Vidrio Laminado PDF

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Procesos sobre la fabricación del vidrio laminado...

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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PROCESO DE FABRICACIÓN DE VIDRIO LAMINADO

Asesor:

Piura – Perú

2020

INDICE I. INTRODUCCIÓN.............................................................................................................. 3 II. CONTEXTUALIZACIÓN DEL SECTOR INDUSTRIAL .................................................... 4 2.1 NIVEL INTERNACIONAL ........................................................................................... 4 2.2 NIVEL NACIONAL ..................................................................................................... 5 III. PROCESO PRODUCTIVO ............................................................................................. 7 3.1 MATERIA PRIMA ....................................................................................................... 7 3.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ............................................................................. 10 IV. MÁQUINAS /EQUIPOS/HERRAMIENTAS .................................................................. 18 4.1 DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS .................................................................................. 18 4.2 FICHA TÉCNICA...................................................................................................... 22 4.3 COSTOS ................................................................................................................... 32 V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: .............................................................................. 33

I.

INTRODUCCIÓN

Como se sabe, el vidrio forma un grupo familiar de cerámicas, el mismo que es muy utilizado en la industria como en la vida diaria, ya que, por su estética y durabilidad, la mayoría de las personas prefieren el vidrio a cualquier otro material para sus utensilios, como: vajilla, repisas, botellas, entre otros. La nobleza del vidrio reside en un conjunto de cualidades, como: la transparencia óptica, la resistencia, el aislamiento y la facilidad con que puede fabricarse; así pues, el vidrio se ha convertido en un elemento vital en la arquitectura de nuestros días, donde la búsqueda de las máximas superficies vidriadas para obtener las mejores visuales y la mayor iluminación natural, se contrapone con la necesidad que se tiene de lograr la mayor eficiencia energética y los más elevados estándares de seguridad. Así pues, utilizamos frecuentemente el vidrio, pero muy pocos conocemos sus características, clasificaciones y usos de acuerdo con su espesor, tamaño, color, proporción y su forma de sujeción; lo utilizamos a veces sin tener en cuenta los parámetros de seguridad, resistencia estructural, aislamiento térmico y acústico requerido para su diseño. Es preciso saber, además, que existen cristales de 6 mm. De espesor, totalmente incoloros, que permiten filtrar hasta el 70 % de la radiación infrarroja y el 99,5% de la ultravioleta; o cristales de 12 mm. Que detienen un proyectil calibre 9mm; el vidrio, entonces, es un material resistente, pero también es frágil y peligroso cuando sufre roturas. En la presente investigación se plantea el problema siguiente: ¿De qué manera se realiza el procesamiento del vidrio? Así mismo, el objetivo general que ha orientado el estudio es: describir el proceso para la obtención del vidrio. Ello con la finalidad de conocer los elementos que componen el vidrio; además, conocer y describir el proceso industrial seguido para su obtención. El estudio realizado ha sido dividido en cuatro secciones, en las que se han abordado aspectos teóricos, metodológicos y prácticos del procesamiento del vidrio. Así, en la sección I se presenta de manera sucinta la introducción de la investigación realizada. En la sección II, se realiza una breve contextualización del sector industrial actual, específicamente en lo que se refiere al vidrio. En la sección III se describe detalladamente el proceso productivo para la obtención del vidrio precisando la materia prima empleada y detallando la descripción del proceso por etapas; asimismo, se explica los diagramas de operaciones, diagramas de bloques y el balance de materia del proceso. En la sección IV denominado: Máquinas/Equipos/Herramientas, se realiza una descripción de las máquinas, equipos y herramientas empleados para el procesamiento del vidrio. Finalmente se presentan las Referencias Bibliográficas empleadas para nuestro trabajo de investigación y los anexos que las sustentan.

II.

CONTEXTUALIZACIÓN DEL SECTOR INDUSTRIAL

2.1 NIVEL INTERNACIONAL En el año 2020, La balanza comercial de esta industria arrojó saldos deficitarios en los 4 últimos años, la magnitud de las importaciones quintuplicó el valor de las exportaciones, determinando los resultados negativos en esta actividad en su comercio con el resto del mundo. Las exportaciones de esta industria sólo significaron en promedio, el 20% del intercambio comercial con el resto del mundo. Los principales productos exportados por la industria de vidrios están conformados por vidrios contrachapados de dimensiones y formatos que permiten el empleo en automóviles u otros vehículos y envases como damajuanas, botellas, frascos y envases de capacidad igual o superior a 1 litro y de 0,15 litros. Los países: Estados Unidos, Chile y Brasil se constituyeron como los principales destinos de las ventas externas de los productos de vidrio, seguidos por Colombia. Principalmente se importaron durante el año 2000: Los demás vidrios de espesor inferior o igual a 6 mm. (Incluido vidrios en hojas), vidrios sin armar de espesor inferior o igual a 6 mm. Y los demás de capacidad inferior o igual a 0.15 litros, lo que se detalla en el siguiente cuadro:

En el siguiente cuadro se aprecia que entre los años 1997 y 2000, las importaciones de productos de vidrio se originan mayormente en Estados Unidos, Brasil, Chile y Colombia.

