Materiales y T-cnicas- Materias Primas

8/18/2019 Materiales y T-cnicas- Materias Primas

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Índice

Introducción: ¿Qué es el Vidrio?

Historia: ¿Cuál es su Historia?

Materiales y Técnicas: - Materias primas- ropiedades !"sicas- ropiedades #u"micas- ropiedades mecánicas

$a%ricación del VidrioTipos de Vidrios

&mpleo y 'plicación de los Vidrios

(ecicla)e del Vidrio

Conclusión

Introducción

El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido, sino que

se halla en un estado vítreo en el que las unidades moleculares, aunque estándispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzcacristalización; el calentamiento puede devolverle su forma líquida. Suele ser transparente, pero también puede ser traslcido u opaco. Su color varía segn losingredientes empleados en su fabricación. Es una mezcla comple!a de silicatos; unsilicato alcalino " el silicato de una o más bases #calcio o plomo$.


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¿Cuál es su Historia?

%esde hace más &'.((( a)os se utilizaba la *bsidiana, un vidrio natural, paraelaborar cuchillos " puntas de flecha.

El hombre aprendió a fabricar el vidrio en forma de esmaltes vitrificados. +a"cuentas de collares " restos de cerámica elaborados con fa"enza en tumbas delperiodo predinástico de Egipto, #'((-(( a./.$

0os primeros ob!etos de vidrio que se fabricaron fueron cuentas de collar oabalorios. Es probable que fueran artesanos asiáticos los que establecieron lamanufactura del vidrio en Egipto, de donde proceden las primeras vasi!as. 0afabricación del vidrio floreció en Egipto " 1esopotamia hasta el 2(( a./. "posteriormente cesó casi por completo durante varios siglos. Egipto produ!o un

vidrio claro, que contenía sílice pura; lo coloreaban de azul " verde. %urante laépoca helenística Egipto se convirtió en el principal proveedor de ob!etos de vidriode las cortes reales. Sin embargo, fue en las costas fenicias donde se desarrolló elimportante descubrimiento del vidrio soplado en el siglo 3 a./. %urante la épocaromana la manufactura del vidrio se e4tendió por el 3mperio, desde 5oma hasta

6lemania. En esta época se descubrió que a)adiendo ó4ido de manganeso sepodía aclarar el vidrio.

&n la &dad media en el norte de Europa " 7ran 8reta)a continuaron produciendoob!etos utilitarios de vidrio. El vidrio comn tipo 9aldglas #del alemán, :vidrio del

bosque$ continuó fabricándose en Europa hasta la era moderna. Sin embargo, laproducción más importante en este material durante la edad media fueron losmosaicos de vidrio en la Europa mediterránea " las vidrieras en la zona del norte.0os mosaicos se hacían con teselas de vidrio, que se cortaban de bloques devidrio. En documentos del siglo


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tallados a la rueda. 0a técnica de esmaltado al fuego " la del doradoincrementaron las posibilidades decorativas. %e Egipto proviene el descubrimientode coloraciones vidriadas con brillantes efectos metálicos, tanto en cerámica comoen vidrio. 0as lámparas de las mezquitas " otras vasi!as de uso cotidiano sepintaron con motivos geométricos propios del islam. Sus formas " decoraciones

influ"eron en la producción occidental posterior.

*el renacimiento al si+lo ,VIII el cristal veneciano más antiguo conocido datadel siglo =


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C.(

En cuestiones del color en los vidrios, el color es originado por los elementos quese agregan en el proceso de fusión, llamados colorantes

&.&M&/T C.(

C4ido de cobalto 5o!o azulado

C4ido ferroso 6zul

C4ido férrico 6marillo

C4ido de cromo


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una superficie e4tremadamente lisa, dicha homogeneidad es una mu" buenacaracterística del material pues lo hace más fácil de limpiar.

/uando un vidrio no se funde completamente en el proceso de cocción o en sudefecto su viscosidad es todavía alta, la superficie resulta ser rugosa " por lo tanto

con tendencia a mate; el vidrio mate es a la vez opaco por el defecto en laaspereza de su superficie haciendo que no ha"a transparencia.

El vidrio mate puede hacerse a propósito si se somete al vidrio a un enfriado lento.0os vidrios mate son mu" atractivos para usos artesanales, la nica desventa!a esque son difíciles de limpiar.

&1

El peso en los vidrios difiere de acuerdo a su composición de los vidrios típicos

segn su uso.

