Proyecto

VIDRIO AUTOMOTRIZ

Fabricación de vidrio
El ingrediente principal del vidrio es la sílice, obtenida a partir de arena, pedernal o cuarzo.
Cómo se hace el vidrio
Los tres componentes básicos empleados en la fabricación del vidrio son: arena, carbonato de sodio y calcáreos. La arena de sílica es la materia prima básica en la fabricación del vidrio, pero requiere muy altas temperaturas para fundirse. Agregando carbonato de sodio - fundente- a la arena, ésta puede ser fundida a menor temperatura. Pero el resultado es un vidrio soluble en agua. Para resolver este inconveniente se agrega un estabilizador a base de calcio. Estas materias primas más el agregado de algunas otras sustancias con diferentes propiedades dan lugar a una gran variedad de tipos de vidrio.

Cuando las materias primas se calientan se transforman en una sustancia líquida. A medida que este líquido se enfría, aumenta su viscosidad hasta que el vidrio se endurece. En esta etapa se generan tensiones y si el enfriamiento es demasiado brusco, éstas no pueden liberarse y provocarán la rotura del vidrio en pequeños trozos, al solidificarse. No obstante, esto puede evitarse controlando el enfriamiento del vidrio mediante un tratamiento térmico de recocido.
En los procesos de flujo continuo, donde se emplea maquinaria automática, se utiliza un horno construido de material refractario especial, para fundir las materias primas y producir vidrio en gran escala.

El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta (de producción continua) por medio de una tolva. El horno se calienta con quemadores de gas o petróleo. La llama debe alcanzar una temperatura suficiente, y para ello el aire de combustión se calienta en unos recuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de que llegue a los quemadores. El horno tiene dos recuperadores cuyas funciones cambian cada veinte minutos: uno se calienta por contacto con los gases ardientes mientras el otro proporciona el calor acumulado al aire de combustión. La mezcla se funde (zona de fusión) a unos 1.500 °C y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene lugar el recocido. En el otro extremo del horno se alcanza una temperatura de 1.200 a 800 °C. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación.

Vidrio (industria), sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice (SiO2) fundida a altas temperaturas con boratos o fosfatos. También se encuentra en la naturaleza, por ejemplo en la obsidiana, un material volcánico, o en los enigmáticos objetos conocidos como tectitas. 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 están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización; el calentamiento puede devolverle su forma líquida. Suele ser transparente, pero también puede ser traslúcido u opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en su fabricación.

El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma mediante diversas técnicas. En frío, puede ser tallado. A bajas temperaturas es quebradizo y se rompe con fractura concoidea (en forma de concha de mar).

Color
Las impurezas en las materias primas afectan al color del vidrio. Para obtener una sustancia clara e incolora, los fabricantes añaden manganeso con el fin de eliminar los efectos de pequeñas cantidades de hierro que producen tonos verdes y pardos. El cristal puede colorearse disolviendo en él óxidos metálicos, sulfuros o seleniuros. Otros colorantes se dispersan en forma de partículas microscópicas.

Propiedades físicas

Según su composición, algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de sólo 500 °C; en cambio, otros necesitan 1.650 ºC. La resistencia a la tracción, que suele estar entre los 3.000 y 5.500 N/cm2, puede llegar a los 70.000 N/cm2 si el vidrio recibe un tratamiento especial. La densidad relativa (densidad con respecto al agua) va de 2 a 8, es decir, el vidrio puede ser más ligero que el aluminio o más pesado que el acero. Las propiedades ópticas y eléctricas también pueden variar mucho.

Moldeado

Los principales métodos empleados para moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado. Todos estos procesos son antiguos, pero han sufrido modificaciones para poder producir vidrio con fines industriales. Por ejemplo, se han desarrollado procesos de colado por centrifugado en los que el vidrio se fuerza contra las paredes de un molde que gira rápidamente, lo que permite obtener formas precisas de poco peso, como tubos de televisión. También se han desarrollado máquinas automáticas para soplar el vidrio.

