Vidrio

Marteriales. Materia prima. Composición y tipos. Características físicas: resistencia mecánica y térmica. Reciclado

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'Vidrio'

'Vidrio'
'Vidrio'

Introducción

El vidrio, como lo relata su historia, fue un producto cercado por una aureola de misterio durante muchos siglos. El hombre primitivo encontraba agradables los resultados de su fundición primitiva y todos sus requerimientos se concretaban a eso; aspecto, brillo y color.

Seguramente mezclaba distintos productos inorgánicos, los sometía a la acción del fuego y obtenía vidrio. Siempre obtenía vidrio, cualquiera que hubiera sido la cantidad de los componentes. En su proceso primario todo se "incorporaba" y sin duda eso le llamaba la atención.

'Vidrio'

La industria del vidrio apareció hace varios milenios en el Mediterráneo, casi en el mismo momento que otras dos grandes industrias que se hicieron posibles gracias al dominio de altas temperaturas: las de la cerámica y el metal.  El vidrio más antiguo es in ojo de vidrio de color azuloso que imita a la turquesa y que data del reinado del faraón egipcio  Amenofis I, hacia 1550 a. C. pero fue en Roma donde nació la industria vidriera hacia el año 20, con el descubrimiento del vidrio soplado. En el siglo II los romanos conocían el vidrio translucido y fabricaban  objetos de vidrio, espejos de cristal sobre  metal  y lupas (ampollas de vidrio rellenas de agua).

Pasaron muchos años en este estado de ignorancia de las leyes que rigen este producto. Cuando los químicos descubrieron las leyes de la estequimetría (las que definen los estados de la materia), el vidrio se escapaba de las mismas, o al menos su rigidez cuantitativa. Era lo mismo un puñado de arena, de soda o de cal que dos: después de un tiempo suficientemente largo todo se convertía en vidrio.

Tal vez por eso las primeras definiciones calificaron al vidrio como "la solución recíproca de óxidos inorgánicos en estado de fundición".

Pero esto no podía seguir mucho tiempo; desde que se ha comenzado a estudiar tecnológicamente el vidrio, se ha tratado de dar una definición que pudiera precisar lo más claramente posible qué es el vidrio, pero hasta el momento ninguna es enteramente satisfactoria. No obstante, podemos tener una idea global diciendo, como lo define la ASTM (American Standard Testing Methods), que "el vidrio es un producto inorgánico de fusión que ha sido enfriado a una condición rígida sin cristalización".

Composición y tipos

El vidrio es un material duro y frágil, resultante de una mezcla compleja de tres componentes básicos:

  • Vitrificantes: sílice, anhídrido bórico, etc.

  • Fundentes: carbonato de sosa, álcalis en general y otros.

  • Estabilizantes: cal.

Si bien estos componentes son sólidos de estructura cristalina, no ocurre lo mismo con la materia vítrea que se obtiene al solidificarse la mezcla, ya que ésta es desde el punto de vista físico, un líquido cuya dureza debe interpretarse como la consecuencia de una extraordinaria viscosidad.

Normalmente es transparente porque, lo mismo que el agua, tiene una estructura molecular que permite el paso de los rayos luminosos entre los átomos dispuestos irregularmente. Ciertos aditivos (óxidos de hierro, níquel, cobalto, etc) permiten obtener los vidrios coloreados.

La composición del vidrio básicamente no ha variado desde la antigüedad, siendo los aditivos especiales los que les dan sus características específicas.

'Vidrio'

Tipos

  • Hueco :Se obtiene por soplado (automática o artesanalmente). Ej: vasos, jarras, botes, botellas...

  • Prensado: Para ello se comprime fuertemente sobre un molde. Ej: ceniceros, ladrillos, vidrieras...

  • Plano: Está compuesto por sílice (75%), cal (10%) y carbonato sódico (10%). Se emplea en espejos, mesas, ventanas...

