Los tubos de vidrio son principalmente artículos huecos cilíndricos. Su forma especial combinada con la gran variedad de tipos de vidrio (como borosilicato , sílex , aluminosilicato , cal sódica, plomo o cuarzo) permite el uso de tubos de vidrio en muchas aplicaciones. Por ejemplo, cristalería de laboratorio , aplicaciones de iluminación, sistemas térmicos solares y envases farmacéuticos, por nombrar las más importantes. [1]
En el pasado, los científicos construían sus propios aparatos de laboratorio antes de la ubicuidad de las juntas de vidrio esmerilado intercambiables . Hoy en día, se prefieren las piezas disponibles comercialmente conectadas mediante juntas de vidrio esmerilado; cuando se requieren piezas de vidrio especializadas, se fabrican a medida utilizando tubos de vidrio disponibles comercialmente por sopladores de vidrio especializados . Por ejemplo, una línea Schlenk está hecha de dos tubos de vidrio grandes, conectados por llaves de paso y tubos de vidrio más pequeños, que a su vez están conectados a mangueras de plástico.
En comparación con otros materiales como los plásticos, la importancia de los productos semiacabados cilíndricos en el vidrio es alta. Las razones principales son la dificultad asociada con el conformado tridimensional del vidrio en general. Para crear objetos huecos a partir del vidrio, la forma cilíndrica es un material de partida natural.
Los tubos de vidrio cilíndricos tienen:
• La superficie más pequeña y el diseño más compacto.
• máxima resistencia mecánica contra la presión y el impacto
• procesamiento posterior automatizado debido a la simetría. [2]
En comparación con el vidrio moldeado, donde el proceso de trefilado de tubos consigue:
• mejor claridad óptica
• distribución más homogénea del espesor de la pared
• mayor precisión o volumen y geometría en general
Hasta el siglo XIX, los tubos de vidrio se producían exclusivamente mediante soplado con la boca, es decir, de forma discontinua a partir de una serie o de una masa fundida de vidrio . En 1912, E. Danner (Libbey Glass Company) desarrolló en Estados Unidos el primer proceso de estirado continuo de tubos, que funcionaba en dirección horizontal. En 1918 obtuvo una patente. En 1929, L. Sanches-Vello desarrolló en Francia un proceso de estirado vertical.
Los tubos de vidrio se fabrican en distintos tipos de vidrio y con diámetros que van desde unos pocos milímetros hasta varios centímetros. En la mayoría de los procesos de producción, se extrae directamente de la masa fundida un tubo de vidrio "infinitamente largo", del que se cortan trozos de aproximadamente 1,5 m de longitud tras pasar por una pista de rodillos hasta la máquina de estirado.
Los tres métodos comunes difieren en cuanto a la dirección del dibujo:
En el proceso Danner, el vidrio fundido se desplaza desde el alimentador en forma de cinta hasta un cilindro hueco de cerámica giratorio inclinado hacia abajo, el tubo Danner. A través del tubo hueco se sopla aire comprimido para evitar que el tubo de vidrio se colapse. En la punta del tubo se forma la llamada cebolla de tracción, desde la que se extrae el tubo de vidrio en el hueco libre sobre una línea de tracción horizontal.
Si la velocidad de estirado se mantiene constante, un aumento en la presión de soplado provoca diámetros mayores y espesores de pared menores;
Con este método se pueden realizar diámetros de tubo entre 2 y 60 mm:
En el proceso Vello, el vidrio pasa por una abertura anular desde la parte inferior del alimentador. Esta abertura se forma entre la boquilla de salida redonda del alimentador y una aguja hueca regulable en altura (también un mandril). Aquí, el tubo también se "infla" con aire comprimido. El tubo de vidrio que inicialmente emerge en dirección vertical se desvía a continuación a la posición horizontal en el combado libre.
El mandril de la boquilla se ajusta desde el centro de la boquilla de estirado para producir un espesor de pared constante después del doblado.
Con este método se pueden generar diámetros de tubo de entre 1,5 y 70 mm; el rendimiento es mayor que con el método Danner. Además, aquí es posible utilizar vidrios con componentes altamente volátiles, como boratos (vidrio de borosilicato) y óxidos de plomo (vidrio de plomo), ya que las temperaturas en la boquilla de estirado son más bajas que en la mufla Danner.
