El invento de las Tijeras

Tijeras, instrumento de corte con dos brazos móviles, cuyos bordes se deslizan uno por delante del otro. Los brazos se unen mediante un fulcro con forma de tornillo o husillo, y funcionan simultáneamente con la acción de la palanca, cuando se empujan a la vez los mangos. Cualquiera que sea su uso específico, todos los tipos de tijeras se basan en el mismo principio de palanca. Además de las tijeras de uso doméstico, se usan tijeras de diseño especial por ejemplo en cirugía, confección y peluquería. 

El invento del Termostato

Termostato, dispositivo que regula automáticamente la temperatura de un sistema, manteniéndola constante o variándola dentro de un rango específico. Los termostatos se usan mucho en hornos industriales, sistemas de calefacción y en otras aplicaciones de ingeniería en las que un proceso debe tener lugar a temperaturas controladas. Los termostatos también se usan para controlar la refrigeración del agua que pasa por el radiador de los motores enfriados por agua (véase Calefacción, ventilación y aire acondicionado).

La mayoría de los termostatos dependen de la expansión de una sustancia determinada como consecuencia de un incremento de la temperatura. Por ejemplo, los termostatos de agua tienen varias cápsulas en forma de disco, que se llenan ya sea totalmente con gas o parcialmente con un líquido que hierve a una temperatura dentro de un rango deseado. Cuando se calienta, la presión interna aumenta, las cápsulas flexibles se expanden y se produce un movimiento mecánico que activa las válvulas de control o los relés (relevadores) de los sistemas de calefacción o de aire acondicionado (véase Transferencia de calor). Una disminución de la temperatura produce la contracción y el movimiento opuesto.

Otros termostatos muy utilizados dependen del alargamiento diferencial que se produce cuando se calientan dos tiras unidas, una sobre otra, de metales diferentes. Si uno de los extremos de esta tira doble está fijo, y el otro está libre, un aumento de temperatura alarga un metal más que el otro, provocando que la tira se curve. Este movimiento se usa para accionar un contacto eléctrico o un relé.

Los pequeños movimientos y las fuerzas limitadas que se generan con muchos dispositivos termostáticos pueden requerir algún tipo de amplificación mecánica, mediante un sistema de fuelles, o bien una amplificación eléctrica a través de interruptores de relé que actúan sobre los controles del sistema. De este modo, el elemento bimetálico del termostato utilizado en calefacciones domésticas, que funciona como un resorte de reloj, puede diseñarse de forma que actúe sobre un contacto de mercurio que permite pasar la corriente necesaria para que funcione la caldera.

También pueden usarse otros dispositivos termostáticos, como los termopares y los termómetros de resistencia, como detectores de temperatura en termostatos si la variación de la señal eléctrica se amplifica para hacer funcionar los controles.

El invento del Termómetro

Termómetro, instrumento empleado para medir la temperatura. El termómetro más utilizado es el de mercurio, formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por un extremo con una ampolla llena de mercurio. El conjunto está sellado para mantener un vacío parcial en el capilar. Cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el capilar. La temperatura se puede leer en una escala situada junto al capilar. El termómetro de mercurio es muy utilizado para medir temperaturas ordinarias; también se emplean otros líquidos como alcohol o éter. Véase Capilaridad.

La invención del termómetro se atribuye a Galileo, aunque el termómetro sellado no apareció hasta 1650. Los modernos termómetros de alcohol y mercurio fueron inventados por el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit, quien también propuso la primera escala de temperaturas ampliamente adoptada, que lleva su nombre. En la escala Fahrenheit, el punto de congelación del agua corresponde a 32 grados (32 ºF) y su punto de ebullición a presión normal es de 212 ºF. Desde entonces se han propuesto diferentes escalas de temperatura; en la escala Celsius, o centígrada, diseñada por el astrónomo sueco Anders Celsius y utilizada en la mayoría de los países, el punto de congelación del agua es 0 grados (0 ºC) y el punto de ebullición es de 100 ºC. Véase Calor.

2

TIPOS DE TERMÓMETRO

Hay varios tipos de dispositivos que se utilizan como termómetros. El requisito fundamental es que empleen una propiedad fácil de medir (como la longitud de una columna de mercurio) que cambie de forma marcada y predecible al variar la temperatura. Además, el cambio de esta propiedad termométrica debe ser lo más lineal posible con respecto a la variación de temperatura. En otras palabras, un cambio de dos grados en la temperatura debe provocar una variación en la propiedad termométrica dos veces mayor que un cambio de un grado, un cambio de tres grados una variación tres veces mayor, y así sucesivamente.

La resistencia eléctrica de un conductor o un semiconductor varía con la temperatura. En este fenómeno se basa el termómetro de resistencia, en el que se aplica una tensión eléctrica constante al termistor, o elemento sensor. Para un termistor dado, a cada temperatura le corresponde una resistencia eléctrica diferente. La resistencia se puede medir mediante un galvanómetro (véase Medidores eléctricos), lo que permite hallar la temperatura.

Para medir temperaturas entre -50 y 150 ºC se utilizan diferentes termistores fabricados con óxidos de níquel, manganeso o cobalto. Para temperaturas más altas se emplean termistores fabricados con otros metales o aleaciones; por ejemplo, el platino se puede emplear hasta los 900 ºC aproximadamente. Usando circuitos electrónicos adecuados, la lectura del galvanómetro se puede convertir directamente en una indicación digital de la temperatura.

