Taller de soplado de vidrio

Qué ocurre

Una posta de 300 g de vidrio sodocálcico en el extremo de una caña de soplado se sopla hasta formar una burbuja en el banco del maestro vidriero. La viscosidad del vidrio sigue la ecuación de Vogel–Fulcher–Tammann, log₁₀(η/Pa·s) = −2,6 + 4300/(T − 530 K): mil pascales segundo a 1025 °C y cuatro mil veces más a 724 °C. La inercia es despreciable, así que el movimiento del vidrio es un flujo de Stokes: de todas las maneras en que puede estirarse la pared —con velocidades de estiramiento s a lo largo del meridiano y t alrededor de la burbuja—, se produce la que menos disipa frente al trabajo de la presión del aire y de la tensión superficial. La burbuja se mantiene como una esfera que pasa por el anillo de vidrio de 12 mm adherido a la boca de la caña; sobre ella se deslizan 24 anillos de vidrio, cada uno con su propia pared y su propia temperatura. Los anillos radian (emisividad 0,9) y pierden calor por convección hacia el taller y, en el cuello, hacia la caña, o lo reciben de las paredes del horno de recalentamiento, a 1200 °C; un chorro de aire puede enfriar el extremo opuesto. La gravedad dobla el cuello como una bisagra viscosa; al girar la caña, la caída gira con ella.

Según la ley de la lámina delgada, una esfera libre de pared uniforme se infla sin control: a 1000 °C, el parisón —de 26,7 mm de radio de la superficie media y 14,1 mm de pared—, soplado a 0,5 kPa, crecería sin límite en 6,14 s. El enfriamiento lo impide: en la caña, la burbuja crece hasta 156 mm en 30 s y se rigidiza a 672 °C, con el cuello, enfriado por la caña, 6,1 veces más grueso que los 1,5 mm del extremo opuesto. Una posta a 850 °C apenas se abre, hasta 67,9 mm, mientras que una esfera libre a 1100 °C se rompe en 1,48 s. Sin girar, la burbuja cae 61,8° en 3 s y a los 8 s cuelga a 73,7° del eje de la caña; girando una vuelta por segundo, describe un círculo, vuelve y queda a solo 4,2° del eje. Si el extremo tiene la mitad de pared, se adelgaza 1,8 veces más rápido que el cuerpo: a la misma presión termina con 1,18 mm frente a 1,53 mm en el cuerpo, y a 0,75 kPa se rompe en 5,76 s. El chorro de enfriamiento rigidiza el extremo y detiene su estiramiento en 4,85 mm de pared, mientras la burbuja alcanza 110 mm.

Modelo: una lámina viscosa delgada que se mantiene esférica, de modo que una zona fina se reparte a lo largo de la esfera en lugar de abombarse hacia fuera; al principio el espesor de la pared es la mitad del radio, y con esa relación la ley de la lámina delgada va un 6 % por delante de la solución exacta de la lámina gruesa. Una sola temperatura en el espesor de la pared de cada anillo y una superficie gris y opaca; el cuello es el primer anillo, que se dobla como un tubo viscoso; sin fuerza centrífuga, sin deformación de la propia burbuja por su peso, sin flujo de aire en la caña; una pared de menos de 0,25 mm se rompe y la burbuja ya no retiene la presión. RK4 con paso de 1/120 s, subdividido mientras la pared se estira deprisa; el vidrio ni se crea ni se pierde, y el balance de soplado, horno de recalentamiento, radiación, convección, caña, calor y energía superficial cierra.

Qué probar

Observe cómo la posta se hincha con la presión de soplado y se detiene al enfriarse; después llévela al horno de recalentamiento y vuelva a soplar. Deje de girar la caña para ver cómo cae la burbuja y sople una posta con el extremo fino con y sin el chorro de enfriamiento.