Finalmente, cabe recalcar que México se ha convertido en los últimos años en un exportador de productos de vidrio. Si bien en 2001 el saldo superavitario del capítulo 70 del Sistema Armonizado descendió a 61 millones de dólares, en 1995 fue de 216 millones y en 1999 de 169 millones; ello hay ha sido posible gracias a su desarrollo tecnológico más que a la dotación de recursos naturales o de mano de obra barata. Actualmente, México viene presentando un amplio desarrollo en el reciclaje del vidrio y apuesta por un futuro brillante para esta industria que día a día viene creciendo a nivel internacional.

2.2 NIVEL NACIONAL Después de la adquisición en diciembre de 1999, del 99,2% del capital social de la Compañía Manufacturera de Vidrios S.A, por parte de Vidrios Industriales S.A., ésta última unidad productiva se ha consolidado como la empresa líder del mercado de envases de vidrio con aproximadamente 98% de participación. Ello ha permitido aprovechar la economía de escala y la reducción de costos, para contrarrestar a la competencia interna y externa. Así, del total producido se estima que el 97,5% es consumida en el mercado nacional, fundamentalmente a través de envases de vidrio, como botellas y frascos; y en menor medida en forma de vidrios planos; siendo el restante del vidrio obtenido destinado al exterior. Las principales empresas del subsector del vidrio son: Vidrios Industriales S.A., Compañía Manufacturera de Vidrios del Perú Ltda., Corporación Miyasato S.A.C., Vidrios y Cristales S.A. y A.G.P. Industrias S.A. entre otros. En el siguiente cuadro, se detallan las principales empresas de vidrio en Perú:

EMPRESAS PRODUCTOS

Vidrios industriales

Botellas para cerveza, gaseosa y licores; frascos para droguería y alimentos

CIA Manufacturera del vidrio del Perú Ltda SA

Botellas, frascos y potes; envases tubulares, tapones y tapas

Corporación Miyasato SA Vidrio laminado de seguridad y vidrio templado de seguridad FAYSA GLASS S.A Vidrio laminado y templado de seguridad, parabrisas, laterales y espaldares

V – TECNIC S.A

Ampollas de vidrio neutro (frascos viales)

Vidrios y Cristales S.A

Envases de vidrio en general

Lamitemp S.A

Vidrios de seguridad Envases de vidrio para el hogar

Fca de Artic de vidrio El Huascarán S.A AGP Industrias S.A Vidrio templado de seguridad y vidrio laminado de seguridad

Fuente: MITINCI/ OGIER – Oficina de Estadística

Respecto a la evolución de la industria del vidrio, se puede decir que, en Perú, esta industria ha tenido una evolución positiva, puesto que durante la década 1991 – 2000, alcanzó una tasa de crecimiento de 3,6%, lo que reflejó un comportamiento menos dinámico al de la manufactura (4,8%). Además, durante el primer trienio de la década la industria de vidrios mostró una declinación de 6,4% anual, es decir menor al de la manufactura (6,4% anual), tomando impulso entre los años 1994 a 1997 cuando en promedio creció a una tasa de 19% anual. Posteriormente, en 1998 la producción de vidrios se desaceleró registrando una tasa de crecimiento de 5,2% y se agudizó en 1999 y 2000 cuando se contrajo en 9.9% y 8,7% respectivamente debido a la fuerte disputa del mercado con los envases de plástico. Por otro lado, cabe recalcar que la evolución de esta industria se sustentó en la producción de envases de vidrio que alcanzó en promedio a 283 millones de unidades anuales, de las cuales el 70% fueron botellas para gaseosas, cerveza y licores y el restante 30% envases para alimentos y droguería. En menor volumen, esta industria produce vidrios planos, principalmente los denominados vidrios templados de seguridad y vidrios laminados de seguridad, que en conjunto ascendieron a 126 mil metros cuadrados anuales en promedio, durante los últimos años.

III.