Es posible efectuar mediciones de temperatura muy precisas empleando termopares (véase Termoelectricidad), en los que se genera una pequeña tensión (del orden de milivoltios) al colocar a temperaturas distintas las uniones de un bucle formado por dos alambres de distintos metales. Para incrementar la tensión se pueden conectar en serie varios termopares para formar una termopila. Como la tensión depende de la diferencia de temperaturas en ambas uniones, una de ellas debe mantenerse a una temperatura conocida; en caso contrario hay que introducir en el dispositivo un circuito electrónico de compensación para hallar la temperatura del sensor.

Los termistores y termopares tienen a menudo elementos sensores de sólo uno o dos centímetros de longitud, lo que les permite responder con rapidez a los cambios de la temperatura y los hace ideales para muchas aplicaciones en biología e ingeniería.

El pirómetro óptico se emplea para medir temperaturas de objetos sólidos que superan los 700 ºC, cuando la mayoría de los restantes termómetros se fundiría. A esas temperaturas los objetos sólidos irradian suficiente energía en la zona visible para permitir la medición óptica a partir del llamado fenómeno del color de incandescencia. El color con el que brilla un objeto caliente varía con la temperatura desde el rojo oscuro al amarillo y llega casi al blanco a unos 1.300 ºC. El pirómetro contiene un filamento similar a un foco o bombilla. El filamento está controlado por un reóstato calibrado de forma que los colores con los que brilla corresponden a temperaturas determinadas. La temperatura de un objeto incandescente se puede medir observando el objeto a través del pirómetro y ajustando el reóstato hasta que el filamento presente el mismo color que la imagen del objeto y se confunda con ésta. En ese momento, la temperatura del filamento (que se puede leer en el reóstato calibrado) es igual a la del objeto.

Otro sistema para medir temperaturas, empleado sobre todo en termostatos, se basa en la expansión térmica diferencial de dos tiras o discos fabricados con metales distintos y unidos por los extremos o soldados entre sí.

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TERMÓMETROS ESPECIALES

Los termómetros también se pueden diseñar para registrar las temperaturas máximas o mínimas alcanzadas. Por ejemplo, un termómetro clínico de mercurio es un instrumento de medida de máxima, en el que un dispositivo entre la ampolla y el capilar de vidrio permite que el mercurio se expanda al subir la temperatura pero impide que refluya a no ser que se agite con fuerza. Las temperaturas máximas alcanzadas durante el funcionamiento de herramientas y máquinas también se pueden estimar mediante pinturas especiales que cambian de color cuando se alcanza una temperatura determinada.

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PRECISIÓN DE LAS MEDIDAS

La precisión de la medida de la temperatura depende del establecimiento de un equilibrio térmico entre el dispositivo termométrico y el entorno; en el equilibrio, el termómetro y el material adyacente o próximo se encuentran a la misma temperatura. Por eso, para que la medida de un termómetro clínico, por ejemplo, sea precisa, éste se debe colocar durante un periodo de tiempo suficiente (más de un minuto) para que alcance un equilibrio casi completo con el cuerpo humano. Los tiempos se reducen de forma significativa con termómetros pequeños de reacción rápida, como los que emplean termistores.

Un termómetro sólo indica su propia temperatura, que puede no ser igual a la del objeto cuya temperatura se quiere medir. Por ejemplo, si se mide la temperatura en el exterior de un edificio con dos termómetros situados a pocos centímetros, uno de ellos a la sombra y otro al sol, las lecturas de ambos instrumentos pueden ser muy distintas, aunque la temperatura del aire es la misma. El termómetro situado a la sombra puede ceder calor por radiación a las paredes frías del edificio. Por eso, su lectura estará algo por debajo de la temperatura real del aire. Por otra parte, el termómetro situado al sol absorbe el calor radiante del sol, por lo que la temperatura indicada puede estar bastante por encima de la temperatura real del aire. Para evitar esos errores, una medida precisa de la temperatura exige proteger el termómetro de fuentes frías o calientes a las que el instrumento pueda transferir calor (o que puedan transferir calor al termómetro) mediante radiación, conducción o convección. Véase Transferencia de calor.

El invento de las Técnica de fecundación humana

En el artículo La fecundación humana sin espermatozoides se recoge una nueva técnica de fecundación que utiliza gametos inmaduros, las células precursoras de los espermatozoides, para ser inyectados en el óvulo. En este fragmento se explica en qué consiste esta técnica y cuáles son sus riesgos.

Fragmento de La fecundación humana sin espermatozoides.

De Jan Tesarik.

El desarrollo de espermatozoides tiene lugar en el epitelio de los tubos seminíferos del testículo. Cada espermatozoide tarda aproximadamente 64 días en ultimar su desarrollo, a partir de una célula madre, en un proceso caracterizado por, al menos, tres divisiones mitóticas y dos divisiones meióticas. Las células más jóvenes de la familia espermatogénica son las espermatogonias. Se trata de células diploides, es decir, con dos ejemplares de cada cromosoma, y que están situadas cerca de la base del túbulo seminífero. Antes de llegar a la fase de espermatocitos primarios, se dividen activamente. Los espermatocitos sufren dos meiosis sucesivas, al final de las cuales los espermatocitos secundarios dan origen a dos espermátides redondas, unas células haploides que, al igual que los espermatozoides, solamente tienen cromosomas en un solo ejemplar. Esta reducción del material genético es necesario para que, en la fecundación, el genoma del hombre y el de la mujer se unan y formen el genoma del futuro embrión.

