Vidrio

5/12/2018 Vidrio - slidepdf.com

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PROCESOS DE PRUDUCCION

DEL VIDRIO Y CEMENTO

JAVIER MARTINEZ

WILLIAM OVALLE

PROFESORA

MARTHA PAEZ

FUNDCION CIDCA

MECATONICA II

BOGOTA D.C

2011



Vidrio

Este material sólido, frágil y por lo general transparente presenta diferentes colores según los componentesque se utilicen en su fabricación. El vidrio está presente en formas tan diversas como: ventanas, vasos,envases de todo tipo, telescopios, en la industria nuclear como escudo de radiación, en electrónica comosustrato sólido para circuitos, en la industria del transporte, de la construcción etc. Por sus características

intrínsecas (brillantez, resistencia al uso, transparencia, etc), el vidrio es un material difícilmente sustituible ya veces, realmente insustituible en la mayoría de sus aplicaciones.Igualmente remarcable es la disponibilidad y bajo costo de las materias primas usadas para producirlo,especialmente su componente más importante: la sílice (que se encuentra en la arena). El vidrio es unmaterial amorfo producido por la fusión de sílice y aditivos a muy altas temperaturas. Al enfriar se convierteen un material duro y brillante sin estructura de grano lo cual determina muchas de sus propiedades.

Pero el término vidrio no es claro. A diferencia de otros productos usados cotidianamente, la palabravidrio no describe exactamente una composición y propiedades definidas del producto. Esto es porque lapalabra vidrio define en realidad un estado de la materia (como gas, líquido y sólido cristalino). Máscorrectamente:Un vidrio es un sólido no cristalino, aunque realmente esta definición no es muy claro (muchos plásticos

también son sólidos no cristalinos). Una verdadera definición de vidrio está aún pendiente. El productoque llamamos vidrio, es una sustancia dura, normalmente brillante y transparente, compuestaprincipalmente de silicatos y álcalis fusionados a alta temperatura. Se lo considera un sólido amorfo, porqueno es ni sólido ni líquido, sino que existe en un estado vítreo.

El proceso de elaboración consiste en fundir ciertas sustancias hasta solidificarlas y se remonta a una épocaanterior al año 2000 a.C., cuando se trabajaba a mano usando moldes. En la actualidad, su reciclaje suponeun importante beneficio para conservar el medio ambiente y no contaminarlo.

Las Materias Primas

Los componentes principales del vidrio se encuentran fácilmente en la naturaleza: sílice, cal y carbonato de

sodio. Los materiales secundarios son usados para dar propiedades especiales o para facilitar el proceso defabricación. De la mezcla de los materiales secundarios con las materias primas básicas en el porcentajecorrecto se pueden obtener diferentes tipos de vidrio, los cuales pueden ser clasificados de acuerdo a sucomposición química. Dentro de cada tipo, a su vez, hay numerosas composiciones distintas.

Para la producción moderna de una gran variedad de vidrios se emplea una mezcla de materias primas quese introducen en un depósito llamado tolva.

y Arena sílica: es el principal componente.y Carbonato o sulfato de sodio: así la arena se funde a menor temperatura.

y Piedra caliza: para que el cristal no se descomponga en el agua.

y Cristal reciclado: su uso es ecológico porque ahorra el gasto de las otras materias primas.

Procesos Productivos

En general los procesos de formado más comunes, son los utilizados en la fabricación de los siguientes tiposde productos:

· Envases.· Vidrios planos.· Vidrios especiales



Fabricación de envases

Recepción de Materias Primas: En esta etapa se garantiza un control operativo y técnico en las materiasprimas para verificar su calidad físico - química, para la producción del vidrio. La operación esencial en estaetapa es la realización de los análisis físicos y químicos realizados a la materia prima, los cuales verifican elcumplimiento de las especificaciones. Primero se debe cumplir con el requisito de la granulometría, es decir,el tamaño de los granos de cada material, el cual, debe estar entre ½ y ¾ de milímetro. Para el feldespato yla arena se debe cumplir unos requisitos, tales como tener una composición química estable y determinada.La arena no debe contener arcillas y su contenido de óxidos de hierro debe ser lo más bajo posible. Deacuerdo al resultado del análisis, si el producto está conforme con las especificaciones se define sudisposición para ser utilizado posteriormente; si la materia prima no cumple con las especificaciones seprocede a darles el manejo preestablecido como productos no conformes.

La preparación de la mezcla se puede dividir en cuatro partes:

- Almacenamiento: consiste en ubicar las distintas materias primas en diferentes sitios dealmacenamiento en donde permanecerán hasta su utilización

- P esaje: siguiendo la formulación previamente establecida se pesa cada uno de los componentesmediante mecanismos automáticos y en las proporciones determinadas.

- Mezclado: Luego de ser pesadas cada una de las materias primas, son enviadas a las mezcladorasen donde, por un tiempo previamente establecido y con una adición específica de agua, loscomponentes son mezclados totalmente.

- T ransporte: Finalmente la mezcla es enviada por medio de elevadores y transportadores hasta lossilos donde queda finalmente lista para ser cargada al horno.

