Producción de vidrio

El lote se introduce en el horno a un ritmo lento y controlado mediante el sistema de procesamiento por lotes. Los hornos funcionan con gas natural o fueloil y operan a temperaturas de hasta 1575 °C (2867 °F) . ^{[ 3 ]} La temperatura está limitada únicamente por la calidad del material de la superestructura del horno y por la composición del vidrio. Los tipos de hornos utilizados en la fabricación de vidrio para envases incluyen los de "puerto frontal" (calentamiento frontal), "puerto lateral" y "oxicorte". Normalmente, el tamaño del horno se clasifica según su capacidad de producción en toneladas métricas por día (TMPD).  

Los hornos modernos utilizan métodos de calentamiento eléctrico que mejoran la eficiencia energética en comparación con los sistemas tradicionales de combustibles fósiles, lo que contribuye a la reducción de la contaminación y las emisiones. ^{[ 4 ]} En los hornos de vidrio se utilizan electrodos hechos de molibdeno , grafito o aleaciones para conducir electricidad y generar energía. ^{[ 5 ]}

Actualmente existen dos métodos principales para fabricar envases de vidrio: el método de "soplado y soplado" para envases de cuello estrecho únicamente, y el método de "prensado y soplado" utilizado para frascos y envases cónicos de cuello estrecho.

En ambos métodos, un chorro de vidrio fundido a su temperatura plástica ( 1050–1200 °C [1920–2190 °F] ) se corta con una cuchilla para formar un cilindro sólido de vidrio, llamado "gob". El peso predeterminado del gob es justo el suficiente para fabricar una botella. Ambos procesos comienzan con la caída del gob, por gravedad, y su paso a través de canales y rampas hasta los moldes vacíos, cuyas dos mitades se cierran mediante abrazaderas y luego se sellan con un deflector desde arriba.  

En el proceso de "soplado y soplado", ^{[ 6 ]} el vidrio se sopla primero a través de una válvula en el deflector, forzándolo hacia abajo en el "molde de anillo" de tres piezas que se sostiene en el "brazo del anillo del cuello" debajo de las piezas en bruto, para formar el "acabado". El término "acabado" describe los detalles (como la superficie de sellado de la tapa, las roscas, la nervadura de retención para una tapa a prueba de manipulaciones, etc.) en el extremo abierto del recipiente. Luego se sopla aire comprimido a través del vidrio, lo que da como resultado un recipiente hueco y parcialmente formado. Luego se sopla aire comprimido nuevamente en la segunda etapa para darle la forma final.

Los envases se fabrican en dos etapas principales. En la primera, se moldean todos los detalles (el acabado) alrededor de la abertura, pero el cuerpo del envase se fabrica inicialmente mucho más pequeño que su tamaño final. Estos envases parcialmente fabricados se denominan "preformas" y, con bastante rapidez, se les da forma final mediante moldeo por soplado.

Los anillos se sellan desde abajo mediante un émbolo corto. Tras finalizar el golpe de asentamiento, el émbolo se retrae ligeramente para ablandar la piel formada. A continuación, el aire de contragolpe asciende a través del émbolo para crear la preforma. El deflector se eleva y las piezas se abren. La preforma se invierte describiendo un arco hacia el lado del molde gracias al brazo del anillo del cuello, que la sujeta por el acabado.

Cuando el brazo del anillo del cuello llega al final de su arco, las dos mitades del molde se cierran alrededor de la preforma. El brazo del anillo del cuello se abre ligeramente para soltar la pieza acabada y luego vuelve a su posición original. El golpe final, aplicado a través del cabezal soplador, expulsa el vidrio, expandiéndolo dentro del molde para darle la forma final al recipiente.

En el proceso de prensado y soplado , ^{[ 6 ]} la preforma se forma mediante un émbolo metálico largo que se eleva y presiona el vidrio hacia afuera, para llenar los moldes anulares y en blanco. ^{[ 7 ]} Luego, el proceso continúa como antes, transfiriendo la preforma al molde de forma final y soplando el vidrio dentro del molde.

El recipiente se extrae del molde mediante un mecanismo de extracción y se coloca sobre una placa de apoyo, donde el enfriamiento por aire ayuda a enfriar el vidrio aún blando. Finalmente, las paletas de empuje, que cuentan con cámaras de aire para mantener las botellas en pie tras aterrizar sobre la placa de apoyo, las depositan en una cinta transportadora; ahora están listas para el recocido.

Las máquinas formadoras sujetan y mueven las piezas que forman el envase. La máquina consta de 19 mecanismos básicos que funcionan para dar forma a una botella y, generalmente, se alimentan con aire comprimido (alta presión: 3,2 bar y baja presión: 2,8 bar). Los mecanismos están sincronizados electrónicamente para coordinar todos sus movimientos. La configuración más utilizada es la máquina de secciones individuales (o máquina IS). Esta máquina tiene un conjunto de 5 a 20 secciones idénticas, cada una de las cuales contiene un conjunto completo de mecanismos para fabricar envases. Las secciones están en fila, y las gotas se introducen en cada sección a través de una rampa móvil, llamada distribuidor de gotas . Las secciones fabrican uno, dos, tres o cuatro envases simultáneamente (denominados gotas "simples", "dobles", "triples" y "cuádruples"). En el caso de varias gotas, las "tijeras" las cortan simultáneamente y caen en los moldes en blanco en paralelo.

Las máquinas de conformado funcionan principalmente con aire comprimido , y una fábrica de vidrio típica cuenta con varios compresores grandes (con un caudal total de entre 30 000 y 60 000 pies cúbicos por minuto) para suministrar el aire comprimido necesario. Sin embargo, en los últimos tiempos se han implementado servomotores en estas máquinas, lo que permite un mejor control digital del proceso de conformado.