Los cambios que, a continuación, sufre la espermátide redonda para convertirse en espermatozoide parecen tener como objetivo esencial dotar al gameto masculino de la capacidad necesaria para llegar al óvulo, penetrar en sus capas protectoras y fusionarse con él. La célula se afina, hace aparecer un eje antero-posterior (espermátide «alargada») y desarrolla un flagelo, una especie de hélice que le servirá para sus desplazamientos. Se forma también una vesícula secretora llamada acrosoma, que contiene enzimas hidrolíticos utilizados por el espermatozoide para penetrar en el óvulo en el momento de la fecundación. Finalmente, tienen lugar modificaciones importantes en la composición de las proteínas del núcleo. Los RNA mensajeros (RNAm) que transcriben los mensajes del DNA para realizar todos estos cambios son sintetizados en abundancia hasta la fase de espermátide redonda, pero no más allá.

Algunas especies de RNAm solamente se traducen en proteínas durante el desarrollo de las espermátides alargadas, cuando la transcripción ya se ha detenido. Ocurre que el proceso de espermatogénesis queda perturbado hasta el punto de provocar una azoospermia, es decir, ausencia de espermatozoides en el eyaculado. A pesar de todo, en las azoospermias llamadas excretoras u obstructivas, hay espermatozoides que se desarrollan en el testículo, de donde pueden tomarse fácilmente mediante biopsia. De ahí que, en estos últimos años, se haya desarrollado la técnica llamada ICSI (inyección intracitoplásmica de espermatozoides). Estudios recientes demuestran que, en ausencia de espermatozoides, a veces son recuperables las espermátides, en su fase redonda o alargada, a partir de biopsias testiculares, o incluso, en ciertos pacientes, a partir del eyaculado. Y que estas espermátides pueden fecundar el óvulo humano. En 1995, utilizando espermátides redondas tomadas del eyaculado, nacieron dos niños. En 1996, nació un tercer niño gracias a una espermátide alargada tomada por biopsia testicular. Al igual que los dos primeros, este niño no presentó ninguna anomalía detectable. Por tanto, ha quedado demostrado que es posible tratar la infertilidad humana aunque no se disponga de espermatozoides.

Estos primeros resultados fueron consecuencia de unos alentadores estudios con animales de laboratorio (ratón, conejo). Sin embargo, la experiencia de que disponemos puede decirse que es sólo un preliminar (véase «Los ensayos en el hombre»). No se dominan aún todos los riesgos potenciales, y la aplicación al hombre exige una gran prudencia. La situación es tanto más delicada cuanto que los primeros resultados han sido ampliamente difundidos por la prensa y por otros medios de comunicación de masas, lo que ha creado grandes esperanzas en muchos hombres que hasta ahora se creían incapaces de convertirse en padres biológicos y se habían resignado a aceptar una inseminación artificial de su esposa con el esperma de un donante, o bien a solicitar una adopción.

Para apreciar los riesgos que implica la concepción con espermátides, es necesario definirlos, ponderarlos y prever los medios adecuados para reducirlos. Como la espermátide no está dotada de los elementos necesarios para penetrar en el óvulo por sus propios medios, es inevitable recurrir a una técnica artificial. Los trabajos originales en animales empleaban la electrofusión: fusión de la membrana plásmica de la espermátide con la del óvulo mediante una descarga eléctrica, después de haber inyectado la espermátide en el espacio que hay entre el óvulo y la zona translúcida que lo envuelve. En el hombre, los investigadores han preferido recurrir a la inyección directa de la espermátide en el citoplasma ovular. En ciertos casos, las espermátides fueron físicamente desintegradas y solamente se inyectó su núcleo.

Electrofusión o inyección directa son técnicas artificiales que implican la ruptura parcial y temporal de la membrana plásmica que protege el medio interno del óvulo. Durante la inyección intracitoplásmica, el ovocito se mantiene en un medio de cultivo en el que hay una mezcla de iones inorgánicos y varios componentes orgánicos, incluso proteínas. En circunstancias normales, el acceso de la mayor parte de estas sustancias al interior del ovocito está controlado por la membrana plásmica. La inyección intracitoplásmica abre temporalmente esta barrera natural, lo cual facilita la entrada en el ovocito de los componentes del medio. Por tanto, es indispensable un control riguroso de este medio. La situación no es diferente en el caso de la inyección de espermatozoides maduros (ICSI).

Conviene tener en cuenta que, para el éxito de esta técnica, es indispensable el paso de las sustancias extracelulares a través de la membrana plásmica dañada. La entrada masiva de iones calcio favorece la activación ovular, pero también, sin duda, el cierre rápido de las aberturas creadas en la membrana y la restauración de la composición normal del medio intracelular.

Otra preocupación: la inyección directa de la espermátide en el óvulo suprime cualquier contacto entre las membranas plásmicas de las dos células. Es sabido que la inyección intraovular de espermatozoides maduros provoca una ligera modificación de la respuesta ovular en el espermatozoide fecundante, lo cual es observable en la evolución de la concentración del calcio intracelular libre. Se podía sospechar que la ausencia de este contacto entre las dos membranas induce unas irregularidades en el ciclo celular, capaces de causar anomalías cromosómicas.

