El término "vidrio " deriva del inglés medio y significa "vidrio". Es una parte de una pared o ventana hecha de vidrio . [1] [2] El término "vidrio" también describe el trabajo que realiza un " vidriero " profesional. El término "vidrio" también se usa con menos frecuencia para describir la inserción de lentes oftálmicas en un marco de anteojos. [3]
Los tipos comunes de acristalamiento que se utilizan en aplicaciones arquitectónicas incluyen vidrio flotado transparente y tintado , vidrio templado y vidrio laminado , así como una variedad de vidrios revestidos, todos los cuales pueden ser acristalados de manera individual o como unidades de acristalamiento doble o incluso triple . El vidrio transparente común tiene un ligero tinte verde, [4] pero varios fabricantes ofrecen vidrios incoloros especiales. [5]
El vidrio se puede montar en la superficie de un marco de ventana o montante de puerta , generalmente de madera , aluminio o PVC . El vidrio se fija en un rebaje (rebaje) en el marco de varias maneras, incluidos puntos de acristalamiento triangulares, masilla , etc. El vidrio templado y laminado se puede acristalar atornillando los paneles directamente a un marco de metal mediante pernos que pasan a través de orificios perforados.
El vidrio se utiliza comúnmente en colectores solares térmicos de baja temperatura porque ayuda a retener el calor recolectado.
El primer uso registrado de vidrio en ventanas fue por parte de los romanos en el siglo I d.C. Este vidrio era rudimentario, esencialmente un cilindro soplado que se había aplanado y no era muy transparente. En el siglo XI, se desarrollaron técnicas en las que el vidrio se hilaba hasta formar un disco, creando una ventana circular más delgada, o se formaba de nuevo un cilindro, pero esta vez se cortaba de borde a borde y se desenrollaba para hacer una ventana con forma de rectángulo. El método más nuevo de los cilindros siguió siendo el método dominante hasta el siglo XIX, y por lo tanto, los paneles de vidrio individuales estaban limitados en tamaño a las dimensiones de esos cilindros.
La producción de placas continuas fue inventada en 1848 por Henry Bessemer, quien hizo pasar una cinta de vidrio a través de rodillos. Esto estandarizó el espesor del vidrio, pero su uso en la producción en masa estaba limitado por la necesidad de pulir ambos lados del vidrio después de la fabricación, lo que consumía mucho tiempo y era costoso. El proceso se fue perfeccionando lentamente durante el siglo siguiente, con la incorporación de pulidoras y rectificadoras automáticas para reducir el costo.
El gran avance en la producción continua y en serie de vidrio se produjo en la década de 1950 con el desarrollo del proceso de fabricación de vidrio flotado . El vidrio fundido se vierte sobre una superficie de estaño fundido, donde se aplana y se puede extraer en forma de cinta. La ventaja de este proceso es que se puede escalar a cualquier tamaño y produce paneles de alta calidad sin necesidad de pulido ni esmerilado adicional. El vidrio flotado ha seguido siendo el tipo de acristalamiento más utilizado hasta el día de hoy. [6]
El vidrio más común utilizado para el esmaltado es el vidrio sódico-cálcico , que tiene muchas ventajas sobre otros tipos de vidrio. El sílice (SiO2 ) constituye la mayor parte de la composición de este material en un 70-75% en peso. El sílice puro tiene un punto de fusión que sería prohibitivamente caro de alcanzar con una fabricación a gran escala, por lo que se añade óxido de sodio (sosa, Na2O ) , que reduce el punto de fusión. Sin embargo, los iones de sodio son solubles en agua, lo que no es una propiedad deseada, por lo que se añade óxido de calcio (cal, CaO) para reducir la solubilidad. El resultado final es un producto de alta calidad, transparente, relativamente barato de producir y reciclable fácilmente. [7]
Entre el 25% y el 30% de los costos de energía de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado se deben a la ganancia y pérdida de calor a través del vidrio de las ventanas. [8] Por lo tanto, se han desarrollado múltiples métodos para minimizar la transferencia de calor a través del vidrio. El propio vidrio es una barrera para la transferencia por convección, por lo que las dos estrategias para reducir la transferencia de calor se centran en minimizar la conducción y la radiación.