El horno es el sitio donde se lleva a cabo la fusión de las materias primas. Consiste en un recipienterectangular construido con materiales refractarios resistentes al desgaste producido por el vidrio líquido ylas llamas.El primer proceso que se identifica claramente en el horno es el de fusión; aquí todas las materias primas noson propiamente fundidas, sino que al suministrarles calor primero se descomponen y después reaccionan;así pues los componentes que poseen menor punto de fusión se vuelven líquidos más rápido que los quetienen mayor punto de fusión a medida que va aumentando la temperatura todos los componentes tambiénse funden y desaparecen como materiales cristalinos.A continuación se realiza el proceso de refinación, en el cual se eliminan las semillas (gran número depequeñas burbujas que se originan a partir de las reacciones de las materias primas); este proceso empieza



casi simultáneamente con el proceso de fusión y continúa hasta que la mezcla de materias primas estécompletamente líquida. Luego el vidrio fundido pasa a un segundo tanque, llamado tanque de refinación,donde se intenta igualar la temperatura del vidrio en toda su extensión, para posteriormente repartirlo a lasmáquinas formadoras por medio de los canales.

Acondicionamiento Del Vidrio

En este proceso se envía el vidrio desde el horno hasta el lugar donde están las máquinas formadoras deenvases. Durante este trayecto se disminuye la temperatura del vidrio gradualmente (con lo cual aumentasu viscosidad), de tal manera que al final del canal se obtenga el vidrio en un estado en el que se puedamodelar, correspondiendo a una cierta temperatura para fabricar una botella determinada.Se denomina acondicionar el vidrio al hecho de controlar la temperatura en el flujo del vidrio que estádentro de la canal desde refinación hasta el orificio refractario y se forme la gota.

La homogeneidad de la mezcla del vidrio se mide revisando las temperaturas existentes desde el fondohasta la superficie y de lado a lado a la entrada del tazón; estas temperaturas afectan directamente ladistribución del vidrio en la botella, la forma de la gota, y su cargue en la máquina, por esto una falla en estaparte del proceso puede resultar en la deformación de las botellas, con una masa mal distribuida y, por lo

tanto más frágiles. Para obtener una temperatura uniforme en el vidrio se deben tener en cuenta laspérdidas de calor existentes a través del techo, las paredes y el piso del canal, así como el calor suministradopor los quemadores. Igualmente para acondicionar el vidrio, es necesario tener en cuenta el color del vidrio,la cantidad de vidrio que extrae cada máquina, la forma de la botella, la cantidad de aire disponible paraenfriar el equipo de moldura de la máquina y la velocidad de fabricación de la máquina.

Formacion Del Envase

Una vez se ha acondicionado el vidrio, en el alimentador se forma la gota de vidrio con el peso correcto y laforma deseada por medio de un sistema de partes refractarias compuesto por: un tubo que controla el flujode vidrio hacia el orificio, una aguja que impulsa intermitentemente el vidrio hacia el orificio, que determinala cantidad de vidrio que tendrá la gota. Para formar la gota el flujo de vidrio se corta por el sistema de

tijera.Posteriormente, la gota se hace llegar a la máquina I.S. mediante el equipo de entrega, que consiste en deuna cuchara, encargada de recibir la gota, una canal por donde la gota resbala hacia cada sección y undeflector que la entrega al equipo de moldura. La sigla I.S. significa máquinas de secciones independientes,en estas una sección se puede parar sin afectar el funcionamiento de las otras o de la máquina completa. Lasempresas vidrieras utiliza en la actualidad máquinas de 6,8,10 y 12 secciones. Cada sección puede fabricaruna botella (gota sencilla) o dos botellas (doble gota). Las botellas se pueden fabricar en dos procesosbásicos: Soplo y Soplo (S.S.) y Prensa y Soplo (P.S.). Para formar una botella se necesita de la moldura; quegeneralmente está hecha de fundición o en aleaciones metálicas especiales. Las piezas usadas son: lacamisa, la aguja y la boquillera para formar el terminado; el premolde, la tapa y el embudo para formar elpalezón o preforma de la botella; y el molde, el fondo y la sopladora, para formas la botella. Las pinzas seencargan de sacar la botella del lado del molde hacia la plancha muerta en donde se traslada hacia eltransportador, mediante los barredores, el cual finalmente la llevará al archa de recocido.

Proceso Soplo Y Soplo

Después de lograr el cargue de la gota (1) en el premolde se utiliza aire comprimido para empujar el vidrio yformar el terminado (2. soplo inicial); Después con aire comprimido se sopla el vidrio hacia arriba,formándose así la burbuja y el palezón, de una forma limitada por el premolde y la tapa (3 Contrasoplo).Luego el palezón se transfiere al molde (4) y nuevamente con aire comprimido a través de la sopladora seinfla el palezón hasta llenar la cavidad del molde (5 Soplo final). Después de esto la botella es retirada del



molde (6) y puesta sobre el transportador de línea, mediante los barredores, quién se encarga de llevarla alarcha de recocido.

Proceso Prensa Y Soplo

El proceso de prensa y soplo se ha desarrollado para obtener botellas de boca ancha (proceso tradicional) o

de boca estrecha (proceso conocido como NNPB). El mecanismo utilizado para el mecanismo de prensa ysoplo es el mismo que se utiliza para el mecanismo de soplo y soplo, cambiando algunos aditamentos que lohacen funcionar de manera diferente. La principal diferencia radica en que la acción que realiza elcontrasoplo es efectuada por un macho, el cual se encarga de dar la preforma a la gota para formar elpalezón; las demás etapas son similares.La gota de vidrio cae en el premolde (1). Inmediatamente el vidrio entra al premolde, la tapa baja. El machoempieza a subir, a una presión controlada, forzando al vidrio a llenar todos los vacíos, incluyendo la cavidadde la boquillera, formándose así el palezón (2). Luego, el macho baja, la tapa sube y el premolde abre.Enseguida, el palezón es transferido al molde (3). El palezón continúa su recalentamiento y estiramiento enel lado del molde. A continuación, se aplica aire comprimido para soplar el vidrio hasta llenar la cavidad delmolde; también se aplica vacío para reforzar el contacto del vidrio con el molde (4). Este contacto con elmolde más la circulación del aire del Soplo final enfrían el vidrio. Después de abrir el molde, las pinzastrasladan el envase hasta la plancha muerta (5) y el mecanismo barredor lo ubica sobre el transportador.