Ahora bien, la inyección intraovular de un núcleo aislado de espermátide, practicada por algunos equipos, puede, a su vez, dar origen a otras anomalías. La activación ovular durante la fecundación depende de la liberación, a partir del gameto masculino, de un factor citoplásmico que ha sido definido recientemente. Por tanto, al rechazar el citoplasma de la espermátide, se corre el riesgo de prescindir de una cantidad considerable de este factor, a menos que esté asociado principalmente al núcleo, lo cual está lejos de haber sido probado. Excluir el citoplasma de la espermátide puede también acarrear la pérdida del centrosoma, que tiene un papel fundamental en la división celular. Esto no es manifiestamente grave en el ratón, en el cual la inyección de los núcleos aislados de espermátides funciona incluso mejor que la inyección de espermátides enteras. Pero el ratón representa una excepción en la regla general según la cual el centrosoma paterno es el que tiene el papel de motor en la meiosis, mientras que el centrosoma materno queda reprimido. Por tanto, lo que funciona bien en el ratón no funcionará en el hombre. Esto podría explicar por qué la inyección intraovular de núcleos aislados de espermátides parece ser menos eficaz respecto a la inyección de las espermátides enteras. En realidad noventa y seis ensayos con inyección de núcleos aislados no han dado más que cuatro embarazos —que, por otra parte, no llegaron a término—, mientras que nacieron tres niños entre, solamente, doce ciclos de tratamiento con inyección de espermátides enteras.

A pesar de que los resultados obtenidos en los animales y en el hombre demuestran que la procreación con espermátides es factible, sería grave asimilar estos primeros resultados a una garantía de ausencia de riesgo. En el contexto práctico de la aplicación a un individuo, hay que formularse cada vez dos preguntas. En primer lugar, por qué el individuo no produce espermatozoides. Y en segundo lugar, saber si, además del material genético, las espermátides del paciente contienen todos los elementos necesarios para el desarrollo del futuro embrión. La primera pregunta nos lleva a la sospecha de posibles anomalías genéticas; la segunda se refiere a la problemática compleja de los factores epigenéticos. Se sabe que muchas anomalías genéticas se manifiestan sobre todo en problemas de espermatogénesis. A título de ejemplo, téngase en cuenta que muchos «microdeleciones» en el brazo largo del cromosoma Y pueden asociarse a una azoospermia radical, aunque es posible que la producción de espermátides se haya conservado. Si se desea que los portadores de anomalías genéticas de este tipo procreen por medio de la concepción con espermátides, es probable que su infertilidad congénita se transmita a su descendencia masculina.

Pero los factores genéticos no son los únicos que pueden provocar azoospermia, sino que en ella pueden intervenir muchísimos factores medioambientales. Estos factores no genéticos, aunque no transmisibles a la descendencia, son numerosos: contaminantes alimentarios (sustancias químicas utilizadas en la industria agroalimentaria), medicamentos (por ejemplo, anabolizantes), e incluso traumatismos físicos (entrañen o no la producción de anticuerpos), infecciones víricas, diversas sustancias tóxicas, ciertas radiaciones, elevación de la temperatura a causa de una infección o del modo de vestir, etc. La perturbación de la espermatogénesis también puede deberse a modificaciones de la red de irrigación de los testículos (varicocele, etc.).

Fuente: Tesarik, Jan. La fecundación humana sin espermatozoides. Mundo Científico. Barcelona: RBA Revistas, abril, 1997.

El invento del Taladro

Berbiquí y brocas

Los berbiquíes, inventados en la edad media, emplean el principio de la palanca. El usuario coloca una mano en la parte superior y la otra en la empuñadura, con la que hace girar la herramienta. La forma de manivela aumenta la fuerza de giro. Las brocas se fijan al berbiquí con el portabrocas situado en el extremo de la herramienta.

Taladro, herramienta de corte para hacer orificios redondos en madera, metal, roca o cualquier otro material duro. La herramienta utilizada para hacer taladros en madera se suele llamar barrena, así como algunos tipos especializados de herramientas que se usan en el taladrado de rocas.

La herramienta más común para taladrar madera es la broca de rosca, que dispone de superficies sencillas o dobles de corte en hélice, y que se hace girar mediante una manivela accionada manualmente o mediante un motor eléctrico. Además, se utilizan varias formas especiales de brocas para madera, que incluyen la broca expandida, con un tornillo guía central y un brazo de corte radial que puede ajustarse para taladrar agujeros de tamaños diferentes.

Para taladrar metal acostumbra a utilizarse la broca americana, que consiste en una varilla con dos acanaladuras espirales cortadas a su alrededor. Las acanaladuras se encuentran con el punto del taladro en un ángulo de entre 118 y 120º. Las brocas americanas se fabrican en tamaños que van desde unos pocos micrómetros de diámetro a 25 mm el diámetro de la broca determina el tamaño del agujero producido. Cuando se necesita un agujero más grande, el agujero taladrado se agranda mediante una herramienta de perforación. Las brocas americanas se hacen girar normalmente con taladros accionados por motor. La forma más sencilla de taladro es un motor pequeño de mano con un manguito que sostiene el taladro. Para trabajos de precisión y para taladros más grandes, se emplea la perforadora, una máquina que consiste en una o más brocas accionadas con motor, con manguitos en los extremos más bajos para sostener los taladros. La broca puede elevarse o bajarse con una rueda manual o con una palanca. Una hoja de metal regulable situada debajo de la broca sostiene la pieza que va a taladrarse. Las brocas americanas manuales o con motor pueden usarse además para el taladrado de cristal, plástico y cerámica.