  • De seguridad: Se obtiene pegando entre sí varias láminas de vidrio con láminas sintéticas intercaladas (policarbonatos o metacrilatos). Cuando se rompe el vidrio, éste se queda adherido a esas láminas. Ej: lunas delanteras de los coches.

  • Pretensado: Consiste en calentar el vidrio (una vez que se ha fabricado) a una temperatura de unos 600 ºC, seguido de un enfriamiento rápido, mediante aire; con ello se consigue una mayor resistencia a los golpes y una tensión interna que hace que, en caso de rotura, se desmenuce en pequeños trozos. A este tipo de vidrios se les conoce también con el nombre de vidrios inastillables, y se emplean preferentemente en vehículos, ya que, en caso de rotura, se evitan las posibles lesiones causadas por astillas de vidrio.

  • Fibra de vidrio: Está formada por delgadísimas fibras de vidrio ("0,003 mm de diámetro) de longitud variable. En la actualidad se emplea muchísimo como aislante térmico y acústico en paredes y maquinaria, así como en la fabricación de conductos de aire acondicionado y ventilación de locales.

  • Fibra óptica: Se emplea en electrónica y comunicaciones, en sustitución de los tradicionales cables de cobre.

  • Vidrio antirreflectante: Para ello se le añade por ambas caras, durante el proceso de fabricación, elementos antirreflectantes. El vidrio obtenido prácticamente no pierde transparencia, empleándose en vitrinas, escaparates...

'Vidrio'
Características físicas

Resistencia mecánica

El vidrio tiene propiedades mecánicas que lo asemejan, por así decirlo, a los sólidos cristalinos. No es, por lo tanto, dúctil ni maleable. No sufre deformación permanente por acción de un esfuerzo, sino que alcanzado el límite de resistencia se produce su fractura. La rotura se produce siempre por un esfuerzo de tracción, no por compresión.

En líneas generales podemos decir que la resistencia intrínseca del vidrio es sumamente elevada, comparable a la del acero. Se ha determinado en finas fibras de vidrio recién fabricadas tensiones de roturas del orden de 1.000.000 de libras por pulgada cuadrada.

Si quisiéramos medir la resistencia mecánica del vidrio, referida a su capacidad para soportar los impactos, podrían usarse algunos de los procedimientos empíricos conocidos, que consisten esencialmente en dejar caer un péndulo de un peso dado, desde alturas crecientes medidas, hasta que se rompa, o bien, en dejar caer el propio envase desde alturas crecientes hasta romperlo, o recurrir al uso de sacudidores mecánicos, en condiciones determinadas, observando los efectos producidos.

Resistencia térmica

Ésta es una propiedad importante que se pretende en la mayoría de los vidrios, particularmente en aquellos que, como ocurre en muchos productos alimenticios y medicinales, deban soportar en su utilización cambios de temperatura relativamente bruscos, en especial, en los procesos de lavado, llenado en caliente, pasteurizado, esterilización, uso con comidas, etc.

Respecto de esta resistencia, debemos señalar que la rotura no se produce por el cambio de temperatura en sí, sino por el esfuerzo mecánico de tracción provocado por el salto térmico. Éste no es más que un medio para producir esfuerzos de tracción debido a las contracciones desiguales producidas por el enfriamiento más o menos brusco del ensayo.

Si quisiéramos englobar en una fórmula empírica los factores enunciados que influyen en la resistencia térmica, tendríamos la siguiente relación aplicable a objetos similares:

'Vidrio'

Donde cada variable expresa:

- T: el salto de temperatura que puede soportar el artículo o resistencia térmica.

- P: la resistencia a la tracción del vidrio

- : el coeficiente de dilatación

- e: el espesor del artículo

- f: un factor de proporcionalidad

Puntos característicos

Existen 4 temperaturas que catalogan los distintos tipos de vidrios:

'Vidrio'

Temperatura de trabajo: la viscosidad del vidrio es suficientemente baja como para permitir el moldeo por cualquiera de los métodos comunes.

