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Tecnología I
Cerámicos
1. Introducción
2. Cerámicos tradicionales y avanzados
3. Fases de producción
4. Procesado de Cerámicos
5. Prensado. Colado. Conformado Plástico. Técnicas Avanzadas.
6. Fabricación de vidrios
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Cerámicos: definiciones
Primitivas
“El arte de moldear, modelar y cocinar la arcilla; el estudio dela alfarería como un arte”
Modernas
“Todo material inorgánico no metálico”
Avanzadas
“Materiales Policristalinos consolidados, basados encombinaciones de elementos de los grupos III-VI entre si y/ocon cualquier metal, y conformados con tecnologías detransporte de masa”
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Cerámicos: evolución
≈ 10000 AC: comunidades sedentarias neolíticas (Mesopotamia,Japón, Europa oriental). Barro y arcilla sin calcinar.
≈ 6500 AC : arcilla quemada.≈ 4000 AC : productos comerciales; alfarería decorada.≈ 2500 AC : Egipto, vidrios, gemas artificiales. Pirámides y
templos, usando yeso calcinado como ligante. ≈ , , .
≈ S VII : China, dinastía Tang, porcelana.≈ S XVII : Europa, porcelana alta temperatura (mullita).≈ 1800 : primeras prótesis dentales.≈ 1820 : Portland – UK, patente invención cemento.
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Cerámicos: evolución
1930 : fibra de vidrio, producción comercial.1940 : cinta magnética de grabación.
1942 : combustibles nucleares (UO2).1945 : capacitores, BaTiO3.1957 : diamantes industriales, BN y B4C estructurales.1960 : Si3N4.
.1982 : MC reforzados con fibras de Si.1985 : hidroxiapatita para implantes quirúrgicos.1990 : nanomateriales.
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Cerámicos: ventajas y desventajas
Ventajas Desventajas
Dureza Fragilidad
Resistencia a la oxidación IrreproducibilidadResistencia a la corrosión Dificultad procesamiento
Baja densidad (2 – 4 gr/cm3) Muy baja maquinabilidad
Baja conductividad t rmicaResistencia a altas temperaturas
Comportamientos y propiedades
1.- mecánico 2.- termoquímico3.- conductividad térmica 4.- eléctrico5.- magnético 6.- electromagnético
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Cerámicos: tradicionales
y avanzados
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Cerámicos: tradicionales
y avanzados
Tradicionales CERAMICOS Avanzados
Normal ESTRUCTURA CRISTALINA Nueva10%-50% DENSIDAD > 98%
mm
DEFECTOS
micrones15/80 MPa TENSION DE FLUENCIA 200/1500 MPa
CONTROL DE PROPIEDADES
DISEÑO
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Cerámicos: densidades
Densidad pieza cerámica en función del tamaño de partícula
y mezcla de distintas granulometríasa) Todas del mismo tamaño → 30 % de vacíos
b) Mezcla de 2 medidas → 26 % de vacíosc) Mezcla de 3 medidas → 23 % de vacíos
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Cerámicos tradicionales
• Cerámicas rojas: ladrillos, tejas, revestimientos, etc.Productos de bajo valor agregado, solo para mercadosinternos. Artesanías.
• Cerámicas blancas: Partículas grandes: sanitarios, lozas,revestimientos, etc. Partículas chicas: porcelanas, vajillas,
, .
• Vidrios
• Esmaltes
• Materiales refractarios
• Cemento, Cal
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Cerámicos: tradicionales
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Cerámica roja: ladrillos
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Cerámica roja: tejas
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Cerámicos esmaltados
Capa vitrificada, continua y adherente.
Alta dureza, impermeabilidad total y facilidad para el limpiado.Acabado brillante o mate.
Suspensión de las partículas cerámicas en agua; se seca el, ,
conforman una capa vítrea.
Aplicación: pintado, chorreado, inmersión, 'spray'.
Aplicaciones en seco: menos usuales, diseño especial; rociadode partículas secas sobre una superficie engomada, luegocalcinado.
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Cerámicos esmaltados
Azulejos
Mosaicos
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Cemento
Arcillas molidas a polvo fino, con agua toman adhesión.