Los agujeros pequeños y superficiales en piedra, hormigón, ladrillo y otros materiales parecidos, se taladran manualmente con un taladro de estrella, que es una varilla de acero con un punto de corte afilado. El punto se sujeta contra el objeto que va a taladrarse, y el otro extremo de la varilla se golpea con un martillo o con una maza, tras lo cual se gira ligeramente la herramienta y se golpea de nuevo. Se usan taladros de roca similares accionados por martillos neumáticos para taladrar agujeros de diámetro mayor, como los que se emplean para la colocación de cargas explosivas en minas y canteras. Un taladro rotativo consiste en una barrena, parecida a la de rosca, sujeta a una serie de tubos de acero unidos entre sí. Este tipo de taladro se utiliza para perforar a grandes profundidades, como en la perforación de pozos de petróleo, tanto en tierra firme como en el fondo del océano.

El invento del Vidrio

vidrio. (Del lat. vitrĕum, de vitrum). m. Sólido duro, frágil y transparente o translúcido, sin estructura cristalina, obtenido por la fusión de arena silícea con potasa, que es moldeable a altas temperaturas. || 2. Lámina de este material que se utiliza en ventanas, puertas, etc. || 3. Pieza o vaso de vidrio. || 4. Cosa muy delicada y quebradiza. || 5. Persona de genio muy delicado y que fácilmente se desazona y enoja. || 6. En el coche de caballos, asiento en que se va de espaldas al tiro. || 7. ant. Vasos de cristal. || ~ bufado. m. Hojuelas que resultan de soplar con un canuto de hierro una masa de vidrio fundido, formando con ella una especie de ampolla tan delgada, que revienta y se esparce por el aire. || ir alguien al ~. fr. desus. Ocupar en un coche los asientos de delantera, con la espalda vuelta a la caballería, tronco o tiro. || pagar alguien los ~s rotos. fr. coloq. pagar el pato. □ V. camón de ~s.

Vidrio (industria)

1

INTRODUCCIÓN

Vidrio (industria), sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice (SiO₂) fundida a altas temperaturas con boratos o fosfatos. También se encuentra en la naturaleza, por ejemplo en la obsidiana, un material volcánico, o en los enigmáticos objetos conocidos como tectitas. El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido, sino que se halla en un estado vítreo en el que las unidades moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización; el calentamiento puede devolverle su forma líquida. Suele ser transparente, pero también puede ser traslúcido u opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en su fabricación.

El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma mediante diversas técnicas. En frío, puede ser tallado. A bajas temperaturas es quebradizo y se rompe con fractura concoidea (en forma de concha de mar).

Se fabricó por primera vez antes del 2000 a.C., y desde entonces se ha empleado para fabricar recipientes de uso doméstico así como objetos decorativos y ornamentales, entre ellos joyas. (En este artículo trataremos cualquier vidrio con características comercialmente útiles en cuanto a trasparencia, índice de refracción, color... En Vidrio (arte) se trata la historia del arte y la técnica del trabajo del vidrio).

2

MATERIALES Y TÉCNICAS

El ingrediente principal del vidrio es la sílice, obtenida a partir de arena, pedernal o cuarzo.

2.1

Composición y propiedades

La sílice se funde a temperaturas muy elevadas para formar vidrio. Como éste tiene un elevado punto de fusión y sufre poca contracción y dilatación con los cambios de temperatura, es adecuado para aparatos de laboratorio y objetos sometidos a choques térmicos (deformaciones debidas a cambios bruscos de temperatura), como los espejos de los telescopios. El vidrio es un mal conductor del calor y la electricidad, por lo que resulta práctico para el aislamiento térmico y eléctrico. En la mayoría de los vidrios, la sílice se combina con otras materias primas en distintas proporciones. Los fundentes alcalinos, por lo general carbonato de sodio o potasio, disminuyen el punto de fusión y la viscosidad de la sílice. La piedra caliza o la dolomita (carbonato de calcio y magnesio) actúa como estabilizante. Otros ingredientes, como el plomo o el bórax, proporcionan al vidrio determinadas propiedades físicas.

2.1.1

Vidrio soluble y vidrio sodocálcico

El vidrio de elevado contenido en sodio que puede disolverse en agua para formar un líquido viscoso se denomina vidrio soluble y se emplea como barniz ignífugo en ciertos objetos y como sellador. La mayor parte del vidrio producido presenta una elevada concentración de sodio y calcio en su composición; se conoce como vidrio sodocálcico y se utiliza para fabricar botellas, cristalerías de mesa, bombillas (focos), vidrios de ventana y vidrios laminados.

2.1.2

Vidrio al plomo

El vidrio fino empleado para cristalerías de mesa y conocido como cristal es el resultado de fórmulas que combinan silicato de potasio con óxido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta más la luz, por lo que resulta apropiado para lentes o prismas y para bisutería. Como el plomo absorbe la radiación de alta energía, el vidrio al plomo se utiliza en pantallas para proteger al personal de las instalaciones nucleares.

