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El burbujeo, una técnica fundamental y ampliamente utilizada en la homogeneización forzada, influye de manera significativa y compleja en los procesos de refinado y homogeneización del vidrio fundido. A continuación se presenta un análisis detallado.

1. Principio de la tecnología de burbujeo

El burbujeo consiste en instalar varias filas de burbujeadores (boquillas) en la parte inferior del horno de fusión (normalmente en la última parte de la zona de fusión o en la zona de refinado). Un gas específico, generalmente aire comprimido, nitrógeno o un gas inerte, se inyecta en el vidrio fundido a alta temperatura de forma periódica o continua. El gas se expande y asciende a través del vidrio fundido, creando columnas de burbujas ascendentes.

2. Impacto del burbujeo en el proceso de clarificación (principalmente positivo)

El burbujeo ayuda principalmente a eliminar las burbujas de gas, aclarando así el vidrio.

Promover la eliminación de burbujas

Efecto de succiónEn la estela de las grandes burbujas ascendentes se forma una zona de baja presión, creando un “efecto de bombeo”. Este efecto atrae, reúne y fusiona eficazmente las diminutas microburbujas del vidrio fundido circundante, transportándolas a la superficie para su expulsión.

Solubilidad reducida de los gasesEl gas inyectado, especialmente un gas inerte, puede diluir los gases disueltos en el vidrio fundido (p. ej., SO₂, O₂, CO₂), reduciendo su presión parcial. Esto facilita la exsolución de los gases disueltos en las burbujas ascendentes.

Sobresaturación local reducidaLas burbujas ascendentes proporcionan una interfaz gas-líquido ya preparada, lo que facilita que los gases disueltos sobresaturados se disuelvan y se difundan en las burbujas.

Trayectoria de afinación acortadaLas columnas de burbujas ascendentes actúan como “vías rápidas”, acelerando la migración de gases disueltos y microburbujas hacia la superficie.

Ruptura de la capa de espumaCerca de la superficie, las burbujas ascendentes ayudan a romper la densa capa de espuma que puede impedir la expulsión de gases.

Posibles efectos negativos (requieren control)

Introducción de nuevas burbujasSi los parámetros de burbujeo (presión, frecuencia y pureza del gas) no se controlan correctamente o si las boquillas están obstruidas, el proceso puede introducir nuevas burbujas pequeñas no deseadas. Si estas burbujas no se pueden eliminar o disolver durante el clarificado posterior, se convierten en defectos.

Selección de gas inadecuadaSi el gas inyectado reacciona desfavorablemente con el vidrio fundido o los gases disueltos, podría producir gases o compuestos más difíciles de eliminar, lo que dificultaría el proceso de refinado.

3. Impacto del burbujeo en el proceso de homogeneización (principalmente positivo)

La formación de burbujas mejora significativamente la mezcla y homogeneización de lavidrio fundido.

Convección y agitación mejoradas

Circulación verticalA medida que las columnas de burbujas ascienden, su baja densidad en comparación con el vidrio fundido crea un fuerte flujo ascendente. Para reabastecer el vidrio ascendente, el vidrio circundante y el inferior fluyen horizontalmente hacia la columna de burbujas, creando una potente corriente.circulación verticaloconvecciónEsta convección forzada acelera enormemente la mezcla horizontal del vidrio fundido.

Mezcla por cizallamientoLa diferencia de velocidad entre las burbujas ascendentes y el vidrio fundido circundante genera fuerzas de cizallamiento, lo que favorece la mezcla por difusión entre las capas de vidrio adyacentes.

Renovación de interfazLa agitación producida por las burbujas ascendentes renueva continuamente las interfaces de contacto entre vidrios de diferentes composiciones, mejorando la eficiencia de la difusión molecular.

Alteración de la estratificación y las estrías

La convección fuerte descompone eficazmenteestratificación química o térmicayestríascausadas por diferencias de densidad, gradientes de temperatura o alimentación irregular. Incorpora estas capas al flujo principal para su mezcla.

