El proceso para elaborar vidrio templado. Materiales El vidrio es un material inorgánico duro duro,, frágil frágil,, transparente y amorfo que ocurre en la naturaleza y también es creado artificialmente por el hombre. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas,lentes ventanas,lentes,, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo amorfo.. El vidrio se obtiene por fusión a unos 1.500 °C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3). El término "cristal "cristal"" es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto en el ámbito científico debido a que el vidrio es un sólido amorfo (sus moléculas no están dispuestas de forma regular) y no un sólido cristalino. cristalino.
El vidrio templado es un tipo de vidrio utilizado principalmente en la industria del motor y la construcción. Hay dos maneras de templar el vidrio: templado químico y templado térmico. Para fabricar vidrio templado térmicamente, el vidrio flotado se calienta gradualmente hasta una temperatura de reblandecimiento de entre 575 y 635 grados Celsius para después enfriarlo muy rápidamente con aire. De esta manera se consigue que el vidrio quede expuesto en su superficie a tensiones de compresión y en el interior a tensiones de tracción, confiriéndole mayor resistencia estructural y al impacto que el vidrio sin tratar, teniendo la ventaja adicional de que en caso de rotura se fragmenta en pequeños trozos inofensivos (por lo cual se le considera uno de los tipos de vidrio de seguridad). Todas las manufacturas, ya sean cortes de dimensiones, canteados o taladros deberán ser realizados previamente al templado. De realizarse posteriormente, se provocaría la rotura del vidrio. El vidrio cuando es templado, aparte de lo comentado anteriormente, adquiere otras propiedades importantes. La resistencia a la flexión del vidrio recocido al templarlo aumenta desde 2 2 400 kp/cm hasta 1.200 - 2.000 kp/cm , lo que equivale de 4 a 5 veces la resistencia de un vidrio normal. La resistencia al choque térmico (diferencia de temperatura entre una cara y otra de un paño que produce la rotura de éste) pasa de 60 °C a 240 °C., por lo que es recomendado en puertas de hornos de cocina y lámparas a la intemperie. Para su proceso existen dos tipos básicos de hornos: De Pinzatura, ya casi en desuso por las marcas que dejan las pinzas que sostienen el vidrio verticalmente durante el proceso y Horizontal, que es el comúnmente usado por la industria. Para vidrios reflectivos o de baja emisividad (Low-e) deben de usarse hornos horizontales provistos de sistemas de calentamiento por conveccion. La gran mayoría de hornos horizontales transportan el vidrio sobre rodillos cerámicos, aunque en algunos se ha utilizado con éxito un sistema de transporte que, mediante presión y vacio controlados, hacen flotar el vidrio por debajo de un techo cerámico plano. En función del tipo de calentamiento, los hornos horizontales se dividen en: - Hornos eléctricos: calientan el v idrio principalmente mediante la radiación emitida por resistencias eléctricas.
- Hornos de convección forzada: en este tipo de hornos el calor generado por quemadores (generalmente de gas) es im pulsado mediante ventiladores hacia el vidrio. - Hornos mixtos: son hornos eléctricos que producen cierta agitación del aire interior mediante sistemas de soplado de aire comprimido.
Características de un vidrio templado
En un vidrio común el módulo de rotura es de 400 Hg/cm2, mientras que en un vidrio templado es de unos 2000 a 2100 Kg/cm2. La calidad de un vidrio templado depende de los trozos a la hora de romperse. Si el fragmento es cinco veces menor que el espesor del vi drio, es de buena calidad.
Usos del vidrio templado El uso tradicional en la industria automotor Realizar las lunas y cristales en vidrio templado por parte de la industria automotor ha sido el uso tradicional de este material. La rotura en pequeños trozos de aristas redondeadas, que provocan poco daño a las personas, lo hace ideal en caso de accidentes, además de la resistencia que lo hace apto para la circulación exterior. Importante material para la arquitectura La implementación del vidrio templado en arquitectura permite construir muro de vidrio de grandes dimensiones. Puertas de vidrio para interiores y exteriores es otra forma en la que se emplea en la construcción. Se puede usar en crudo, o con vidrio decorado. El vidrio templado admite otras terminaciones Antes del templado se pueden hacer diversos tratamientos que lo hacen apto para diferentes funciones como ser esmerilado, realizarle un serigrafiado gráfico, grabado a bajo relieve entre otros. El vidrio templado es uno de los vidrios llamados de seguridad que más uso tienen a nivel de la vivienda.
