Vidrio

En la actualidad existe una infinidad de artículos hechos con vidrio, desde recipientes para la cocina hasta equipos especiales en los laboratorios de investigación en los que encontramos el vidrio de reloj, construcción y diseño, medicina, entre otros.

Si te interesa conocer la aplicacion de vidrios especiales, entonces no dejes de consultar la información sobre el vidrio carglass, el vidrio celular , el vidrio filtrante y el vidrio esmerilado.

¿Qué es el vidrio?

El vidrio es un material desde el punto de vista químico inorgánico, que puede encontrarse en la naturaleza o puede ser sintetizado por el hombre.

Este material ofrece infinidad de posibilidades, a través de sus diferentes presentaciones, tal es el caso de la fibra de vidrio y la masilla de fibra de vidrio. Estos elementos pueden dar origen a otras estructuras, como es el caso de las piscinas de fibra de vidrio

En cuanto a sus propiedades es un sólido de consistencia dura pero frágil, generalmente es transparente y su estructura química es amorfa.

El vidrio obtenido de manera artificial se emplea para fabricar muchos artículos como ventanas, lentes, botellas, envases de vidrio y una gran variedad de productos.

Una de las características principales del vidrio es que se obtiene a unos 1500 °C a partir de arena de sílice (SiO₂), carbonato de sodio (Na₂CO₃) y caliza (CaCO₃)₂​

En muchos países del mundo es común que se utilice el término “cristal” para referirse al vidrio, lo cual realmente es un término incorrecto, ya que desde el punto de vista estructural no son el mismo material.

Esta confusión tiende a presentarse mucho cuando se hace referencia a los frascos de vidrio. Es importante saber diferenciar el material.

Son muchas los usos que se le dan al vidrio en la actualidad, uno de los ejemplos más claros son las varillas de vidrio, puertas de vidrio, barandillas de vidrio

Los vidrios que regularmente se utilizan para este tipo de aplicaciones, son el vidrio Climalit, el vidrio templado y el vidrio de seguridad, ya que ofrecen grandes propiedades y un buen nivel de resistencia a a agentes externos

Debido a que es muy empleado como material, en esta oportunidad vamos a conocer a profundidad este material.

Diferencia entre vidrio y cristal

Ya sabemos que el vidrio es un material cerámico inorgánico, duro, frágil, transparente y amorfo. Además que se encuentra constituido por arena de sílice, carbonato de sodio y caliza y se obtiene mediante la fusión de estos elementos a unos 1.500° C.

Por otra parte, el cristal contiene óxido de plomo, el cual le confiere ciertas características determinadas como el sonido y su brillo.

Además de la diferencia en su composición, otra diferencia entre el cristal y el vidrio es el orden de los átomos en su estructura.

Por lo tanto, en el cristal sus componentes, átomos y moléculas, se disponen de acuerdo a un sistema ordenado siguiendo unas leyes perfectamente establecidas, lo que origina formas definidas con ejes y planos de simetría.

Mientras que en el vidrio los átomos no están sujetos a reglas, es decir están dispuestos de forma aleatoria.

Debido a que las copas, vasos y otros objetos fabricados con cristal con tienen óxido de plomo, no pueden ser fundidos o fabricados en los mismos hornos donde se producen los envases de vidrio, pues se necesitaría una temperatura diferente.

Para muchos científicos, otra de los motivos por el cual el vidrio no es igual al cristal, es porque la mayoría de los cristales son creados por la naturaleza y se pueden encontrar en diversas formas, como por ejemplo, el cuarzo.

El proceso de formación de cristales se debe a la cristalización de gases a presión en la pared interior de cavidades rocosas. Pero la obtención del vidrio es a nivel industrial a partir de la fundición principalmente de arena de sílice.

No obstante, esta teoría se cae cuando se descubren vidrios creados por la naturaleza siguiendo el mismo procedimiento de fundición: como la obsidiana, que es llamada también vidrio volcánico, el proceso por el que este vidrio se forma se lleva a cabo gracias al calor que se genera en el interior de los volcanes o las fulguritas, que es el resultado de la caída de un rayo en la arena.

Los objetos destinados para la alimentación como botellas y frascos, son siempre de vidrio. En la actualidad, gracias a que el vidrio puede ser reciclado por completo, volviéndose a fundir sin pérdida de cantidad ni calidad, los fabricantes de envases de vidrio también incluyen vidrio reciclado en sus hornos para crear nuevos envases, ahorrando de esta manera materia prima y energía.

A algunos vidrios, se les confunde con el cristal por su brillo, sonoridad y peso, ya que se le han añadido ciertos metales (como el plomo ya mencionado), para que sus propiedades sean muy parecidas a las de los cristales. Por ejemplo, las vajillas de vidrio, aunque son de vidrio normalmente las llaman vajillas de cristal.