Con el aire de enfriamiento de los alrededores del envase continúa el proceso de remoción de calor hastaque el vidrio alcanza una temperatura que asegura la estabilidad de su forma.

Recocido Del Envase

Cuando se forma la botella, el vidrio se enfría muy rápido, creándose una gran cantidad de esfuerzosinternos, que debilitan la botella. El archa de recocido es la encargada de aliviar esas tensiones.En el archa se calienta de nuevo la botella ya formada a una temperatura de unos 550ºC, durante unos diez minutos, disminuyendo luego lenta y controladamente la temperatura, teniendo como base una curva detemperatura que garantiza alivio de tensiones y el surgimiento de nuevos esfuerzos en la botella.

Inspeccion Del Envase Formado

Después las botellas son conducidas por medio de bandas transportadoras hacia una zona de revisión,compuesta por una gran cantidad de dispositivos automáticos, dotados de sistemas capaces de detectardefectos provenientes de la formación de la botella; ahí se retiran de la línea de producción todas aquellasbotellas que tengan defectos de forma y/o dimensionales, grietas, arrugas, distribución irregulardel vidrio en las paredes del envase y resistencia, entre otros, garantizando así que la producción que seenviará al cliente sea de excelente calidad.

Empaque



En esta etapa, los envases son empacados de acuerdo al requerimiento del cliente por medio de diferentesmétodos, como son: el termoencogido, el paletizado y el encanastado en cajas plásticas (que hacen en lamisma planta).

Almacenamiento Y Despacho

Luego de que el envase ha sido empacado, es transportado a las bodegas de almacenamiento, en dondequeda listo para ser despachado al cliente respectivo.

Fabricación de vidrio plano

El vidrio plano se extrae del horno en vertical al tiempo que se somete a un proceso de pulido al fuego. Arasgos generales se conocen dos procesos:

Procesos de flotación: combina las ventajas del vidrio plano y la luna pulida. El vidrio flotado tiene unasuperficie pulida al fuego y está exento de deformaciones. En este proceso el vidrio es mantenido en unaatmósfera químicamente controlada a una temperatura suficientemente alta (1000 ºC) y por un tiemposuficientemente largo como para que el vidrio fundido quede libre de irregularidades y su superficie llegue a

ser plana y paralela. En esta condición, el vidrio es vertido sobre una superficie de estaño fundido, que al serperfectamente plana permite obtener también un producto de estas características.La lámina es enfriada mientras aún avanza a lo largo del estaño fundido, hasta que la superficie alcanza unaconsistencia suficientemente como para ser transportada sobre una cinta sin que el vidrio quede marcado(aproximadamente 600ºC). La lámina entonces pasa a través de un horno túnel de recocido, mientras estransportada camino a su almacenaje, donde computadoras determinarán el corte de la lámina parasatisfacer las ordenes de los clientes.Proceso de rodillo: El proceso consiste básicamente en hacer pasar un flujo continuo de vidrio fundido através de rodillos enfriados por agua.

Tipos De Vidrios Según Su Composición Química

Según su composición química, los vidrios pueden clasificarse de la siguiente manera:

Vidrio sodo- cálcico Vidrio Plomado Vidrio Borosilicato Vidrio Especiales

Vidrio sodo-cálcico

Este es el vidrio comercial más común y el menos costoso. El amplio uso de este tipo de vidrio es debido asus importantes propiedades químicas y físicas. El vidrio sodo-cálcico es primariamente usado para:

y

envases (botellas, jarros, vasos de uso diario, etc.) yy vidrio para ventanas (en la industria de la construcción y en la industria automotriz).

Para fabricarlo es necesario fundir la sílice, la cual lo hace a una temperatura muy alta (1700ºC). Para reducir esa temperatura de fusión y hacer a la masa más manejable, se le agrega soda. Pero el vidrio así obtenido essuave y no muy durable, por lo que se le agrega cal para aumentar su dureza y durabilidad química. Otrosóxidos se agregan por otras varias razones, o son impurezas naturales de las materias primas. Por ejemplo,el aluminio aumenta la duración química aún más y aumenta la viscosidad en los rangos de temperaturasmás bajos.



Otros componentes adicionales son el óxido de plomo y compuestos de boro. El óxido de plomo encantidades moderadas aumenta la durabilidad, y en altas cantidades baja el punto de fusión y disminuye ladureza. También incrementa el índice de refracción y es por lo tanto el aditivo más usado para vidrios dedecoración con alto brillo. Los vidrios con boro tienen alta resistencia a la corrosión química y los cambios detemperatura.

La propiedad más importante del vidrio sodo-cálcico es su elevada capacidad de transmisión de la luz, lo quelo hace adecuado para usar como vidrio en ventanas. Además su superficie suave y no porosa lo haceespecialmente apto para ser usado como envases pues resulta fácil de limpiar, y debido a la inercia químicadel vidrio sodo-cálcico, éste no contaminará el contenido ni afectará el sabor de los elementos guardadosallí.