2. TEMPLADO
DEL VIDRIO2 . 1 . P R O C E S O
D E
T
E M P L A D O
El templado es un procedimiento por medio del cual se mejo ra las propiedadesm e c á n i c a s d e u n m a t e r i a l m e d i a n t e e l c a l e n t a m i e n t o d e l m i s m o d e f o r m a constante seguido por un enfriamiento rápido ya sea con ayuda del aire, agua uotro. Dicho proceso, se ve reflejado en los vidrios, para dicho material se tomanvidrios normale s y se le aplica el proce so ya mencio nado pa ra que así puedasoportar fuerzas de origen mecánico mayores a los normales; lo que evita que sehagan roturas en el material y en caso de que ocurra este se rompe por medio defragmentaciones. Después del proceso de templado es sugerido no realizar corteso perforaciones al vidrio debido a que este se puede dañar.Este proceso nació debido a un accidente al caer gotas de vidrio fundido en agualo que posteriormente produjo una mejora en dicho vidrio, dando así los primerospasos a la utilización del mismo. No fue hasta 1949 que se encontraron las basessuficientes para mejorar el proceso luego de diversas ideas para con este, como lofue: la primera patente de templado en líquido por Alfred Royer, la patente de F.Siemens que hablo acerca de la mejora en la calidad de productos por presión enun molde pero que luego se dio cuenta que era por un enfriamiento que se lehacia al mismo, entre otras. 2 . 1 . 1 .T ipos de templado Existen dos tipos de templado: Químico y térmico. El primero consiste en sumergir el vidrio en un medio salino con altas concentraciones de iones de potasio a altastemperaturas. Esto hace que los iones de potasio reaccionen con los iones desodio del vidrio mejorando la resistencia. Los vidrios que resultan por este métodose rompen igual que el convencional pero resiste mayores esfuerzos mecánicos ypueden ser cortados después del templado debido a que no se produce ningúntipo de tensión. La segunda consiste en someter a altas temperaturas el vidrio yacortado y enfriarlos rápidamente, permitiendo que el exterior se contraiga y secreen tensiones e incremente las propiedades mecánicas. 2.1.2.Maquinas de templado Inicialmente el proceso de templado térmico se llevaba a cabo en una máquinaconocida como horno vertical el cual consistía en dos pinzas que sostenían unal á m i n a e n e l a i r e q u e l a t r a n s p o r t a b a h a c i a e l á r e a d e c a l e n t a m i e n t o y enfriamiento, pero al no garantizar un templado homogéneo fue sustituido por elhorno horizontal. Este consiste en rodillos que deslizan el vidrio a través de variass e c c i o n e s , e m p e z a n d o p o r s u c a l e n t a m i e n t o p o r m e d i o d e g a s e s . E n e st am áquina se obtiene vidrio completamente templado sin cambios volumétricos.A c t ualmente existen hornos que templan el material por presión y vac i o controlados y se coloca en un techo plano cerámico.
Figura 1. Horno horizontal de templado de vidrio plano y curvo.
2.2.EL VIDRIO Y EL TEMPLADO El vidrio es un compuesto inorgánico que se llev a al enfriamiento pero sinc ristalización. Su componente más importante es la arena de sílice (SiO2). Al tener un punto de fusión elevado se hace necesario agregar le fundentes (carbonate ysulfato sódico) para rebajar la temperatura de fusión; estabilizantes para que estesea menos atacable (barita, dolomía, etc.); colorantes con el fin de disminuir lacoloración generada por los óxidos de hierro, el férrico da coloración amarilla y elférrico azul, el vidrio es verde cuando tiene una combinación de estos.En la actualidad el vidrio es un material necesario en diversos campos como es elcampo de la construcción, para ello se necesita mejorar las propiedades naturalesde vidrio para mejorarlo, razón por la cual se utiliza el templado para mejorarlas. Elvidrio que se utiliza para efectuar el proceso de templado es el vidrio flotado, estees obtenido luego de exponer materia prima a fuego constante de 1500°C hasta
En el transcurso del proceso de templado, el vidrio flotado se le realizan los cortesne c e s a r i o s , s e l i m p i a y e s s o m e t i d o a t e m p e r a t u r a s e n t r e 6 0 0 ± 6 7 5 º C ( p o r encima del punto de fusión), siendo enfriada inmediatamente luego de alcanzar untemperatura uniforme por chorros de agua, salmuera, aceite en reposo o aire, loque produce el enfriamiento del vidrio desde el exterior hasta el interior de este,m i e n t r a s r u e d a d e d e l a n t e h a c i a a t r á s p a r a m i n i m i z a r l o s d e f e c t o s d e o n d a s provocado por los rodillos. La temperatura debe ser constante y dentro del margene s t a b l e c i d o p a r a q u e e x i s t a u n a t o t a l r e l a j a c i ó n d e t e n s i o n e s . A l c u l m inar elproceso el material se solidifica y se detiene la relajación de tensio ne s. Se obtienen tensiones de compresión en la superficie y de tracción en el interior.Como se muestra en la figura 2. Figura 2. Proceso del templado del vidrio
2.2.2. Defectos en el templado de vidrio y soluciones A continuación se expondrán alg unos defectos que se producen durante el proceso de templado de vidrio en un horno y las soluciones que se deben llevar acabo para corregirlas: (Tabla 1-1)