PROCESO PRODUCTIVO

3.1 MATERIA PRIMA VITRIFICANTES: Son los que proporcionan sus características principales le dan su consistencia y transparencia además son mayoritarios en su composición con aproximadamente 70% de su totalidad. ÓXIDO DE SILICIO: Es la sustancia vitrificante más utilizada su fórmula química es (SiO2), este es el constituyente principal de la mayoría de los vidrios comerciales se encuentra en la naturaleza bajo la forma de arena o de cuarzo en el lecho de los ríos y en las canteras. La disminución del porcentaje de sílice puede provocar la desvitrificación que se produce por la cristalización, que genera un agrupamiento de cristales en la superficie y se observa una película opaca sobre la misma, en cambio un aumento daría lugar a la fusión incompleta obteniendo un vidrio más duro y difícil de trabajar. ANHÍDRIDO BÓRICO: También conocido como óxido de boro es un sólido inodoro, incoloro o blanco, cuya fórmula es química es (B2O3). Es un excelente formador de vidrio, pero no se emplea salvo casos

excepcionales debido a su elevada solubilidad. Es un componente esencial en vidrios termo resistente de alta estabilidad a los cambios bruscos de temperatura y fibras de vidrio.

VIDRIO RECICLADO: El vidrio se recicla al 100% y puede ser reciclado una y otra vez de por vida, siendo el principal destino del vidrio recuperado la fabricación de nuevos envases que tienen exactamente las mismas características de calidad que los 27 originales. El vidrio, una vez tratado y seleccionado por tamaño, color y tipo, es depositado en los silos para posteriormente suministrarlo a los fabricantes de vidrio que, con esta materia prima denominada “calcín”, fabrican los productos de vidrio. FUNDENTES: Facilita la fusión de la masa silícea disminuyendo la calidad del vidrio dándole mayor debilidad estructural y bajando la temperatura a la que ésta funde. Con una composición aproximada de 15% de su totalidad. CARBONATO DE SODIO: Es la sustancia fundente más utilizada cuya fórmula química es (Na2CO3), llamado también sosa. La mayor parte del carbonato de sodio que se utiliza en la industria vidriera se obtiene mediante el método Solvay que consiste en el tratamiento de cloruro de sodio con bicarbonato de amonio para formar bicarbonato de sodio que posteriormente se somete a una descarbonatación. SULFATO DE SODIO: El sulfato de sodio o sulfato sódico (Na2SO4) es una sustancia incolora, cristalina con buena solubilidad en el agua y mala solubilidad en la mayoría de los disolventes orgánicos, pequeñas cantidades de este compuesto son usadas para que reaccione con la sílice y prevenga formación de impurezas en la fusión. De igual manera es usado para incrementar la velocidad de fusión de la carga, reduce la cantidad de pequeños sólidos sin fusionar, inhibiendo la cristalización, y reduciendo la viscosidad del vidrio con altos contenidos de sílice.

ESTABILIZANTE: Sustancias que aumentan la estabilidad química y mecánica del vidrio, estas evitan la degradación hidrólica de la superficie del vidrio ya que impiden que este sea soluble. Contiene aproximadamente 10% de su composición. OXIDO DE CALCIO: Se obtiene como resultado de la calcinación de las rocas calizas o dolomías su fórmula química es (CaO), es el estabilizante más utilizado estructuralmente tiene el carácter de modificador de red. En vidriería común y en particular en la fabricación de botellas se emplea el óxido de calcio o cal en un porcentaje más elevado que en la fabricación de vidrios blancos. ÓXIDO DE MAGNESIO: El óxido de magnesio, o magnesia, es un compuesto químico mineral sólido higroscópico blanco cuya fórmula química es (MgO). A partir de este compuesto se forman los vidrios magnésicos que son más estables que los de calcio, y basta en ellos una pequeña concentración de óxido de magnesio para obstaculizar la tendencia a la desvitrificación. INSUMOS: En las composiciones de productos vítreos de todo tipo se añaden a los componentes principales (materia prima) antes citados una serie de aditivos como componentes secundarios generalmente en pequeñas proporciones, aproximadamente 5% de su composición. AFINANTES: Se utilizan para homogeneizar el producto que contiene numerosas cuerdas y burbujas que se forman en el proceso de fusión, dichas cuerdas son inclusiones vítreas (zonas locales de vidrio que se diferencian por su composición química en forma de largas venas). El compuesto afinante más utilizado es el Sulfato de sodio (SO4Na2) este tiene la ventaja de que solamente se descompone a una temperatura de 1240ºC por lo que la vaporización es muy limitada. Otras sustancias afinantes son: ●

ÓXIDO DE ANTIMONIO(SB 203)

●

NITRATO DE POTASIO(NO3K)

●

NITRATO DE SODIO(NO3NA)

