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El vidrio admite infinidad de composiciones adecuándose al uso final del producto, aquí recogeremos las más comunes.
II.1 – Sódico-Cálcico
- Formulación habitual:
SiO2 Na2O K2O CaO+MgO B2O3 PbO AL2O3 Otros
72-73 13-16 - 7-13,5 - - 0,2-1,5 Fe2O3: 0,02-1
Sus componentes principales son la sílice, el sodio y el calcio. La sílice actúa como el vitrificante de la composición, el sodio es el fundente y el calcio realiza la función de estabilizador. Los vitrificantes son el cuerpo del vidrio, los que aportan sus características principales; el fundente se encarga de reducir el punto de fusión del material con el fin de reducir la energía necesaria para la elaboración del vidrio; los estabilizadores aumentan la resistencia del material, sin ellos, por poner un ejemplo, el vidrio sería soluble en agua. Para más información de las materias primas: (B3 – II. Materias primas).
La resistencia química de este tipo de vidrios puede verse aumentada si se incrementa la proporción de sílice en la mezcla. Aumentando también la capacidad de soportar los choques térmicos. (B.1 – VI.5 – Factores que afectan a la durabilidad – Cambios de temperatura). El silicio tiene un coeficiente de dilatación térmica menor que el sodio y el calcio, de esta manera su mayor proporción es una capacidad menor de dilatación del conjunto y una menor probabilidad de rotura por cambio brusco de temperatura.
El calcio tiene el inconveniente de poder provocar desvitrificación o cristalización. Pudiendo aparecer manchas que disminuirían la transparencia del vidrio. Por ello, en la actualidad, parte del calcio o la totalidad del mismo, así como del sodio, pueden ser sustituidos por otros óxidos alcalinotérreos.
- Descripción:
Este tipo de vidrio se funde con facilidad y proporciona características adecuadas para una innumerable cantidad de usos siendo el vidrio más barato de obtener. Por ello es el más empleado en la construcción y en la elaboración de la mayoría de vidrios transparentes. Actualmente más del 90% del vidrio empleado se elabora con esta composición.
Los vidrios que clasifiquemos posteriormente, por fabricación y por uso, utilizarán como base esta composición, si no la totalidad una gran mayoría, pudiendo variar algunos aspectos para proporcionar calidades o características diferenciadas.
Bloque 4: Tipologías II. Vidrios por su composición P ág in a
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II.2 – De Plomo
-Formulación Habitual:SiO2 Na2O K2O CaO B2O3 PbO AL2O3
53-68 5-10 1-10 0-6 - 15-40 0-2
En esta tipología de vidrio, el calcio de la anterior es sustituido por plomo, manteniendo su transparencia, pero aumentando su densidad. Esto le permite obtener más poder de refracción y dispersión.
Como se puede observar en la tabla la mezcla dispone de una cantidad de potasio, la aportación de este elemento hace más quebradizo al vidrio, sin embargo, el plomo soluciona el problema. De hecho, la invención de esta tipología surgió para mejorar el aspecto negativo de la fragilidad del vidrio con potasio.
-Descripción:
Este tipo de vidrio tiene mejor trabajabilidad que el anterior, ya que funde a bajas temperaturas. El gran inconveniente de esta tipología, obviando el precio, es el alto coeficiente de dilatación, lo que le hace vulnerable a los choques térmicos. Tiene buenas propiedades aislantes y absorbe considerablemente los rayos ultravioleta y rayos X por su cantidad de plomo.
A altas temperaturas se comporta con elevada plasticidad, permitiendo ser moldeado o grabado con facilidad. Algunos de los usos que se dan para los vidrios de plomo son en óptica, con añadidura de óxido de lantano y tono, así como en la fotografía, ya que dispersan la luz de todos los colores de forma uniforme.
La resistencia al agua de estos tipos de vidrio es mucho menor que la del vidrio sódico-cálcico y el acido clorhídrico les ataca con facilidad.