Esta confusión aun permanece debido a que la legislación admite denominar cristales a este tipo de vidrios. Específicamente la legislación española admite llamar cristales a los vidrios que incorporan en su composición al menos el 24% de óxido de plomo, aunque por definición siguen siendo vidrios, se denominan cristales.

Tipos de vidrio

En la actualidad el vidrio se consigue en diferentes formas especializadas, las cuales se destinan para ser utilizadas en aplicaciones y productos.

Además de esto se debe destacar la presencia de elementos provenientes del vidrio como lo es la lana de vidrio y la malla de fibra de vidrio

En este sentido, existe una gran variedad de tipos de vidrio que permite facilitar las actividades tanto domésticas como industriales. Los tipos de vidrio más comunes son:

• Vidrio flotado
• Vidrios especiales:

1. Vidrio templado
2. Vidrio laminado
3. Vidrio armado

• Vidrios atérmicos:

1. Vidrios absorbentes
2. Vidrios reflejantes
3. Vidrios dobles

• Vidrios traslúcidos:

1. Vidrio fantasía
2. Vidrio esmerilado
3. Vidrio opal u opalinas

• Vidrio de borosilicato
• Vidrio de plomo
• Sílice vítrea
• Vidrios coloreados
• Espejos
• Cristales esmaltados

Dentro de los tipos de vidrio que generan mayor curiosidad por conocer son el vidrio armado, el vidrio bajo emisivo y el vidrio borosilicato, ya que cuentan con propiedades diferentes que pueden ser aprovechados para la construcción.

Cómo se hace el vidrio

Como te mencionamos inicialmente, el vidrio se obtiene a unos 1500 °C a partir de arena de sílice (SiO₂), carbonato de sodio (Na₂CO₃) y caliza (CaCO₃)₂​.

Este proceso básicamente se ha mantenido invariable desde sus comienzos, ya que las materias primas principales y las temperaturas de fusión han permanecido constantes. No obstante, las técnicas han sido transformadas para conseguir un proceso de producción más rápido.

Por otra parte, los investigadores científicos han realizado diferentes compuestos para combinarlos con el material bruto y poder variar las propiedades físicas y químicas, de manera tal que existan diferentes tipos de vidrio para variadas aplicaciones.

En cuanto al proceso de fabricación del vidrio se necesita un reactor de fusión, en donde se calienta la mezcla que contiene en su mayoría arena silícea (arcillas) y óxidos metálicos secos pulverizados o granulados.

En el proceso de la fusión (paso de las sustancias de estado sólido a líquido) se forma un líquido bastante viscoso y la masa se vuelve transparente y homogénea a temperaturas superiores a 1000ºC. Al sacar la mezcla del reactor, el vidrio gana rigidez pero se mantiene maleable lo cual permite darle forma y manipularlo.

Al controlarse la temperatura de enfriamiento se evita la desvitrificación o cristalización.

Estos procedimientos son utilizados para obtener diferentes presentaciones del vidrio, tal y como son el vidrio celular, el vidrio laminado, el vidrio traslúcido y el vidrio prensado

Por supuesto, en la antigüedad la fusión se llevaba a cabo en moldes de arena fabricados en casa, pero para la industrialización de este proceso se hizo necesaria la construcción de grandes hornos donde además de las materias primas se pudieran añadir trozos de vidrio viejo de desecho.

El embudo de vidrio, es uno de los objetos que se pueden obtener a través de estos procesos de fabricacion.

Lo que si es necesario destacar es que anteriormente en la industria del vidrio, las únicas materias primas que eran empleadas en su fabricación eran las arcillas. Actualmente se emplean muchas mezclas para obtener diferentes tipos.

Existen diferentes formas de hacer elementos en este material, se pueden presentar variaciones a la hora de generar el vidrio soplado, el vidrio impreso y el vidrio plástico, aunque el procedimiento es básicamente el mismo.

Un ejemplo de esto son los bloques de vidrio que se fabrican en moldes con una mezcla de arena de sílice, cal y sosa, a la cual se les añade dolomita, arcilla de aluminio y productos para el refinado.

A pesar de que hoy en día muchos materiales representan un papel importante, pero las arcillas siguen siendo fundamentales en el proceso de fabricación del vidrio.

La botella de vidrio es uno de los elementos que mayor demanda tiene en la industria del vidrio.

Propiedades del vidrio

Como veníamos explicando actualmente se mezclan muchos materiales para obtener las diferentes propiedades que se requieren de este material, es por ello que te mostramos de manera general cuales son las propiedades más importantes del vidrio:

Propiedades técnicas del vidrio

El vidrio presenta resistencia frente a:

• Agua= clase 3 (DIN 52296)
• Ácido = clase 1 (DIN 12116)
• Alcalino = clase 2 (DIN 52322 e ISO 695)

La superficie del vidrio puede verse afectada si se expone durante mucho tiempo a los álcalis y a los gases de amoníaco, en presencia de altas temperaturas. Además el vidrio flotado también puede reaccionar con los compuestos que contienen ácido fluorhídrico en condiciones normales.