Un típico vidrio sodo-cálcico está compuesto de 71 a 75% en peso de arena (SiO2), 12-16% de soda (óxido desodio de la materia prima carbonato de sodio), 10-15% de cal (oxido de calcio de la materia prima carbonatode calcio) y un bajo porcentaje de otros materiales para propiedades específicas tales como el color.Una de las mayores desventajas del vidrio sodo-cálcico es su relativamente alta expansión térmica, por loqueposee una resistencia relativamente pobre a cambios súbitos de temperatura. Esta limitación debe sertomada en cuenta al instalar un vidrio en una ventana. Además el vidrio sodo-cálcico no es resistente a

químicos corrosivos.

Vidrio Plomado

Si se utiliza óxido de plomo en lugar de óxido de calcio, y oxido de potasio en lugar de todo o la mayoría del óxido de sodio, tendremos el tipo de vidrio comúnmente llamado cristal plomado. El óxido de plomo seagrega para bajar la temperatura de fusión y la dureza y también elevar el índice de refracción del vidrio.

Un típico vidrio plomado está compuesto de 54-65% de sílice (SiO2), 18-38% de óxido de plomo (PbO), 13-15% de soda (Na2O) o potasio (K2O), y varios otros óxidos. Se pueden usar dos tipos diferentes de óxido deplomo: el PbO y el Pb3O4, éste último preferido por su mayor porcentaje de oxígeno presente.

Vidrios del mismo tipo pero conteniendo menos que 18% de PbO son conocidos simplemente como cristal.Por su alto índice de refracción y su superficie relativamente suave, el vidrio plomado es usadoespecialmentepara decoración a través del pulido, corte y/o tallado de su superficie (vasos para beber, jarrones, o artículosdecorativos); también es ampliamente usado en vidrios modernos particularmente en cristales y ópticas. Selo suele usar para aplicaciones eléctricas por su excelente aislamiento eléctrica. Asimismo es utilizado para

fabricar los tubos de termómetros así como todo tipo de vidrio artístico.

El vidrio plomado no resiste altas temperaturas o cambios súbitos en temperatura y su resistencia aquímicos corrosivos no es buena. El vidrio con un contenido aún mayor de plomo (típicamente 35%) puede



ser usado como pantalla de radiación porque es bien conocida la habilidad del plomo de absorber los rayosgamma y otras formas de radiación peligrosa .

Este tipo de vidrio es más caro que el vidrio sodo-cálcico.

Vidrio Borosilicato

El vidrio borosilicato es cualquier vidrio silicato que contenga al menos 5% de óxido bórico en sucomposición. Este vidrio tiene mayor resistencia a los cambios térmicos y a la corrosión química. Tambienes conocido con los nombres comerciales de Pyrex, Kimax o Endural

Gracias a estas propiedades, el vidrio borosilicato es adecuado para uso en la industria química de procesos,en laboratorios, ampollas y frascos en la industria farmacéutica, en bulbos para lámparas de alto poder,como fibra de vidrio para refuerzos textiles y plásticos, en vidrios fotocrómicos, artículos de laboratorios,elementos de uso en las cocinas (planchas eléctricas, fuentes para el horno) y otros productos resistentes alcalor, vidrios para unidades selladas de vehículos, etc.

UN típico vidrio borosilicato está compuesto de un 70 a 80% de sílice (SiO 2), un 7 a 13% de ácido bórico(B2O3), un 4-8% de óxido de sodio (Na2O) y óxido de potasio (K2O), y un 2 a 7% de óxido de aluminio (Al2O3).

Vidrios Especiales

Se pueden inventar vidrios con propiedades específicas para casi cualquier requerimiento que se puedaimaginar. Sus composiciones son diversas e involucran numerosos elementos químicos. Así puedenobtenerse vidrios especiales para uso en diversos campos tales como en química, farmacia, electro-tecnología, electrónica, óptica, aparatos e instrumentos, etc.

Podemos citar como ejemplos:

- Vidrio alúmino-silicato: tiene óxido de aluminio en su composición. Es similar al vidrio borosilicato perotiene una mayor durabilidad química y puede soportar temperaturas de operación más altas. Comparadocon el borosilicato, este tipo de vidrio es más difícil de fabricar. Cuando se lo cubre con un film conductivo,el vidrioalúmino-silicato es usado para circuitos electrónicos.

- Vidrio de silicio 96%: se obtiene a partir de un vidrio borosilicato fundido, al que se le remueven casi todoslos elementos no silicatos. Este vidrio es resistente a shocks térmicos superiores a 900ºC.



- Vidrio de sílice fundida: es dióxido de silicio puro en un estado no cristalino. Es muy difícil de fabricar, porlo que es el más caro de los vidrios. Pueden sostener temperaturas de operación de arriba de 1200ºC porperíodos cortos.

