que puede tener las mismas características que el primero. Muchas ciudades del mundo cuentan ya con contenedores de vidrio en los que puedes depositar botellas y todo tipo de envases de cristal que, al fundirse volverán a convertirse en vidrio.

En el proceso de reciclaje de vidrio primero debe fragmentarse el vidrio en partes pequeñas y es importante señalar que el reciclaje necesita un 26% menos de energía que la producción original, en la que para crear un kilo de vidrio se necesita 4200 Kcal. de energía. Además el material generado por reciclaje reduce en un 20% la contaminación atmosférica. Para reciclar no se debe mezclar las botellas o los envases de color diferente y tampoco los residuos sólidos de otros cristales.

El vidrio para envases (para frascos, botellas de gaseosas, cerveza, de frascos de mayonesa y conservas, frascos de comidas para bebes, etc.), es el único vidrio que en la actualidad se recicla en grandes cantidades. El vidrio de ventanas, bombillas, espejos, platos de cerámica espejos, recipientes para el horno y fibra de vidrio no es reciclable junto con el vidrio de envases, y se considera contaminante en el reciclaje de los mismos. El frasco y botellas de vidrios son únicos en la industria del reciclado. No se genera ningún residuo o producto secundario en el proceso de la re-fabricación, y el mismo vidrio puede hacerse de forma repetida para formar botellas.

En el proceso de la recuperación se hace del reciclaje una actividad esencial en la preservación del medio ambiente. Para que el material recuperado sea apropiado para la reutilización debe cumplir con los siguientes requisitos:

Que el material obtenido pueda ser utilizado de nuevo íntegramente. Que el nuevo material mantenga el 100% de sus cualidades. Que el material resultante se utilice para fabricar el mismo producto del que

proviene.

Procesamiento de envases de vidrio: El procesamiento de los envases de vidrio esta directamente relacionados con el tipo de productos que serán fabricados y con el tipo de

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materiales que serán sustituidos por el calcín (tradicionalmente, el calcín era el vidrio recuperado en las roturas y rechazos que se producían en los procesos de fabricación lavado o embotellado). En la industria del vidrio, siempre se ha introducido el calcín propio en el lote de producción, ya que se trata de una materia secundaria fiable y libre de contaminantes.

Los pasos básicos para el procesamiento del vidrio de envases son:

1. Lavado inicial, separación de tapas.2. Separación de colores.3. Reducción del volumen mediante trituración o rotura.4. Preparación para su transporte al mercado.5. Beneficio Propio.

Estos pasos se realizan en diversas etapas después de la recuperación post-consumidor y de la comercialización planificada del vidrio procesado.

1. Limpieza Inicial y Separación de Colores.Los programas de recuperación para los reciclables mezclados pueden diseñarse de forma que incluyan a los envases de vidrio. La recuperación de las botellas y frascos de vidrios se realiza mediante cintas transportadoras y selección manual. Los envases de vidrio pueden seleccionarse sistemáticamente al mismo tiempo que se recolectan de la cinta de procesamiento. Algunas bandas transportadoras se diseñan para que sólo con la selección manual se consiga la desviación de los envases de vidrio hasta transportadoras individuales que dirigen los envases seleccionados por colores hasta los procesos de rotura, cribado y almacenamiento a granel.

2. Rotura y Trituración del Vidrio.La rotura del vidrio no es deseable si se produce antes de la separación de colores. No es fácil separar el vidrio roto del flujo de residuos mezclados, pasando a convertirse en un material de vidrio mezclado que no tiene valor real para los usuarios de calcín. Si los envases de vidrio van a recuperarse para ser vendidos a los fabricantes de envases o a otros usuarios de calcín limpio y libre de contaminantes, entonces hay q realizar una separación por colores antes q se produzca roturas; los anillos metálicos, las etiquetas de papel y los residuos de comida deben ser eliminados, cribados y separados de vidrio después de la rotura inicial y/o trituración, y el almacenamiento del calcín procesado debe asegurar que el material a granel se mantenga limpio hasta q se envíe al mercado.

3. Preparación y Transporte.El vidrio de nevase es un material de baja densidad hasta q se rompe o tritura. Entonces se convierte en un material de alta densidad. Normalmente es necesario

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almacenar el vidrio, hasta acumular la cantidad suficiente de un color que posibilite un transporte rentable. Los vidrios rotos se transportan como material a granel en grandes contenedores. Ocasionalmente se utilizan contenedores más pequeños para transportar cantidades menores de vidrio limpio y de color uniforme hasta los usuarios de vidrio triturado de alta calidad

4. Procesamiento Final.Los envases seleccionados por colores se envían, enteros, rotos o triturados, hasta los usuarios finales. El lavado final se realiza en la fábrica mediante un equipo especializado que separa los materiales residuales, el plástico y las etiquetas de papel.Después, los vidrios rotos se mezclan con las materias primas utilizadas para la elaboración del vidrio. A continuación, el lote se funde en un horno a temperaturas 1.425 y 1.525 ºC. Según el porcentaje de vidrios rotos presenta un lote. La mezcla puede fundirse a una temperatura menor si se utilizan vidrio roto. El vidrio fundido cae sobre una maquina moldeadora donde se sopla o se moldea hasta conseguir la forma final.Los nuevos envases ya formados se enfrían lentamente en un túnel de recocido. Se inspecciona para detectar posibles defectos se embalan y se transporta a la compañía embotelladora.

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BIBLIOGRAFÍA

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3. TESIS: Proyecto de instalación de una fábrica de vidrio plano en Trujillo. Carlos Forero Zubiate - 1968

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