Estas propiedades son las principales causas de la existencia del contenedor de vidrio.

• Ensayos de abrasión (DIN 52347 e ISO 3537) donde se evalúa la dispersión de la luz que impacta directamente la superficie.
• El aumento de la dispersión de la luz en el vidrio flotado es de aproximadamente 1% (después de 1 000 ciclos de abrasión). El aumento de la dispersión de la luz que se permite para el vidrio de seguridad del vehículo (parabrisas) es de 2% en Europa (ECE R43) y EE.UU. (ANSI Z 26.1).
• Proceso de goteo de arena (DIN 52348 e ISO 7991). En esta prueba la abrasión por impacto diagonal, se hacen gotear 3 kg de arena con un tamaño de partícula 0,5/0,71mm sobre la superficie a ensayar, con una inclinación de 45 y desde una altura de 1600 mm. La medición del desgaste corresponde a la densidad luminosa reducida (según la norma DIN 4646 parte 2).

Propiedades ópticas del vidrio

El vidrio posee varios puntos fuertes con respecto a sus propiedades ópticas:

• Puede ser producido en paneles grandes y homogéneos.
• Sus propiedades ópticas no se afectan con el paso del tiempo.
• Esta producido con superficies perfectamente planas y paralelas.
• El índice de refracción del vidrio flotado es aproximadamente n = 1.52

Propiedades térmicas del vidrio

• Rango de transformación: 520 – 550°C
• Temperatura para su emblandecimiento: aproximadamente 600°C. Particularmente al compararse el vidrio con los cuerpos sólidos de estructura cristalina, se puede establecer que el vidrio no posee punto de fusión definido. Por el contrario, este se transforma continuamente desde el estado sólido al estado plástico viscoso.

El rango de transición se conoce como rango de transformación y de acuerdo con DIN 52324 (ISO 7884), se encuentra entre 520 °C y 550 °C. El templado y el curvado, requieren una temperatura suplementaria más de 100 °C.

• Calor específico : 0.8 J/g/K

En este caso se debe explicar que el calor específico (en Julios) se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de vidrio flotado en 1K. En este material el calor específico incrementa ligeramente la temperatura, que va aumentando hasta el intervalo de transformación.

• Conductividad térmica: : 0.8W/mK

Otro de los aspectos de gran importancia y que puedes consultar es el factor solar del vidrio

Propiedades mecánicas del vidrio

Densidad del vidrio	2500 kg/m3 Un panel de 4 mm de espesor de vidrio pesa 10kg/m2. Esta densidad depende del tipo de material que se incluyan en su fabricación. No obstante, de manera general se estableció que la densidad del vidrio es de aproximadamente 2500 kg/m3. Esto otorga al vidrio plano un peso de 2,5 kg/m2 (por cada milímetro de espesor).
Dureza del vidrio	470 HK La dureza del vidrio flotado se establece conforme a Knoop. La base es el método de ensayo dado en la norma DIN 52333 (ISO 9385).
Resistencia a la comprensión	800 – 1000 MPa La resistencia a la compresión define la capacidad de un material para soportar una carga aplicada verticalmente a su superficie.
Módulo de elasticidad	70 000 MPa El módulo de elasticidad se determina a partir del alargamiento elástico de una barra fina, o bien doblando una barra con una sección transversal redonda o rectangular.
Resistencia a la flexión	45 MPa La resistencia a la flexión de un material, es una medida que valora su resistencia durante la deformación. Se determina por ensayos de flexión en la placa de vidrio, utilizando el método del anillo doble, de acuerdo a la norma EN 1288-5.
Resistencia a la corrosión	El vidrio es muy resistente a la corrosión. Es por ello que frecuentemente se emplea en experimentos químicos. Esto no significa que el material sea indestructible. De hecho existen 4 sustancias frente a las cuales el vidrio se puede romper, estas son: Ácido Hidrofluorídrico. Ácido fosfórico de alta concentración. Concentraciones alcalinas a altas temperaturas. Agua a temperatura elevada.
Resistencia a la flexión	45 MPa La resistencia a la flexión de un material, es una medida que valora su resistencia durante la deformación. Se determina por ensayos de flexión en la placa de vidrio, utilizando el método del anillo doble, de acuerdo a la norma EN 1288-5.

Estas propiedades deben ser tomadas en cuenta a la hora de utilizar un cortador de vidrio.

el vidrio es un material que acepta coloración, a esto se debe la creación de la pintura para vidrio

Como verás el vidrio es un material con una infinidad de buenas propiedades, lo cual le permite ser demandado en muchas actividades de nuestra vida, lo interesante de todo esto es poder identificar cual es el tipo de vidrio que más se adapta a nuestras necesidades.

Si la información te ha resultado útil, por favor compártelo para que muchas más personas puedan decidir cómo utilizar este material tan resistente y versátil.