El Vidrio De Seguridad

Para elaborar un vidrio de seguridad es necesario elegir placas que no tengan distorsiones, pegarlas,cortarlas y agujerarlas hasta que tengan la forma deseada. Para elaborar el vidrio de seguridad simple estasplacas se tienen que meter al horno para calentarlas a cierta temperatura y después enfriarlas con aire,proceso que se conoce como templado. Esto provoca una serie de tensiones, ya que la superficie quedasometida a fuerzas de compresión, mientras que en el centro existen fuerzas de tensión. En el interior delvidrio, donde las fuerzas de tensión se incrementan por el templado, la fuerza del material es casi ilimitadaporque está prácticamente libre de imperfecciones. Esto se debe a que los enlaces entre los átomos tienenla misma fuerza y por lo tanto disminuyen hasta un mínimo las tensiones internas. Ningún átomo jala másque el otro, y esto le da una fortaleza adicional. También se suele poner una placa de plástico transparenteentre dos láminas de vidrio, lo cual, además de hacerlo más resistente, lo hace más seguro, porque alromperse se fraccionará en numerosos trozos pequeños, sin producir astillas, evitando con esto que quedenpedazos de vidrio cortantes.

Los conocidos vidrios antibalas, ofrecen seguridad contra asaltos o ataques terroristas. Antes de la apariciónde las armas de fuego, el blindaje habitual de los combatientes eran el casco, la armadura y el escudo, perose volvieron inútiles ante las balas. Fue entonces que apareció un blindaje más complicado que tenía alvidrio como la base de su protección. Quizás resulte difícil imaginar que existe un vidrio tan resistente quesoporte el impacto de las balas. Se conoce con el nombre de vidrio de seguridad combinado, y está formadopor dos o más placas entre las que se colocan láminas de plástico, que actúan como planchas de unión.Todas las capas prensadas se pasan a una autoclave, sometiéndolas a altas presiones y temperaturas. Así seforma una unidad de elevada resistencia que no pierde su transparencia, y que en efecto es a prueba debalas. En general son vidrios muy gruesos. Cada capa intermedia tiene alrededor de 0.40 mm de espesor, y

puede tener muchas. A veces se le pone una trama de alambre, que además de darle fortaleza adicional leda un efecto decorativo muy fino, que resulta útil e interesante en el acristalado de puertas.

Este tipo de vidrio debe reunir muchas características, pues aunque su principal función es proteger,también es deseable que sea estético, que nos permita ver hacia afuera igual que un vidrio común, que nose deshaga después de estar tres años al Sol y que sea lo suficientemente ligero para ponerlo en una puerta.



Vidrio Aislante

Los vidrios aislantes se fabrican montando dos o más placas separadas entre sí, de forma que los espaciosintermedios permanezcan herméticamente cerrados y deshumidificados para que conduzcan lo menosposible el calor. En los bordes del vidrio se colocan nervios distanciadores soldados con estaño. De estaforma tenemos dos placas de vidrio que no se tocan, separadas por aire que no puede transmitir el calor con

facilidad, y así se evita que se escape la energía. Al mismo tiempo, una ventana de este tipo amortigua

considerablemente los ruidos, lo cual siempre es una ventaja adicional.

Vidrio Dieléctrico

A los materiales que pueden polarizarse en presencia de un campo eléctrico se les conoce como dieléctricos.Polarizar quiere decir que las moléculas o los átomos se convierten en dipolos, acomodando todas suscargas negativas hacia un lado y las positivas hacia otro. Los dipolos eléctricos se acomodan en la mismadirección que el campo eléctrico local que los produce. Son importantes porque una vez formados soncapaces de conducir la electricidad, pero antes no. Un vidrio dieléctrico se obtiene a partir de arcillas ricasen plomo y se utiliza para fabricar cintas para los condensadores electrónicos. Estos materiales necesitanuna gran resistencia, por lo que se suele utilizar también vidrio de 96% de sílice y cuarzo fundido.

Vidrio Protector Contra El Sol

Este vidrio refleja la luz del Sol. La capa de recubrimiento que lleva incorporada, además de reflejar puedepresentar diversas tonalidades de color, como plateado, bronce, verde o gris. Se coloca en el espaciointermedio y en la capa interior de la placa externa. De esta forma se hace el vidrio polarizado y el de tipo

espejo. Los espejos que se instalan en las ventanas de los edificios modernos son precisamente paraproteger contra el Sol.



Estos algunos de los usos más significativos del vidrio, pues de acuerdo a las necesidades del hombre, estecreara nuevas técnicas para mejorar su desempeño y variedad de usos.

Coloración del vidrio

A los tipos de vidrio descritos anteriormente pueden adquirir color fácilmente si se les añaden impurezas demetales de transición a las mezclas utilizadas. Esto no afecta ninguna de las demás propiedades. En laantigüedad, el vidrio estaba inevitablemente coloreado por las impurezas que de manera natural contienenlas arcillas.Las investigaciones en los últimos 50 años acerca de cómo colorear el vidrio han sido muy importantes, yaque no se han perseguido sólo fines artísticos y ornamentales, sino también científicos, como por ejemplo,la elaboración de filtros y lentes de color para los sistemas de señales de transportes, que exigen un controlmuy riguroso de la transmisión de la luz a través del vidrio en todo el espectro.

Existen principalmente tres formas de darle color al vidrio.

Coloreado por adición de iones: donde el color se produce porque el óxido metálico presente absorbe la luzde la región visible del espectro, y deja pasar la que corresponde a algunos colores, que son los que se ven.

De esta forma el cobre absorbe la luz con longitudes de onda que pertenecen a todos los colores, menos lavinculada al color rojo rubí, cuando está en estado de oxidación +1, o al verde, cuando su estado deoxidación es +2.

