Vidrio arquitectónico

• 1226: " Broad Sheet " se produjo por primera vez en Sussex . ^{[ 1 ]}
• 1330: Se produce por primera vez en Rouen , Francia , el " vidrio corona " para obras de arte y recipientes . ^{[ 2 ]} También se produce el "vidrio ancho". Ambos se suministran también para la exportación.
• Siglo XVI: Los vidrieros venecianos de la isla de Murano desarrollaron un método para fabricar espejos a partir de vidrio plano , cubriendo la parte posterior del vidrio con una amalgama de mercurio y estaño , obteniendo así un reflejo casi perfecto y sin distorsiones.
• Década de 1620: Se produce por primera vez en Londres la " placa soplada ". ^{[ 1 ]} Se utilizaba para espejos y placas de carrocería. ^{[ 3 ]}
• 1678: Se produce por primera vez en Londres el " vidrio corona ". ^{[ 4 ]} Este proceso predominó hasta el siglo XIX.
• 1843: Henry Bessemer inventó una forma temprana de " vidrio flotado " , que consistía en verter vidrio sobre estaño líquido. Era caro y no tuvo éxito comercial.
• 1874: François Barthelemy Alfred Royer de la Bastie (1830-1901), de París , Francia, desarrolla el vidrio templado mediante el enfriamiento rápido de vidrio casi fundido en un baño caliente de aceite o grasa.
• 1888: Se introdujo el vidrio laminado a máquina, lo que permitió la creación de patrones. ^{[ 5 ]}
• 1898: Pilkington produce comercialmente por primera vez vidrio fundido alambrado ^{[ 6 ]} para su uso en situaciones donde la seguridad era un factor importante. ^{[ 7 ]}
• 1959: Se lanza el vidrio flotado en el Reino Unido. Inventado por Sir Alastair Pilkington . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La fundición de vidrio es el proceso mediante el cual se crean objetos de vidrio vertiendo vidrio fundido en un molde donde se solidifica. Esta técnica se utiliza desde la época egipcia . El vidrio fundido moderno se forma mediante diversos procesos, como la fundición en horno o la fundición en moldes de arena, grafito o metal. Las ventanas de vidrio fundido , aunque con escasa calidad óptica, comenzaron a aparecer en los edificios más importantes de Roma y en las villas más lujosas de Herculano y Pompeya. ^{[ 10 ]}

Uno de los primeros métodos de fabricación de ventanas de vidrio fue el método de vidrio corona . El vidrio soplado caliente se cortaba en el lado opuesto al tubo y luego se hacía girar rápidamente sobre una mesa antes de que se enfriara. La fuerza centrífuga daba forma al globo de vidrio caliente, convirtiéndolo en una lámina redonda y plana. Esta lámina se rompía del tubo y se recortaba para formar una ventana rectangular que encajara en un marco. ^{[ 11 ]} En el centro de una pieza de vidrio corona, quedaba un grueso remanente del cuello de botella soplado original, de ahí el nombre de "ojo de buey". Las distorsiones ópticas producidas por el ojo de buey podían reducirse puliendo el vidrio. El desarrollo de las ventanas de celosía de diafragma se debió en parte a que se podían cortar fácilmente tres paneles regulares en forma de diamante de una pieza de vidrio corona, con un mínimo desperdicio y una mínima distorsión.

En este proceso de fabricación, el vidrio se sopla dentro de un molde cilíndrico de hierro. Se cortan los extremos y se realiza un corte a lo largo del cilindro. A continuación, el cilindro cortado se coloca en un horno donde se desenrolla formando láminas de vidrio planas.

El vidrio estirado se fabricaba sumergiendo una varilla en una cuba de vidrio fundido y luego tirando de ella hacia arriba mientras una película de vidrio se endurecía justo fuera de la cuba; esto se conoce como el proceso Fourcault . Esta película o cinta se estiraba continuamente sujeta por tractores en ambos bordes mientras se enfriaba. Después de unos 12 metros, se cortaba de la cinta vertical y se inclinaba hacia abajo para cortarla aún más. ^{[ 12 ]} Este vidrio es transparente, pero presenta variaciones de espesor debido a pequeños cambios de temperatura justo fuera de la cuba mientras se endurecía. Estas variaciones causan líneas de ligeras distorsiones. Este vidrio aún puede verse en casas antiguas. El vidrio flotado reemplazó este proceso.