Esto es especialmente útil para eliminar“zonas muertas”en el fondo del tanque, reduciendo la cristalización o la inhomogeneidad severa causada por el estancamiento prolongado.

Mejora de la eficiencia de homogeneización

En comparación con la convección natural o los flujos con gradiente de temperatura, la convección forzada generada por burbujeo tiene unamayor densidad energética y mayor alcanceEsto reduce significativamente el tiempo necesario para alcanzar el nivel de homogeneidad deseado o permite lograr una mayor uniformidad en el mismo plazo.

Posibles efectos negativos (requieren atención)

Erosión de materiales refractariosEl flujo ascendente a alta velocidad de las burbujas y la intensa convección que inducen pueden provocar una mayor erosión y corrosión de los materiales refractarios del fondo y las paredes del tanque, reduciendo la vida útil del horno. Esto también puede introducir productos de erosión en el vidrio fundido, creando nuevas fuentes de inhomogeneidad (piedras, estrías).

Alteración de los patrones de flujoSi la disposición de los puntos de burbujeo, el tamaño de las burbujas o la frecuencia están mal diseñados, pueden interferir con la temperatura y los flujos naturales beneficiosos dentro del tanque de fusión. Esto podría crear nuevas regiones inhomogéneas o vórtices.

4. Parámetros clave de control para la tecnología de burbujeo

Posición de burbujeoNormalmente, en la última parte de la zona de fusión (para asegurar que las materias primas estén casi completamente fundidas) y en la zona de refinado. La posición debe elegirse para optimizar el flujo y la temperatura.

Selección de gasEntre las opciones se incluyen el aire (bajo coste, pero con fuertes propiedades oxidantes), el nitrógeno (inerte) y gases inertes como el argón (máxima inercia, pero caro). La elección depende de la composición del vidrio, su estado redox y el coste.

Tamaño de la burbujaLo ideal es producir burbujas más grandes (de varios milímetros a centímetros de diámetro). Las burbujas pequeñas ascienden lentamente, tienen un efecto de succión débil y pueden ser difíciles de expulsar, convirtiéndose en defectos. El tamaño de las burbujas se controla mediante el diseño de la boquilla y la presión del gas.

Frecuencia de burbujeoEl burbujeo periódico (por ejemplo, cada pocos minutos) suele ser más eficaz que el burbujeo continuo. Crea fuertes turbulencias a la vez que permite que las burbujas se expulsen y el vidrio se estabilice. La intensidad (caudal y presión del gas) debe ajustarse al grosor y la viscosidad del vidrio.

Diseño de punto de burbujeoLa disposición de varias filas en un patrón escalonado que cubra todo el ancho del tanque garantiza que la convección llegue a todos los rincones, evitando “zonas muertas”. Es necesario optimizar el espaciado.

Pureza del gasDeben evitarse las impurezas como la humedad u otros gases para prevenir nuevos problemas.

En conclusión, el burbujeo es una tecnología crucial que inyecta gas en el vidrio fundido para crear una fuerte circulación y agitación vertical. Esto no solo acelera significativamente el proceso de refinado interno, facilitando la fusión y expulsión de burbujas pequeñas y grandes, sino que también rompe eficazmente las capas químicas y térmicas heterogéneas y elimina las zonas muertas de flujo. En consecuencia, mejora notablemente la eficiencia de homogeneización y la calidad del vidrio. Sin embargo, es fundamental un control estricto de parámetros clave como la selección del gas, la posición, la frecuencia y el tamaño de las burbujas para evitar la introducción de nuevos defectos, el agravamiento de la erosión del refractario o la alteración del flujo original. Por lo tanto, si bien presenta posibles inconvenientes, el burbujeo es una tecnología clave que puede optimizarse para mejorar significativamente la fabricación de vidrio.