II.3 – De Borosilicato
-Formulación Habitual:
SiO2 Na2O K2O CaO B2O3 PbO AL2O3
73-82 3-10 0,4-1 0-1 5-20 0-10 2-3
Su principal componente, tras la sílice, es el boro. Se sustituye la cal, o gran parte de ella, por B2O3. Este último compuesto es vitrificante, sin embargo, se une a la red de silicio provocando
la aparición de propiedades semejantes a las aportadas por el sodio y el calcio, que son modificadores de la red.
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-Descripción:Este tipo de vidrio resulta más difícil de trabajar que los anteriores. El uso del boro reduce el coeficiente de dilatación, siendo un vidrio excelente para la resistencia a choques térmicos y a temperaturas elevadas. Además, ve reducida la cantidad de alcalinos y por lo tanto las posibles reacciones químicas. Es por ello que se usa en productos de laboratorio o en cocina, para introducirse en hornos, etc.
II.4 – De Sílice
-Formulación Habitual:
SiO2 Na2O K2O CaO B2O3 PbO AL2O3
96 - - - 3-4 - -
Esta formado en su gran mayoría por sílice prácticamente pura. También puede disponer de un porcentaje menor de óxido de boro debido al proceso de fabricación.
-Descripción:
Es el más duro y más costoso de trabajar. Se realiza a través de un vidrio en origen de composición borosilítica, fundiéndose y otorgándole la forma deseada pero de un tamaño mayor al producto final. Posteriormente se somete a un tratamiento térmico que separa la mezcla en dos pastas vítreas entrelazadas, una con alcalí y gran cantidad de boro, la cual se ve afectado por ciertos ácidos, y otra con una cantidad de sílice aproximada al 96% y un 3% de boro.
En una segunda fase del proceso de elaboración, la pieza se sumerge en ácidos que disuelven la parte soluble del conjunto. El vidrio restante al contener grandes cantidades de sílice no se disuelve, pero presenta una superficie llena de poros. Al finalizar la disolución el objeto se lava para eliminar el ácido y las sales formadas por el proceso y posteriormente se realiza el secado.
En la tercera y última fase se somete al material a una temperatura de 1200 ºC, disminuyendo su tamaño en un 14%. Desaparecen los poros y los gases ocluidos adquiriendo así el aspecto final.
Este tipo de vidrio soporta altas temperaturas de hasta 900ºC durante largo tiempo. Si se expone a temperaturas mayores puede provocar desvitrificación en su superficie. Por esta gran resistencia a se usa en hornos, material de laboratorio, etc.
Es el vidrio más apreciado por sus propiedades elásticas y su ya mencionada resistencia al fuego y a los agentes químicos, sin embargo, se emplea en menos proporción que el de borosilicato por su elevado coste de producción.
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A continuación desmenuzaremos las tipologías del vidrio según su proceso de fabricación. En muchas de ellas partiremos de un proceso tradicional de vidrio flotado con algunas añadiduras durante la fabricación o con tratamientos posteriores.
Relataremos las características y propiedades que los diferentes procesos proporcionan a los vidrios, así como las aplicaciones más usuales de los mismos.
III.1 – Vidrios tratados térmicamente
-VIDRIO RECOCIDO
Es aquel vidrio que no ha sido sometido a templado o termoendurecido. Su único tratamiento térmico es el recocido, proceso de enfriamiento controlado para evitar las tensiones residuales del vidrio, proceso, por otra parte, inherente a la fabricación del vidrio flotado. Este tipo de vidrio se puede cortar, taladrar, pulir, etc.
-VIDRIO TERMOENDURECIDO
Vidrio el cual se somete a unos ciclos de
calentamiento y enfriamiento, lo que le proporciona una resistencia física mayor al vidrio recocido del mismo espesor y tamaño. Tiene una mayor resistencia a las cargas térmicas que el recocido pero presenta peores propiedades que el templado. Esto se produce por el tipo de enfriamiento, mientras que en el templado se realiza de forma brusca, en el termoendurecido se produce lentamente. Otra característica que le diferencia de este último es que rompe en trozos mucho más grandes, que pueden resultar cortantes. Debido a ello no es recomendable para zonas con riesgo de impacto.
