Vidro

Na súa forma pura, o vidro é un material transparente, relativamente forte, resistente, esencialmente inerte e bioloxicamente inactivo, que pode ter superficies moi lisas e impermeables. Estas propiedades desexables conducen a un gran número de usos. O vidro é fráxil e quebra en anacos afiados. Estas propiedades poden modificarse, ou mesmo mudar enteiramente, coa adición doutros compostos ou con tratamento de calor.

Coloridos vasos de vidro.

O vidro é un material duro, fráxil e transparente. A pesar de comportarse como sólido, é un líquido arrefecido, amorfo (sen estrutura cristalina). O vidro común obtense por fusión, arredor dos 1 250ºC, de dióxido de silicio , (SiO₂), carbonato de sodio (Na₂CO₃) e carbonato de calcio (CaCO₃). A súa manipulación só é posible mentres está fundido, quente e maleable.

As Nacións Unidas declararon o 2022 como Ano Internacional do Vidro..

Historia do vidro

O vidro na antigüidade

Os primeiros obxectos de vidro que se fabricaron foron doas de colar ou abelorios. É probábel que foran artesáns asiáticos os que estabeleceron a manufactura do vidro en Exipto, de onde proceden as primeiras vasillas producidas durante o reinado de Thutmose III (1504-1450 a.C.). A fabricación do vidro floreceu en Exipto e Mesopotamia até o 1200 a.C. e posteriormente cesou case por completo durante varios séculos. Exipto produciu un vidro claro, que contiña sílice pura; e coloreábano de azul e verde. Durante a época helenística Exipto converteuse no principal provedor de obxectos de vidro das cortes reais. Mais foi nas costas fenicias onde se desenvolveu o importante descubrimento do vidro soprado no século I a.C. Durante a época romana a manufactura do vidro estendeuse polo Imperio.

Composición do vidro

Os produtos vítreos compóñense de:

• Elemento vitrificable. Sílice nun 70-73 %. A pastosidade da sílice prodúcese por encima dos 1700 °C.
• Elemento fundente. Únese o óxido de sodio e o óxido de potasio nun 13-15%.
• Elementos estabilizantes. Materiais que fagan inalterábel ao vidro fronte á auga. Adoita ser o óxido de cal en cantidade dun 8-13%.
• Óxidos que lle confiren ao vidro unha boa resistencia aos axentes atmosféricos.
• Para certos tipos de vidro a incorporación de óxidos metálicos permiten colorealos na súa masa.

Tipos de vidro segundo a súa composición

• Vidro calcosódico ou vidro de cal. Chamado tamén vidro común ou ordinario. Obtense por fusión conxunta de cuarzo, sulfato de sosa e carbonato cálcico, engadidos mediante o calcín. Ten tonalidades que van do azul ao amarelo ou ao verdoso. É o material vítreo por antonomasia con numerosas aplicacións na construción e na industria.
• Vidro calcopotásico (vidro de Bohemia). Formado por silicato de calcio e potasio. é incoloro aínda en grandes grosores e ten unha boa resistencia química ante os ácidos e bases.
• Vidro de sílice. Composto de sílice pura e obtido pola fusión de area de cuarzo. é un vidro de gran calidade con boas propiedades ópticas.
• Vidro ao chumbo. Úsase como estabilizante o óxido de chumbo en lugar da calcaria. Ten un extraordinario brillo, transparencia absoluta, e un timbre fino e sonoro á percusión.
• Vidro ao borosilicato (vidro bórico). Utilízase como fundente o óxido bórico. Require maior temperatura de fusión e acostuma ser máis difícil de fabricar que os anteriores. Presenta unha gran resistencia ao choque térmico e pequena dilatación térmica.

Fabricación do vidro

Botellas de cervexa dispostas para seren machucadas e utilizadas como materia prima para novas botellas.

• Materias primas. As máis usadas son:
• A area limpa, que nos proporciona o anhídrido silíceo.
• O bórax.
• O feldespato e o caolín.
• O carbonato sódico, que nos proporciona o óxido potásico.
• A calcaria, a dolomita, que nos da o cal.
• O litarxirio.
• Tamén se usan cantidades importantes de vidro roto.