DefectosCausasMétodo de manejo Rayaduras y/o desgastesFricción en el vidrio ycolisiónReforzar el procesooperacional y establecer un espacio pr udencialentre lámina y lámina.Manejo de arrumes devidriosManejar las láminas devidrio de forma individual.Picad urasCalentamiento del vidriopor demasiad o tiempoDisminuir el tiempo decalentamiento.Temperatura de losbordes del vidrio esdemasiado alt aintensificando losdefectos de bordeReducir el espacio,colocar cada carga devidrio más cerca.Vidrio que se dobla haciaabajoLa parte superior tienemayor temperatura que lainferior cuando sale delhornoReducir la temperatura enla parte superior delhorno y aumentarla en laparte inferior.Explosión en el hornoLa lamina de vidrio no fuetemplada correctamentecon mucha tensiónresidual o no es uniformeElegir estrictamente lasláminas de vidrio.Perforación excesiva deagujeros y orificios ovolver a calentar el
vidrioReforzar la calidad delproceso y verificar constantemente elcalentamiento ydescargar cuan do lagrieta se haya encontradoHubo inclusiones comopiedras de refracción enReforzar la escogencia
2.2.3. Propiedades mecánicas y físicas del vidrio templado Entre las propiedades mecánicas del vidrio templado se encuentran la resistenciaal choque mecánico, choque térmico (cambios brusco de temperatura), resistenciaa la presión, resistencia a la flexión, resistencia a la torsión, atenuación acústica yresistencia al alabeo (curvaturas); todo esto sin perder su color y transparencia.Algunas características físicas del vidrio templado consisten en que luego de quees calentado se deforma levemente en forma de ondas cambiando su planimetríay siendo solo percibido cuando se reflecta. De igual forma después del proceso yel vidrio es expuesto a la luz del sol son visibles las tensiones diferentes al restoen forma de colores. Este material es capaz de soportar temperaturas de hasta200°C. Figura 3. Algunas propiedades mecánicas delvidrio templado.
2.2.4. Defectos del vidrio templado y métodos de optimización El vidrio templado tiene como defecto que puede tener rotura espontanea que esoriginada por partículas de sulfuro de níquel que quedan concentradas por l asa l t a s t e m p e r a t u r a s y n o p u e d e n s e r c o m p l e t a m e n t e r e m o v i d a s , e s t a s v a nevolucionando de manera diferente creando tensiones ocasionando la ruptura.Para minimizar de la mayor manera posible la rotura, se realiza un tratamientollamado HEAK SOAK que no es más que introducir el vidrio en un horno HST quelo recalienta a unos
280ºc, no más, seguido de un enfriamiento progresivo con elfin de provocar que los vidrios defectuosos se quiebren para así dismi nuir el riegode una posible rotura ya i nstalado. Otras causas de rotura son el impacto de unobjeto duro, fatiga por una carga constante, daños existentes, entre otras.
Figura 4. Horno HS T (heak soak test). Existen diversos métodos para observar si existe o no partículas de sulfuro deníquel dentro del vidrio como lo son por el análisis de MOLR y MEB-EDX. Laprimera indica el lugar donde se encuentran las partículas y por ende el lugar donde se romperá el vidrio y la segunda indica la naturaleza de la inclusión y lacantidad de níquel que posee. Generalmente las inclusiones tienen un aspectorugoso. La calidad del vidrio templado depende de los f ragmentos que ex ist endespués de la rotura, la cual debe ser inferior al espesor inicial del vidrio. 11
Figura 5. Partícula de NiS dentro del vidrio templado. 2.2.5. Usos del vidrio templado Entre los usos que se le da a este tipo de vidrio están las cubiertas de a l t a seguridad de los edificios, puertas, barandillas, fachadas, mesas, accesorios debaño, muebles de televisores, mamparas de ducha, paneles fotovolt aicos , mobiliario urbano, industria ferroviaria y naval, luminarias. En el ámbito industriales utilizado para realizar líneas blancas, refrigeración, carrocerías, hornos, parillas,to stadores, lámparas, est anterías, etc. En la automotriz en ventanas laterales,quemacocos, ventanas traseras y medallones. En el área arquitectónica comodecoraciones, domos, entre otras. Figura 6. Vidrio templado utilizado en fachadas de edificios. 12
2.2.6.Nuevas tecnologías para la optimiz ación del templado del vidrio En la actualidad los parámetros del v idrio se han vuelto más exig e n t e s y totalmente difíciles de acaparar por un operario entre ellas se encuentra el grosor del vidrio, la emisividad, tiempo de exposición en cierta temperatura, velocidad,presión, enfriamiento, distancias entre laminas, entre otras. Para garantizar lacalidad y la precisión en cada uno de los parámetros deseados han ideado unproceso de cont rol autom ático que posee u na cámara que mide la l ongitud delvidrio y sensores de grosor y emisividad. Este posee un software al que le indicanlas características del medio dentro del horno y de la pieza, conllevando queautomáticamente se lleve acabo el proceso, almacenado toda la información detemperaturas y tiempo de exposición, evitando errores de fabricación. De igualforma se están utilizando tecnologías que utilicen la convecció n forza d a y radiación como modo de calentamiento para asegurar un calentamiento uniforme ytener más control sobre la misma. Figura 7. Horno de templado de alta convección y radiación.
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