La continua aparición de vidrios de alto rendimiento energético, principalmente los vidrios de capas y vidrios Low-E o bajo emisivos, supone un nuevo desafío para los procesos de templado tradicionales, facilitando la aparición de nuevas tecnologías de alta convección destinadas a obtener un producto final de óptima calidad y fiabilidad.

Las nuevas y cada vez más estrictas regulaciones sobre eficiencia energética han impulsado el desarrollo de vidrios Low-E en formato de simple o doble acristalamiento dirigidos a ventanas de alto aislamiento y aplicaciones arquitectónicas en fachadas.
El templado de los nuevos vidrios de capas requieren el uso de las más avanzadas tecnologías con el fin de asegurar una óptima calidad y una mayor productividad de todo el proceso.

El sistema de templado más avanzado actualmente es el de calentamiento por alta convección, en el que se combinan convección y radiación. En esta exposición se describen los principios físicos de este sistema de templado en la teoría y en la práctica y se discute el empleo de diferentes factores de transmisión del calor como la convección, la radiación y la conducción (contacto directo). El objetivo que se persigue es encontrar una optimización tecnológica que sea capaz de responder a las actuales demandas del mercado de vidrio arquitectónico y vidrio aislante, incluyendo los vidrios de control solar y Low-E (bajo emisivos). En este sentido, las últimas tecnologías de alta convección, combinadas con sistemas de control en línea, se traducen en una mayor productividad y una calidad superior.

INTRODUCCIÓN
El vidrio es uno de los elementos de la piel de un edificio que causa mayores pérdidas térmicas (aproximadamente el 20% de la energía utilizada para acondicionar el interior de un edificio se pierde a través de los vidrios en los apartamentos). El tipo y las características de un acristalamiento es por lo tanto un aspecto de gran importancia para limitar estas pérdidas.

El consumo energético de un edificio es el resultado de calentar (en invierno) y enfriar (en verano). Con este planteamiento, el mayor ahorro energético en el total del año se obtiene con vidrios que retengan el calor en invierno (bajo valor U) y protejan frente al calor del sol en verano (bajo valor G o ganancia solar). En contraste, en aquellas áreas en que se requiera un mayor gasto en calefacción y un menor gasto en refrigeración serán más efectivos vidrios con un bajo valor U y un alto valor G o ganancia solar.
La legislación de la Unión Europea, el Protocolo de Kyoto y el programa Energy Star de Estados Unidos son en gran parte causantes de la creciente presencia de vidrios Low-E en edificios residenciales. En el sector de la arquitectura comercial, la tendencia dominante ha sido la creación de grandes superficies acristaladas con alta transparencia y baja reflexión, con el fin de integrar los edificios en su entorno.
Estas tendencias han tenido como resultado una mayor demanda de revestimientos en los vidrios templados, en especial tratamientos Low-E con alto aislamiento térmico. También las exigencias planteadas por su transporte e instalación requieren vidrios de gran resistencia y durabilidad. De manera adicional, las más recientes normativas nacionales sobre el uso de vidrios de seguridad promueven la utilización de vidrios templados y laminados, así como tratamientos bajo emisivos. Al mismo tiempo, las empresas transformadoras han aceptado el reto de aumentar su capacidad productiva sin que la calidad final de sus vidrios Low-E se vea perjudicada.

En el caso de vidrios Low-E y de capas la convección forzada es el método más eficaz conocido debido a que la transferencia de calor es prácticamente igual que en un vidrio convencional.

EL TEMPLADO DE VIDRIO DE ALTAS PRESTACIONES
  En el proceso de templado la temperatura del vidrio aumenta de manera uniforme hasta la región de transición del vidrio. Esta temperatura se sitúa entre los 610 y 630º C en función del grosor y el tipo de vidrio. En el caso de vidrios Low-E, la mayor parte del calor se transmite por convección.
Después del calentamiento, el vidrio se enfría a la velocidad deseada por medio de chorros de aire que se aplican al vidrio desde arriba y desde abajo. Este método utiliza un enfriamiento muy rápido con el fin de crear una diferencia de temperatura de entre 100 y 130º C entre la superficie y el interior del vidrio. En los vidrios Low-E de altas prestaciones el proceso se ajusta de manera que la transmisión de calor y frío sea totalmente equilibrada.

