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Vidrio

Antecedentes

Antecedentes El descubrimiento del vidrio fue asociado a los minerales más preciados los cuales eran manejados por las manos del hombre, teniendo un cierto carácter “mágico” que se derivaba de los secretos y la “alquimia” de este material. Los griegos denominaban al vidrio Hyalos, significando también esta palabra cualidades morales como la transparencia y la nitidez de la persona. La palabra latina que se refiere al vidrio es vitrum que se identifica con la transparencia.

Antecedentes

Antecedentes Plinio (23-79 d.c) sitúa la aparición del vidrio en las costas del Mediterráneo oriental, mientras que los primeros objetos de los que se tiene constancia datan del tercer milenio a.C. en Mesopotamia, en plena Edad del Bronce. Hacia el año 1650 a.C. se inició la producción de recipientes de vidrio con la técnica del núcleo de arena, técnica que fue válida hasta la aparición del soplado. Otras técnicas empleadas en esa época eran la pasta de vidrio y el vidrio mosaico.

Antecedentes La conquista de Egipto por los griegos (siglos IV-IIIa.C.) hizo renacer la industria del vidrio en este país. Sus usos iban desde el adorno personal, recipientes para conservar, presentar, almacenar alimentos sólidos o líquidos, medicinas, ungüentos o perfumes, siendo así mismo usado el vidrio como tratamiento médico contra enfermedades gástricas y como dentífrico.

Antecedentes La técnica del soplado (que consiste en introducir con una caña aire en la masa vítrea), supuso una revolución en la industria del vidrio, permitiendo nuevas formas y mucha más rapidez en la ejecución, compitiendo esta técnica con las en ese momento “tradicionales” que requerían en algunos casos de un gran “virtuosismo”.

Antecedentes En el siglo XV en el Renacimiento italiano, las producciones de Murano (Italia) se convirtieron en un referente de máxima calidad. Angelo Barovier (1405-1460) desarrolló un tipo de vidrio muy puro, de gran transparencia, totalmente incoloro y cristalino que tomó el nombre del cristal de roca. Fueron muchos los países que intentaron con más o menos éxito imitar el dominio de los artesanos de Murano (España, Francia, Inglaterra, Países Bajos, etc).

Antecedentes Durante el siglo XIX y XX aparecieron nuevas técnicas de manufactura del vidrio. Con las Arts and Crafts y William Morris, y el Art Nouveau se inició, frente a la emergente mecanización industrial, un movimiento de reacción en el que se defendían las técnicas artesanales. La obra del estadounidense Louis Comfort Tiffany gozó de gran prestigio por su dominio, refinamiento y espíritu orgánico.

Antecedentes Ya en el siglo XX artistas, diseñadores y arquitectos crearon nuevas tipologías de objetos en vidrio partiendo de los valores del Movimiento Moderno (imagen: jarrón Savoy, 1937, Alvar Aalto)

Definición y composición

Definición y composición A pesar de que algunos de los ingredientes del vidrio son sustancias naturales, es considerado un material de síntesis. Aunque su apariencia es sólida, a la que se añaden propiedades como la transparencia, la translucidez o el brillo, químicamente hablando es un líquido por su estructura amorfa.

Definición y composición

Materiales presentes en la corteza terrestre

Definición y composición Se clasifican en vitrificantes, fundentes, estabilizantes y colorantes. Vitrificantes: el sílice es el componente básico que representa entre un 60 y un 80% de su peso; cuando se calienta se transforma en un líquido espeso y viscoso. Fundentes: dependen de la aplicación que se le vaya a dar, se usan sobre todo el óxido de sodio y de potasio (13-15%). Estabilizantes: óxido de calcio (8-13%). Colorantes: para dar color a la masa vítrea (ver listado).

Definición y composición Colorantes: en la actualidad la coloración del vidrio se realiza mediante la adición de pequeñas cantidades de óxidos metálicos o bien fragmentos de vidrio ya coloreado, entre otros sistemas. Entre otras posibilidades, es posible crear vidrios opacos, con translucidez similar a un mármol, opalescentes o bien iridiscentes (con efectos tornasolados).

Definición y composición Sustancias necesarias para obtener cada color Rojo: selenio. Amarillo: sulfuro de níquel o de cadmio. Verde: óxido de cromo u óxido de hierro. Azul verdoso: óxido de cobre u óxido de hierro. Azul: óxido de cobalto. Violeta: óxido de manganeso. Negro: óxido de manganeso y óxido de níquel. Ámbar: sulfuro de hierro y carbono. Blanco: fluoruro de calcio o cloruro de sodio.