Este tipo de vidrio no se puede cortar ni taladrar después del proceso de termoendurecimiento. Tampoco pueden realizarse labores de pulimiento de ningún tipo ya que podrían afectar a su durabilidad.
-TEMPLADO
Es un vidrio sometido a un tratamiento de calor a una temperatura constante próxima al punto de reblandecimiento, en torno a los 700 ºC, y posteriormente se le sopla aire frío a presión provocando un enfriamiento brusco en su superficie.
La propiedad más importante del vidrio templado es su resistencia y su forma de romper. Rompe en pequeños pedazos no cortantes por lo que es empleado como vidrio de seguridad.
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La calidad del vidrio vendrá determinada por el tamaño de estos pedazos, siendo un vidrio de alta calidad cuando el tamaño de estos no supera a una quinta parte del espesor del vidrio. En cuanto al aumento de resistencia, esta se incrementa en un 250% aproximado con respecto a un vidrio recocido normal. De una resistencia media a tracción de 400 Kg/cm2 del vidrio recocido a los 1000 Kg/cm2 del templado.
En la siguiente tabla podemos apreciar la diferencia de resistencias entre las distintas tipologías:
No es posible la realización de taladros o modificaciones posteriores al proceso de templado cualquier acción de este tipo podría quebrar el vidrio.
-La rotura espontanea:
Es la desintegración en miles de trozos que se produce en una pieza de vidrio templado sin ser golpeado. Esto es debido a la tensión que genera algunas particulas de sulfuro de níquel que pueden quedar ocluidas en el vidrio. Este fenómeno ocurre en raras ocasiones.
-Fabricación:
Existen dos métodos de templado de vidrio, el químico y el térmico, siendo el mas utilizado este último.
El proceso químico consiste en sumergir el vidrio en una solución salina a temperatura muy elebada y con la presencia de iones de potasio. Estos inoes reaccionan con los iones de sodio del vidrio ocupando su lugar y haciendo aumentar la compresión de la capa superficial del material, aumentando, de esa manera, su resistencia. En este caso el vidrio rompe como cualquier otro y no podría ser usado como vidrio de seguridad. Estaría permitido el corte y manofactura del mismo.
El proceso térmico consiste en calentar un vidrio ya elaborado y posteriormente enfriarlo mediante aire a presión. De esta manera se consigue que la superficie del vidrio se contraiga aumentando su compresión mientras que el interior del vidrio se enfria con más lentitud. Se consigue la compresión premanente de las dos caras y la tracción de su interior. Por decirlo de alguna manera, pretensa el vidrio y esto le proporciona resistencias mayores a cualquier vidrio no tratado.
pología
Posición Vertical Posición Inclinada Posición Horizontal Posición Horizontal Sin tensiones permanentes Tensiones permanentes parciales Tensiones permanentes Tensiones permanentes ambientes húmedos Recocido 200 150 100 60 Templado 500 375 250 250 Termoendurecido 350 260 175 175
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III.2 – Vidrio laminado
-Definición:
Es un vidrio compuesto por dos láminas de vidrio float unidas por una capa de polivinil de butiral (PVB), que le confiere estabilidad y evita que, debido a un golpe, el vidrio se rompa en trozos cortantes.
El grosor del PVB suele ser de 0,38 mm pero en caso de mayor requerimiento de seguridad o protección contra el ruido se puede agrandar a 0,76 mm, 1,14 mm o 1,52 mm.
-Aplicaciones:
Es empleado como vidrio de seguridad o antirrobo, debido a que los cristales rotos quedan adheridos a la lámina de PVB y es costoso romperlo o atravesarlo, además esta cualidad evita posibles cortes tras la rotura accidental, por lo que es muy usado en zonas propensas al contacto humano.
Otra cualidad muy apreciada es su capacidad de aislante acústico. Un vidrio laminado de igual espesor que otro vidrio monolítico presenta una diferencia, en cuanto aislamiento acústico, muy elevada.