La estrategia para reducir la conducción es el uso de acristalamiento aislante , donde se utilizan dos o más paneles de vidrio en serie, cada uno separado entre sí por un espacio. Las ventanas de doble panel son la norma en las nuevas instalaciones residenciales, ya que ofrecen ahorros sustanciales de energía en comparación con el vidrio de un solo panel. Cada panel de vidrio individual tiene malas propiedades de aislamiento, con un valor R (aislamiento) , o medida de la resistencia de un objeto a la conducción de calor, de 0,9. Sin embargo, cuando se colocan dos paneles en serie con un espacio entre ellos, se mantienen en su lugar y se sellan con un espaciador, el gas quieto en el espacio actúa como aislante. El tamaño ideal del espacio varía según la ubicación, pero en promedio varía de 15 a 18 mm de espesor, lo que da un tamaño de ensamblaje final de 23 a 26 mm asumiendo un espesor de acristalamiento típico de 4 mm. [9] Una ventana de doble panel con aire en el espacio tiene un valor R de 2,1, que es mucho mejor que el 0,9 que produce un solo panel de vidrio. Una ventana de triple panel, que no es tan popular pero se utiliza ocasionalmente en entornos con temperaturas extremas, tiene un valor R de 3,2. Si bien estos valores son mucho más bajos que los de las paredes, que tienen valores R que comienzan en 12-15, la reducción en la transferencia de calor es, no obstante, sustancial. Se pueden obtener valores R más altos rellenando el espacio con un gas menos conductor, como el argón (o con menos frecuencia, el criptón o el xenón). [10] Un último método alternativo para reducir la conducción es crear y mantener un vacío entre los paneles de vidrio, logrando un valor R muy alto de 10 y al mismo tiempo minimizando en gran medida el espacio requerido entre los paneles a 2 mm, lo que produce un tamaño de conjunto tan pequeño como 10 mm. Esta tecnología se lanzó comercialmente por primera vez en 1996, y si bien se han producido varios millones de unidades en las décadas siguientes, sigue siendo prohibitivamente cara para la mayoría de los casos de uso y aún no se ha adoptado de forma generalizada. [11]
La estrategia para reducir la radiación consiste en recubrir el vidrio con un revestimiento de baja emisividad (Low-E), que refleja gran parte de la luz infrarroja que lo alcanza. Hay dos tipos de revestimiento de baja emisividad. [12] El primero es el de control solar de baja emisividad, cuyo objetivo es bloquear la radiación solar entrante, lo que reduce la ganancia de calor en el interior del edificio y, por lo tanto, los costos de refrigeración asociados con la eliminación de ese calor. Cuando se instala en una ventana de doble panel, el revestimiento se coloca en la cara interior del panel exterior y, opcionalmente, en la cara interior del panel interior para mejorar también el rendimiento aislante. Este tipo de revestimiento es el más apropiado para climas dominados por la refrigeración y edificios con grandes cargas internas, donde el objetivo es principalmente evitar que los edificios se sobrecalienten.
En un clima dominado por la calefacción, el segundo tipo de revestimiento de baja emisividad es más apropiado. Se trata del revestimiento de baja emisividad pasivo, cuyo objetivo es retener el calor dentro del edificio. Estos revestimientos no bloquean tanta luz infrarroja de onda corta del sol, pero sí bloquean la luz infrarroja de onda larga que proviene del interior, funcionando como una especie de invernadero. Estos revestimientos se colocan en el panel interior del vidrio, en la cara exterior si se desea una menor ganancia de calor solar y en la cara interior si se desea una mayor ganancia de calor solar. Especialmente cuando se combinan con ventanas de doble o triple panel, los valores R logrados con revestimientos de baja emisividad pueden ser bastante altos, con una ventana de 3 paneles llena de argón con un revestimiento de baja emisividad que tiene un valor R de 5,4. [10] Una desventaja de los revestimientos de baja emisividad es que, si bien su objetivo principal es reducir la cantidad de luz infrarroja que pasa a través de la ventana, también reducen un poco la cantidad de luz visible que pasa a través de ella, y el edificio puede incurrir en una mayor demanda de iluminación como resultado.
Existen dos métodos para aplicar el revestimiento Low-E al acristalamiento: Hard Coat y Soft Coat. Hard Coat se aplica durante o directamente después del baño de estaño en el proceso de fabricación del vidrio flotado. Esto produce un revestimiento que es muy duradero y económico, ya que se agrega durante el proceso de producción existente. Sin embargo, no es tan eficiente energéticamente y permite que pase más luz infrarroja que el método Soft Coat. El Soft Coat, por otro lado, se aplica después de que el vidrio ya se haya fabricado y cortado y tiende a ser más transparente y mejor aislante. Sin embargo, el paso de fabricación adicional aumenta el costo de producción y el revestimiento se degradará cuando se exponga a los elementos, por lo que solo se puede colocar en las caras internas de una ventana de doble panel. En general, las ventanas Low-E de control solar son de revestimiento suave y las ventanas Low-E pasivas son de revestimiento duro debido a la menor emisividad del revestimiento suave. [13] [14]