Unha vez analizadas ditas materias e sabendo o tipo de vidro que se quere fabricar, determinaremos as dosificacións da fornada.

Forno de fusión de vidro nunha lámina antiga tomada da "Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers".

• Preparación e fusión

Unha vez obtida a mestura das materias primas, transpórtase esta ao forno, onde ten lugar a fusión. En primeiro lugar, cara aos 800 °C, comeza a fusión dos compostos alcalinos tales como o cal e outras bases que ao xuntarse coa sílice reaccionan dando silicatos dobres. Por outra parte, os carbonatos, sulfatos e nitratos desprenden gases na súa descomposición que fan ferver violentamente a masa. A 1200 °C, a masa vólvese transparente.

Na segunda parte a fusión é máis lenta e dificultosa, e en ela trátase de eliminar tódalas burbullas pequenas que puideran quedar. Para iso diminúese a viscosidade da masa (1400-1500 °C) o cal se consegue engadindo fundentes ás materias primas, ou ben incorporando ao forno produtos que xeren moitos gases durante os últimos momentos da fusión: desgasificación, liberación dos gases. Por último, a temperatura redúcese en 200-300 °C co fin de conseguir a viscosidade adecuada para o moldeo.

Moldeo dos vidros

Moldeando vidro na Real Fábrica de Cristais da Granxa de San Ildefonso (Segovia).

• Manual: soprado.
• Mecanizado: flotado, coado, laminado, prensado.

Flotado

O vidro fúndese nun forno continuo de grandes dimensións e despois de afinado e acondicionado faise caer, en forma de lámina, sobre unha ampla canle situada á saída do forno, a través do cal penetra nunha cámara onde transcorre a etapa principal de todo o proceso. A lámina de vidro é recibida dentro desta cámara sobre un baño de estaño fundido, duns 30 cm de profundidade, e flotando sobre el esténdese e avanza horizontalmente. Ao saír desta cámara pasa por un longo túnel onde sofre a operación de recocido e finalmente córtase.

Obtense directamente unha lámina de vidro puída por ambas caras, sen necesidade de ser sometida a ningunha operación posterior de desbastado e puído.

Coado-laminado

O vidro unha vez fundido e afinado sae ao exterior por un rebordadoiro e continúa deslizándose sobre unha peza refractaria intercalada entre este e a laminadora, que ten por obxecto repartir uniformemente a masa de vidro entre uns roletes. O rolo inferior leva gravado sobre a súa superficie o debuxo que se desexa imprimir sobre a folla de vidro en estado plástico, creándose así un vidro impreso. Optativamente, podemos embuchar na lámina de vidro, mentres este se encontra aínda en estado viscoso, unha malla metálica; para termos un vidro armado.

Prensado

A masa vítrea, ao saír do forno, vértese en moldes requecidos dos que toma a súa forma, prensándoo con contramoldes ou estampas para obter os moldeados de vidro, de grosor superior ao dos vidros planos, provistos de rebaixes, altorrelevo, estrías...

Propiedades dos vidros

Propiedades mecánicas

• Densidade. A densidade do vidro é de 2,5 kg/dm3.
• Dureza. A dureza superficial do vidro, avaliada segundo o método de Mohs é de 6,5.
• Resistencia á flexión. A tensión de rotura dun vidro é da orde de:
  • vidro recocido: 400 kp/cm2.
  • vidro temperado: 1200-2000 kp/cm2.
• Resistencia á compresión do vidro e moi elevada, aproximadamente de 10.000 kp/cm2.

Comportamento co lume

• O vidro está clasificado como non incombustible. En xeral pode facerse as observacións seguintes:
• O vidro rompe rapidamente a causa do choque térmico.
• O vidro temperado resiste mellor, pero ten pouca firmeza cando se está fragmentando.
• Os vidro armados, polos fíos metálicos que constitúen a súa malla, conservan unha cohesión, suficiente para asegurar a estanquidade ás chamas.