Vidrio tensionado

Es posible añadir tensiones de modo artificial para dar resistencia a un artículo de vidrio. Como el vidrio se rompe como resultado de esfuerzos de tracción que se originan con un mínimo arañazo de la superficie, la compresión de ésta aumenta el esfuerzo de tracción que puede soportar el vidrio antes de que se produzca la ruptura. Un método llamado temple térmico comprime la superficie calentando el vidrio casi hasta el punto de reblandecimiento y enfriándolo rápidamente con un chorro de aire o por inmersión en un líquido. La superficie se endurece de inmediato, y la posterior contracción del interior del vidrio, que se enfría con más lentitud, tira de ella y la comprime. Con este método pueden obtenerse compresiones de superficie de hasta 24.000 N/cm2 en piezas gruesas de vidrio. También se han desarrollado métodos químicos de reforzamiento en los que se altera la composición o la estructura de la superficie del vidrio mediante intercambio iónico. Este método permite alcanzar una resistencia superior a los 70.000 N/cm2.

Propiedades o función

Oxido, nombre vulgar
SiO2 Sílice, Base de los vidrios comerciales
Na2O, actúa como fundente para el sílice
CaO Cal, da al vidrio resistencia química que de otra manera le faltaría debido a la solubilidad en agua de Na2O.
MgO Magnesia, presente como impureza o sustituto de CaO
Al2O3 Alúmina, da al vidrio mayor resistencia química, menor coeficiente de dilatación y mayor libertad de desvitrificación.
K2O Potasa, resistencia química y desvitricado.

Vidrio templado o de seguridad

El vidrio de seguridad, conocido como vidrio templado, se fabrica principalmente para uso automotriz. Ello obedece a que su proceso de elaboración es muy costoso y a que tiene que ser confeccionado exactamente a la medida, ya que no admite modificaciones posteriores. Este vidrio tiene una resistencia cinco veces mayor a la del vidrio normal, además de que al romperse no se fractura en mil pedazos cortantes, sino en pequeños trozos inofensivos.

El vidrio templado es un tipo de vidrio utilizado principalmente en la industria del motor y la construcción. Para fabricarlo, el vidrio flotado se calienta gradualmente hasta una temperatura de reblandecimiento de alrededor de 700 grados Celsius para después enfriarlo superficial y muy rápidamente con aire, agua o aceite. De esta manera se consigue que el vidrio quede expuesto en su superficie a tensiones de compresión y en el interior a tensiones de tracción, confiriéndole mayor resistencia estructural y al impacto que el vidrio sin tratar, teniendo la ventaja adicional de que en caso de rotura se fragmenta en pequeños trozos inofensivos (por lo cual se le considera uno de los tipos de vidrio de seguridad). Todas las manufacturas, ya sean cortes de dimensiones, canteados o taladros deberán ser realizados previamente al templado. De realizarse posteriormente, se provocaría la rotura del vidrio.

El vidrio cuando es templado adquiere otras propiedades importantes. La resistencia a la flexión del vidrio recocido al templarlo aumenta desde 400 kp/cm2 hasta 1.200 - 2.000 kp/cm2. La resistencia al choque térmico (diferencia de temperatura entre una cara y otra de un paño que produce la rotura de éste) pasa de 60 ºC a 240 ºC.

Proceso de manufactura del vidrio flotado

El proceso del vidrio flotado consiste en cinco pasos principales:
1. Almacenamiento y procesado por lotes
2. Fundición
3. Formado y revertido
4. Recocido
5. Cortado y empacado

1.- Almacenamiento y proceso por lotes
Se prepara la materia prima para su fundición. La materia prima se guarda en el almacén, se maneja adecuadamente la materia prima para ser mezclada con el vidrio reciclado previamente molido.