Por eso un vidrio que contenga Cu+1

se verá rojo rubí, y con Cu+2

será verde. El cobalto siempre absorbe laluz con todas las longitudes de onda menos la que produce el color azul, y así, de la misma manera, elvanadio, el manganeso, el titanio, el cromo, el hierro y el níquel producen sus propios colores.

Dispersión coloidal: Ésta consiste en partículas submicroscópicas suspendidas en el vidrio, que reflectan odispersan selectivamente los rayos de luz de un color. Por ejemplo, el selenio combinado con sulfuro decadmio produce partículas en el vidrio que dispersan toda la luz, menos la de color rojo. Aquí el colordepende de la concentración y el tamaño de las partículas, no tanto del elemento por el que están

formadas. El color rubí se puede producir con oro y cobre en su estado elemental, o por seleniuros ysulfuros en solución.

Color por dispersión: Se puede producir el vidrio opaco, porque las escamas que se forman dentro provocanque la luz se difracte en el interior del vidrio, quitándole transparencia. También se forma un tipo de vidrioalabastro, que es como un mármol translúcido, generalmente con visos de colores. Las estructuras internasque se forman para producir estos efectos son poco conocidas, pero esto no impide que se utilicen enaparatos de alumbrado de luz difusa y en artículos de ornato.



El Cemento

El cemento se inventó hace aproximadamente 2000 años por los romanos, de forma totalmente fortuita,como ha ocurrido con otros inventos. Al hacer fuego en un agujero recubierto de piedras, consiguierondeshidratar y descarbonatar parcialmente las piedras calcáreas o el yeso, convirtiéndolas en polvo que sedeposito entre las piedras. Al llover, dicho polvo unió las piedras entre si. Los egipcios utilizaron un cemento

fabricado con yeso impuro calcinado, que sirvió para unir los bloques de piedra en la construcción de laspirámides. El secreto de la durabilidad del cemento se perdió y en la Edad Media tan solo fue posiblefabricar cemento de mediana calidad. En 1756, Smeaton descubrió que los mejores cementos se obtenían almezclar caliza con un 20-25% de materia arcillosa.

Proceso de Fabricación de Cemento

El proceso de fabricación de cemento está compuesto principalmente de seis etapas:1. Extracción de Materia Prima2. Trituración3. Prehomogenización4. Molienda de Harina Cruda

5. Homogenización del polvo crudo6. Calcinación o Clinkerización7. Almacenamiento del Clinker8. Molienda de Cemento9. Empaque y Despacho

Extracción de la Materia Prima

Las principales materias primas para la fabricación del cemento provienen directamente de las canteras.Estas consisten en piedra caliza y esquisto que son extraídas por medio de desgarre (tractores) o voladura

(explosivos). La caliza es la materia prima principal del cemento, la cual se obtiene de recursos naturales.



Caliza: Se encuentra en las capas superficiales de muchos cerros y montañas, en depósitos de profundidadvariable, Los hay de más de 200 metros. Para la fabricación de cemento se sacan volúmenes muy grandesporque la caliza representa el 80% de las materias primas que forman el clínker. Por eso conviene que estécerca de la planta; de no ser así el costo del cemento se elevaría demasiado por razón del acarreo.Primero se explora el cerro para conocer el volumen y saber el grado de pureza del material que se va aexplotar. El análisis químico permite conocer la calidad de una cantera de caliza. Se considera buena la que

tiene carbonato de calcio en un 95% o más. Abajo de 90% ocasiona problemas.Debido a su dureza se extrae de las canteras con el empleo de explosivos. Una voladura puede producir de30 a 100 mil toneladas de materia prima.Pizarra: Se les llama "pizarra" a las arcillas constituidas principalmente por óxidos de silicio de un 45 a 65%,por óxidos de aluminio de 10 a 15%, por óxidos de fierro de 6 a 12% y por cantidades variables de óxido decalcio de 4 a 10%. Es también la principal fuente de álcalis. La pizarra representa aproximadamente un 15%de la materia prima que formará el clínker. Como estos minerales son relativamente suaves, el sistema deextracción es similar al de la caliza, sólo que la barrenación es de menor diámetro y más espaciada, ademásrequiere explosivos con menor potencia.Debido a que la composición de éstos varía de un punto a otro de la corteza terrestre, es necesario asegurarla disponibilidad de las cantidades suficientes de cada material.Sílice: Eventualmente se agregan arenas sílicas que contienen de 75% a 90% de sílice, para obtener el óxidode silicio requerido en la mezcla cruda.Hematita: Al material que aporta mineral de fierro se le llama 'hematita', aunque pueden ser diversosminerales de fierro o escoria de laminación. La hematita contiene entre 75 y 90% de óxido férrico. Con estosminerales se controla el contenido de óxido férrico de la mezcla. La hematita constituye entre el 1 y 2% de lamezcla cruda.Caolín: El caolín es una arcilla con alto contenido de alúmina que se utiliza para la fabricación del cementoblanco.

Trituración

La segunda etapa del proceso consiste en la reducción del tamaño de las rocas provenientes de las canteras,por medio de trituración, desde diámetros de 1 metro hasta partículas menores 20mm de diámetro. Elproducto de esta etapa se almacena en galeras circulares de Pre-homogenización con el objeto de aseguraruna mayor uniformidad en la distribución química de los materiales y reducir las variaciones en la calidad del

material para lotes tan grandes, los que quedan listos para ser utilizados en la siguiente etapa. A esta mezclase le llama crudo.