Irving Wightman Colburn desarrolló un método similar de forma independiente. Comenzó a experimentar con él en 1899 y a producir en 1906. Cayó en bancarrota, pero fue adquirido por Michael Joseph Owens . Dado que el método era imperfecto, lo perfeccionaron hasta 1916, cuando lo consideraron perfecto, y al año siguiente abrieron una fábrica de vidrio basada en esa tecnología. ^{[ 13 ]}

En 1838, James Hartley obtuvo una patente para la placa laminada patentada de Hartley, fabricada mediante un nuevo proceso de vidrio fundido. El vidrio se extrae del horno en grandes cucharones de hierro, que se transportan mediante eslingas que se deslizan sobre rieles aéreos; desde el cucharón, el vidrio se arroja sobre la base de hierro fundido de una mesa de laminación; y se lamina en lámina mediante un rodillo de hierro, un proceso similar al empleado en la fabricación de vidrio plano, pero a menor escala. La lámina así laminada se recorta toscamente mientras está caliente y blanda, para eliminar las partes de vidrio que se han dañado por el contacto directo con el cucharón, y la lámina, aún blanda, se introduce en la boca abierta de un túnel de recocido u horno de temperatura controlada llamado lehr , por donde es transportada mediante un sistema de rodillos.

El proceso de pulido del vidrio plano comienza con vidrio plano o laminado. Este vidrio presenta imprecisiones dimensionales y suele generar distorsiones visuales. Estos paneles rugosos se lijaban hasta obtener una superficie plana y luego se pulían hasta quedar transparentes. Este era un proceso bastante costoso.

Antes del proceso de flotación, los espejos eran de vidrio plano, ya que el vidrio laminado presentaba distorsiones visuales similares a las que se observan en los espejos de los parques de atracciones o ferias.

En 1918, el ingeniero belga Emil Bicheroux mejoró la fabricación de vidrio plano vertiendo vidrio fundido entre dos rodillos, lo que resultó en un espesor más uniforme y menos ondulaciones, y redujo la necesidad de pulido y rectificado. Este proceso se perfeccionó posteriormente en Estados Unidos. ^{[ 14 ]}

Los elaborados diseños que se encuentran en el vidrio laminado figurado (o «catedral») se producen de manera similar al proceso de vidrio laminado convencional, con la diferencia de que la placa se funde entre dos rodillos, uno de los cuales lleva un diseño. En ocasiones, ambos rodillos pueden llevar un diseño. El diseño se imprime en la lámina mediante un rodillo de impresión que se presiona sobre el vidrio cuando este sale de los rodillos principales mientras aún está blando. Este vidrio muestra un diseño en alto relieve. Posteriormente, el vidrio se recoce en un horno de recocido .

El vidrio utilizado para este fin suele ser de un color más blanco que los vidrios transparentes utilizados para otras aplicaciones.

Solo algunos vidrios figurativos pueden templarse, dependiendo de la profundidad del relieve. El vidrio figurativo laminado simple, donde el patrón se imprime en una sola superficie, puede laminarse para producir vidrio de seguridad. El vidrio figurativo laminado doble, mucho menos común, donde el patrón se graba en ambas superficies, no puede convertirse en vidrio de seguridad, pero ya será más grueso que una placa figurativa promedio para acomodar ambas caras con el patrón. El espesor final depende del diseño impreso.

El noventa por ciento del vidrio plano del mundo se produce mediante el proceso de vidrio flotado, inventado en la década de 1950 por Sir Alastair Pilkington de Pilkington Glass . En este proceso, el vidrio fundido se vierte en un extremo de un baño de estaño fundido . El vidrio flota sobre el estaño y se nivela a medida que se extiende por el baño, lo que da como resultado una superficie lisa en ambos lados. El vidrio se enfría y solidifica lentamente mientras se desplaza sobre el estaño fundido y sale del baño en forma de cinta continua. Posteriormente, el vidrio se recoce mediante enfriamiento en un horno llamado lehr . El producto final presenta superficies paralelas casi perfectas.

La cara del cristal que ha estado en contacto con el estaño tiene una cantidad muy pequeña de este metal incrustada en su superficie. Esta característica facilita el recubrimiento de esa cara para convertirla en un espejo; sin embargo, también es más blanda y se raya con mayor facilidad.