Vidrios1i2

'l23

Ca /a2 423 M+ % tros

Sílice >undido


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>ibras 'G 2G 2F 2( G

@ermómetro & F 2( 2(

ibras de vidrio -S F' ' 2(

M'.&'4I.I*'*

0os vidrios presentan maleabilidad cuando se encuentran en su etapa de fundiciónpues pueden ser moldeados " es la etapa de maleabilidad del vidrio, pues esdonde se les da las formas deseadas "a sea por moldes o por cualquier otrométodo. 0os principales métodos empleados para moldear el vidrio son el colado,el soplado, el prensado, el estirado " el laminado.

?ropiedades Muímicas

*&/1I*'*


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%ebido a los distintos tipos de vidrios que pueden ser fabricados, las densidadesvarían de acuerdo a la sustancia con la que sean complementados; normalmenteun vidrio puede tener densidades relativas #con respecto al agua$ de a H, lo cualsignifica que ha" vidrios que pueden ser más ligeros que el aluminio " vidrios quepuedan ser más pesados que el acero.

0a densidad en un vidrio aumenta al incrementar la concentración de ó4ido decalcio " ó4ido de titanio. En cambio si se eleva la cantidad de almina #6l*$ ode magnesia #1g*$ la densidad disminu"e.

VI1C1I*'*

0a viscosidad es definida como la propiedad de los fluidos que caracteriza su

resistencia a fluir, debida al rozamiento entre sus moléculas; generalmente unmaterial viscoso es aquel que es mu" denso " pega!oso.

0a viscosidad en materia de vidrios es mu" importante porque esta determinará lavelocidad de fusión.

0a viscosidad es una propiedad de los líquidos, lo cual parecerá confuso para elestudio del vidrio, pero la realidad es que un vidrio es realmente un líquido sobreenfriado, lo cual significa es un líquido que llega a ma"ores temperaturas que la desolidificación. 0a viscosidad va variando dependiendo de los componentes del

vidrio. ?ara lograr una ma"or dureza, la viscosidad debe ser invariable, que noba!e ni suba, así sus moléculas tienen una atracción fi!a " por lo tanto dureza.

C((1I/

El vidrio tiene como característica mu" importante la resistencia a la corrosión, enel medio ambiente son mu" resistentes " no desisten ante el desgaste, he ahí por lo cual los vidrios son utilizados incluso para los e4perimentos químicos. 6unque

su resistencia a la corrosión es mu" buena no quiere decir que sea indestructibleante la corrosión, e4isten sustancias que logran esta e4cepción.

• Ncido +idrofluorídrico

• Ncido fosfórico de alta concentración


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• /oncentraciones alcalinas a altas temperaturas

?ropiedades mecánicas

T(1I/

0a resistencia a la torsión de un material se define como su capacidad paraoponerse a la aplicación de una fuerza que le provoque un giro o doblez en susección transversal. 0os vidrios en su estado sólido tienen resistencia a la torsión,en cambio en su estado fundido son como una pasta que acepta un grado detorsión que depende de los elementos que sean adicionados.

CM(&1I/

El vidrio tiene una resistencia a la compresión mu" alta, su resistencia promedio ala compresión es de 2((( 1?a; lo que quiere decir que para romper un cubo devidrio de 2 cm por lado es necesaria una carga de apro4imadamente 2( toneladas.

T&/1I/

%urante el proceso de fabricación del vidrio comercial, el vidrio va adquiriendo

imperfecciones #grietas$, no visibles, las cuales cuando se les aplica presiónacumulan en esfuerzo de tensión en dichos puntos, aumentando al doble latensión aplicada. 0os vidrios generalmente presentan una resistencia a la tensiónentre ((( " ''(( AOcm, aunque pueden llegar a sobrepasar los &(((( AOcm siel vidrio ha sido especialmente tratado.

$.&,I/

0a fle4ión de los vidrios es distinta para cada composición del vidrio. Dn vidriosometido a fle4ión presenta en una de sus caras esfuerzos de comprensión, " en

la otra cara presenta esfuerzos de tensión. 0a resistencia a la ruptura de fle4ión escasi de G( 1pa #AOmm$ para un vidrio pulido " recocido de 2( a (( 1pa#AOmm$ para un vidrio templado #segn el espesor, forma de los bordes " tipos deesfuerzo aplicado$. El elevado valor de la resistencia del vidrio templado se debe aque sus caras están situadas fuertemente comprimidas, gracias al tratamiento quese lo somete.