Pre-homogenización

De los patios de pre-homogeneización los minerales son transportados por medio de sistemas de bandas, ydescargados a tolvas, las cuales alimentan a los poidómetros para dosificar los materiales.Los poidómetros son mecanismos que tienen una banda giratoria bajo la cual hay una báscula electrónica. Sicae poco material, la velocidad de la banda aumenta y viceversa.Una vez triturada, pre-homogeneizadas y dosificadas, las materias primas alimentan a los molinos de crudo.

Molienda de Harina o Polvo Crudo

Durante este proceso se continúa la reducción del tamaño de las partículas y se efectúa un secado de losmateriales, previo a ser sometidos a altas temperaturas en los hornos. Los molinos reciben los materialestriturados y pre-homogenizados, y en ellos se realiza simultáneamente la mezcla y pulverización de los

mismos.La composición química de la mezcla de minerales es determinada en línea, a través de un analizador deneutrones previo a la entrada al molino, lo que permite que durante el proceso de molienda de harina crudase realicen ajustes continuos en la proporción de los materiales.El producto es un polvo muy fino, por ello llamado "harina cruda", con la composición química adecuadapara el tipo de cemento que se esté produciendo. La reducción en la variación de la calidad de la harinacruda, se hace posible gracias al almacenamiento de la misma en silos especiales para homogenización. Unasegunda etapa en el control de calidad de la harina cruda se realiza en el producto que está entrando a lossilos, a través de un analizador de rayos X, que pueden realizar análisis químicos completos en tiempos muycortos y con gran precisión.



Calcinación o Clinkerización

La harina cruda proveniente de los silos es alimentada a hornos rotatorios en los que el material es calcinadoy semi-fundido al someterlo a altas temperaturas (1450°C). Aquí se llevan a cabo las reacciones químicasentre los diferentes óxidos de calcio, sílice, aluminio, hierro y otros elementos en trazas menores, que secombinan para formar compuestos nuevos que son enfriados rápidamente al salir del horno.Cuando el polvo crudo entra a la cuarta zona del horno cambia su composición química en una suma decompuestos que se llama clínker. El producto es enfriado en los y normalmente es granulado, de formaredondeada y de color gris oscuro.



La palabra clínker procede del inglés y significa 'escoria'. Se define clínker como el producto artificialobtenido por la sinterización de los crudos correspondientes, es decir, por la calcinación y sinterización delos mismos a la temperatura y durante el tiempo necesario, y por enfriamiento adecuado, a fin de quedichos productos tengan la composición química y la constitución mineralógica requerida. Los crudos declínker Pórtland son mezclas suficientemente finas, homogéneas y adecuadamente dosificadas a partir dematerias primas que contienen cal (CaO), sílice (SiO2), alúmina (Al2O3), óxido férrico (Fe2O3) y pequeñascantidades de compuestos minoritarios, los cuales se clinkerizan.El producto de la calcinación debe tener una composición química predeterminada. No debe haber excesode cal porque aparecería como cal libre en el cemento y hacer un concreto produciría expansiones y grietas.Sería un cemento insano. Es importante, por ende, evitar la cal l ibre mediante la correcta dosificación de las

materias primas y una clinkerización a la temperatura adecuada, (1450° C).



Molienda de Cemento

El siguiente paso en el proceso de producción de cemento es la molienda del clinker, en forma conjunta conotros minerales que le confieren propiedades específicas al cemento. El yeso, por ejemplo, es utilizado pararetardar el tiempo de fraguado (o endurecimiento) de la mezcla de cemento y agua, y así permitir sumanejo.

Yeso: Regula la hidratación y el fraguado del cemento mediante una reacción con el aluminato tricálcico. Alformar el sulfoaluminato tricálcico, la mezcla se va hidratando poco a poco y además acelera la hidratacióndel silicato tricálcico.Puzolana: Hay puzolanas naturales y artificiales, hechas a base de arcillas activadas. La puzolana natural esun material volcánico. Se utiliza en la elaboración del cemento por la contribución a las resistenciasmecánicas y al ataque de agentes agresivos del medio; aunque la puzolana por sí sola no tiene propiedadeshidráulicas, combina su contenido de sílice con la cal que libera el cemento al hidratarse, para formarcompuestos con propiedades hidráulicas.

Empaque y Despacho

Finalmente, el cemento producido y almacenado en silos puede ser despachado en pipas a granel para losgrandes consumidores, o envasado en sacos. El peso neto utilizado tradicionalmente en Centro Américapara el cemento en sacos es de 42.5 kilogramos. (93.7lb.).



Proceso Físico-Químico

La transformación del polvo crudo en clínker es un proceso donde ocurren cambios físico-químicos. Engeneral, el proceso de fabricación de cemento implica las siguientes reacciones, que se efectúan dentro dela unidad de calcinación.El secado implica la evaporación de la humedad de la materia prima a una temperatura de 110° C.La deshidratación se da a temperaturas mayores de 450° C, y significa la pérdida del agua químicamenteunida a compuestos tales como algunas arcillas y agregados.A los 900°C la caliza se descompone en cal viva (CaO) y dióxido de carbono (CO2). Esta cal está lista parareaccionar y debe ser tratada rápidamente a la zona de clinkerización.