El vidrio se produce en espesores métricos estándar de 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19 y 25  mm, siendo 10 mm el tamaño más común en la industria arquitectónica. El vidrio fundido que flota sobre estaño en una atmósfera de nitrógeno/hidrógeno se extiende hasta un espesor de aproximadamente 6  mm y se detiene debido a la tensión superficial . El vidrio más delgado se obtiene estirándolo mientras flota sobre el estaño y se enfría. De manera similar, el vidrio más grueso se presiona hacia atrás y no se le permite expandirse mientras se enfría sobre el estaño.

El vidrio prismático es un vidrio arquitectónico que refracta la luz. Se utilizó con frecuencia a principios del siglo XX para proporcionar luz natural a espacios subterráneos y áreas alejadas de las ventanas. ^{[ 16 ]} El vidrio prismático se puede encontrar en aceras, donde se conoce como iluminación de bóveda , ^{[ 17 ]} en ventanas, tabiques y marquesinas, donde se conoce como baldosas prismáticas , y como prismas de cubierta , que se utilizaban para iluminar espacios bajo cubierta en barcos de vela. Podía estar muy ornamentado; Frank Lloyd Wright creó más de cuarenta diseños diferentes para baldosas prismáticas. ^{[ 18 ]} La iluminación prismática arquitectónica moderna generalmente se realiza con una película de plástico aplicada al vidrio común de las ventanas. ^{[ 19 ]}

El bloque de vidrio, también conocido como ladrillo de vidrio, es un elemento arquitectónico fabricado con vidrio que se utiliza en áreas donde se desea privacidad u oscurecimiento visual a la vez que se permite el paso de la luz, como en estacionamientos subterráneos, baños y piscinas municipales. El bloque de vidrio se desarrolló originalmente a principios del siglo XX para proporcionar luz natural en fábricas industriales .

El vidrio recocido es aquel que no presenta tensiones internas causadas por el tratamiento térmico (es decir, enfriamiento rápido), ni por el endurecimiento o el fortalecimiento térmico. El vidrio se recoce si se calienta por encima de un punto de transición y luego se deja enfriar lentamente, sin templarlo. El vidrio flotado se recoce durante el proceso de fabricación. Sin embargo, la mayoría del vidrio templado se fabrica a partir de vidrio flotado que ha sido sometido a un tratamiento térmico especial.

El vidrio recocido se rompe en fragmentos grandes y dentados que pueden causar lesiones graves y se considera un peligro en aplicaciones arquitectónicas . Los códigos de construcción en muchas partes del mundo restringen el uso de vidrio recocido en áreas con alto riesgo de rotura y lesiones , por ejemplo, en baños , paneles de puertas , salidas de emergencia y a baja altura en escuelas o viviendas. En estos casos, se debe utilizar vidrio de seguridad , como el laminado o el templado, para reducir el riesgo de lesiones.

El vidrio laminado se fabrica uniendo dos o más capas de vidrio con una capa intermedia, como el PVB , mediante calor y presión, para crear una sola lámina. Al romperse, la capa intermedia mantiene las capas de vidrio unidas e impide que se fragmenten. Además, esta capa intermedia puede proporcionar al vidrio un mayor aislamiento acústico .

Existen varios tipos de vidrios laminados fabricados con diferentes tipos de vidrio y capas intermedias, lo que produce resultados distintos al romperse.

El vidrio laminado, compuesto de vidrio recocido, se utiliza normalmente cuando la seguridad es primordial y el templado no es una opción. Los parabrisas suelen ser de vidrio laminado. Al romperse, la capa de PVB impide que el vidrio se fragmente, creando un patrón de grietas en forma de telaraña.

El vidrio laminado templado está diseñado para romperse en pequeños trozos, evitando así posibles lesiones. Cuando ambos trozos de vidrio se rompen, se produce un efecto de "manta mojada" y el vidrio se desprende de su abertura.

El vidrio laminado reforzado térmicamente es más resistente que el recocido, pero no tanto como el templado. Se suele utilizar en aplicaciones donde la seguridad es una prioridad. Presenta un patrón de rotura mayor que el templado, pero gracias a que mantiene su forma (a diferencia del efecto de "manta mojada" del vidrio laminado templado), permanece en la abertura y puede soportar mayor fuerza durante más tiempo, lo que dificulta considerablemente su apertura.