Debido a la capa de PVB el vidrio laminado filtra el 99% de la radiación ultravioleta. Este tipo de radiación es la causante del envejecimiento y decoloración de ciertos tejidos y deterioro de materiales a los que les afectan los rayos solares.
-Fabricación:
1 – Se parte de un cristal float corriente.
2 – Se somete a un tratamiento de lavado y secado.
3 – Se coloca la lámina de PVB y la otra hoja de vidrio float. 4 – Tratamiento de calor y prensado.
5 – Enfriamiento de la pieza. 6 – Tratamiento de calor y presión.
Esquema de vidrio laminado.
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III.3 – Vidrio armado
-Definición:
El vidrio armado es aquel que, durante el proceso de elaboración, se le ha añadido una malla metálica de alambre en el interior, proporcionándole estabilidad y resistencia.
-Aplicaciones:
Es empleado como vidrio de seguridad ya que, en caso de rotura, los trozos de vidrio quedarían adheridos a la malla metálica evitando su desprendimiento y los posibles cortes.
Es tradicionalmente empleado en edificios públicos, colegios, hospitales, en techos en general o en claraboyas.
El vidrio armado suele ser, a su vez, vidrio impreso (ver B4 – III.7 - Vidrio impreso), por lo tanto todas las aplicaciones de decoración, estética, privacidad, etcétera son aplicables a esta tipología.
Existe una evidente diferencia de comportamiento del vidrio y el metal frente a temperaturas altas y sus distintas dilataciones, pero esto afecta mínimamente al elemento ya que a causa de su proceso de fabricación el vidrio queda algo separado del metal. En temperas extremas se pueden producir agrietamientos, pero en caso de incendio podría soportar la diferencia térmica que produce la aplicación de agua para la extinción del mismo. Por lo tanto no es raro que el vidrio armado sea empleado como protección antiincendios debido a que se requiere de estabilidad e integridad del elemento durante el mayor tiempo posible para evitar la propagación de las llamas y el vidrio armado mantiene el hueco sellado por más tiempo que otras tipologías.
Esta última aplicación es la más apreciada, ya que como vidrio de seguridad antiimpactos existen otras tipologías como el laminado o el templado que cumplen mejor esta función.
-Fabricación: Se fabrica añadiendo una malla de alambre metálica en la masa caliente y
plástica del vidrio durante el proceso de elaboración. La introducción de esta malla no altera la ductilidad ni la resistencia del vidrio ya que se coloca en la zona neutra del mismo.
Vidrio armado impreso.
Vidrio armado para protección antiincendios.
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III.4 – Serigrafiados
-Definición:Los vidrios serigrafiados son aquellos en los que ha sido depositada una capa de esmalte en una de sus caras formando un dibujo o motivo de decoración.
Esta decoración puede colocarse a través del método tradicional de serigrafiado (mediante una pantalla textil) o con rodillo.
El tratamiento requiere la aplicación de calor y proporciona al vidrio las propiedades de durabilidad y estabilidad del vidrio templado.
-Proceso de fabricación:
1 - Se parte de un cristal fabricado, generalmente, por el proceso de flotado. 2 - Se aplica la tinta o esmalte a través de unas mallas textiles (Serigrafiado)
3 - Se cuece a temperaturas que oscilan entre los 550 ºC a los 600 ºC, calentamiento que coincide con el temple del vidrio.
-Aplicaciones:
Este tipo de vidrio tiene aplicaciones estéticas, de creación de ambientes y diseños. Las posibilidades de formas y colores son ilimitadas, por lo que da mucha libertad de creación al proyectista.
Otra aplicación, no menos interesante, es la de prestar servicio al control lumínico y solar de la estancia que encierra. Esto dependerá de la intensidad del esmalte aplicado.
El vidrio serigrafiado también puede proporcionar una visión del exterior y, a la vez, mantener la privacidad de las personas que se encuentren en el interior.