Temperatura de ablandamiento: el vidrio se deforma bajo su propio peso rápidamente y comienza a adherirse a otros objetos.

Temperatura de recocido: las tensiones internas del vidrio son sustancialmente eliminadas por fluencia en 15 minutos.

Temperatura de tensiones: es la temp. mínima de eliminación práctica de tensiones, para lo cual en este punto se requerirá alrededor de un día. A esta temp. el vidrio es ya un sólido rígido.

Datos técnicos

  • Coeficiente de dilatación lineal: 9" 106 m/°C

  • Conductividad térmica: 0,002 cal/cm s °C

  • Calor específico: 0,150 cal/g °C

  • Constante dieléctrica relativa: vidrio pyrex: 4,5.

Reciclado

El primer paso en el proceso de reciclado de vidrio es la limpieza. Aunque el vidrio se encuentre mezclado en distintos colores, no influye para la producción de nuevos envases, ya que al vidrio de color, se lo trata con decolorante. Es por eso la importancia del blanco, ya que es mas puro y minimiza el uso de decolorante.

En primer lugar, se retira el grueso de plástico que contienen los envases, después, el vidrio es lavado en una especie de "lavarropas", el cual le va quitando los vestigios de tierra o de grasa que pueda poseer. Una vez que está limpio, va pasando por distintos tamices y martillos, en los que se va moliendo hasta lograr la granulometría necesaria. El próximo paso es por un recipiente especial con imanes donde quedan los restos de metal. Una vez finalizado este proceso, se funde en un horno a 1.600 grados centígrados en una proporción de 50% de vidrio reciclado y 50% de materia virgen, para lograr, como resultado final, los nuevos envases de vidrio. El proceso desde que entra al horno, hasta obtener nuevos envases de vidrio, dura 24 horas.

Botella vieja es igual a botella nueva. Esto es lo que ocurre en el caso de que se depositen los envases de vi­drio en los contenedores para su reciclado. Se trata del único material que puede ser recuperado en su totalidad. La cultura y la economí­a de los residuos tiene su máxima expresión en este tipo de material. Una vez sometido al proceso de recuperación, las pérdidas son mínimas, por lo que el uso generalizado de envases reciclados favorecería la no sobreexplotación de cientos de miles de canteras en todo el mundo. Utilizar los contenedores verdes ubicados en las ciudades es una buena forma de colaborar en la protección del medio ambiente global. Si a esta acción se une el reciclado de papel, cartones, materia orgánica, aceites, etc, podremos reducir considerablemente el impacto que el hombre produce en la Tierra.

 

  • De cada kilogramo de envase de vidrio reciclado se obtiene un kilogramo de nuevos envases.

  • Un kilogramo de envases de vidrio usado ahorra 1,2 kilogramos de materia prima.

  • Una tonelada de envases de vidrio usados ahorra 130 kilogramos de combustible, especialmente fuel.

Desde que las diferentes administraciones comprobaron la necesidad de fomentar la selección de los residuos urbanos y su posterior reciclado, en Europa se ha experimentado un importante crecimiento en cuanto a las cantidades de vi­drio depositadas en los contenedores y servicios de recogida. En los últimos años la media de recogida ha sido de alrededor de 400.000 toneladas más cada año. Según los últimos datos de la UE, referentes al año 1998, los ciudadanos europeos depositaron para su recuperación algo más de ocho millones de toneladas de envases de vi­drio. En España, la cifra también se puede considerar muy positiva, ya que fueron 567.000 las toneladas depositadas por los ciudadanos para ser recicladas.

La próxima entrada en vigor de la obligación de los ayuntamientos de poner en marcha la separación doméstica de residuos, incrementará de forma considerable la recuperación de materiales que pueden ser reutilizados. Esta normativa obligará a las familias a tener en casa tres tipos de cubos de la basura, para depositar materia orgánica, papeles y vidrios.

El vidrio

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