El vidrio laminado tiene propiedades similares al vidrio balístico , pero no deben confundirse. Ambos se fabrican con una capa intermedia de PVB, pero su resistencia a la tracción es drásticamente diferente. El vidrio balístico y el vidrio laminado cumplen con estándares distintos y presentan patrones de rotura diferentes. ^{[ 20 ]}

El vidrio templado, o vidrio reforzado térmicamente, es un vidrio que ha sido sometido a un tratamiento térmico para inducir compresión superficial, pero no hasta el punto de que se rompa en trozos pequeños como el vidrio templado convencional. Al romperse, el vidrio reforzado térmicamente se fragmenta en trozos afilados, generalmente algo más pequeños que los que se encuentran al romperse el vidrio recocido, y su resistencia es intermedia entre la del vidrio recocido y el vidrio templado.

El vidrio termoendurecido puede soportar un fuerte impacto directo sin romperse, pero tiene un borde débil. Con solo golpear el borde de un vidrio termoendurecido con un objeto sólido, es posible que la lámina se rompa por completo.

El vidrio reforzado químicamente es un tipo de vidrio con mayor resistencia. Al romperse, se fragmenta en astillas largas y puntiagudas, similares a las del vidrio flotado (recocido). Por esta razón, no se considera vidrio de seguridad y debe laminarse si se requiere un vidrio de seguridad. El vidrio reforzado químicamente suele ser de seis a ocho veces más resistente que el vidrio recocido.

El vidrio se refuerza químicamente sumergiéndolo en un baño que contiene una sal de potasio (normalmente nitrato de potasio) a 450 °C (842 °F) . Esto provoca que los iones de sodio en la superficie del vidrio sean reemplazados por iones de potasio de la solución del baño.  

A diferencia del vidrio templado, el vidrio reforzado químicamente se puede cortar después del proceso de refuerzo, pero pierde su resistencia adicional en un radio de aproximadamente 20  mm alrededor del corte. Del mismo modo, cuando la superficie del vidrio reforzado químicamente se raya profundamente, esta zona pierde su resistencia adicional.

En algunas cabinas de aviones de combate se utilizó vidrio reforzado químicamente .

El vidrio recubierto con una sustancia de baja emisividad puede reflejar la energía infrarroja radiante, lo que favorece que el calor radiante permanezca en la misma cara del vidrio de donde proviene, mientras que permite el paso de la luz visible. Esto suele resultar en ventanas más eficientes, ya que el calor radiante que se origina en el interior durante el invierno se refleja hacia adentro, mientras que la radiación infrarroja del sol durante el verano se refleja hacia afuera, manteniendo así una temperatura más fresca en el interior.

El vidrio calefactable es un producto relativamente nuevo que ofrece soluciones para el diseño de edificios y vehículos. La idea de calentar el vidrio se basa en el uso de vidrio de baja emisividad y alta eficiencia energética , generalmente vidrio de silicato simple con un recubrimiento especial de óxidos metálicos . El vidrio calefactable se puede utilizar en todo tipo de sistemas de acristalamiento estándar , fabricados en madera, plástico, aluminio o acero.

Una innovación reciente (2001, Pilkington Glass) es el llamado vidrio autolimpiable , destinado a la construcción, la automoción y otras aplicaciones técnicas. Un recubrimiento a escala nanométrica de dióxido de titanio en la superficie exterior del vidrio introduce dos mecanismos que dan lugar a la propiedad de autolimpieza. El primero es un efecto fotocatalítico, en el que los rayos ultravioleta catalizan la descomposición de compuestos orgánicos en la superficie de la ventana; el segundo es un efecto hidrófilo, en el que el agua es atraída hacia la superficie del vidrio, formando una fina capa que arrastra los compuestos orgánicos descompuestos.

El vidrio aislante, o doble acristalamiento, consiste en una ventana o elemento de acristalamiento formado por dos o más capas de vidrio separadas por un espaciador en el borde y selladas para crear una cámara de aire entre las capas. Este tipo de acristalamiento ofrece aislamiento térmico y reducción de ruido . Cuando el espacio se llena con un gas inerte, forma parte del diseño arquitectónico sostenible para la conservación de energía en edificios de bajo consumo energético .