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$a%ricación del Vidrio

Se fabrica a partir de una mezcla comple!a de compuestos vitrificantes, comosílice, fundentes, como los álcalis, " estabilizantes, como la cal. Estas materiasprimas se cargan en el horno de cubeta por medio de una tolva. El horno secalienta con quemadores de gas o petróleo. 0a llama debe alcanzar unatemperatura suficiente, " para ello el aire de combustión se calienta en unosrecuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de que llegue a losquemadores. El horno tiene dos recuperadores cu"as funciones cambian cadaveinte minutosB uno se calienta por contacto con los gases ardientes mientras elotro proporciona el calor acumulado al aire de combustión. 0a mezcla se funde#zona de fusión$ a unos 2.'(( P/ " avanza hacia la zona de enfriamiento, dondetiene lugar el recocido. En el otro e4tremo del horno se alcanza una temperaturade 2.(( a H(( P/. 6l vidrio así obtenido se le da forma por laminación.

6 continuación se detalla el proceso antes mencionado en la imagen.


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*tras técnicasB

rensado: Este vidrio es aquél que se fabrica por medio de moldes metálicos devarias piezas " de una prensa. 6l igual que soplado, el caldo vítreo se vacía enmoldes para elaborar ob!etos mu" variados, que salen idénticos " en serie.

1oplado: Es una técnica de fabricación de ob!etos de vidrio mediante lacreación de burbu!as en el vidrio fundido. Estas burbu!as se obtienenin"ectando aire dentro de una pieza de material a través de un largo tubometálico, bien por medio de una máquina o bien de forma artesanal,soplando por el otro e4tremo

Tipos de VidriosEl gran campo de los vidrios ha hecho que se desarrollen numerosos tiposdistintos.

Vidrio de 5entanaB 6ntiguamente se fabricaba utilizando moldes o soplandocilindros huecos que se cortaban " aplastan para formar láminas. En la actualidadse fabrica de forma mecánica estirándolo desde una piscina de vidrio fundido. Enel proceso de >oucault, la lámina de vidrio se estira a través de un bloquerefractario ranurado sumergido en la superficie de la piscina de este material " selleva a un horno vertical de recocido, de donde sale para ser cortado en ho!as.

Vidrio de placaB El vidrio de ventana normal producido por estiramiento no tieneun espesor uniforme, debido a la naturaleza del proceso de fabricación. 0asvariaciones de espesor distorsionan la imagen de los ob!etos vistos a través deuna ho!a de ese vidrio. El método tradicional de eliminar esos defectos ha sidoemplear vidrio laminado bru)ido " pulimentado, conocido como vidrio de placa, else fabrica pasando el material vítreo de forma continua entre dobles rodillossituados en el e4tremo de un crisol que contiene el material fundido. %espués de

recocer la lámina en bruto, ambas caras son acabadas de forma continua "simultánea.

4otellas y recipientesB 0as botellas, tarros " otros recipientes de vidrio sefabrican mediante un proceso automático que combina el prensado " el soplado.En una máquina típica para soplar botellas, se de!a caer vidrio fundido en un

Soplado


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molde estrecho invertido " se presiona con un chorro de aire hacia el e4tremoinferior del molde, que corresponde al cuello de la botella terminada. %espués, undesviador desciende sobre la parte superior del molde, " un chorro de aire queviene desde aba!o " pasa por el cuello da la primera forma a la botella. Estabotella a medio formar se su!eta por el cuello, se invierte " se pasa a un segundo

molde de acabado, en la que otro chorro de aire le da sus dimensiones finales. Enotro tipo de máquina que se utiliza para recipientes de boca ancha, se prensa elvidrio en un molde con un pistón antes de soplarlo en un molde de acabado. 0ostarros de poco fondo, como los empleados para cosméticos, son prensados sinmás.

Vidrio ópticoB 0a ma"oría de las lentes que se utilizan en gafas #anteo!os$,microscopios, telescopios, cámaras " otros instrumentos ópticos se fabrican con

vidrio óptico. Qste se diferencia de los demás vidrios por su forma de desviar #refractar$ la luz. 0a fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado " e4igente.0as materias primas deben tener una gran pureza, " ha" que tener mucho cuidadopara que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricación.?eque)as burbu!as de aire o inclusiones de materia no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente. 0as llamadas cuerdas, estrías causadaspor la falta de homogeneidad química del vidrio, también pueden causar distorsiones importantes, " las tensiones en el vidrio debidas a un recocidoimperfecto afectan también a las cualidades ópticas.