Los óxidos de fierro comienzan a reaccionar con la cal y la alúmina, para formar ferroaluminato tetracálcicolíquido a la temperatura de 1300°C, a la que se disuelven los minerales, incrementando la reacción entreellos.A los 1338° C los materiales disueltos en el ferroaluminato tetracálcico (C4AF) reaccionan, formando todo elsilicato dicálcico (C2S).El aluminato tricálcico (C3A) se termina de formar a los 1400° C. La cal que se encuentra en exceso reaccionacon parte del silicato dicálcico (C2S) para formar silicato tricálcico (C3S).El precalentador aumenta la capacidad de la Unidad, ahorra energía y para el cuidado del medio ambiente,reduce la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera.La temperatura de calcinación es de 1450° C. Ese calor se debe mantener constante en la zona decalcinación del horno para que se lleven a cabo la reacciones químicas.El polvo calcinado y convertido en clínker pasa al enfriador, donde llega con una temperatura aproximada de1000° C. En el enfriador, por medio de aire a presión se logra bajar la temperatura del clínker hasta los 40° C.

Parte del aire que se calienta al contacto con el clínker se aprovecha para incrementar la eficiencia de losprecalentadores, el que tiene baja temperatura se va a la atmósfera a través de un colector de residuos quedisminuye la emisión de polvo a la atmósfera.

Durante todo el proceso de fabricación se lleva a cabo un exhaustivo control para asegurar la excelentecalidad del producto y el menor impacto ambiental. Dentro de estos procesos de control podemos destacar:Control de Calidad: En la fabricación de cemento se lleva un riguroso control de calidad. Para tal efecto secuenta con un laboratorio con equipo de alta tecnología. Se trata de instrumentos aplicables a las distintasfases del proceso, desde la materia prima en los yacimientos, los productos intermedios y los diferentes



tipos de cemento que son elaborados.Control Químico: Mezcla cruda. Una vez más el análisis del producto saliendo del molino es prioritario, porlo que el mismo también se lleva a cabo por medio de un analizador de rayos X, que permite el ajuste en lasproporciones de los materiales y así obtener las características del cemento específico que se estáproduciendo. .Para cumplir con las necesidades de control y particularmente para conocer la composición con la exactitud

y rapidez que se requiere, se toman muestras cada hora en las unidades de molienda de crudo. en funciónde éstas se modifican las proporciones de caliza, pizarra, sílice y hematita.Clínker . Para evaluar la calidad del clínker también se emplea el análisis por Rayos X. A partir de sucomposición química se calculan los compuestos potenciales, como silicatos y aluminatos de calcio.Control Físico: Las pruebas de resistencia a la compresión, sanidad y tiempos de fraguado inicial y final, serealizan diariamente.Durante la molienda de cemento, cada hora se toma una muestra para la determinación del blaine, queprovee un valor de la finura del cemento. Esta prueba tiene como unidades de medida cm2/g. Los cementosTipo II modificado (CPO 30 R) y Tipo II con Puzolana (CPP 30 R) alcanzan finuras del orden de los 3,500 a4,500 cm2/g.Control Ambiental: El cuidado del medio ambiente importa, primero, por la salud de los trabajadores y de lapoblación del lugar, y además porque ayuda a preservar el equilibrio ecológico.Las emisiones de polvo se controlan mediante ciclonetas, colectores de bolsa y electrofiltros. Las ciclonetasprecipitan el polvo y liberan los gases durante el enfriamiento del clínker. Hay colectores de bolsa en losaereadores, los silos y a lo largo de los deslizadores. Finalmente, los últimos residuos de polvo van a loselectrofiltros, que controlan las emisiones de los precalentadores y unidades de molienda.Los electrofiltros de los precalentadores se completan con la torre de enfriamiento para aumentar sueficiencia. Operan mediante electrodos de emisión y precipitación. El polvo se ioniza con cargas negativas,los electrodos los atraen y precipitan para colectarlos en el fondo y evitar su emisión a la atmósfera.

TIPOS DE CEMENTO

Existen varias clases de cemento, sus propiedades y características varían dependiendo del porcentaje dedosificación que se aplique de cada materia prima.

Las clases más comunes en Colombia son 9:

y Cemento Pórtland tipo 1: el cual es el más comercializado en nuestro país, se conoce como

cemento gris y es usado principalmente en estructuras y obras. Cabe mencionar también en estetipo de cementos, el Cemento Portland Blanco, de uso común en albañilería.

y Cemento Pórtland tipo 1 especial (o modificado): Es considerado un cemento más resistente que eltipo 1, es utilizado generalmente por empresas constructoras.

y Cemento Pórtland tipo 2: Cemento Portland Gris y Cemento Pórtland Blanco con adiciones. Usopara hormigones en masa y armados y morteros en general. Contiene adiciones de: Escorias dehorno alto, cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas naturales y calizas. Es un cemento usadogeneralmente donde hay presencia de sulfatos (ej. zonas cercanas al mar).



y Cemento Pórtland tipo 3: Es usado generalmente en prefabricados, y se uusa donde se requiere unrápido endurecimiento y buena resistencia.

y Cemento Pórtland tipo 4: Cemento Puzolanico. Se uso para hormigones en masa y armados ymorteros en general, especialmente en ambientes moderadamente agresivos por: aguasdébilmente ácidas, aguas carbónicas agresivas, aguas puras. Hormigones de obras hidráulicas.Hormigones con áridos reactivos con álcalis. Se usa para estructuras grandes como presas de

concreto, contiene aceptable resistencia a los sulfatos y a la humedad.y Cemento Pórtland tipo 5: Contiene una altísima resistencia a los sulfatos, es esencial para las

construcciones que tienen constante contacto con el agua de mar.

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