Propiedades térmicas

• Contrastes térmicos. O quecemento ou arrefriamento "parcial" do vidro orixina na súa masa unhas tensións que provocan a súa rotura. Para produtos recocidos non deben de localizarse diferenzas de temperatura superiores a 25 °C. O tempero permite ao vidro soportar diferenzas de temperaturas de ao redor 200 °C.
• Resistencia ao choque térmico. Para os produtos recocidos adoita ser de 60 °C e para os produtos temperados da orde de 240 °C.

Propiedades acústicas

A transmisión dos sons aéreos das paredes efectúanse simultaneamente de diferentes maneiras:

• Por filtración e difracción
• Por vibración da parede.

A través dunha parede non porosa como o vidro, a transmisión dun son aéreo depende, pois, esencialmente de:

• A súa masa e a súa rixidez.
• O seu modo de fixación.

Canto maior sexa o grosor, peso e independencia do vidro coa carpintaría, menos entrará en vibración e máis illará.

Características luminosas

Da enerxía transportada por unha onda luminosa ao incidir sobre un vidro en calquera dirección, unha parte é reflectida, outra é absorbida na súa masa, e o resto, emerxe na mesma dirección. O coñecemento do factor de transmisión luminosa dun vidro, permítenos fixar un valor aproximado do nivel de luminosidade dispoñíbel no interior dun local cando se coñece o nivel de iluminación exterior.

Esta relación denominase factor de luminosidade de día, ou máis sinxelamente, factor de día.

Factores enerxéticos

• Factor solar. O factor solar é a relación entre a enerxía total que entra nun local a través dun encristalamento, e a enerxía solar que incide sobre dito encristalamento. Esta enerxía total é a suma da enerxía solar que entra por transmisión directa e a cedida polo envidramento ao interior do local como consecuencia da súa absorción enerxética.
• Efecto invernadoiro. A enerxía solar que entra nun local a través dun encristalamento é absorbida polos obxectos e paredes interiores, que ao quecerse, emiten radiacións caloríficas de longa lonxitude de onda (superior a 5 nm). Os vidros ao seren practicamente impermeables ás radiacións de lonxitude de onda superior a 5 nm, fai que a enerxía solar que pasa a través dun encristalamento, encóntrase retida no interior do local, facéndolle a este a elevala temperatura.

Propiedades químicas

Gran resistencia agás aos fosfatos e aos alcalinos. Para evitar ataques químicos descalcifícase a superficie. Isto conséguese cun puído ao fogo ou un tratamento químico.

Os vidros cun pH < 7 son inalterábeis.

Reciclaxe do vidro

Contedor para a reciclaxe de vidro.

O vidro é un material totalmente reciclábel e non ten límite na cantidade de veces que pode ser reprocesado. Ao reciclalo non se perden as propiedades e afórrase unha cantidade de enerxía de arredor do 30% con respecto a un vidro novo.

Para a súa adecuada reciclaxe o vidro é separado e clasificado segundo o seu tipo, o cal, polo común, está asociado á súa cor. Unha clasificación xeral é a que divide aos vidros en tres grupos: verde, ámbar e transparente. O proceso de reciclado logo da clasificación do vidro require que todo material alleo sexa separado como son tapas metálicas e etiquetas, logo o vidro é triturado e fundido xunto con area, hidróxido de sodio e calcaria para fabricar novos produtos que terán idénticas propiedades con respecto ao vidro fabricado directamente dos recursos naturais.

En certos casos o vidro é reutilizado, antes que reciclado. Non se funde, senón que se volve a utilizar unicamente lavándoo. En acristalamentos, tamén se pode aproveitar o vidro cortándoo novamente (sempre que se necesite unha unidade máis pequena).

Produtos do vidro

Segundo o seu proceso térmico pode ser:

• Vidro recocido. Unha vez moldeado, é sometido a un tratamento de recocido para eliminar e repartir as tensións de arrefriamento.
• Vidro temperado. Partindo do vidro recocido sométese a un proceso térmico, o tempero.

Dependendo do acabado superficial:

• Cristal (“luna”). Vidro transparente ou de cor, de caras perfectamente planas e paralelas. Grosores de 2, 3, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 15, 19 mm.
• Vidro impreso. Son vidros translúcidos, que levan gravados debuxos nas súas caras.

