El vidrio de bosque ( Waldglas en alemán) es un vidrio medieval producido en el noroeste y centro de Europa aproximadamente entre 1000 y 1700 d. C. utilizando ceniza de madera y arena como principales materias primas y fabricado en fábricas conocidas como invernaderos en áreas forestales. [1] Se caracteriza por una variedad de colores amarillo verdosos, los productos anteriores a menudo tenían un diseño tosco y una calidad deficiente, y se usaba principalmente para vasijas de uso diario y, cada vez más, para vidrieras eclesiásticas . Su composición y fabricación contrastan marcadamente con la fabricación de vidrio romana y prerromana centrada en el Mediterráneo y la fabricación de vidrio bizantina e islámica contemporánea en el este.
Durante el gobierno romano , las materias primas y los métodos de fabricación del norte de Europa eran los de la tradición romana, utilizando el mineral natrón . Durante varios siglos después de la caída del Imperio Romano de Occidente , alrededor del 450 d. C., el reciclaje del vidrio romano formó la mayor parte de la industria local y las habilidades de fabricación de vidrio declinaron. A medida que el Imperio Carolingio se expandió en el noroeste de Europa aproximadamente en el 800 d. C., su demanda de vidrio aumentó, pero el suministro de materias primas tradicionales era costoso y esporádico. El deseo imperial de superar la calidad del producto del Imperio bizantino en decadencia y el sofisticado Imperio islámico condujo a la experimentación con nuevas materias primas y al desarrollo de una nueva tecnología de fabricación de vidrio. [1] [2]
Arqueológicamente, se han encontrado numerosos invernaderos medievales en Europa occidental y central, especialmente en las montañas de Alemania. Debido a la posterior reutilización del material de construcción, la mayoría están mal conservados, pero hay evidencia de que tanto la fabricación como el trabajo del vidrio se hacían a menudo en el mismo sitio. [3]
Es importante distinguir entre la fabricación de vidrio a partir de materias primas y el trabajo del vidrio, que es la producción de artículos terminados mediante la fusión de piezas de vidrio en bruto o de vidrio desechado que pueden haberse fabricado en otro lugar o mediante el reciclaje de vidrio viejo. El vidrio consta de cuatro componentes principales:
En la época post-romana, los problemas políticos en la zona de Wadi El Natrun interrumpieron el suministro de natrón, por lo que se tuvieron que desarrollar alternativas. [8] Los fabricantes de vidrio orientales volvieron a utilizar cenizas vegetales ricas en sodio y durante un tiempo abastecieron al sur de Europa, utilizando las rutas comerciales romanas existentes. [1] Los fabricantes de vidrio venecianos , que habían heredado las habilidades de fabricación de vidrio romanas, monopolizaron el comercio de cenizas vegetales y prohibieron a los artesanos trabajar fuera de la ciudad. [7] El resto de Europa, al norte de los Alpes, tuvo que encontrar otra forma de producir vidrio. Los componentes anteriores y estabilizadores del vidrio se encuentran en todas las regiones en forma de arena o cuarzo y como cal en diversas formas. Los europeos del norte experimentaron con cenizas de madera, helechos y helechos como fuente de fundente alcalino. [9] En su apogeo, la industria del vidrio romana producía vidrio de alta calidad, fino, incoloro y transparente de composición consistente. [1] Los vasos de vidrio de Forest que se conservan más antiguos se caracterizan por una amplia variedad de composiciones y una calidad inferior, a menudo de color verdoso o marrón, con paredes gruesas y con inclusiones y burbujas en la tela. Esto sugiere que el uso de ceniza de madera no fue simplemente un caso de cambio de materias primas, sino que requirió una tecnología completamente nueva con los consiguientes problemas de desarrollo.
Mientras que el vidrio romano y anterior (de composición Si/Na/Ca) presentaba una marcada uniformidad a lo largo de una amplia zona y siglos de tiempo, [5] el vidrio medieval (de composición Si/K/Ca) se caracteriza por una variedad de composiciones. Esto se puede explicar en cierta medida examinando cómo la temperatura de fusión del vidrio depende de las proporciones relativas de sus componentes, que para simplificar, se reducen a tres. [5] En la práctica, el vidrio contiene muchos más componentes que complican el sistema. El estudio de estos sistemas ternarios , junto con el análisis de los oligoelementos, resulta útil para los arqueólogos a la hora de establecer la procedencia del vidrio.