FACTORES DE TRANSMISIÓN DE CALOR
El proceso de templado de altas prestaciones debe controlarse de forma precisa para que la transmisión de calor sea simétrica. Cuanto más rápido sea el proceso, mayor es la importancia de este control; las condiciones dentro del horno deben ser controlables y repetirse en los mismos parámetros una y otra vez.

CONVECCIÓN
Entendemos como tal la convección forzada por medio de aire caliente que se aplica a la superficie del vidrio.
Teóricamente, al aplicar aire caliente a una superficie de vidrio las moléculas de aire que contienen calor entran en contacto con la superficie y se efectúa un intercambio de energía. En una fase primaria del ciclo de calentamiento, cuando la diferencia de temperatura entre el aire y el vidrio es más grande, la convección es más efectiva. En el caso de vidrios Low-E y de capas la convección forzada es el método más eficaz conocido debido a que la transferencia de calor es prácticamente igual que en un vidrio convencional independientemente del tipo de revestimiento.

RADIACIÓN
Entendemos como tal las dos siguientes opciones:
• Radiación directa desde los elementos encargados de calentar.
• Radiación indirecta procedente de los rodillos.
La radiación por infrarrojos penetra en el vidrio sin que haya un intercambio de calor. Los vidrios Low-E reflejan la mayor parte del calor transmitido por medio de este método, de hecho la mayor parte del calor que se transmite en este caso procede de los rodillos.

CONDUCCIÓN
En este sistema, en el que el calor es conducido a través de rodillos cerámicos, el efecto es menor comparado con los sistemas anteriores.

ALTA CONVECCIÓN
  El sistema de calentamiento de vidrios bajo emisivos presenta diferencias por varias razones. La superficie revestida de un vidrio Low-E repele gran parte del calor transmitido por radiación, mientras que la superficie no revestida absorbe el calor procedente de la parte inferior. Hay que tener en cuenta que al trabajar con vidrios Low-E el calentamiento ha de ser lo más uniforme posible, lo que sólo ocurre con un control pormenorizado de todo el proceso y los elementos que intervienen en él.
Al principio del proceso de calentamiento la superficie superior del vidrio (es decir, la que tiene revestimiento) necesita calentamiento adicional por convección para compensar la diferencia entre el mayor calentamiento de la parte inferior y el menor calentamiento de la parte superior. Por otra parte, en el tramo final del proceso el uso de convección en ambas superficies acelera el ciclo productivo.
Los cantos acostumbran a calentarse más deprisa que el resto de la hoja debido a que tienen una mayor área neta para absorber el calor. Existen diferentes tipos de revestimientos en el mercado, todos ellos con características propias, por lo que el tratamiento que necesitan dentro de un horno de templado es distinto. En definitiva, se hace más difícil para los operarios definir los parámetros adecuados para cada vidrio en un ciclo productivo rápido y con la calidad como objetivo.

CONVECCIÓN TRADICIONAL
La tecnología de convección tradicional fue introducida por primera vez a mediados de los 90. Desde entonces, se han ido realizando pequeñas innovaciones sin que la base del sistema haya cambiado: un circuito cerrado en el que se hace circular aire caliente por medio de diferentes boquillas que actúan sobre ambas caras del vidrio, un aire que previamente se ha calentado por medio de gas o electricidad. Se trata de un sistema relativamente costoso de mantener ya que las boquillas tienen una vida limitada, además de que eventuales roturas de los vidrios pueden detener o alterar el proceso.
Este sistema permite altas transmisiones de calor y aumenta considerablemente tanto la velocidad del templado como la calidad de los vidrios resultantes, especialmente los de capas. Sin embargo, es conocido que este tipo de templado por convección tradicional no consigue una optimetría perfecta, en especial cuando se trata de vidrios de dimensiones o características fuera de lo común.

El primer factor a considerar en el templado por convección tradicional es el mismo espacio físico y sus condiciones. Así, cuando el vidrio recibe el aire caliente también está recibiendo una radiación por parte de los elementos dentro del horno que contienen calor. Estas y otras variable pueden cambiar durante el proceso, lo que hace que se produzcan desequilibrios en el calentamiento de los vidrios, especialmente en los casos de producción mixta, en la que las medidas de los vidrios cambian frecuentemente.