También es posible fabricar varillas de vidrio sin aguja, cuyo diámetro y velocidad de estirado se pueden ajustar mediante la boquilla. Debido a la salida vertical del vidrio, los procesos de estirado hacia abajo también se denominan esporádicamente "Vello", aunque no se produce una desviación forzada hacia la horizontal.
Los procesos Danner y Vello se utilizan para la producción de tubos de vidrio de paredes delgadas de diámetro relativamente pequeño, con rendimientos de hasta 55 toneladas por día.
El récord mundial del tubo de vidrio trefilado de forma continua más largo de una sola pieza lo ostenta SCHOTT Tubing , con 10 m .
El método de extracción hacia abajo es, en principio, el mismo que el método Vello, aunque aquí el tubo de vidrio no se desvía sino que se tira en dirección vertical.
En el caso del embutido descendente, el récord mundial actual lo ostenta SCHOTT Tubing con 460 mm. [3] Los espesores de pared alcanzables para diámetros exteriores grandes superiores a 250 mm son de unos 10 mm. Solo para diámetros exteriores más pequeños son posibles espesores de pared mayores de hasta 15 mm. Para el vidrio de borosilicato (35 mm Durchmesser) se puede alcanzar una velocidad de embutido de 0,3 m/min.
En este caso, el tubo de vidrio no se forma con un mandril, sino que se extrae de la superficie libre del baño. Desde abajo sobresale una boquilla que se introduce en una tobera de estirado, a través de la cual se insufla aire en el tubo de vidrio. La boquilla también sujeta la cebolla de estirado para que no se mueva lateralmente. Dado que la calidad y la velocidad de estirado que se consiguen durante el proceso de estirado vertical de tubos son relativamente bajas, este proceso hoy en día casi no tiene importancia práctica.
Los tubos de vidrio de diámetros muy grandes (de 20 a 100 cm), necesarios para las instalaciones de la industria química, se fabrican mediante centrifugación o soplado . Sin embargo, solo es posible fabricar secciones de tubo relativamente cortas de hasta un metro, las llamadas "tube shots".
Muchos tubos de vidrio se pueden utilizar de inmediato, por ejemplo, para sistemas de transporte neumático, iluminación, fotobiorreactores o como elemento arquitectónico. Sin embargo, la modificación de los tubos de vidrio es bastante común e indispensable para aplicaciones como el vidrio de laboratorio, los envases farmacéuticos [4] y los encapsulantes de diodos. En estos casos, el tubo de vidrio debe cortarse, doblarse o incluso convertirse en otra forma (comparar viales, jeringas, etc.). Principalmente, esto se hace aplicando calor a la muestra y/o utilizando una herramienta de conformado mecánica.
Aunque modificar tubos de vidrio ya no es una técnica de laboratorio esencial , muchos aún están familiarizados con los métodos básicos. Se utiliza un cortador de vidrio para romper trozos de tubo de vidrio en pedazos más pequeños. Los bordes recién cortados se pulen con llama antes de su uso para eliminar el borde áspero. Los tubos de vidrio se pueden doblar calentándolos uniformemente sobre una llama Bunsen hasta que alcancen el rojo intenso . Se pueden agregar púas para mangueras a los tubos, lo que proporciona un mejor agarre y sellado para unir tubos de plástico o goma. [5]
Los tubos de vidrio no solo se producen en formas redondas, sino también en otras formas, como rectangulares, triangulares y en forma de estrella. Los tubos, varillas y perfiles de vidrio se pueden fabricar a partir de diferentes tipos de vidrio. Se utilizan en una variedad de mercados, como el farmacéutico, la tecnología industrial y ambiental, así como la electrónica. Los tubos de vidrio se procesan en:
Existen varias empresas que se dedican a la producción de tubos de vidrio fabricados a partir de tipos de vidrio especiales. Al utilizar un tipo de vidrio especial con propiedades particulares, los tubos de vidrio pueden ser aptos para una variedad de aplicaciones. Algunos fabricantes conocidos de tubos de vidrio son: