El vidrio forestal ( Waldglas en alemán) es un vidrio de finales de la Edad Media producido en el noroeste y centro de Europa aproximadamente entre 1000 y 1700 d. C. utilizando cenizas de madera y arena como materias primas principales y fabricado en fábricas conocidas como invernaderos en áreas forestales. [1] Se caracteriza por una variedad de colores amarillo verdoso, los primeros productos a menudo eran de diseño tosco y de mala calidad, y se usaba principalmente para vasijas cotidianas y cada vez más para vidrieras eclesiásticas . Su composición y la producción contrastan fuertemente con la romana y prerromana de fabricación de vidrio centrado en el Mediterráneo y contemporánea bizantino y la fabricación de vidrio islámico hacia el este.
Historia
Mientras estuvo bajo el dominio romano , las materias primas y los métodos de fabricación del norte de Europa fueron los de la tradición romana, utilizando el mineral Natron . Durante varios siglos después de la caída del Imperio Romano Occidental , alrededor del 450 d.C., el reciclaje del vidrio romano formó la mayor parte de la industria local y las habilidades de fabricación de vidrio disminuyeron. A medida que el Imperio carolingio se expandió en el noroeste de Europa aproximadamente en el año 800 d.C., su demanda de vidrio aumentó, pero el suministro de materias primas tradicionales fue costoso y esporádico. El deseo imperial de superar la calidad del producto del declive del Imperio Bizantino y del sofisticado Imperio Islámico llevó a la experimentación con nuevas materias primas y al desarrollo de una tecnología de fabricación de vidrio totalmente nueva. [1] [2]
Arqueológicamente, se han encontrado numerosos invernaderos medievales en Europa occidental y central, particularmente en las montañas de Alemania. Debido a la reutilización posterior del material de construcción, la mayoría está mal conservada, pero hay evidencia de que tanto la fabricación de vidrio como el trabajo a menudo se realizaban en el mismo sitio. [3]
Fabricación de vidrio
Es importante distinguir entre la fabricación de vidrio a partir de materias primas y el trabajo del vidrio, que es la producción de artículos terminados mediante la fusión de piezas de vidrio crudo o de vidrio que pueden haberse fabricado en otro lugar o mediante el reciclaje de vidrio viejo. El vidrio consta de cuatro componentes principales:
- Un primero: para proporcionar la red de átomos que forman la matriz del vidrio. [4] Se trata de sílice (SiO 2 ), que en la antigüedad se añadía como cuarzo triturado , [5] y desde la época romana en adelante en forma de arena.
- Un fundente alcalino : para reducir la temperatura a la que se funde la sílice, lo que la hace posible utilizando las temperaturas de trabajo disponibles actualmente. En la antigüedad, la ceniza de las plantas ricas en sodio que crecían en las zonas áridas del Mediterráneo oriental proporcionaba soda (Na 2 CO 3 ) como fundente. En la época romana se utilizaba el mineral natrón , una mezcla natural de sales de sodio alcalinas, procedente de la zona de Wadi El Natrun en Egipto. Los vidrieros islámicos posrromanos volvieron a utilizar cenizas vegetales ricas en sodio, [6] mientras que en el norte de Europa se desarrolló un método que utilizaba cenizas de madera para proporcionar potasa (K 2 CO 3 ) como fundente. El óxido de calcio (cal, CaO) también puede actuar como fundente. [4]
- Un estabilizador: para evitar que el vidrio se disuelva en agua y aumentar la resistencia a la corrosión. El más efectivo es la cal (CaO), pero la alúmina (Al 2 O 3 ) y la magnesia (MgO) pueden lograr esto con algún efecto. [4] Es posible que estos minerales ya estén presentes en cantidades variables en la arena.
- Un colorante u opacificante : estos pueden estar presentes de forma natural en el vidrio debido a las impurezas en las materias primas o pueden agregarse deliberadamente al vidrio fundido como minerales o como escoria de los procesos de trabajo de metales. Los aportes más importantes son el hierro , el cobre , el cobalto , el manganeso , el estaño , el antimonio y el plomo . La opacidad puede deberse a burbujas en el vidrio o la inclusión de agentes opacificantes como estaño y antimonio. El color y la opacidad resultantes de una composición dada también pueden controlarse mediante la temperatura y las condiciones redox dentro del horno. [6] [7]
Química
En la época post-romana, los problemas políticos en el área de Wadi El Natrun interrumpieron el suministro de natrón, por lo que hubo que desarrollar alternativas. [8] Los vidrieros orientales volvieron a utilizar cenizas vegetales ricas en sodio y durante un tiempo abastecieron el sur de Europa, utilizando las rutas comerciales romanas existentes, [1] sin embargo, los vidrieros venecianos , que habían heredado las habilidades de fabricación de vidrio romanas, monopolizaron el comercio de cenizas vegetales. y prohibió a los artesanos trabajar fuera de la ciudad. [7] El resto de Europa, al norte de los Alpes, tuvo que encontrar otra forma de producir vidrio. Los primeros y estabilizadores del vidrio se encuentran en todas las regiones como arena o cuarzo y como cal de diversas formas. Los europeos del norte experimentaron con el uso de cenizas de madera, helechos y helechos como fuente del fundente alcalino. [9] En su apogeo, la industria romana del vidrio producía vidrio de alta calidad, delgado, incoloro y transparente de composición uniforme. [1] Los recipientes de vidrio de Forest supervivientes anteriores se caracterizan por una amplia variedad de composiciones y de menor calidad, a menudo de color verdoso a marrón, de paredes gruesas y con inclusiones y burbujas en la tela. Esto sugiere que el uso de cenizas de madera no fue solo un caso de cambiar la materia prima, sino que requirió una tecnología completamente nueva con los problemas de desarrollo concomitantes.