2.1.3

Vidrio de borosilicato

Este vidrio contiene bórax entre sus ingredientes fundamentales, junto con sílice y álcali. Destaca por su durabilidad y resistencia a los ataques químicos y las altas temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos químicos.

2.1.4

Color

Las impurezas en las materias primas afectan al color del vidrio. Para obtener una sustancia clara e incolora, los fabricantes añaden manganeso con el fin de eliminar los efectos de pequeñas cantidades de hierro que producen tonos verdes y pardos. El cristal puede colorearse disolviendo en él óxidos metálicos, sulfuros o seleniuros. Otros colorantes se dispersan en forma de partículas microscópicas.

2.1.5

Ingredientes diversos

Entre los componentes típicos del vidrio están los residuos de vidrio de composición similar, que potencian su fusión y homogeneización. A menudo se añaden elementos de afino, como arsénico o antimonio, para desprender pequeñas burbujas durante la fusión.

2.1.6

Propiedades físicas

Según su composición, algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de sólo 500 °C; en cambio, otros necesitan 1.650 ºC. La resistencia a la tracción, que suele estar entre los 3.000 y 5.500 N/cm², puede llegar a los 70.000 N/cm² si el vidrio recibe un tratamiento especial. La densidad relativa (densidad con respecto al agua) va de 2 a 8, es decir, el vidrio puede ser más ligero que el aluminio o más pesado que el acero. Las propiedades ópticas y eléctricas también pueden variar mucho.

2.2

Mezcla y fusión

Fabricación de vidrio

El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta (de producción continua) por medio de una tolva. El horno se calienta con quemadores de gas o petróleo. La llama debe alcanzar una temperatura suficiente, y para ello el aire de combustión se calienta en unos recuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de que llegue a los quemadores. El horno tiene dos recuperadores cuyas funciones cambian cada veinte minutos: uno se calienta por contacto con los gases ardientes mientras el otro proporciona el calor acumulado al aire de combustión. La mezcla se funde (zona de fusión) a unos 1.500 °C y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene lugar el recocido. En el otro extremo del horno se alcanza una temperatura de 1.200 a 800 °C. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación (como en el esquema) o por otro método.

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Después de una cuidadosa medida y preparación, las materias primas se mezclan y se someten a una fusión inicial antes de aplicarles todo el calor necesario para la vitrificación. En el pasado, la fusión se efectuaba en recipientes de arcilla (barro) que se calentaban en hornos alimentados con madera o carbón. Todavía hoy se utilizan recipientes de arcilla refractaria, que contienen entre 0,5 y 1,5 toneladas de vidrio, cuando se necesitan cantidades relativamente pequeñas de vidrio para trabajarlo a mano. En las industrias modernas, la mayor parte del vidrio se funde en grandes calderos, introducidos por primera vez en 1872. Estos calderos pueden contener más de 1.000 toneladas de vidrio y se calientan con gas, fuel o electricidad. Las materias primas se introducen de forma continua por una abertura situada en un extremo del caldero y el vidrio fundido, afinado y templado, sale por el otro extremo. En unos grandes crisoles o cámaras de retención, el vidrio fundido se lleva a la temperatura a la que puede ser trabajado y, a continuación, la masa vítrea se transfiere a las máquinas de moldeo.

2.3

Moldeado

Vidrio soplado

Fabricación artesanal de recipientes de vidrio soplado. A la izquierda se aprecia una silla con un soporte para la caña de soplar. Conseguida la forma en bruto, se pellizca el material con unas pinzas para dar la forma final al vidrio fundido.

Los principales métodos empleados para moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado. Todos estos procesos son antiguos, pero han sufrido modificaciones para poder producir vidrio con fines industriales. Por ejemplo, se han desarrollado procesos de colado por centrifugado en los que el vidrio se fuerza contra las paredes de un molde que gira rápidamente, lo que permite obtener formas precisas de poco peso, como tubos de televisión. También se han desarrollado máquinas automáticas para soplar el vidrio. Véase también Vidrio (arte).

2.4

Vidrio tensionado

Es posible añadir tensiones de modo artificial para dar resistencia a un artículo de vidrio. Como el vidrio se rompe como resultado de esfuerzos de tracción que se originan con un mínimo arañazo de la superficie, la compresión de ésta aumenta el esfuerzo de tracción que puede soportar el vidrio antes de que se produzca la ruptura. Un método llamado temple térmico comprime la superficie calentando el vidrio casi hasta el punto de reblandecimiento y enfriándolo rápidamente con un chorro de aire o por inmersión en un líquido. La superficie se endurece de inmediato, y la posterior contracción del interior del vidrio, que se enfría con más lentitud, tira de ella y la comprime. Con este método pueden obtenerse compresiones de superficie de hasta 24.000 N/cm² en piezas gruesas de vidrio. También se han desarrollado métodos químicos de reforzamiento en los que se altera la composición o la estructura de la superficie del vidrio mediante intercambio iónico. Este método permite alcanzar una resistencia superior a los 70.000 N/cm². Véase también Recocido.

3

TIPOS DE VIDRIO COMERCIAL

La amplia gama de aplicaciones del vidrio ha hecho que se desarrollen numerosos tipos distintos.