Vidros impresos

Un vidro impreso.

Son produtos translúcidos, nos cales o raio luminoso ao atravesalo sofre difusións máis ou menos intensas, pola cal a visión ao seu través é borrosa. Poden ser de cor. Aplícase en portas e cerramentos de ocos fixos ou practicábeis, nos que non sexa necesario a transparencia, pero si o paso da luz. Grosor máximo de 10 mm.

Vidros de seguridade

Son aqueles vidros planos sometidos a tratamentos tales que ao fracturarse fano en fragmentos pequenos non cortantes ou os fragmentos fican unidos grazas a outros materiais. Considéranse vidros de seguridades os laminares, os aramados, os temperados...

Vidros laminares

Sección de vidros laminares.

Son vidros de seguridade compostos por dous ou máis cristais unidos intimamente por interposición de láminas de materia plástica (butiral de polivinilo).

O produto obtido ten a mesma transparencia que calquera vidro do mesmo grosor, e pode recibir calquera tipo de manufacturas. Na fabricación deste vidro pódese combinar todo tipo de cristais incoloros, de cor, reflectantes, resistentes ao fogo... En caso de rotura, os cachiños de vidro quedan adheridos ao butiral, permanecendo o conxunto dentro do marco, proporcionando seguranza ás persoas e impedindo a entrada ao seu través. É un bo illante acústico; o seu coeficiente de transmisión térmico é semellante ao dun vidro monolítico de igual grosor; os valores de resistencia a flexión, tracción e compresión variarán en función dos compoñentes (recocidos ou temperados) e do número de follas que o compoña, xa que o conxunto non se comporta como un cristal monolítico do mesmo grosor.

Variando a natureza, número e grosor dos seus compoñentes obtéñense conxuntos de características diferentes, podendo variar a súa resistencia para proporcionar dende unha seguranza física até unha protección antibalas. Así temos:

• Vidros de seguranza física: resistente a caídas de persoas, impactos fortuítos etc; utilizado en acristalamento de antepeitos, grandes superficies, instalacións deportivas, lucernarios, cubertas de vidro, portas acristaladas e ventás de edificios escolares etc. Ventás de piscinas e acuarios. Acristalado de automóbiles. Grosor de 6 a 10 mm.
• Antiagresión / antirroubo: resistente a impactos intencionados de obxectos contundentes, cócteles molotov. Empregado en escaparates, expositores de obras de arte, protección de ditas obras etc. Grosor de 13 a 20 mm.
• Antibalas: resistente a impactos de munición de arma lixeira: curta, longa e de caza. Portelos de caixas de aforros, instalacións militares, instalacións penitenciarias, farmacias, administracións de lotaría... Grosores de 23 a 61 mm.

Vidros armados

Vidro armado.

Son vidros planos (transparentes ou impresos) obtidos por coada continua e laminación, que durante o proceso de fabricación colocouse no interior da súa masa unha malla metálica soldada de retícula cadrada. Ao crebarse, os cachiños de vidro fican retidos pola malla. Teñen grosores de 6 a 7 mm.

Aplícanse en ventás de naves industriais, portas de ascensores... en xeral en pechamentos de ocos onde se pretenda seguridade contra cortes de persoas así como ventás de difícil acceso. Cubertas de vidro. Non debe empregarse en encristalamentos múltiples.

Vidros temperados

O temperado consiste en someter os produtos vítreos a temperaturas elevadas e arrefrialos bruscamente. O cristal ou o vidro impreso, unha vez manufacturado, é introducido nun forno eléctrico que eleva a temperatura do cristal a uns 700 °C, a continuación é sacado do forno e arrefriado bruscamente. Este tratamento transforma o vidro recocido nun produto distinto, ao conferirlle características totalmente novas, aumentando considerablemente a resistencia mecánica, así como a resistencia ao choque térmico.

O vidro temperado e impreso é o da marca comercial CLARIT que pode ter grosores de até 11 mm. O vidro simplemente temperado responde á marca de SECURIT, de grosores que van dende os 4 e os 11 mm.