Características y propiedades

Características y propiedades - Resistencia al ataque por agentes químicos. - Elevada densidad, dureza similar a la del cuarzo (muy alta). - Coeficiente de dilatación lineal muy reducido. - Su índice de refracción lo hace apto para instrumentos ópticos en general. - Es uno de los mejores aislantes eléctricos que se conoce. - Gran transparencia a la luz visible (muy apto para lámparas). - Su fabricación requiere un elevado consumo de energía. - Resistencia a tracción superior a la del acero. - Baja resistencia a flexión y muy elevada a compresión. - No presenta deformación elástica al ser sometido a tensiones. - Material relativamente frágil. - El vidrio rompe fácilmente a causa del choque térmico. - Reciclable (ver aspectos medioambientales).

Características y propiedades

Resistencia a flexión del vidrio

Características y propiedades

Características y propiedades Compatibilidad entre vidrios Se trata de un concepto esencial cuando se maneja el vidrio como material, ya que pueden surgir problemas cuando se intentar fundir dos o más vidrios distintos. Se dice que dos vidrios son compatibles cuando puestos en contacto y horneados, no presentan tensiones internas. Dichas tensiones pueden provocar la separación de las partes, el agrietamiento o la rotura del objeto. La compatibilidad depende entre otros, del coeficiente de dilatación de los vidrios a fundir así como de la viscosidad.

Características y propiedades

Características y propiedades

Comportamiento del vidrio Punto de fusión: es la temperatura a la que se produce el paso del estado sólido del vidrio al estado líquido. Viscosidad: es la resistencia de un líquido a fluir; a mayor viscosidad mayor resistencia a fluir; en el vidrio el paso de estado sólido a líquido se hace de manera suave (ver gráfico).

Comportamiento del vidrio Isotropía: cuando decimos que un material presenta isotropía, nos referimos que sus propiedades son independientes de la dirección en que se midan (a diferencia, por ejemplo, de la madera). Al enfriarse el vidrio la movilidad de sus moléculas disminuye, y al solidificarse éstas quedan fijadas de manera “desordenada”, razón por la que la estructura molecular del vidrio se asemeja a las de un líquido. Resistencia mecánica: el vidrio no sufre deformación permanente por acción de un esfuerzo, sino que se fractura una vez alcanzado su límite de resistencia (no presenta deformación elástica). Su rotura se produce siempre por una fuerza de tracción o debida a un choque térmico, no por compresión.

Comportamiento del vidrio

Comportamiento del vidrio plano ante la radiación solar

Ciclo de horneado del vidrio (I) El proceso de horneado pasa por una serie de fases que son muy importantes de considerar, ya que surgen una serie de peculiaridades que son propias de este material. Hay dos fases básicas: la de calentamiento y la de enfriamiento, y dentro de ellas se producen diversas subfases. Dos parámetros deben ser considerados a lo largo de todo el proceso: la temperatura y el tiempo. Calentado inicial: desde la temperatura ambiente hasta un valor algo superior al punto de tensión. En éste punto, el vidrio todavía es sólido y rígido y sin ninguna tensión. Calentado rápido: desde el punto de tensión hasta la temperatura de trabajo, que depende de la técnica usada y de lo que se pretenda hacer con el vidrio; en la mitad de esta fase se puede estabilizar la temperatura para conseguir que la curva hasta el punto de ablandamiento sea lo mas rápida posible. Punto de ablandamiento: se define por la temperatura a la que el vidrio se deforma rápidamente sobre su propio peso, de manera visible, y se adhiere a otras superficies; su viscosidad ha disminuido y empieza a fluir con facilidad.

Ciclo de horneado del vidrio (II) Temperatura de trabajo: es la fase en la que se puede trabajar la masa vítrea para darle forma; viscosidad muy reducida y fluidez máxima (superior a 930º). Enfriado rápido: se inician las fases de enfriamiento, siendo el enfriado rápido la primera con una curva lo más vertical posible; en ella el vidrio pasa por una fase de desvitrificación. Enfriado de mantenimiento: en ella las tensiones internas son eliminadas mediante la estabilización de la temperatura del material durante un tiempo determinado; varia según el tipo de vidrio y el grosor. Enfriado controlado: en ella se disminuye la temperatura de horno, el vidrio aumenta su viscosidad pero todavía no es sólido; la curva debe ser suave y con tendencia horizontal ya que de otro modo pueden producirse roturas. Enfriado a temperatura ambiente: es la última fase y en ella la temperatura del material llega a igualarse con la del ambiente.

Clasificación

Clasificación por productos (I) Bloque de vidrio: puede ser sencillo o doble formando cámara de aire; se utiliza para divisiones en interiorismo, cerramientos y cubiertas en arquitectura. Vidrio en plancha: su uso va siendo sustituido por el vidrio flotado, de características similares pero sin necesidad de esmerilado; se utiliza para ventanas y acristalamientos, estantes y sobres para mesas, también para elaboración de espejos, vidrio aislante, reflectante, laminado y templado. Vidrio flotado: a diferencia del anterior, presenta una superficie perfectamente plana, transparente, brillante y sin distorsiones; se emplea para ventanas y acristalamientos, vidrio tintado, reflectante, termoabsorbente, de baja emisividad, espejos, templado, laminado, estantes y sobres de mesas. Vidrio laminado: consiste en dos o más capas de vidrio entre las cuales se ha colocado una lámina plástica de polivinilobutiral (butiral); las láminas plásticas evitan que en caso de rotura el vidrio se descomponga en pedazos; se utiliza para automóviles, autobuses, trenes y vidrio de seguridad en viviendas, bancos, etc).