3.1

Vidrio de ventana

El vidrio de ventana, que ya se empleaba en el siglo I d.C., se fabricaba utilizando moldes o soplando cilindros huecos que se cortaban y aplastaban para formar láminas. En el proceso de corona, técnica posterior, se soplaba un trozo de vidrio dándole forma de globo aplastado o corona. La varilla se fijaba al lado plano y se retiraba el tubo de soplado (véase Vidrio (arte): Soplado). La corona volvía a calentarse y se hacía girar con la varilla; el agujero dejado por el tubo se hacía más grande y el disco acababa formando una gran lámina circular. La varilla se partía, lo que dejaba una marca. En la actualidad, casi todo el vidrio de ventana se fabrica de forma mecánica estirándolo desde una piscina de vidrio fundido. En el proceso de Foucault, la lámina de vidrio se estira a través de un bloque refractario ranurado sumergido en la superficie de la piscina de este material y se lleva a un horno vertical de recocido, de donde sale para ser cortado en hojas.

3.2

Vidrio de placa

El vidrio de ventana normal producido por estiramiento no tiene un espesor uniforme, debido a la naturaleza del proceso de fabricación. Las variaciones de espesor distorsionan la imagen de los objetos vistos a través de una hoja de ese vidrio.

El método tradicional de eliminar esos defectos ha sido emplear vidrio laminado bruñido y pulimentado, conocido como vidrio de placa. Éste se produjo por primera vez en Saint Gobain (Francia) en 1668, vertiendo vidrio en una mesa de hierro y aplanándolo con un rodillo. Después del recocido, la lámina se bruñía y pulimentaba por ambos lados (véase Operaciones de acabado). Hoy, el vidrio de placa se fabrica pasando el material vítreo de forma continua entre dobles rodillos situados en el extremo de un crisol que contiene el material fundido. Después de recocer la lámina en bruto, ambas caras son acabadas de forma continua y simultánea.

En la actualidad, el bruñido y el pulimentado están siendo sustituidos por el proceso de vidrio flotante, más barato. En este proceso se forman superficies planas en ambas caras haciendo flotar una capa continua de vidrio sobre un baño de estaño fundido. La temperatura es tan alta que las imperfecciones superficiales se eliminan por el flujo del vidrio. La temperatura se hace descender poco a poco a medida que el material avanza por el baño de estaño y, al llegar al extremo, el vidrio pasa por un largo horno de recocido.

En arquitectura se emplea vidrio laminado sin pulir, a menudo con superficies figurativas producidas por dibujos grabados en los rodillos. El vidrio de rejilla, que se fabrica introduciendo tela metálica en el vidrio fundido antes de pasar por los rodillos, no se astilla al recibir un golpe. El vidrio de seguridad, como el utilizado en los parabrisas de los automóviles o en las gafas de seguridad, se obtiene tras la colocación de una lámina de plástico transparente (polivinilbutiral) entre dos láminas finas de vidrio de placa. El plástico se adhiere al vidrio y mantiene fijas las esquirlas incluso después de un fuerte impacto.

3.3

Botellas y recipientes

Las botellas, tarros y otros recipientes de vidrio se fabrican mediante un proceso automático que combina el prensado (para formar el extremo abierto) y el soplado (para formar el cuerpo hueco del recipiente). En una máquina típica para soplar botellas, se deja caer vidrio fundido en un molde estrecho invertido y se presiona con un chorro de aire hacia el extremo inferior del molde, que corresponde al cuello de la botella terminada. Después, un desviador desciende sobre la parte superior del molde, y un chorro de aire que viene desde abajo y pasa por el cuello da la primera forma a la botella. Esta botella a medio formar se sujeta por el cuello, se invierte y se pasa a un segundo molde de acabado, en la que otro chorro de aire le da sus dimensiones finales. En otro tipo de máquina que se utiliza para recipientes de boca ancha, se prensa el vidrio en un molde con un pistón antes de soplarlo en un molde de acabado. Los tarros de poco fondo, como los empleados para cosméticos, son prensados sin más.

3.4

Vidrio óptico

La mayoría de las lentes que se utilizan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cámaras y otros instrumentos ópticos se fabrican con vidrio óptico (Véase Óptica). Éste se diferencia de los demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado y exigente. Las materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricación. Pequeñas burbujas de aire o inclusiones de materia no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente. Las llamadas cuerdas, estrías causadas por la falta de homogeneidad química del vidrio, también pueden causar distorsiones importantes, y las tensiones en el vidrio debidas a un recocido imperfecto afectan también a las cualidades ópticas.

En la antigüedad, el vidrio óptico se fundía en crisoles durante periodos prolongados, removiéndolo constantemente con una varilla refractaria. Después de un largo recocido, se partía en varios fragmentos; los mejores volvían a ser triturados, recalentados y prensados con la forma deseada. En los últimos años se ha adoptado un método para la fabricación continua de vidrio en tanques revestidos de platino, con agitadores en las cámaras cilíndricas de los extremos (llamadas homogeneizadores). Este proceso produce cantidades mayores de vidrio óptico, con menor coste y mayor calidad que el método anterior. Para las lentes sencillas se usa cada vez más el plástico en lugar del vidrio. Aunque no es tan duradero ni resistente al rayado como el vidrio, es fuerte y ligero y puede absorber tintes.