En los ltimos a)os se ha adoptado un método para la fabricación continua devidrio en tanques revestidos de platino, con agitadores en las cámaras cilíndricasde los e4tremos #llamadas homogeneizadores$. Este proceso produce cantidadesma"ores de vidrio óptico, con menor coste " ma"or calidad que el método anterior.?ara las lentes sencillas se usa cada vez más el plástico en lugar del vidrio.

6unque no es tan duradero ni resistente al ra"ado como el vidrio, es fuerte " ligero" puede absorber tintes.

En el vidrio fotosensible, los iones de oro o plata del material responden a laacción de la luz, de forma similar a lo que ocurre en una película fotográfica. Este

vidrio se utiliza en procesos de impresión " reproducción, " su tratamiento térmicotras la e4posición a la luz produce cambios permanentes.

En el vidrio foto cromático, se oscurece al ser e4puesto a la luz tras lo cualrecupera su claridad original. Este comportamiento se debe a la acción de la luzsobre cristales diminutos de cloruro de plata o bromuro de plata distribuidos por todo el vidrio. Es mu" utilizado en lentes de gafas o anteo!os " en electrónica.


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Vitrocerámica: En los vidrios que contienen determinados metales se produceuna cristalización localizada al ser e4puestos a radiación ultravioleta. Si secalientan a temperaturas elevadas, estos vidrios se convierten en vitrocerámica,que tiene una resistencia mecánica " unas propiedades de aislamiento eléctricosuperiores a las del vidrio ordinario. Este tipo de cerámica se utiliza en laactualidad en utensilios de cocina, conos frontales de cohetes o ladrillos termoresistentes para recubrir naves espaciales. *tros vidrios que contienen metales oaleaciones pueden magnetizarse, son resistentes " fle4ibles " resultan mu" tilespara transformadores eléctricos de alta eficiencia.

$i%ra de 5idrio: Es posible producir fibras de vidrio estirando vidrio fundido hastadiámetros inferiores a una centésima de milímetro. Se pueden producir tanto hilosmultifilamento largos " continuos como fibras cortas de ' o ( centímetros delargo. Dna vez te!ida para formar telas, la fibra de vidrio resulta ser un e4celentematerial para cortinas " tapicería debido a su estabilidad química, solidez "resistencia al fuego " al agua. 0os te!idos de fibra de vidrio, sola o en combinacióncon resinas, constitu"en un aislamiento eléctrico e4celente. 3mpregnando fibras devidrio con plásticos se forma un tipo compuesto que combina la solidez "estabilidad química del vidrio con la resistencia al impacto del plástico. *tras fibrasde vidrio mu" tiles son las empleadas para transmitir se)ales ópticas encomunicaciones informáticas " telefónicas mediante la nueva tecnología de la fibra

óptica, en rápido crecimiento.

&mpleo y 'plicación de los Vidrios

• &n ar#uitectura se emplea vidrio laminado sin pulir, a menudo con superficies

figurativas producidas por dibu!os grabados en los rodillos.

• &l 5idrio de se+uridad, ?ara elaborar un vidrio de seguridad es necesario

elegir placas que no tengan distorsiones, pegarlas, cortarlas " agu!erarlas

hasta que tengan la forma deseada. ?ara elaborar el vidrio de seguridadsimple, conocido con el nombre de Security, estas placas se tienen que meter al horno para calentarlas a cierta temperatura " después enfriarlas con aire,proceso que se conoce como templado. Esto provoca una serie de tensiones,"a que la superficie queda sometida a fuerzas de compresión, mientras que enel centro e4isten fuerzas de tensión. En el interior del vidrio, donde las fuerzasde tensión se incrementan por el templado, la fuerza del material es casi


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ilimitada porque está prácticamente libre de imperfecciones. Esto se debe aque los enlaces entre los átomos tienen la misma fuerza " por lo tantodisminu"en hasta un mínimo las tensiones internas. Aingn átomo !ala másque el otro, " esto le da una fortaleza adicional. @ambién se suele poner unaplaca de plástico transparente entre dos láminas de vidrio, lo cual, además de

hacerlo más resistente, lo hace más seguro, porque al romperse se fraccionaráen numerosos trozos peque)os, sin producir astillas, evitando con esto quequeden pedazos de vidrio cortantes.0os vidrios antibalas, ofrecen seguridad contra asaltos o ataques terroristas.