Propiedades

Resistencia ao impacto elevada. A resistencia á compresión é de 10.000 kp/cm2. A tensión de rotura a flexión varía de 1.200 a 2.000 kp/cm2. A resistencia ao choque térmico é duns 240 °C. Todas as manufacturas deben realizarse antes de temperalo vidro. En caso de fractura, fracciónase en pequenos cachos redondos non cortantes diminuíndo o perigo de accidentes.

Aplicacións

Encristalamentos en xeral e sobre todo en zonas onde a rotura do vidro pode danar ás persoas. Non se pode empregar en cubertas de vidro.

O cristal temperado e o vidro impreso temperado en grosores de 10 mm poden aplicarse en portas e instalacións, nos que os volumes de vidro son enlazados por pequenas pezas metálicas, sen ningún outro perfil nin elemento de suxeición.

Vidros non planos

Perfís de vidro en forma de “U” (U-GLASS)

Perfil de vidro en forma de U.

Perfil de vidro translúcido fabricado por coado-laminado e posterior moldeado (armado ou sen armar), con sección en forma de “U” de gran rixidez, que permita a construción de grandes paramentos sen necesidade de intercalar perfís metálicos, a excepción dos que formen o bastidor perimétrico. O perfil armado leva oito fíos de aceiro inoxidábel introducidos lonxitudinalmente na masa do vidro. Esta armadura dálle seguridade ao produto, xa que impide o desprendemento dos cachos de vidro en caso de rotura, factor importante cando se aplica en cubertas e lucernarios. A especial conformación do perfil permite realizar tres sistemas distintos de colocación en obra: en peite, en greca e en cámara.

Pódense construír cerrumes verticais (planos, curvados ou poligonais), inclinados e horizontais. A súa lonxitude máxima é de 6 metros.

Vidros moldeados

Vidro moldeado dobre.

Son pezas de vidro de vidro translúcido, macizas ou ocas, que se obteñen polo prensado dunha masa fundida de vidro nuns moldes dos que toma a súa forma. Destínanse á construción de forxados e paramentos verticais. Poden ser sinxelos ou macizos, cun só elemento macizo construído no molde; ou dobres, formados por dous elementos independentes que, soldados entre si, dan lugar a unha soa peza con cámara de ar. Teñen propiedades de illamento térmico, atenuación acústica e boa resistencia ao lume.

Unidades de acristalamento illantes térmico-acústicos

Conxunto formado por dous ou máis cristais, separados entre si por cámara de aires deshidratado. A separación entre cristais está definida por un perfil intercalado metálico en cuxo interior introdúcese o produto secante que absorbe a humidade do aire contido entre os cristais e a estanquidade está garantida por unha dobre selaxe perimétrica, resistente aos axentes atmosféricos. A primeira selaxe realízase sobre o marco separador, antes da montaxe dos vidros. O segundo e definitivo, úsase polisulfuro unha vez realizada a montaxe.

As dimensións máximas son de 350x250 cm. As dimensión mínimas non deben ser inferiores a 39x39 cm. Fabrícanse con cámara de aire de 6, 8 e 12 cm de grosor e combinando cristais transparente con cristais de cor, reflectante, impresos, laminar.

Tipos:

• Dobre: formado por dous cristais e unha cámara de ar.
• Triplo: formado por tres cristais e dúas cámaras de ar.

Características.

• Eleva o confort térmico dos locais ao eliminar o efecto “vidro frío” nas zonas próximas ao encristalamento, constituíndo un excelente illante térmico reducindo as perdas da calor en máis dun 40 %.
• Evita as condensacións no interior da cámara, polo que mantén sempre a súa transparencia.
• Reduce os ruídos que chegan do exterior.

Vidros especiais

Vidro resistente ao lume

Dobre envidramento composto por dous cristais temperados ou dous cristais laminares, separados cun marco periférico con dobre barreira de estanquidade, e por un xel transparente e incoloro que ten como misión absorber as radiacións caloríficas en caso de incendio.