-Propiedades físicas aproximadas:
Vertical Inclinado Horizontal
Sin tensiones permanentes Tensiones permanentes parciales
Tensiones permanentes ambiente NO húmedo
350 daN/cm2 260 daN/cm2 175 daN/cm2
Fachada de vidrio serigrafiado con imágenes de hojas.
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III.5 – Vidrio mateado
-Definición:
El vidrio mateado es aquel que es tratado en su capa superficial para obtener una textura rugosa y, de esta manera, evitar una visión clara de la estancia que encierra.
-Aplicaciones:
Sus aplicaciones son, casi en su totalidad, estéticas o de privacidad. Puede grabarse el mateado de forma selectiva dejando motivos decorativos de todo tipo, lo que permite una ilimitada gama de productos de decoración.
Debido a su propiedad translúcida es utilizado en zonas donde se requiere algo de intimidad como es el caso de puertas y ventanas de cuarto de baño o aseo, dormitorios, etc.
Es posible variar su opacidad en función de si se realiza un
tratado más o menos severo de su superficie. En algunos casos se puede llegar hasta su práctica opacidad mientras que deja pasar la luz del exterior.
-Fabricación:
Existen dos principales técnicas para la realización del vidrio mateado, la aplicación de ácido y la técnica del arenado.
La primera de ellas consiste en aplicar una mezcla ácida sobre la superficie del vidrio a matear. En el caso que se desee realizar algún tipo de dibujo se puede emplear barniz de asfalto, betún de judea o cualquier producto similar, que resista el ataque, para tapar las zonas que permanecerán intactas al efecto del ácido y, por lo tanto, transparentes.
Una mezcla ácida empleada comúnmente para este tipo de procesos es: 50% de bifluoruro amónico, 10% sulfato potásico, 6% ácido sulfúrico, 6% ácido fluorhídrico, 3% sulfato de amonio y 25% de agua.
Se debe realizar el baño de ácido cuando este alcance una temperatura de 50 ºC para evitar la cristalización del flúor, componente del ácido, en la superficie del vidrio.
La otra técnica a la que hacíamos mención con anterioridad, la técnica del arenado, consiste en aplicar un chorro de arena a presión sobre la superficie del vidrio con el fin de causar una abrasión de tal manera que provoque ese aspecto mateado deseado. La intensidad o blancura del mateado dependerá de la profundidad del horadado que provoque la arena.
Como en el caso anterior, se pueden realizar formas y figuras tapando las partes transparentes con adhesivos, papeles o cualquier elemento que evite el impacto directo de la arena sobre el vidrio.
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III.6 – Vidrios curvos
-Definición:
Es un vidrio de forma curvada, como su propio nombre indica, que se obtiene mediante calentamiento de un vidrio plano corriente hasta el punto de plasticidad del mismo y dándole forma, posteriormente, con moldes. En principio, todos los vidrios pueden ser curvados, tengan el espesor que tengan. El espesor estará condicionado por la superficie, a mayor superficie mayor espesor, y por la curva, para curvas más cerradas espesores más gruesos.
La mayoría de los tratamientos que se realizan al vidrio plano pueden aplicarse también al curvo. Es el caso de serigrafías, plateados, pulimiento de cantos, etc.
-Fabricación:
La fabricación es muy sencilla. Partiendo de un vidrio plano, se coloca este sobre un molde curvo cóncavo, tal y como se observa en la figura. El vidrio se calienta hasta alcanzar su plasticidad y cae por su propio peso sobre el molde, tomando así la forma curva definitiva. El proceso termina cuando el vidrio se enfría de forma lenta, para evitar tensiones internas.
-Aplicaciones:
Es frecuente su uso en exteriores, fachadas, bóvedas, escaparates, ascensores acristalados, puertas rotativas, etc. En interiores su uso en menos común, pudiéndolo encontrar en elementos singulares de escaleras, en muebles, en escaparates frigoríficos, mamparas, etc.
-Almacenado:
En posición vertical el vidrio deberá apoyar en tres partes mediante cuñas de madera