Secado y fraguado, soporta altas cargas de compresión.
Grandes obras: ductos, murallones
, .
Obtención del cemento
1º. Extracción y molienda gruesa, con molinos giratorios.
2º. Molienda fina, con molinos de bola o cilindros < a 25 mm3º. TT, en hornos rotatorios, 1-3 RPM, con T= 1400°C4º. Molienda fina final de 'Clinker', yeso 4-6 %, Ø ~ 40 µm
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Cemento: tipos (8)
I. Uso general, pavimentos, componente principal hormigón.
II. Fragua a bajas temperaturas y alta humedad: muelles,
escolleras y/o pilares para puentes.
III. Alta resistencia inicial: rápida entrada en servicio →re araciones ista de aterriza es uentes de emer encia.
IV. Similar al tipo II, para grandes estructuras: diques,represas, centrales.
V. Resistentes frente a sulfatos: medios de alto S.
IA, IIA, IIIA. Similares a anteriores, con aireadores,disminuyendo, por burbujas, la densidad del material.
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Cemento: consumo mundial
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Cemento: colorantes
Pigmentos sólidos → rendimiento (f) granulometría y mezclado.% de mezcla por peso y no por volumen.Ensayos previos para ajustar colores.Cementos: gris ↓↓ y blanco ↑↑.
Oxidos de hierro: rojo, amarillo y negro ⇒ ↑ 25 colores.Gr x 10 kg
cemento blanco Negro Rojo AmarilloGr x 10 kg
cemento blanco Negro Rojo Amarillo
Gris claro 80 Amarillo
200c aro
Grisoscuro
100 Amarillooscuro
1000
Negro 1500 Beige 50 400
Rojo 900 Naranja 250 400
Marrónclaro 400 800 Salmón 80 400
Marrón
oscuro700 200 200 Rosa 50 50
Terracota 700 400 200 Verde 240 700
Gramos de pigmento cada 10 kg cemento blanco
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Hormigón coloreado
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Vidrios
Transparentes, resistentes oxidación/corrosión, alta rigidez,dureza a Tamb., deformables a altas temperaturas.
Densidad: 2,5 gr/cm3 – Vidrios multilaminados.
Totalmente impermeables.
Reciclabilidad del 100%
Desventajas
Alto costo: producción, distribución y recuperación.
Seguridad: riesgos de rotura
Rayado superficial; luego, nula degradabilidad
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Vidrios: aplicaciones
• Vidrios planosArquitectura: ventanas, puertas, artefactos de luz, paneles.Automotriz: parabrisas y ventanas para autos y camiones.No translúcidos: mamparas para baños, vidrios polarizados.
• ContenedoresBotellas: transparentes y coloreados (verdes y ambar).Contenedores de productos alimenticios: frascos.
so armac u co: u os e ensayos, er enmeyers, mor eros.
Uso doméstico: platos, fuentes, vasos, copas, etc.
• Fibras de vidrioLanas de vidrio: aislantes térmicos, filtros.
Material de refuerzo: segundas fases enresinas/elastómeros.
• Vidrios especiales
Decorativos, uso oftálmico, tubos de rayos catódicos (T.V.),ópticas en industria automotriz.
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Vidrios: composiciones químicas
• Soda-lima: 70-75%SiO2,12-16%Na2O,10-15%CaOLos mas antiguos, de bajo costo, fáciles de conformar
• Borosilicatos: 70-80%SiO2,4-8%Na2O,2-7%Al2O3,7-13%B2O3
Muy versátiles, aptos ataque químico, calor, shock térmicoVidrios de laboratorio lám aras incandecentes telesco ía etc.
• Cuarzo: 96-100%SiO2Para altas temperaturas y shock térmico: vainas termocuplas,
objetos de suma precisión.
• Aluminosilicatos: 52-58 %SiO2,15-25%Al2O3, 4-18 %CaOSimilares a los anteriores, pero de costo no tan altos: tubos
de medición de gases, termómetros altas temperaturas, vajillade alta temperatura (Pirex).