El segundo factor a tener en cuenta es cómo concentrar adecuadamente el calor, ya que en la práctica no se controla la cantidad de aire real que se aplica. De esta manera, los cantos suelen quedar sobreexpuestos al calor mientras que el resto de los vidrios no recibe todo el que debería. Esto hace que la distribución de calor (y en consecuencia el templado) sea irregular, especialmente en el caso de grandes hojas para uso arquitectónico. El resultado es una calidad mediocre o, en el peor de los casos, la rotura de los vidrios en el interior del horno a causa del exceso de diferencia de temperatura entre unas zonas y otras.

La necesidad de nuevos vidrios de capas de altas prestaciones, de mayores dimensiones y calidad y alto rendimiento energético está creando nuevos desafíos y nuevas oportunidades de negocio para la industria del vidrio.

NUEVA TECNOLOGÍA DE CONVECCIÓN AVANZADA
Una combinación entre convección forzada y radiación es el estándar más habitual en los sistemas de templado actuales. Un ejemplo lo encontramos en el sistema Sonic de Tamglass, especialmente adecuado para vidrios Low-E.
Un óptimo control de la temperatura se obtiene utilizando calentamiento por alta convección combinado con radiación ajustada. En el proceso, las hojas se calientan por la parte superior e inferior y reciben radiación también por ambas caras. El sistema está estructurado de forma que el vidrio recibe el calor de manera muy uniforme, evitando el fenómeno antes mencionado del excesivo calentamiento de los cantos. El sistema patentado de convección hace circular el aire caliente por el interior del horno, mientras que se accede a las boquillas por la parte exterior para un mejor mantenimiento.

UN PROCESO TOTALMENTE AUTOMÁTICO
La última tecnología en templado de vidrio abarca un gran número de parámetros a considerar. Entre ellos figuran el grosor del vidrio, la emisividad, el tipo de procedimiento, el tiempo de calientamiento, las temperaturas del horno, el tipo de convección, la extensión del calentamiento, la velocidad, la presión, el enfriamiento y las distancias entre elementos. En una situación como ésta no es extraño que en ocasiones los operarios no sean capaces de definir todos estos parámetros lo bastante rápido como para aprovechar la capacidad productiva del horno al 100%. Hay que tener en cuenta que seleccionar aquellos parámetros que permiten un templado más fácil y rápido podría conducir a una merma de la calidad final de los vidrios.

La solución ofrecida por Tamglass a este problema es el APCTM - Tamglass Automatic Process Control, un sistema de control que incluye una cámara que mide las dimensiones del vidrio con precisión al milímetro, un sensor de grosor con precisión de 0'1 mm. y un sensor de emisividad que detecta los niveles más frecuentes, todo ello gestionado por un software de avanzadas prestaciones.
Una vez el software “conoce” las condiciones del interior del horno (temperaturas, el tiempo sin funcionar, la carga efectuada previamente) y las características de la pieza a templar, cuenta con los mismos conocimientos que el operario. El mismo proceso de formación que el operario ha recibido a lo largo del tiempo se encuentra ahora en el software, de forma que los parámetros se ajustan automáticamente en función de los datos proporcionados en cada caso. Parámetros como el tiempo de calentamiento, la presión de templado la carga o la temperatura de salida del vidrio se almacenan continuamente con el FPC (Factory Production Control) según estándar EN 12150-2.

CONCLUSIÓN
Las nuevas tecnologías abren nuevos mercados. La necesidad de nuevos vidrios de capas de altas prestaciones, de mayores dimensiones y calidad y alto rendimiento energético está creando nuevos desafíos y nuevas oportunidades de negocio para la industria del vidrio. Una combinación de convección forzada y radiación es la solución que actualmente da respuesta a estas necesidades. Las ventajas del sistema de convección permiten acelerar la transmisión de calor al vidrio, lo que combinado con una radiación controlada se traduce en una mayor velocidad y flexibilidad en el templado de vidrios para uso arquitectónico. La ventajas del sistema de control automático se acentúan aún más al trabajar con vidrios Low-E, un tipo de producto que presenta mayores exigencias.
No debemos obviar el hecho de que al trabajar con productos más caros una baja productividad lleva consigo mayores costes. En este sentido, un proceso automatizado es la mejor garantía de rentabilidad ya que es la única forma de cumplir con los requisitos de calidad exigidos en el tiempo disponible. Igualmente las posibles deficiencias en el proceso de templado limitan el rendimiento de los mejores hornos de templado, que de esta forma no pueden desarrollar todo su potencial.