Se cree que en tiempos pre-medievales el lote de materias primas se calentaba a una temperatura donde se fundía parcialmente, las partes no fundidas se retiraban y se lavaban de los componentes no reactivos, y se añadían al siguiente lote. [5] Debido a la fuerte forma en que las composiciones de Si/Na/Ca afectan la temperatura de fusión, el vidrio resultante era de una composición bastante uniforme independientemente de la receta de las materias primas utilizadas. [5] Las temperaturas de fusión de los vidrios de Si/K/Ca no se ven tan fuertemente afectadas por la composición, lo que da como resultado vidrios de composición más variada, por lo que las características autolimitantes del sistema Na que permitían que el método tradicional de lotes parciales produjera composiciones consistentes, dejaron de aplicarse, y se tuvo que desarrollar una nueva forma de controlar la consistencia. [5] La amplia variedad de composiciones, junto con los relatos históricos de la fabricación de vidrio, [10] [11] sugieren que el nuevo método implicaba fundir un lote completo de materias primas, eliminando los componentes no reactivos como escoria. [5]
Desde aproximadamente el año 1400 d. C., en un esfuerzo por competir con la calidad del vidrio veneciano, se descubrió que el óxido de calcio (CaO) añadido como fundente a la mezcla de arena y potasa en forma de conchas, piedra caliza o mármol daba un vidrio más claro, en virtud de la reducción de la cantidad de potasa requerida junto con sus colorantes acompañantes. [2] [12]
Composiciones típicas de algunos vidrios históricos y antiguos: los componentes se dan en porcentaje de peso; además de los enumerados, los vidrios antiguos también habrían contenido hasta un uno por ciento de óxido de hierro y hasta un tres por ciento de óxido de aluminio, además de cualquier colorante y opacificante [7]
Al experimentar con la nueva tecnología, los fabricantes de vidrio forestal encontraron difícil alcanzar los altos estándares de claridad y color de los métodos romanos, debido principalmente a la gran variabilidad de los elementos que controlan el color en las materias primas. La arena y el suelo europeos son generalmente más ricos en hierro y manganeso. El hierro da un tinte azul verdoso al vidrio en las condiciones habituales de la atmósfera del horno, pero también puede dar un color amarillo. El manganeso tiene su propio color púrpura que puede equilibrar el color del hierro para hacer vidrio incoloro. [13] Por ejemplo, el vidrio hecho de madera de haya cultivada en un suelo pobre y rico en cal (por ejemplo, Kleinlutzel , Jura) tiene un alto contenido de manganeso y, por lo tanto, es casi incoloro, mientras que el de una zona rica en arcilla (por ejemplo, Court-Chalvet, Jura) es verde oliva. [12] Por lo tanto, se puede producir una variedad de colores y la experimentación permitió a los fabricantes de vidrio progresar desde los primeros colores verde-amarillo-marrón fangosos hacia un vidrio de color claro e incoloro. Las condiciones locales permitieron que algunas áreas produjeran vidrio más fino en una etapa más temprana. En Bohemia, a finales del siglo XVI, se utilizaban los poderes decolorantes del manganeso para producir un vidrio transparente apto para el grabado . [1] La cantidad de carbono que queda en la ceniza de madera también puede afectar al color del vidrio modificando la atmósfera del horno. [12] Se ha demostrado que el vidrio de la catedral de York tiene un 90 % de color natural, sin colorantes añadidos. [14]
Otros colores claros se producían mediante la adición deliberada de óxidos metálicos, a menudo subproductos de la metalurgia local: óxido de cobre para dar verde o turquesa, cobalto para el azul intenso. El rojo era particularmente difícil de producir, utilizando partículas de cobre en condiciones redox delicadamente controladas . [4] Hay poca evidencia del uso de opacificantes a base de antimonio o estaño, [13] o del uso de plomo para modificar otros colores.
Sólo existen dos descripciones históricas de la fabricación de vidrio en Europa durante la época medieval. En 1120, el presbítero Teófilo , que escribió en Alemania, dio recetas e instrucciones detalladas y en 1530 Georgius Agricola escribió sobre la fabricación de vidrio actual. [10] [11] Otra información útil proviene de hallazgos arqueológicos y reconstrucciones experimentales y teóricas.
