SCHOTT solutions n° 2/2014 > Investigación y desarrollo

Los experimentos de laboratorio reales con el crisol
Los experimentos de laboratorio reales con el crisol, hacen una aportación importante al desarrollo de los modelos de simulación. Los parámetros y valores obtenidos en los mismos se traducen luego a las dimensiones reales del horno de fusión. Foto: SCHOTT/A. Sell

Imagen de la realidad


SCHOTT utiliza la modelización y la simulación para perfeccionar de forma orientada sus procesos y productos – mediante la experimentación en el ordenador.


Thilo Horvatitsch

Albert Einstein dijo una vez: ¡Todo debe hacerse lo más sencillo posible, pero no más! El modelo de un horno de fusión de vidrio para calcular la densidad de burbujas, podría estar basado en este lema. La imagen 3D de la pantalla muestra el variado espectro cromático del interior del horno. Los colores rojizos significan que sigue habiendo muchas burbujas en la masa fundida de vidrio. Cuanto más azulada una zona, menos burbujas contiene. El Dr. Christoph Berndhäuser, experto en simulación en SCHOTT, comenta: ”Este modelo desarrollado para evaluar la calidad del vidrio y sus posibilidades, acumula más de 20 años de know how.”
Wanne mit Blasendichtemodell

Horno con modelo de densidad de burbujas


Hoy en día SCHOTT, realiza simulaciones matemáticas y crea modelos para optimizar y desarrollar casi todos sus procesos y
productos tecnológicos – tanto en las Unidades de Negocio como en Investigación. Hay una buena razón para ello: la simulación le ahorra a la empresa costosas pruebas y permite realizar los experimentos sobre un modelo, para obtener datos sobre un sistema real o realizar pronósticos. Pero eso no es todo. Los más recientes métodos de cálculo, con la creciente potencia de los ordenadores, permiten realizar estudios de los parámetros, que apenas hubieran resultado eficientes, con ensayos convencionales. Esto proporciona a las empresas tecnológicas una ventaja decisiva en la carrera por satisfacer las mayores exigencias de calidad y seguir el compás de los ciclos de innovación cada vez más cortos. De ahí que SCHOTT confíe en la simulación y la modelización a lo largo de la cadena de proceso de producción de vidrio, desde la fusión, el afino y la conformación en caliente, pasando por la ceramización y la conformación 3D, hasta la certificación del producto. Gracias al perfeccionamiento y la automatización de los instrumentos de análisis de datos, se identifican además interrelaciones importantes a partir de los datos de producción reales. La empresa tiene en el visor simulaciones futuras, que incluyen la modelización de vidrios, vitrocerámicas y plásticos (ver la Modelización multiescala).
De resultados de laboratorio muestra de vidrio
Claro como el vidrio: la muestra de vidrio de la derecha contiene un número de burbujas considerablemente menor que la de la izquierda. Este tipo de resultados de laboratorio constituyen en última instancia la base para los programas de simulación y los modelos de calidad. Foto: SCHOTT/A. Sell
Clave en los próximos años será mejorar continuadamente los modelos avanzados para evaluar la calidad del vidrio, mediante la ampliación del know how en los campos de la química de afino para hornos de fusión y de la termodinámica del vidrio. ”Nuestros clientes esperan de nosotros una evaluación coherente de la calidad de nuestros procesos de producción y productos, lo que incluye determinar el número de burbujas por kg que siguen conteniendo nuestros vidrios y vitrocerámicas, su tamaño y composición”, explica el Dr. Berndhäuser. Para pronosticar la calidad en los hornos de fusión reales, se calculan las distribuciones de temperatura y los patrones de fluencia en su interior, con ayuda de programas DFC (Dinámica de Fluencia Computacional), para luego evaluarlos p. ej. en cuanto al número de burbujas, tomando como referencia los modelos de calidad propios. Las pruebas de laboratorio reales con el crisol contribuyen al desarrollo de estos modelos. Muestran la distribución (tamaños) de burbujas en función del agente de afino utilizado y su concentración, de la temperatura y del tiempo de retención para cada tipo de vidrio estudiado. Estos parámetros y valores revierten en el modelo de calidad y son traducidos al tamaño real del horno en la simulación.

Actualmente se utilizan los ”trazadores” para describir cómo se comportan las burbujas en un horno. 100.000 de estos marcadores simulados, recorren los diferentes patrones de fluencia y zonas de temperatura, que dependen del diseño y la configuración del horno. A continuación, una estadística informa del tamaño y la distribución de las burbujas en los procesos de fusión y afino. ”El siguiente nivel de simulación incluirá también el efecto retroactivo de las burbujas sobre el proceso de afino, porque las condiciones físico-químicas cambian a lo largo del proceso en función de la ­carga de burbujas”, explica el Dr. Berndhäuser.

Este tipo de preguntas y observaciones marcan también el ­punto de partida de los planteamientos optimizados para la ­construcción y configuración de hornos de fusión, especialmente el cambio a productos químicos de afino libres de metales pesados, más respetuosos con el medio ambiente. El Dpto. de Investigación de SCHOTT está estudiando a fondo este tema. Una cosa ya es segura: los avances en las simulaciones no harán más fácil cumplir el lema de la simplicidad de Einstein. <