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Vidrios - Reciclado
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Vidrios – Reciclado natural
Playas de cristalCercanas a basurales y/o
envasadoras
Playa del Bigaral
Gozón, Asturias
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Cerámicos avanzados
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Cerámicos avanzados
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Cerámicos avanzados
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Cerámicos avanzados
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Fases de producción piezas cerámicas
1º.- ExtracciónExplotación a cielo abierto, maduración
2º.- Preparación mecánicaAlimentadores, dosificadores, tritura, molienda yhumectado
3º.- Conformado (pieza en verde)4º.- SecadoEvaporación del H2O (100°C-130°C), sin cambios en
propiedades físicas y tecnológicas
5º.- SinterizadoDesde 500°C hasta 1300°, ↑ PM, ↓↓↓ maquinabilidad, con y
sin contracción
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Sinterizado
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Sinterizado: Al2O3
Alúmina en verde
Alúmina sinterizada
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Sinterizado
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Sinterizado
Hornos móviles Hornos tipo “túnel”
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Sinterizado
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Fases de producción: costos en %
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Técnicas conformado antiguas
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Técnicas de conformado
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Prensado uniaxial
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Prensado uniaxial
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Prensado uniaxial
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Prensado
uniaxial
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Prensado uniaxial en caliente - HP
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Prensado uniaxial en caliente - HP
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Prensado uniaxial en caliente - HP
Hot Pressing
Prensado en caliente
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Prensado uniaxial en caliente - HP
Aisladores NB – Nitruro de Boro
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Prensado uniaxial en caliente - HP
Turbos para motores de
combustión interna.
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Prensado isoestático - IP
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Prensado isoestático - IP
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Prensado isoestático en caliente - HIP
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Colado de suspensiones – Slip casting
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Colado de suspensiones – Slip casting
C l d d i Sli i
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Colado de suspensiones – Slip casting
C l d d i Sli ti
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Colado de suspensiones – Slip casting
Aspectos a considerar:1. Constancia de las propiedades; 2. Viscosidad; 3. Ausencia deburbujas de aire; 4. Velocidad de llenado y secado; 5. Contracción6. Resistencia
C l d d i Sli ti
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Colado de suspensiones – Slip casting
Aspectos a considerar:1. Constancia de las propiedades; 2. Viscosidad; 3. Ausencia deburbujas de aire; 4. Velocidad de llenado y secado; 5. Contracción6. Resistencia
Colado de suspensiones Slip casting
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Colado de suspensiones – Slip casting
Aspectos a considerar:1. Constancia de las propiedades; 2. Viscosidad; 3. Ausencia deburbujas de aire; 4. Velocidad de llenado y secado; 5. Contracción6. Resistencia
Colado de suspensiones Slip casting
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Colado de suspensiones – Slip casting
Eliminación de rebabas y alimentadores
Colado de suspensiones Slip casting
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Colado de suspensiones – Slip casting
Molde cerrado⇒
Asistencia con baja presión
Colado de suspensiones – Slip casting
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Colado de suspensiones – Slip casting
Producciones seriadas⇒
“n” moldes
Colado de suspensiones – Slip casting
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Colado de suspensiones Slip casting
Simple construcción moldes de yesoAmplia posibilidad de diseños
Colado de suspensiones – Slip casting
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Colado de suspensiones Slip casting
Colado de suspensiones – Slip casting
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Colado de suspensiones Slip casting
Ejercito de Terracota - Xi’an / China– 210 AC
6.000 Soldados
Colado de suspensiones – Slip casting
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Colado de suspensiones Slip casting
Ejercito de Terracota - Xi’an / China– 210 AC
500 Caballos
Colado de suspensiones – Slip casting
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Colado de suspensiones Slip casting
Ejercito de Terracota - Xi’an / China– 210 AC
140 Carros
Hormigón colado por encofrado
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g p
Composición del hormigón
Cemento (10%-20%)
+Agregados: finos (arenas) y/o gruesos (piedras)
+Agua (la menor cantidad posible)
+Aditivos (hidrata y aglutina)
Agua: limpia, potable de pozo (no de red)
Hormigón colado por encofrado
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g p
Propiedades del hormigón
1. Resistencia2. Durabilidad3. Asentamiento – Colabilidad
.