Vidros parachamas

Vidro temperado transparente de alta resistencia. Produto clasificado como parachamas substituíndo os vidros armados nesta aplicación. É un vidro de seguridade, fabricado mediante tratamento específico dun monolítico habitual.

Vidros devasa

Vidro de alta resistencia mecánica con tratamento de capa especial. É resistente ao choque térmico.

Aplicable en todos os casos onde se precise o uso de acristalamentos contra o lume e especialmente en exteriores onde a súa baixa radiación impide a propagación vertical do fogo.

Vidros reflectantes

Son vidros de baixa emisividade. Cristal cunha das súas caras reflectante obtida mediante unha capa metálica depositada por pirólise (ou por pulverización catódica en baldeiro, “cool-lite”). Poden ser temperados, incorporado no encristalemento illante ou formar parte do vidro de seguranza laminar. A súa tonalidade é prata por reflexión e bronce por transmisión. Grosores de ata 10 mm

Vidro antirreflexo

Vidro tratado por ambas caras coa intención de conseguir unha textura superficial que reduza a reflexión da luz sen distorsionar as cores. A principal aplicación deste vidro é o encristalemento e protección de cadros.

Derivados do vidro

Fibra de vidro

Veo de fibra de vidro.

A fibra de vidro é unha fibra mineral fabricada a partir de diferentes tipos de vidro. Para a súa fabricación pártese de mesturas de materias primas ricas en calcaria para favorecer a lixeireza de peso e a estabilidade química.

Obtense por dous procedementos:

• Por centrifugado da masa vítrea.
• Por peneirado da masa ao facela pasar por finos borteis.

O diámetro medio das fibras vén a ser de 20 a 25 micrómetros. Un metro cúbico de fibra de vidro pesa 60 kg. Soporta temperaturas de 500 °C.

Os produtos poden presentarse:

• Espidos.
• Revestidos dun complexo.

Fibra de vidro para aplicacións "in situ". É a fibra de vidro con ou sen aglomerar e presentada en sacos.

• Fibra para inxectar. É a fibra de vidro cortada, presentada en forma de nódulos ou flocos con aglomerante.
• Fibra de vidro para proxectar. É a fibra cortada, presentada en forma de nódulos ou flocos sen aglomerante.
• Fibra para recheo. É a fibra de vidro sen cortar e sen aglomerantes, que se utiliza para recheo.

Paneis. É a fibra de vidro aglomerada con ou sen revestimento e presentada en forma de paralelepípedos rectangulares.

Coquillas. É a fibra de vidro aglomerada e presentada en forma de cilindros anulares

Burlete. É a fibra de vidro aglomerada ou non, presentada en forma de cordón.

Produtos moldeados. É a fibra de vidro aglomerada e presentada en calquera forma concreta distinta das contempladas anteriormente.

Aplicacións

O emprego da fibra de vidro en construción é, fundamentalmente como illante térmico e absorbente acústico. As coquillas para illamento de tubos e conducións de auga quente.

Vidro celular

Vidro celular.

Vidro obtido por fusión de po vítreo, onde un proceso termo-químico no po do vidro ao fundirse créanse células en estado de parcial baleiro e pechadas entre si, polo cal non se comunican. Produto de cor gris escura. Densidade moi lixeira (170 kg/m³). Impermeábel. Bo illante térmico e acústico.

O seu emprego fundamental é como illante térmico. Prevén as humidades de condensación e ofrece illamento e protección de resistencia ao fogo. Considérase incombustible.

Comercialízase en placas duns 3 cm de grosor e 30x50 cm de superficie.

Véxase tamén

Ligazóns externas

• Corning Museum of Glass, especially Research, Teach, and Learn section.
• Is glass liquid or solid?^{[Ligazón morta]} by Philip Gibbs on the spr USENET physics FAQ
• Antique windowpanes and the flow of supercooled liquids
• article on the non-flowness of glass
• Page devoted to the AFU glas flow controversy, with links to citations^{[Ligazón morta]}
• https://web.archive.org/web/20050829072939/http://webs.sinectis.com.ar/mcagliani/hvidrio.htm