OPACIFICANTES: Permiten dispersar la luz por efecto Tyndall por dispersión de pequeños cristales dispersos en la matriz vítrea dando lugar a vidrios opacos. COLORANTES: Son sustancias empleadas para darle coloración al vidrio, o para hacerlo incoloro anulando la tonalidad verde que es natural en él. El color en el vidrio es producido por la acción de los óxidos de los elementos que pertenecen al grupo de transición de la tabla periódica de elementos. La composición que se le agrega suele ser pequeña, pero varía con la intensidad de coloración que se quiere obtener. DECOLORANTES: Son elementos que se añaden para neutralizar efectos de color producidos por impurezas de las materias primas. La más conocida es la pirolusita o dióxido de manganeso (MnO2) conocida desde la antigüedad con el nombre de jabón vidriero por su acción decolorante al reducir los compuestos férricos en ferrosos se puede emplear en dosis media de 250 gr/1000 kg de arena. 3.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 1. Preparación de materias primas. El vidrio se obtiene a partir de una mezcla de arena de sílice (SiO2), es el principal componente, carbonato de sodio (Na2CO3), así la arena se funde a menor temperatura y caliza (CaCO3), para que el cristal no se descomponga en el agua y con una adición específica de agua, los componentes previamente pesados, son mezclados totalmente. 2. Fundido. Estos 3 elementos se funden en un horno a temperaturas muy elevadas, aproximadamente a unos 1.500 ºC, para evaporar las impurezas y mezclar bien todos los componentes hasta formar una masa viscosa (como miel), que es el vidrio. La fusión comprende una serie de transformaciones física y química. Propiedades físicas - Se modifica el estado cristalino. - Desprendimiento de gases.

- Fusión de cada constituyente. - Volatilización parcial. Propiedades Químicas - Evaporación de agua húmeda - Deshidratación de cada constituyente. - Disociación de carbonatos, sulfatos y fabricación de colores. - Asociación de los óxidos liberados (reacción de las distintas especies). 3. Formado del vidrio. El conformado es una operación que permite moldear los vidrios a alta temperatura, esta operación se puede realizar por diversos procedimientos. Tales como: ●

Por soplado automático.

El material vítreo (vidrio fundido) entra en un molde hueco cuya superficie interior tiene la forma que queramos darle al vidrio, mejor dicho, la forma del objeto final. Una vez cerrado el molde, se inyecta aire comprimido en su interior para que el material se adapte a sus paredes. Tras enfriarse, se abre el molde y se extrae el objeto. ●

Flotación sobre un baño de estaño.

El material fundido se vierte en un depósito que contiene estaño líquido y flota formando una lámina de vidrio uniforme. La importancia radica en que en este procedimiento se obtiene una lámina pulida en ambas caras. ●

Por Laminado.

El material fundido se hace pasar por un sistema de rodillos de laminado grabados o lisos para dar forma o grosor a la lámina, antes de cortarla. Es prácticamente igual que el método anterior. Esta técnica se usa para fabricar vidrios de seguridad.

4. Recocido. El vidrio se traslada a un horno de recocido en el que, mediante un tratamiento térmico, se eliminan tensiones internas y son enfriados de manera gradual y uniforme, logrando su grado definitivo de resistencia. Corte, un diamante corta el cristal según dimensiones específicas. 5. Inspección. Se realizan unos exhaustivos controles de inspección para garantizar la más alta calidad y los que no cumplen con las especificaciones se vuelven a fundir (reciclado y molienda de scrap). Reciclado: El vidrio es un material totalmente reciclable y no hay límite en la cantidad de veces que puede ser reprocesado. Al reciclarlo no se pierden las propiedades y se ahorra una cantidad de energía de alrededor del 30% con respecto al vidrio nuevo. 6. Empaquetado. Se empacan de acuerdo con la característica del diseño del vidrio puede ser por un sistema automatizado o manual lo cual va a depender de la planta. 7. Almacenado y transporte. Se guarda en las bodegas de almacenamiento y luego se despachan al cliente.

3.3 DIAGRAMA DE OPERACIONES DEL PROCESO

3.4 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO Arena, anhídrido bórico, vidrio reciclado

Recepción y selección materia prima

Residual 0.5 %

Chancado de vidrio reciclado

Perdida por trituración 0.5 %

Almacenamiento de materia prima

Pesaje de materia prima

Mezclado

Fundición

Formación de vidrio. (laminado de vidrio)

Recocido

Corte

Inspección

Almacenamiento

3.5 BALANCE DE MATERIA DEL PROCESO El balance de materia se realiza en cada uno de los equipos del proceso. La base de cálculo para obtener el producto final (láminas de vidrio), es considerando la cantidad de materia prima inicial de 2 311 200 kg de vidrio a reciclar, de esta cantidad produciremos 55 000 m2 de láminas de vidrio de 4 mm de espesor, lámina de vidrio, cuya densidad es de 10 000 kg/m3. Coeficientes Técnicos de conversión: Pérdida por Selección y clasificación: 0.5 % Pérdida por chancado: 0.5 % Los cálculos fueron realizados sobre una base de cálculo para un turno de trabajo (08 horas), para obtener el producto final (lámina de vidrio de 1m x 1m x 0.004m), con una producción horaria de 23 láminas/hora. BALANCE DE MATERIA EN EL TRITURADOR

Materia prima (162.45 kg/h...