Los hornos, compresores y máquinas de conformado generan grandes cantidades de calor residual que generalmente se enfrían con agua. El vidrio caliente que no se utiliza en la máquina de conformado se desvía y este vidrio desviado (llamado "vidrio reciclado") generalmente se enfría con agua, e incluso a veces se procesa y tritura en un baño de agua. A menudo, las necesidades de refrigeración se distribuyen entre varias torres de refrigeración dispuestas para proporcionar un respaldo durante el mantenimiento.

Tras el proceso de conformado, algunos envases —en particular los destinados a bebidas alcohólicas— se someten a un tratamiento para mejorar la resistencia química de su interior, denominado «tratamiento interno» o desalinización . Este tratamiento se suele realizar mediante la inyección de una mezcla de gases que contiene azufre o flúor en las botellas a altas temperaturas. El gas se introduce en el envase, ya sea en el aire utilizado durante el proceso de conformado (es decir, durante el soplado final del envase) o a través de una boquilla que dirige un chorro de gas hacia la boca de la botella una vez conformada. Este tratamiento hace que el envase sea más resistente a la extracción alcalina, que puede provocar un aumento del pH del producto y, en algunos casos, la degradación del envase.

A medida que el vidrio se enfría, se contrae y solidifica. Un enfriamiento desigual puede hacer que el vidrio sea más susceptible a fracturarse debido a tensiones internas: la superficie se enfría primero, luego, a medida que el interior se enfría y se contrae, crea tensión. ^{[ 8 ]} El enfriamiento uniforme se logra mediante el recocido . Un horno de recocido (conocido en la industria como lehr ) calienta el recipiente a unos 580 °C (1076 °F) , luego lo enfría, dependiendo del espesor del vidrio, durante un período de 20 a 60 minutos.  

Los envases de vidrio suelen recibir dos recubrimientos superficiales: uno en el extremo caliente , justo antes del recocido, y otro en el extremo frío, justo después. En el extremo caliente se aplica una capa muy fina de óxido de estaño(IV), ya sea mediante un compuesto orgánico seguro o cloruro de estaño inorgánico . Si bien los sistemas a base de estaño no son los únicos utilizados, sí son los más populares. También se pueden usar tetracloruro de titanio u organotitanatos. En todos los casos, el recubrimiento hace que la superficie del vidrio sea más adhesiva al recubrimiento del extremo frío. En el extremo frío se aplica una capa, generalmente de cera de polietileno , mediante una emulsión a base de agua . Esto hace que el vidrio sea resbaladizo, protegiéndolo de arañazos y evitando que los envases se peguen entre sí al moverse en una cinta transportadora . El recubrimiento combinado resultante, invisible, proporciona una superficie prácticamente irrayable al vidrio. Debido a la reducción del daño superficial durante el uso, estos recubrimientos suelen describirse como reforzadores; sin embargo, una definición más precisa podría ser recubrimientos que conservan la resistencia.

Los envases de vidrio se inspeccionan al 100%; máquinas automáticas, o a veces personas, inspeccionan cada envase en busca de diversos defectos. Los defectos típicos incluyen pequeñas grietas en el vidrio llamadas "fisuras" e inclusiones extrañas llamadas "piedras", que son fragmentos del revestimiento de ladrillo refractario del horno de fusión que se desprenden y caen en el baño de vidrio fundido, o, más comúnmente, gránulos de sílice (arena) de gran tamaño que no se han fundido y que posteriormente se incluyen en el producto final. Es especialmente importante eliminarlos porque pueden introducir un elemento destructivo en el producto de vidrio final. Por ejemplo, dado que estos materiales pueden soportar grandes cantidades de energía térmica, pueden provocar que el producto de vidrio sufra un choque térmico que resulta en una destrucción explosiva al calentarse. Otros defectos incluyen burbujas en el vidrio llamadas "ampollas" y paredes excesivamente delgadas. Otro defecto común en la fabricación de vidrio se denomina "desgarro". En el proceso de "prensado y soplado", si un émbolo y un molde están desalineados o se calientan a una temperatura incorrecta, el vidrio se adherirá a cualquiera de los dos elementos y se desgarrará. Además de rechazar los envases defectuosos, el equipo de inspección recopila información estadística y la transmite a los operarios de la máquina de conformado en la zona de alta temperatura. Los sistemas informáticos recogen la información sobre los fallos y la rastrean hasta el molde que produjo el envase. Esto se logra leyendo el número de molde impreso en el envase, que está codificado (como un número o un código binario de puntos) por el fabricante. Los operarios realizan manualmente diversas comprobaciones en muestras de envases, generalmente visuales y dimensionales.

En ocasiones, las fábricas de envases ofrecen servicios como el etiquetado. Existen diversas tecnologías de etiquetado. El proceso de etiquetado cerámico aplicado (ACL, por sus siglas en inglés), exclusivo del vidrio, consiste en la serigrafía de la decoración sobre el envase con una pintura de esmalte vítreo , que posteriormente se hornea. Un ejemplo de esto es la botella original de Coca-Cola .

Los envases de vidrio se empaquetan de diversas maneras. En Europa, son populares los palés a granel , con entre 1000 y 4000 envases cada uno. Esto se realiza mediante máquinas automáticas (paletizadoras) que organizan y apilan los envases separados por láminas. Otras opciones incluyen cajas e incluso sacos cosidos a mano. Una vez empaquetados, los nuevos lotes se etiquetan, se almacenan y, finalmente, se envían.