Produccion De Vidrio

TRABAJO COLABORATIVO No. 1

PROCESOS QUIMICOS

ROBINSON ALEJANDRO SAMACA PLAZAS

sositop@hotmail.com

EILÍN JHONARA MORENO ACEVEDO

jhonaramoreno@hotmail.com

JOSÉ FRANCISCO CANTILLO

cantillojose@hotmail.com

DOMINGO ANTONIO MEDINA SANCHEZ

TUTOR

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

INGENIERIA INDUSTRIAL

CEAD SOGAMOSO-GIRARDOT

OCTUBRE DE 2011

INTRODUCCIÓN

El uso del vidrio se conoce desde el tiempo de los egipcios hace 4000 años, se utilizaba para la protección de objetos pequeños, y desde entonces su fabricación ha evolucionado. Es un material inorgánico duro, frágil pues el vidrio es una sustancia amorfa fabricada a partir de sílice fundida a altas temperaturas con boratos o fosfatos, se dice que es sustancia amorfa pues no es líquida ni sólida, si no que se halla en un estado vítreo en la que las unidades moleculares aun que están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización (sub enfriado), su color varía de acuerdo a los ingredientes empleados en su fabricación.

Desde los inicios ha sido utilizado para la fabricación de utensilios de cocina, joyas, objetos decorativos y ornamentales entre otros.

OBJETIVOS

1. Reconocer e identificar las propiedades fisicoquímicas de las diferentes clases de vidrios.

2. Reconocer e identificar las operaciones unitarias que existen en la fabricación del vidrio.

3. Reconocer los usos y procesos industriales que se pueden obtener a partir de la materia prima del vidrio.

DESCRIPCIÓN PROPIEDADES FISICO- QUIMICAS DEL VIDRIO

GENERALIDADES DE LOS VIDRIOS.

Los vidrios son materiales cerámicos no cristalinos; se denominan como materiales amorfos (desordenados o poco ordenados), inorgánicos, de fusión que se ha enfriado a una condición rígida sin cristalizarse. El vidrio es una materia inerte compuesta principalmente de silicatos. Es duro y resistente al desgaste, a la corrosión y a la compresión. Anteriormente la materia prima para la fabricación del vidrio eran solamente las arcillas. Con el paso del tiempo se fueron implementando nuevos elementos a la fabricación del vidrio para obtener diferentes tipos.

En la actualidad muchos materiales desempeñan un papel importante, pero las arcillas siguen siendo fundamentales.

ESTRUCTURA ATOMICA DEL VIDRIO

Las estructuras vítreas se producen al unirse los tetraedros de sílice u otros grupos iónicos, para producir una estructura reticular no cristalina, pero sólida (figura 1).

PROPIEDADES FISICAS

COLOR

En cuestiones del color en los vidrios, el color es originado por los elementos que se agregan en el proceso de fusión, llamados colorantes (Tabla 1).

ELEMENTO COLOR

Óxido de cobalto Rojo azulado

Óxido ferroso Azul

Óxido férrico Amarillo

Óxido de cromo Verde grisáceo

Trióxido de cromo Amarillo

Óxido de cobre Verde azulado

Óxido de uranio Verde amarillento fosforescente

Selenio elemental Rosa

Sulfuro de cadmio coloidal Amarillo

Tabla 1. Elementos que dan coloración al vidrio.

TEXTURA

La superficie de los vidrios puede variar en cuestiones de brillo, esto depende del proceso de fundido en el que se haya quedado. Un vidrio completamente fundido presenta un brillo, porque el vidrio se nivela y aplana cuando se funde, formando una superficie extremadamente lisa, dicha homogeneidad es una muy buena característica del material pues lo hace más fácil de limpiar.

Cuando un vidrio no se funde completamente en el proceso de cocción o en su defecto su viscosidad es todavía alta, la superficie resulta ser rugosa y por lo tanto con tendencia a mate; el vidrio mate es a la vez opaco por el defecto en la aspereza de su superficie haciendo que no haya transparencia.

El vidrio mate puede hacerse a propósito si se somete al vidrio a un enfriado lento. Los vidrios mate son muy atractivos para usos artesanales, con la única ventaja que son difíciles de limpiar.