Clasificación por productos

Clasificación por productos

Clasificación por productos

Clasificación por productos

Clasificación por productos

Clasificación por productos

Clasificación por productos

Clasificación por productos

Clasificación por productos

Comparación entre vidrio sencillo y con cámara intermedia

Clasificación por productos

Clasificación por productos (II) Vidrio para espejos: los espejos se hacen con vidrio flotado o en plancha, siendo la superficie reflectante un recubrimiento delgado de metal (plata, oro, cobre, bronce o cromo) aplicado sobre una de las caras. Vidrio templado o con tratamiento térmico: se hace con vidrio flotado en plancha u hoja, puede ser transparente, semitransparente, mateado, teñido, reflectante, etc; se le da un tratamiento térmico de templado lo que hace al vidrio más resistente a nivel mecánico y térmico; se emplea cuando se desea mayor seguridad que la obtenida con el vidrio flotado o en plancha; es difícil de mecanizar. Vidrios ópticos: se trata de vidrios con excelentes propiedades ópticas; se emplean sobre todo para instrumentos ópticos (vidrio al boro o al plomo); lupas, microscopios, objetivos para cámaras, etc.

Clasificación por productos

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Cuadro de datos técnicos del producto cristañola plata

Clasificación por productos

Clasificación por productos

Clasificación por productos

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Clasificación por productos (III) Vidrio texturizado con o sin armado (Listral): se trata de un vidrio plano grueso y con una particular textura, que es utilizado en mostradores, sobres de mesa y estantes; existe en dos versiones: sin armar o con malla interior metálica. Fibra de vidrio: se elabora a partir de arena de sílice centrifugada u otros sistemas, obteniéndose la fibra, lana o seda de vidrio; usos muy diversos: plásticos reforzados con fibra y poliéster, hormigón reforzado, revestimientos de fachas, aislamientos térmicos, aislamientos y absorbentes acústicos, juntas, elementos prefabricados, cables, tuberías, depósitos de agua, torres de refrigeración e incluso para usos aeronáuticos. Vidrio borosilicato: vidrio con una resistencia química máxima, dilatación térmica mínima y muy elevada resistencia al choque térmico; instrumentos de laboratorio, menaje de cocina para uso doméstico (Vycos, Pyrex). Fibra óptica: (ver nuevos materiales). Vidrio para envases: (ver ventanas posteriores).

Clasificación por productos

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Vidrios de baja emisividad

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Vidrio para envases (I) Ventajas - Resistencia al rozamiento, compresión y a altas temperaturas. - El tipo de vidrio puede adaptarse a las necesidades concretas. - Gran versatilidad formal (desde garrafas a pequeñas ampollas). - Permite una reutilización múltiple. - Es reciclable en un 100%. - Impermeabilidad al agua. - Permite la apilabilidad y una apertura/cierre reiterados. - Permite ver el interior del producto y el volumen real. - Es un material limpio, puro e higiénico. - Los envases de vidrio pueden ser considerados herméticos.

Vidrio para envases (II) Ventajas - No puede ser manipulado por elementos punzantes. - Permite un almacenamiento y conservación de larga duración. - Constituye una barrera a los cambios térmicos ambientales. - Es indeformable y rígido. - Resistente a casi todas las substancias orgánicas e inorgánicas, excepto al ácido fluorhídrico y álcalis concentrados. - Es impermeable al gas e inerte en relación a su contenido. - Frente al plástico, connota “calidad”.

Aspectos sociales y medioambientales

Impacto medioambiental

Reciclabilidad

Reciclabilidad

Ventajas e inconvenientes del vidrio - Materias primas no renovables. - Intensidad energética media. - Su procesamiento genera efecto invernadero. - Uso de metales pesados para dar color (toxicidad). - Fragilidad relativa y elevado peso. - Reciclable. - Reutilizable. - Vida útil muy larga - Gran versatilidad formal. - Admite diversas técnicas de conformado. - En general es un material saludable en la fase de uso. - Comunica “calidad”.

Ventajas del vidrio reciclado - Minimiza impacto en las zonas de extracción. - Favorece la conservación de recursos no renovables. - Posibilita el ahorro de energía. - Tiene las mismas aplicaciones que el vidrio virgen. - Reducción en los costes de generación de residuos. - Admite múltiples reutilizaciones. - Sigue comunicando “calidad.