Vidrio Arquitectónico

Tratamiento Térmico para Mayor Seguridad y Durabilidad

Muchos de los edificios más dramáticos y visualmente impresionantes del mundo involucran grandes extensiones de vidrio. Pero estas obras maestras arquitectónicas a menudo requieren que el vidrio sea tratado térmicamente para proporcionar durabilidad y seguridad. Existen dos tipos de procesos para el tratamiento térmico de los vidrios: templado y semi-templado. Ambos procesos se desarrollan en el mismo equipo y consisten en calentar el vidrio a aproximadamente 1200 °F (650 °C), y luego someterlo a un enfriamiento forzado para generar la compresión de la superficie y los bordes. El proceso que requiere cada vidrio depende de su aplicación específica.

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Vidrio templado

Los vidrios templados, que también se les conoce como acristalamientos de seguridad, generalmente se emplean para garantizar la seguridad de los ocupantes en casos donde exista la posibilidad de que, al romperse, los fragmentos del vidrio salgan expulsados y lastimen a las personas, por ejemplo en caso de incendio, explosión, tornados o huracanes. Debe usarse en puertas de patio, puertas de entrada, paredes laterales y otros lugares peligrosos. Cuando se rompe, el vidrio templado se rompe en miles de pequeñas partículas.

Para el proceso de templado, el vidrio se vuelve a calentar justo debajo del punto de fusion para luego enfríalo rápidamente con aire, lo que crea una mayor compresión superficial y/o compresión en el borde en el vidrio. El templado hace que el vidrio sea cuatro o cinco veces más fuerte y seguro que el vidrio recocido o sin tratar. Por lo tanto, es poco probable que un vidrio templado sufra rotura por estrés térmico.

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Vidrio semi-templado

El vidrio semi-templado generalmente se especifica cuando se necesita resistencia adicional para aguantar la presión del viento, el estrés térmico o ambos, pero no se requiere la resistencia o el patrón de ruptura de seguridad del vidrio totalmente templado. Un uso común del vidrio semi-templado es el vidrio spandrel (entrepiso). Una ventaja del vidrio fortalecido por calor es que al romperse, los fragmentos producidos tienen un tamaño y una forma que se asemejan más a los del vidrio recocido, por lo que tienden a permanecer más tiempo en la abertura que las partículas del vidrio templado. Si bien el vidrio semi-templado no es un acristalamiento de seguridad de acuerdo con los códigos de construcción, la forma en que se rompe evita que el vidrio caiga y lastime a alguien.

Para hacer vidrio semi-templado, el vidrio se vuelve a calentar después de formarse justo por debajo del punto de fusión y luego se enfría con aire más lentamente que el vidrio templado. Este enfriamiento más lento forma una superficie comprimida, que aumenta su resistencia a aproximadamente el doble de resistencia que el vidrio recocido o sin tratar.

En EE.UU., los requisitos de especificación estándar de la industria para vidrios templados o tratados térmicamente son ASTM C1048 y ANSI Z97.1, así como la Comisión de Seguridad de Productos para el Consumidor 16 CFR, sección 1201. Para vidrio semi-templado, el requisito es una compresión de superficie de 3500 a 7500 psi sin necesidad de compresión de bordes. El vidrio totalmente templado tendrá una compresión superficial mínima de 69 MPa (10 000 psi) o una compresión de borde de no menos de 67 MPa (9 700 psi).

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Efectos del tratamiento térmico de vidrios

Tanto con templado como semi-templado, la distorsión óptica de la imagen es una posibilidad. La distorsión en el vidrio se produce por diversas razones, como la presión en el acristalamiento, la resistencia al viento, los cambios de temperatura y presión barométrica, o incluso por las diferencias de altitud entre el lugar donde se produce el vidrio y el lugar de instalación. La distorsión en el vidrio puede producirse por anisotropía (patrones de tensión) en el vidrio con tratamiento térmico o por patrones de interferencia durante la fabricación de unidades de vidrio aislante. Debido a su alta fluidez a altas temperaturas, el vidrio también es inherentemente susceptible a combarse, deformarse o desarrollar ondas de rodillo (fenómenos en inglés conocidos como bow, warp y roller wave) durante el tratamiento térmico.

Para minimizar el posible impacto de la distorsión en el vidrio propia de los procesos de tratamiento térmico, recomendamos:

  • Producir todos los vidrios con tratamiento térmico de un proyecto determinado en el mismo equipo, con los mismos parámetros de procesamiento.
  • Usar vidrio más grueso posible, ya que es menos propenso a distorsionarse.
  • Orientar el vidrio tratado térmicamente de manera que la onda del rodillo (la onda periódica que se imparte al vidrio durante el tratamiento térmico, medida por la distancia entre el pico y el valle) quede paralela al alféizar de la ventana.

Calidad óptica y planicidad del vidrio con tratamiento térmico

Si bien la planicidad del vidrio tratado térmicamente es un factor tanto de apariencia como de su calidad óptica, otros factores, como la onda del rodillo (roller wave), pesarán mucho más. Es por eso que no existe un estándar industrial para la planicidad del vidrio tratado térmicamente. Una especificación común para la lisura del vidrio tratado térmicamente es 0.005 pulgadas (cinco milésimas de pulgada) o menos en un área de 12 pulgadas; sin embargo, con el advenimiento de la inspección electrónica en línea, Vitro recomienda especificar la planicidad del vidrio tratado térmicamente con un cálculo formulado o una clasificación de milidioptría. La clasificación de milidioptría se calcula factorizando el diámetro del rollo y la distancia, en el centro, entre los rodillos para llegar a una clasificación expresada en una tolerancia +/-. Una tolerancia de +/-120 sobre el 90% de la superficie de vidrio sería un ejemplo de un requisito de planicidad muy agresivo para grandes edificios comerciales y limitaría significativamente el grupo de proveedores potenciales de fabricación de vidrio.

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Método de impregnación de calor (heat-soaking)

La impregnación de calor (conocida en inglés como heat-soaking) es un proceso utilizado para ayudar a reducir la incidencia de rotura espontánea debido a inclusiones inusuales e infrecuentes de sulfuro de níquel (NiS) o daños en vidrio templado durante su procesamiento y antes de que llegue al campo. Este proceso implica colocar vidrio templado dentro de una cámara y elevar la temperatura a aproximadamente 550 ºF (287 ºC) para acelerar la expansión del sulfuro de níquel y hacer que el vidrio se rompa en la cámara de impregnación de calor, reduciendo así el riesgo de rotura potencial en el campo.

La mayoría de los expertos están de acuerdo en que el método de impregnación de calor no garantiza una eliminación del 100% de la posible rotura espontánea. Además, el proceso puede crear otros riesgos. Consulta el documento técnico (disponible en inglés) TD-138 para ver un análisis más completo del tema.

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Documentos técnicos

Vitro cuenta con diversos documentos técnicos (TD) en inglés relacionados con los vidrios fortalecidos por calor y templados:

Vidrio semi templado versus vidrio templado

Te invitamos a conocer la diferencia entre el vidrio templado y el semi-templado en este video educativo.

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