Proceso de templado del vidrio: cómo se fabrica el vidrio de seguridad templado

Cómo crea el proceso de templado un vidrio más resistente y seguro

Todas esas puertas de ducha de vidrio, ventanillas laterales de vehículos y paneles de escaparates dependen de un sencillo proceso térmico que no ha cambiado desde el siglo 19. ¿Y qué hace que sean seguros? Un proceso de templado transforma el vidrio recocido corriente —el que se rompe en fragmentos afilados como cuchillas— en vidrio de seguridad templado, que se fragmenta en pequeños trozos granulares y es menos probable que cause lesiones graves. Sin embargo, la mayoría de las personas que especifican o utilizan productos de vidrio templado solo tienen una idea aproximada de lo que ocurre dentro del horno de templado. La diferencia entre un panel correctamente templado y otro que no lo está se reduce a segundos, grados y presión de aire, variables que influyen en los índices de rotura en la obra. A continuación se ofrece una breve descripción de la fabricación y el funcionamiento del vidrio templado, así como de la delgada línea que separa un templado satisfactorio de uno defectuoso.

¿Qué es el vidrio templado y por qué es importante?

El vidrio templado es un vidrio de seguridad sometido a procesos definidos de calentamiento y enfriamiento que lo hacen entre 4 y 5 veces más resistente que un vidrio recocido del mismo espesor. Cuando el vidrio templado acaba rompiéndose, se fragmenta en trozos granulares pequeños y bastante inofensivos, en lugar de formar fragmentos grandes y mortales. Esta forma de rotura no es fortuita, sino intencionada. Durante el proceso de templado, las superficies exteriores del vidrio quedan sometidas a tensión mecánica de compresión, mientras que el interior permanece sometido a tensión de tracción. Este equilibrio de tensiones es lo que hace que el vidrio templado sea más resistente y también más seguro cuando falla.

El proceso de templado del vidrio, paso a paso

La fabricación del vidrio templado parte de un aspecto fundamental: todos los cortes, taladros, pulidos y trabajos en los cantos deben realizarse antes de que el vidrio entre en el horno de templado. Una vez templado, no puede modificarse sin que se rompa. El proceso completo de templado consta de cinco etapas:

Paso 1: corte y transformación

El vidrio flotado —vidrio de superficie lisa y plana fabricado dejando fluir el vidrio fundido sobre un baño químico de estaño— se corta a medida. Todos los orificios, entalladuras y vaciados se realizan mediante taladrado o fresado. Los cantos del vidrio se rectifican o suavizan para eliminar aristas cortantes y microastillas que podrían convertirse en zonas de concentración de tensiones mecánicas a la temperatura del proceso.

Paso 2: limpieza e inspección

Antes de calentarlo, el vidrio se limpia en una lavadora que elimina cualquier resto de polvo, aceite y virutas de corte de su superficie. Una sola partícula diminuta sobre la superficie generará un punto de tensión mecánica y provocará una rotura dentro del horno. Los inspectores comprueban si el panel acabado presenta arañazos, desconchados o inclusiones en el vidrio.

Paso 3: calentamiento

El vidrio se coloca sobre un transportador de rodillos y se introduce en el horno de templado, donde se calienta hasta aproximadamente 620 grados Celsius (alrededor de 1.148 grados Fahrenheit), muy por encima de la temperatura de transición vítrea de 564°C. A esta temperatura, el vidrio se ablanda lo suficiente para que las tensiones internas se relajen sin perder la forma. Un calentamiento uniforme es esencial: diferencias de temperatura de tan solo 5°C en la superficie pueden provocar distorsión óptica o un alabeo denominado ondulación de rodillos.

Paso 4: enfriamiento rápido

Aquí es donde se produce realmente el templado del vidrio. El vidrio sale del horno y entra en la sección de enfriamiento rápido, donde unas boquillas de aire a alta presión inciden simultáneamente sobre ambas caras. Las dos superficies exteriores del vidrio se enfrían y solidifican con extrema rapidez, mientras que el interior permanece caliente y flexible. Cuando el núcleo termina enfriándose y contrayéndose, tira de las superficies exteriores, que ya están rígidas, lo que genera tensión mecánica de compresión en la superficie —los chorros de aire comprimen la capa exterior— mientras la tensión de tracción queda retenida en el centro. En este punto, la precisión es fundamental. La presión del aire debe regularse con exactitud. Si la presión es insuficiente, el vidrio no alcanzará la compresión superficial necesaria. Si es excesiva, la pieza puede romperse durante el enfriamiento rápido, un incidente que nuestros operarios denominan «rotura durante el enfriamiento». La duración habitual de esta etapa oscila entre 2 y 5 minutos, según el espesor del vidrio.

Paso 5: inspección de calidad

Inmediatamente después del enfriamiento rápido, cada panel templado se somete a inspecciones visuales para detectar alabeo, contaminación e imperfecciones superficiales. Las muestras de cada lote se someten a ensayos destructivos: el número de fragmentos dentro de un área de 50×50mm debe cumplir la norma ASTM C1048 o EN 12150, preferiblemente al menos 40 piezas para el vidrio totalmente templado. Los paneles que superan los ensayos se identifican mediante un grabado permanente y las correspondientes designaciones de vidrio de seguridad templado.