La arena probablemente se recogía de los lechos de los ríos, donde estaba relativamente limpia y tenía un tamaño de partícula más uniforme. [15] La tala, el transporte, el secado y el almacenamiento de madera, tanto para la producción de cenizas como para el uso como combustible para los hornos, exigían mucha mano de obra y un alto nivel de organización. [15] [16] [17]
Teófilo recomienda el uso de troncos de haya , [10] que, según los análisis, tienen una alta proporción de CaO cuando crecen en suelos calcáreos . [17] Cualquiera que sea la madera que se utilice, la cantidad de potasa y CaO que proporciona, así como otros componentes que pueden afectar al color y la opacidad, varía considerablemente con la edad y la parte del árbol, la química del suelo, el clima, la época del año en que se cortó el árbol y la sequedad de la madera al quemarse, factores sobre los que el fabricante de vidrio tenía poco control. [12] Esta variabilidad explica los problemas que tenían los fabricantes de vidrio al intentar producir vidrio de una calidad constante. Se debían preparar y mezclar grandes cantidades de ceniza para dar la homogeneidad necesaria para dar una composición de vidrio predecible. [12] Un rendimiento típico de ceniza de haya es de solo un 1% aproximadamente, por lo que utilizando la receta de Teófilo de dos partes de arena por una parte de ceniza significa que se necesitarían 63 kg de madera de haya para producir un kilogramo de vidrio. [17] Se ha estimado que, incluyendo el combustible, se necesitarían entre 150 y 200 kg de madera por cada kilogramo de vidrio. [15]
Luego, la ceniza y la arena preparadas se calentaban juntas, pero no se fundían, a una temperatura relativamente baja (hasta aproximadamente 900 °C o 1650 °F) en un proceso conocido como fritado . Teófilo especifica "por el espacio de un día y una noche". [10] [17] Este proceso, que podía controlarse por los cambios de color a medida que aumentaba la temperatura, causaba una disminución del volumen, antes de cargar los crisoles para la etapa de fusión final, minimizando así el número de veces que sería necesario abrir el horno y, además, consolidando la ceniza ligera y en polvo que podría volar por el horno causando contaminación. [17]
La etapa final consistía en fundir el material fritado en crisoles en un horno cubierto para obtener vidrio fundido. El horno debía funcionar a la temperatura más alta posible, ya que la fusión rápida y la necesidad de menos fundente mejoraban la calidad del vidrio. El cambio de natrón a potasa requirió un aumento en la temperatura de fusión de aproximadamente 200 °C a alrededor de 1350 °C, lo que requirió un cambio fundamental en la tecnología de los hornos y el desarrollo de cerámicas de alta temperatura . [5] A esta temperatura más alta, la arcilla normal reaccionaría químicamente con el vidrio. [18]
Una vez fundido, el vidrio se soplaba en recipientes o cilindros que luego se abrían para formar láminas de vidrio para ventanas . La etapa final es recocer el vidrio terminado para evitar daños por tensiones de contracción. [1]
Aparte de las descripciones de Teófilo y Agrícola, la única representación de un invernadero forestal primitivo es de Bohemia, de aproximadamente 1380 (La miniatura de Mandeville). [3] Esta muestra un horno donde se realizaban todos los procesos de alta temperatura de la fabricación de vidrio en una estructura que contenía varios hornos cuyas temperaturas variables podían controlarse en la medida necesaria con una atención constante. Las materias primas se mezclaban en un pozo cercano y se transportaban en bandejas para ser fritadas en uno de los hornos, la temperatura óptima es de hasta 1100 °C. La frita se funde a alta temperatura de hasta 1400 °C en crisoles en un segundo horno y, cuando está listo, el vidrio se sopla para formar objetos. Estos se colocan en el horno de recocido para enfriar. Toda la estructura está encerrada en un edificio de madera y es probable que la madera se almacenara y se secara encima del horno. [15] [16] Se han encontrado restos de una estructura similar de finales del siglo XV en Eichsfeld, en Alemania. [3] Otro diseño encontrado arqueológicamente en el siglo XVII es el "horno mariposa". Estos hornos estaban hechos de piedra y los crisoles de arcilla importada, altamente refractaria . [15] Se diferencian en estilo de los hornos islámicos del este y de los del sur de Europa, el estilo "colmena", donde la cámara de recocido está sobre el horno principal en lugar de al mismo nivel. [1]
El ciclo de cocción del horno se optimizaría en términos de consumo de combustible, producción y mano de obra y, a medida que la tecnología mejorara, los invernaderos más grandes funcionarían de manera casi continua. [15] [16] Se ha estimado que un invernadero grande podría utilizar típicamente 67 toneladas de madera por semana y funcionar durante 40 semanas al año. [15]
Las enormes cantidades de madera necesarias para producir vidrio de esta manera dictaban que los invernaderos se ubicaran en áreas forestales y que el bosque se manejara con cuidado mediante la tala y el desmoche para maximizar el recurso de madera y optimizar el tamaño de las piezas de madera utilizadas. [15] [16] Aun así, periódicamente el invernadero tendría que reubicarse, ya que el bosque se agotaba. La industria del vidrio tuvo que competir por el suministro de madera con otras industrias como la minería y la demanda interna. En la Inglaterra del siglo XVI, se impuso un embargo sobre el uso de madera como combustible para la fabricación de vidrio. [19] Los invernaderos a menudo se ubicaban en bosques propiedad de la iglesia. Uno de los principales usos del vidrio forestal era para vidrieras eclesiásticas .