6ntes de la aparición de las armas de fuego, el blinda!e habitual de loscombatientes eran el casco, la armadura " el escudo, pero se volvieron intilesante las balas. >ue entonces que apareció un blinda!e más complicado quetenía al vidrio como la base de su protección. Se conoce con el nombre devidrio de seguridad combinado, " está formado por dos o más placas entre lasque se colocan láminas de plástico, que actan como planchas de unión.@odas las capas prensadas se pasan a una autoclave, sometiéndolas a altaspresiones " temperaturas. 6sí se forma una unidad de elevada resistencia queno pierde su transparencia, " que en efecto es a prueba de balas. En generalson vidrios mu" gruesos. /ada capa intermedia tiene alrededor de (.G( mm deespesor, " puede tener muchas. 6 veces se le pone una trama de alambre, queademás de darle fortaleza adicional le da un efecto decorativo mu" fino, queresulta til e interesante en el acristalado de puertas. El plástico se adhiere alvidrio " mantiene fi!as las esquirlas incluso después de un fuerte impacto.

• 0os 5idrios aislantes, se fabrican montando dos o más

placas separadas entre sí, de forma que los espaciosintermedios permanezcan herméticamente cerrados "deshumidificados para que conduzcan lo menosposible el calor. En los bordes del vidrio se colocannervios distanciadores soldados con esta)o. %e estaforma tenemos dos placas de vidrio que no se tocan,separadas por aire que no puede transmitir el calor con facilidad, " así se evita que se escape la energía.

6l mismo tiempo, una ventana de este tipo amortiguaconsiderablemente los ruidos, lo cual siempre es unaventa!a adicional.

• El 5idrio dieléctrico, a los materiales que pueden polarizarse en presencia de

un campo eléctrico se les conoce como dieléctricos. ?olarizar quiere decir que


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las moléculas o los átomos se convierten en dipolos, acomodando todas suscargas negativas hacia un lado " las positivas hacia otro. 0os dipolos eléctricosse acomodan en la misma dirección que el campo eléctrico local que losproduce. Son importantes porque una vez formados son capaces de conducir la electricidad, pero antes no. Dn vidrio dieléctrico se obtiene a partir de arcillas

ricas en plomo " se utiliza para fabricar cintas para los condensadoreselectrónicos. Estos materiales necesitan una gran resistencia, por lo que sesuele utilizar también vidrio de FJ de sílice " cuarzo fundido.

(ecicla)e

El vidrio es un material totalmente reciclable " no ha"límite en la cantidad de veces que puede ser reprocesado. 6l reciclarlo no se pierden las propiedades "se ahorra una cantidad de energía de alrededor del (Jcon respecto al vidrio nuevo. ?ara su adecuado recicla!eel vidrio es separado " clasificado segn su tipo el cualpor lo comn está asociado a su color, una clasificacióngeneral es la que divide a los vidrios en tres gruposBverde, ámbar o café " transparente. El proceso de

reciclado luego de la clasificación del vidrio requiere que todo material a!eno seaseparado como son tapas metálicas " etiquetas, luego el vidrio es triturado "fundido !unto con arena, hidró4ido de sodio " caliza para fabricar nuevos productosque tendrán idénticas propiedades con respecto al vidrio fabricado directamentede los recursos naturales.

6losario

>a"enzaB Es una material cerámico de acabado e4terior vítreo.


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/risolB Es una cavidad en los hornos que recibe el metal fundido.Es un aparato que normalmente está hecho de grafito con ciertocontenido de arcilla " que puede soportar elementos a altastemperaturas, "a sea el oro derretido o cualquier otro metal,normalmente a más de '(( P/. 6lgunos crisoles aguantan

temperaturas que superan los 2'(( P/.

/onclusión

0os materiales vidrios son de gran importancia en la vida del ser humano, puesson parte del ambiente cotidiano que nos rodea.

0as estructuras de los vidrios tratados durante todo el traba!o de!an en claro la

variedad de elementos que pueden ser utilizados para conseguir el materialdeseado " nos dan idea de la presencia en la naturaleza que tienen estosmateriales que a simple vista los consideramos todos iguales pero sus usosdifieren entre ellos gracias a las modificaciones hechas tanto por agregado comopor disminución de elementos a las mismas.

>uentesB

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