2.- Fundición

El horno consiste en un horno de 6 puertos con fuego regenerativo cruzado de 25 metros de ancho po 62 metros de largo con una capacidad de 500 toneladas métricas por dia.
Las funciones principales del horno son la: fundición/refinación, terminado, regeneradores y puertos.






El recocido se lleva a cabo en un transportador figura 7de aproximadamente 6 metros de ancho y 120 metros de largo, con un gradiente de temperatura predeterminado, atreves del cual pasa el vidrio.
El resultado final del proceso de re cocimiento permite que el vidrio haya sido cuidadosamente enfriado a temperatura ambiente, evitando así la presencia de tensión indeseada.









5.- Cortado y empacado

El liston de vidrio enfriado sale del transportador de recocido y es llevado hacia el area de cortado a través de un sistema de rodillos. El vidrio pasa por la línea de inspección para eliminar cualquier defecto, el vidrio es marcado por medio de cortadores de carburo y los bordes son eliminados de las piezas extras. El vidrio recibe una aplicación de un talco como medio de separación para a los paneles ser aplicados sin que se peguen ni se rayen. El liston de vidrio se separa en paquetes para su empacado por el personal de descarga.




Templado


Mediante el enfriamiento controlado se consigue un efecto físico similar al pretensado del hormigón. Sin variar sus características químicas se consigue mejorar sus características físicas y su resistencia mecánica así como la seguridad en caso de rotura.El procedimiento consiste en calentar la pieza de vidrio (plano, hueco o volumen) hasta la "temperatura superior de recocido" (en torno a los 700 grados dependiendo de variedades y fabricantes), conseguir un enfriamiento superficial mediante ventilación controlada que consigue una lógica contracción del material y permitiendo que el interior de la masa se enfríe y contraiga posteriormente sometiendo la superficie a una tensión lógicamente supeior a la normal.
Se consigue así aumentar considerablemente la resitencia mecánica de la pieza que se convierte a sí en un monolito con tensiones internas que hacen inestable cualquier parte separada del mismo consiguiendo que la rotura sea siempre en partes pequeñas menos peligrosas que los trozos grandes.
El ejemplo más cotidiano es el vaso de duralex o el parabrisas de un coche.



Curvado

Hablando de parabrisas de coche, casi todos son curvos.
El procedimiento también es calentando lapieza de vidrio hasta conseguir la deformación deseada y dependiendo del enfriamiento obtendremos una pieza curva de vidrio templado o normal (recocido).

El vidrio curvado se utiliza de forma laminar de seguridad.




Vidrios templados de seguridad Automotriz


En la industria automotriz se utilizan vidrios de seguridad para evitar lesiones en caso de eventuales roturas, entre los cuales se encuentra el vidrio templado.


El vidrio templado

Usualmente se emplea en las ventanas traseras y laterales de los automóviles, y se obtiene mediante un proceso térmico mediante el cual el cristal es sometido a temperaturas que superan los 600º y su superficie es rápidamente enfriada con chorros de agua mientras la parte interna pierde calor en forma más lenta. Este proceso hace que se produzca tracción en las superficies y tensión en el centro de la hoja, consecuentemente las superficies del vidrio adquieren propiedades mecánicas que las hacen más resistentes que su interior, es decir que el vidrio se vuelve más sólido que un vidrio normal con el mismo grosor. En caso de eventual rotura el vidrio se partirá en pequeños fragmentos y no en forma de aristas que harán menos dañinos los cortes a las pasajeros del vehículo quienes podrán salir fácilmente por la parte trasera y por los laterales. Por el contrario, si los laterales y las lunetas fueran hechas de vidrio laminado sería prácticamente imposible para éstas personas salir de un automóvil accidentado.

Referencias documentales.

William Smith Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales
GROOVER, Mikell P. Fundamentos De Manufactura Moderna: Materiales
Procesos Y Sistemas. México: Prentice Hall Hispanoamericana, 1997. 1062p.
Pags. 300-302