PESO

El peso en los vidrios difiere de acuerdo a su composición de los vidrios típicos según su uso

Vidrios SiO2 Al2O3 CaO Na2O B2O3 MgO PbO Otros

Sílice Fundido 99

Vycor 96 4

Pyrex 81 2 4 12

Jarras de vidrio 74 1 5 15 4

Vidrio para ventana 72 1 10 14 2

Vidrio Plano 73 1 13 13

Focos 74 1 5 16 4

Fibras 54 14 16 10 4

Termómetro 73 6 10 10

Vidrio de Plomo 67 6 17 10% K2O

Cristal óptico 50 1 19 13% BaO, 8% K2O, ZnO

Vidrio óptico 70 8 10 2% BaO, 8% K2O

Fibras de vidrio - F 55 15 20 10

Fibras de vidrio -S 65 25 10

Tabla 2. Composición de vidrios típicos (en porcentaje en peso)

MALEABILIDAD

Los vidrios presentan maleabilidad cuando se encuentran en su etapa de fundición pues pueden ser moldeados y es la etapa de maleabilidad del vidrio, pues es donde se les da las formas deseadas ya sea por moldes o por cualquier otro método. Los principales métodos empleados para moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado

CUADRO DE OPERACIONES UNITARIAS Y FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA

OPERACIONES UNITARIAS

MEZCLADO DE SÓLIDOS Proceso en el cual se mezclan las materias primas con agua y fragmento de vidrio reciclado, las materias primas que se utilizan para la fabricación del vidrio son arena silícica, carbonato sódico, dolomita, piedra caliza, nefelina sienita, y sulfato sódico.

HOMOGENIZACIÓN Consiste en la mezcla del vidrio para igualar la temperatura-.

SOLIDIFICACIÓN Una vez realizada la mezcla el vidrio se vierte en un baño de estaño líquido, en el que flota, pues es un material blando que se moldea formando una cinta, a todo el equipo del baño de estaño se enfría con agua para que no se rompa por el calor.

FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA

CONVECCIÓN Se presenta durante los siguientes procesos:

• la temperatura dentro del horno de gas es de 1500 °C, para llevar a cabo la fundición de la materia prima, y los fragmentos de vidrio reciclado.

• En la cámara de regeneración en la que se precalienta el aire de combustión a 1000 °C.

• Entre el vidrio a 600 °C ya laminado y el aire durante el recorrido por la cinta de transporte hasta el corte.

CONDUCCIÓN POR CONTACTO DIRECTO Se pueden evidenciar en los cambio de fase durante:

• Entre el homogenizador y la mezcla de materiales.

• Entre el rodillo superior y la mezcla de vidrio caliente para el proceso de laminado.

• Entre el agua del baño de estaño y el vidrio laminado hasta 600 °C.

RADIACIÓN Se puede evidenciar durante casi todo el proceso entre el vidrio caliente las paredes del horno de gas y otras partes componentes del proceso

CUADRO DE MATERIALES DIRECTOS Y SUBPRODUCTOS

MATERIALES DIRECTOS

ARENA SILICICA Es un compuesto resultante de la combinación del Sílice con el Oxigeno. Su composición química está formada por un átomo de sílice y dos átomos de Oxigeno, formando una molécula muy estable: Si O2.

Esta molécula es insoluble en agua, y en la naturaleza se encuentra en forma de cuarzo. Si el cuarzo esta cristalizado se denomina Cristal de Roca.

CARBONATO SÓDICO Es una sal blanca y translúcida de fórmula química Na2CO3, usada entre otras cosas en la fabricación de jabón, vidrio y tintes. Es conocido comúnmente como barrilla, natrón, soda Solvay, ceniza de soda y sosa (no confundir con la sosa cáustica o la soda cáustica). Puede hallarse en la naturaleza u obtenerse artificialmente, gracias a un proceso ideado y patentado en 1791 por el médico y químico francés Nicolás Leblanc.

DOLOMITA Es un mineral compuesto de carbonato de calcio y magnesio [CaMg(CO3)2]. Se produce una sustitución por intercambio iónico del calcio por magnesio en la roca caliza (CaCO3). Donde la calcita es el principal mineral presente. Se utiliza para la fabricación de materiales refractarios.

PIEDRA CALIZA Roca sedimentaria compuesta mayormente por carbonato de calcio (CaCO3), generalmente calcita. También puede contener pequeñas cantidades de minerales como arcilla, hematita, siderita, cuarzo, etc., que modifican (a

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