Una innovación de 1994 para el acristalamiento aislante es el vidrio al vacío, que hasta ahora solo se produce comercialmente en Japón y China. ^{[ 21 ]} El grosor extremadamente delgado del vidrio al vacío ofrece muchas posibilidades arquitectónicas nuevas, particularmente en la conservación de edificios y la arquitectura historicista, donde el vidrio al vacío puede reemplazar el vidrio simple tradicional, que es mucho menos eficiente energéticamente.

Una unidad de acristalamiento al vacío se fabrica sellando los bordes de dos láminas de vidrio, generalmente mediante soldadura, y evacuando el espacio interior con una bomba de vacío. El espacio al vacío entre las dos láminas puede ser muy poco profundo y aun así ser un buen aislante, lo que da como resultado un vidrio aislante para ventanas con espesores nominales de tan solo 6  mm. Las razones de este bajo espesor son engañosamente complejas, pero el potencial de aislamiento es bueno esencialmente porque no puede haber convección ni conducción gaseosa en el vacío.

Lamentablemente, el vidrio al vacío presenta algunas desventajas; su fabricación es compleja y difícil. Por ejemplo, una etapa necesaria en su fabricación es la desgasificación , es decir, calentarlo para liberar los gases adsorbidos en las superficies internas, que de otro modo podrían escapar y destruir el vacío. Este proceso de calentamiento impide que el vidrio al vacío se pueda templar o reforzar térmicamente. Si se requiere un vidrio de seguridad al vacío, este debe ser laminado. Las altas temperaturas necesarias para la desgasificación también tienden a destruir los recubrimientos blandos de baja emisividad , altamente efectivos , que suelen aplicarse a una o ambas superficies internas (es decir, las que dan a la cámara de aire) de otros tipos de vidrios aislantes modernos, para evitar la pérdida de calor por radiación infrarroja . Sin embargo, los recubrimientos duros, ligeramente menos efectivos, siguen siendo adecuados para el vidrio al vacío.

Además, debido a la presión atmosférica presente en el exterior de una unidad de vidrio al vacío, sus dos láminas de vidrio deben mantenerse separadas para evitar que se flexionen y entren en contacto, lo que anularía el propósito de evacuar la unidad. La tarea de mantener los paneles separados se realiza mediante una rejilla de separadores, que generalmente consisten en pequeños discos de acero inoxidable colocados a unos 20  mm de distancia. Los separadores son lo suficientemente pequeños como para ser visibles solo a distancias muy cortas, normalmente hasta 1 m. Sin embargo, el hecho de que los separadores conduzcan algo de calor a menudo provoca, en climas fríos, la formación de patrones temporales en forma de rejilla en la superficie de una ventana al vacío, que consisten en pequeños círculos de condensación interior centrados alrededor de los separadores, donde el vidrio está ligeramente más frío de lo normal, o, cuando hay rocío en el exterior, pequeños círculos en la cara exterior del vidrio, donde no hay rocío porque los separadores hacen que el vidrio cercano a ellos esté ligeramente más caliente.

La conducción de calor entre los cristales, causada por los separadores, tiende a limitar la eficacia aislante general del vidrio al vacío. Sin embargo, este tipo de vidrio sigue siendo tan aislante como el doble acristalamiento convencional, mucho más grueso, y tiende a ser más resistente, ya que las dos láminas de vidrio que lo componen se comprimen por la presión atmosférica y, por lo tanto, reaccionan prácticamente como una sola lámina gruesa ante las fuerzas de flexión. El vidrio al vacío también ofrece un excelente aislamiento acústico en comparación con otros tipos de vidrio para ventanas.

Un tipo de vidrio de reducción de calor utiliza enfriamiento radiativo. Este vidrio incluye una capa de enfriamiento radiativo transparente (TRC) de 1,2 micras de espesor, compuesta de sílice , alúmina y óxido de titanio, sobre un vidrio recubierto con polímero para lentes de contacto . La capa permite el paso únicamente de la luz visible , reduciendo los costos de refrigeración de los edificios hasta en un tercio. Los desarrolladores utilizaron aprendizaje automático y computación cuántica para probar rápidamente los modelos e identificar la mejor alternativa. ^{[ 22 ]}