Aditivos
1. Reductores de agua
2. Retardadores fraguado temprano3. Acelerante de fraguado tardío4. Expansores de aire (espumados)
Hormigón colado por encofrado
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g p
Mezcla
Vmezcla:12 – 18 RPM
70 a 100 revoluciones
Vagitado:2 – 4 RPM
Trompo siempre en movimiento
Tiempo de encofrado: 7 días mínimo,
con agua superficial y T > 5ºC.
Hormigón elaborado en plantavs.
Hormigón elaborado en obra
Hormigón colado por encofrado
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Placas de cemento premoldeadas
Encofrado en bloques dehormigón premoldeados
Hormigón colado por encofrado
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Encofrado tradicional conplacas de madera
Hormigón colado por encofrado
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Hormigón colado por encofrado
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Cemento Salamone
1897 Si ili
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1897 Sicilia
† 1959 Buenos Aires
MMO Otto Krause
1917 Arq e Ing UNC
1919 medallas
Córdoba y La Plata → obras
privadas y empresa pavimentación.
1936-1940 → 60 Obras !!!!!!!! en Provincia Buenos Aires
durante gobierno súper conservador de Manuel Fresco.
n y arce ona.
Cemento Salamone
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Azul – Plaza San Martín
Cemento Salamone
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Azul – Plaza San Martín
Cemento Salamone
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Azul – Plaza San Martín
Cemento Salamone
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Tornquist- Municipalidad
Cemento Salamone
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Azul - Cementerio
Cemento Salamone
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Saldungaray
Cementerio
Cemento Salamone
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BalcarceCementerio
Hormigón blanco
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Problemas de uniformidad en el color, porcemento, agregados y limpieza entre mezclas
Hormigón blanco
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Estadio Único de La Plata
Puente de la MujerSantiago Calatrava
Puerto Madero
Conformado plástico: extrusión directa e indirecta
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Conformado plástico: extrusión directa e indirecta
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Costo vs. Número de piezas
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Tape forming
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Tape forming
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Tape forming
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Tape forming
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Paper forming
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Fabricación vidrios
Vidrios: arenas + fundentes (piedra caliza)+ aditivos
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Vidrios: arenas + fundentes (piedra caliza)+ aditivos
Mezcla funde a 1.500ºC y aún en estado fluido y a ≈ 900ºC,es distribuido a los moldes.
A este material es al que se lo denomina “vela”.
Posteriormente → horno de recocido
Elimina tensiones internas y mejora PM
Enfriamiento progresivo → Shock térmico
Vidrios planos por fusión + laminado
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Vidrios planos por fusión + flotado
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Fabricación vidrios terminados
Soplo-Soplo → frascos y botellas de boca angosta
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Soplo Soplo → frascos y botellas de boca angosta
a. La vela se deposita en la matriz para formar la coronab. Se sopla el vidrio, con aire a presión, forzándolo a llenar el
molde.c. Se alimenta la parte baja del molde con aire a presión,ara formar un hueco con la corona a terminada. En este
proceso, vela → parisón.
d. Se toma el parisón del cuello y selo coloca en el molde final, formán-dose el cuerpo del envase; en estemomento el vidrio aún muestra uncolor rojo. Se inyecta aire por la co-rona o boca, inflándolo hasta que elenvase toma su forma final.
Fabricación vidrios terminados
Soplo-Soplo → frascos y botellas de boca angosta
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Soplo Soplo frascos y botellas de boca angosta
Fabricación vidrios terminados
Prensa-soplo → envases de boca ancha
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e sa sop o envases de boca ancha
a. Vela en matriz para obtener una primera forma.b. Premoldeo con punzón: parisón.
c. Parisón en molde, manteniéndose aún a temperatura.d. Soplado final.
Fabricación vidrios terminados
Prensa → piezas de todo tipo: platos, vasos, etc.
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p p p , ,
a. Vela en el molde.b. Accionamiento punzón para deformar.
c. Sistema desmoldante y minimizado líneas partición.
Fabricación vidrios terminados
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Vidrios terminados
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Vidrios terminados
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Venecitas
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Vidrios reciclados
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Fabricación vidrios terminados
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The Strokes
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Hard to explain
Shiro Kuramata
(1976)