La ciencia del templado del vidrio: compresión frente a tracción

El vidrio falla debido a la tensión de tracción: se separa a escala molecular cuando se propaga una grieta. El templado funciona aplicando previamente a la superficie del vidrio una tensión mecánica de compresión que cualquier fuerza externa debe superar antes de que el vidrio alcance el umbral de rotura por tracción. Según la ASTM C1048 (Especificación normalizada para vidrio plano termoendurecido y totalmente templado), el vidrio totalmente templado debe presentar una compresión de 69 MPa (10.000 psi) en toda la superficie y de al menos 67 MPa (9.700 psi) en el canto. En la práctica, la mayoría de los hornos comerciales de templado alcanzan casi siempre una compresión aproximada de 80-120 MPa. Imagine un sándwich de tensiones: en ambas caras se crea una estructura con compresión en las dos superficies exteriores y tracción retenida en el núcleo. Cuando el vidrio templado acaba rompiéndose, toda la tensión —la energía de tracción— se libera de una sola vez; por eso se fragmenta en miles de pequeñas partículas granulares en lugar de formar unos pocos fragmentos enormes. Como explica Scientific American, esta rápida liberación de enormes cantidades de energía es precisamente la razón por la que el vidrio templado resulta más seguro: cada pequeña partícula granular tiene poca masa y, por tanto, mucha menos capacidad de corte.

Templado térmico frente a templado químico

No todos los vidrios se templan de la misma manera. El templado térmico —el proceso que acabamos de describir en el párrafo anterior— es el método habitual para el vidrio arquitectónico, de automoción y de electrodomésticos. Sin embargo, para vidrio fino de menos de 3mm, pantallas de teléfonos y óptica de precisión, el templado químico mediante intercambio iónico ofrece ventajas que los métodos térmicos no pueden igualar. El templado químico consiste en sumergir el vidrio en un baño químico caliente de nitrato de potasio a aproximadamente 400C. Los pequeños iones de sodio (Na+) del vidrio se sustituyen por iones de potasio (K+) de mayor tamaño, lo que genera compresión superficial sin los cambios extremos de temperatura asociados al templado térmico. Entre sus ventajas se incluyen capas de compresión más resistentes, ausencia de distorsión óptica y capacidad para templar vidrio de hasta 0.5mm de espesor. Como se documenta en ScienceDirect (descripción general del templado químico), el proceso de intercambio iónico genera una compresión superficial superior a 700 MPa, muy por encima de lo que permite el templado térmico. Aunque la profundidad de compresión es menor, el vidrio templado químicamente resulta más vulnerable a los arañazos profundos que alcanzan la zona sometida a tracción.

Dónde se utiliza el vidrio templado: aplicaciones por sector

Se han seguido las directrices de seguridad en prácticamente todos los ámbitos relacionados con el vidrio para evitar que las personas sufran lesiones. El documento técnico FB45-14 de la National Glass Association describe los usos recomendados de los productos de vidrio tratados térmicamente según las normas de seguridad y prestaciones. Los productos de vidrio que más utilizamos en la línea de producción para proyectos arquitectónicos encabezan mi lista con los paneles de fachada, las barandillas de vidrio —que abarcan numerosas aplicaciones— y el vidrio curvo 3D para envolventes de edificios comerciales, todos los cuales pasan por el mismo horno de templado y el mismo ciclo de enfriamiento rápido descritos anteriormente.

Control de calidad y normas de ensayo del vidrio templado

Todo gira en torno al control de calidad. Trazamos la línea Uyoebivsiid y podemos confirmar que cada lote de templado procedente de esa línea se somete a una terna de ensayos antes de ser rebajado: examen visual, desfurbulación y desarticulación. Una característica que distingue a los mejores fabricantes de vidrio templado de los operarios «aficionados» es la detección de inclusiones de sulfuro de níquel (NiS). Durante la fabricación del vidrio flotado, pueden quedar atrapadas en el vidrio partículas microscópicas de NiS hasta una fase posterior del proceso de templado. En determinadas condiciones, estas partículas incrustadas pueden aumentar gradualmente de tamaño hasta que Zunga delivering semanas o incluso años después. Los fabricantes de vidrio de alta gama realizan ensayos de heat soak (HST) conforme a EN 14179: al calentar los paneles a 290 C durante varias horas, se provoca la rotura de los lotes vulnerables antes de que salgan de la fábrica.

• ✔ Asegúrese de imponer la distorsión por ondulación de rodillos, el vidrio y las imperfecciones superficiales bajo iluminación oblicua.
• ✔ Un polariscopio o un instrumento GASP (Glass and Stress Profile) garantiza que la compresión superficial cumpla las especificaciones de ASTM C1048.
• ✔ Haga pasar la muestra sacrificial por el centro del panel; la abertura debe tener 40 ventanas dentro de un círculo de 5050mm de diámetro.
• ✔ Ensayo de heat soak (opcional): protocolo EN 14179 para detectar inclusiones de NiS antes de la entrega

Preguntas frecuentes sobre el templado del vidrio