3.5

Vidrio fotosensible

En el vidrio fotosensible, los iones de oro o plata del material responden a la acción de la luz, de forma similar a lo que ocurre en una película fotográfica. Este vidrio se utiliza en procesos de impresión y reproducción, y su tratamiento térmico tras la exposición a la luz produce cambios permanentes.

El vidrio fotocromático se oscurece al ser expuesto a la luz tras lo cual recupera su claridad original. Este comportamiento se debe a la acción de la luz sobre cristales diminutos de cloruro de plata o bromuro de plata distribuidos por todo el vidrio. Es muy utilizado en lentes de gafas o anteojos y en electrónica.

3.6

Vitrocerámica

En los vidrios que contienen determinados metales se produce una cristalización localizada al ser expuestos a radiación ultravioleta. Si se calientan a temperaturas elevadas, estos vidrios se convierten en vitrocerámica, que tiene una resistencia mecánica y unas propiedades de aislamiento eléctrico superiores a las del vidrio ordinario. Este tipo de cerámica se utiliza en la actualidad en utensilios de cocina, conos frontales de cohetes o ladrillos termorresistentes para recubrir naves espaciales. Otros vidrios que contienen metales o aleaciones pueden magnetizarse, son resistentes y flexibles y resultan muy útiles para transformadores eléctricos de alta eficiencia.

3.7

Fibra de vidrio

Es posible producir fibras de vidrio —que pueden tejerse como las fibras textiles— estirando vidrio fundido hasta diámetros inferiores a una centésima de milímetro. Se pueden producir tanto hilos multifilamento largos y continuos como fibras cortas de 25 o 30 centímetros de largo.

Una vez tejida para formar telas, la fibra de vidrio resulta ser un excelente material para cortinas y tapicería debido a su estabilidad química, solidez y resistencia al fuego y al agua. Los tejidos de fibra de vidrio, sola o en combinación con resinas, constituyen un aislamiento eléctrico excelente. Impregnando fibras de vidrio con plásticos se forma un tipo compuesto que combina la solidez y estabilidad química del vidrio con la resistencia al impacto del plástico. Otras fibras de vidrio muy útiles son las empleadas para transmitir señales ópticas en comunicaciones informáticas y telefónicas mediante la nueva tecnología de la fibra óptica, en rápido crecimiento.

3.8

Otros tipos de vidrio

Los paveses de vidrio son bloques de construcción huecos, con nervios o dibujos en los lados, que se pueden unir con argamasa y utilizarse en paredes exteriores o tabiques internos.

La espuma de vidrio, empleada en flotadores o como aislante, se fabrica añadiendo un agente espumante al vidrio triturado y calentando la mezcla hasta el punto de reblandecimiento. El agente espumante libera un gas que produce una multitud de pequeñas burbujas dentro del vidrio.

En la década de 1950 se desarrollaron fibras ópticas que han encontrado muchas aplicaciones en la ciencia, la medicina y la industria. Si se colocan de forma paralela fibras de vidrio de alto índice de refracción separadas por capas delgadas de vidrio de bajo índice de refracción, es posible transmitir imágenes a través de las fibras. Los fibroscopios, que contienen muchos haces flexibles de estas fibras, pueden transmitir imágenes a través de ángulos muy cerrados, lo que facilita la inspección de zonas que suelen ser inaccesibles. Las aplicaciones de la fibra óptica rígida, como lupas, reductores y pantallas también mejoran la visión. Empleadas en combinación con láseres, las fibras ópticas son hoy cruciales para la telefonía de larga distancia y la comunicación entre ordenadores (computadoras).

El vidrio láser es vidrio dopado con un pequeño porcentaje de óxido de neodimio, y es capaz de emitir luz láser si se monta en un dispositivo adecuado y se ‘bombea’ con luz ordinaria. Está considerado como una buena fuente láser por la relativa facilidad con que pueden obtenerse pedazos grandes y homogéneos de este vidrio.

Los vidrios dobles son dos láminas de vidrio de placa o de ventana selladas por los extremos, con un espacio de aire entre ambas. Para su construcción pueden usarse varios tipos de selladores y materiales de separación. Empleados en ventanas, proporcionan un excelente aislamiento térmico y no se empañan aunque haya humedad.

En la década de 1980 se desarrolló en la Universidad de Florida (Estados Unidos) un método para fabricar grandes estructuras de vidrio sin utilizar altas temperaturas. La técnica, denominada de sol-gel, consiste en mezclar agua con un producto químico como el tetrametoxisilano para fabricar un polímero de óxido de silicio; un aditivo químico reduce la velocidad del proceso de condensación y permite que el polímero se constituya uniformemente. Este método podría resultar útil para fabricar formas grandes y complejas con propiedades específicas.

Vidrio soluble

Vidrio soluble, compuesto de silicato de sodio (o potasio), incoloro y de aspecto vidrioso, de fórmula Na₂SiO₃ (véase Vidrio; Silicio). Es soluble en agua y alcohol, y se emplea comercialmente como cemento, para fabricar hormigón y como capa protectora en materiales ignífugos. También se utiliza en la elaboración de jabones y detergentes sintéticos y en procesos de refinado del petróleo. La disolución de vidrio soluble también se utiliza para conservar huevos y madera.