Mientras que el vidrio romano y anterior (de composición Si / Na / Ca) tuvo una marcada uniformidad en un área amplia y siglos de tiempo, [5] el vidrio medieval (de composición Si / K / Ca) se caracteriza por una variedad de composiciones . Esto puede explicarse hasta cierto punto examinando cómo la temperatura de fusión del vidrio depende de las proporciones relativas de sus componentes, que por simplicidad, se reducen a tres. [5] En la práctica, el vidrio contiene muchos más componentes que complican el sistema. El estudio de tales sistemas ternarios , junto con el análisis de oligoelementos, es útil para los arqueólogos para establecer la procedencia del vidrio.
En tiempos pre-medievales, se cree que el lote de materias primas se calentaba a una temperatura en la que se fundía parcialmente, las partes sin fundir se retiraban y lavaban los componentes no reactivos y se añadían al siguiente lote. [5] Debido a la fuerte forma en que las composiciones de Si / Na / Ca afectan la temperatura de fusión, el vidrio resultante tenía una composición bastante uniforme independientemente de la receta de las materias primas utilizadas. [5] Las temperaturas de fusión de los vidrios de Si / K / Ca no se ven tan fuertemente afectadas por la composición, lo que resulta en vidrios de composición más variada, por lo que las características autolimitantes del sistema de Na que permitieron que el método tradicional de lotes parciales produjera las composiciones consistentes dejaron de aplicarse y se tuvo que desarrollar una nueva forma de controlar la consistencia. [5] La amplia variedad de composiciones, junto con los relatos históricos de la fabricación de vidrio, [10] [11] sugieren que el nuevo método implicaba fundir un lote completo de materias primas, eliminando los componentes no reactivos como escoria. [5]
Aproximadamente desde el 1400 d.C., en un esfuerzo por competir con la calidad del vidrio veneciano, se encontró que el óxido de calcio (CaO) agregado como fundente a la mezcla de arena y potasa en forma de conchas, piedra caliza o mármol daba un vidrio más claro, en virtud de reducir la cantidad de potasa requerida junto con sus colorantes asociados. [2] [12]
Composiciones comparativas
Egipcio del siglo XV a.C. | Romano siglo I d.C. | Europeo del siglo XIII d.C. | Siria del siglo XIV d.C. | Moderno | |
---|---|---|---|---|---|
Sílice, SiO 2 | sesenta y cinco | 68 | 53 | 70 | 73 |
Soda, Na 2 O | 20 | dieciséis | 3 | 12 | dieciséis |
Potasa, K 2 O | 2 | 0,5 | 17 | 2 | 0,5 |
Lima, CaO | 4 | 8 | 12 | 10 | 5 |
Magnesia, MgO | 4 | 0,5 | 7 | 3 | 3 |
Materiales por lotes | planta de cuarzo de ceniza | arena de natrón | ceniza de madera arena / cuarzo | planta ceniza arena / cuarzo | componentes sintéticos |
Composiciones típicas de algunos vasos históricos y antiguos: los componentes se expresan en porcentaje en peso; Además de los que figuran en la lista, los vidrios antiguos también habrían contenido hasta un uno por ciento de óxido de hierro y hasta un tres por ciento de óxido de aluminio, además de cualquier colorante y opacificante [7].
Control de color
Al experimentar con la nueva tecnología, a los vidrieros forestales les resultó difícil alcanzar los altos estándares de claridad y color de los métodos romanos, debido principalmente a la gran variabilidad de los elementos que controlan el color en las materias primas. La arena y el suelo europeos son generalmente más ricos en hierro y manganeso. El hierro le da un tinte azul verdoso al vidrio en las condiciones habituales de la atmósfera del horno, pero también puede dar un color amarillo. El manganeso tiene su propio color púrpura que puede equilibrar el color del hierro para hacer vidrio incoloro. [13] Por ejemplo, el vidrio hecho de madera de haya cultivada en un suelo escaso rico en cal (por ejemplo , Kleinlutzel , Jura) tiene un alto contenido de manganeso y, por lo tanto, casi incoloro, mientras que en un área rica en arcilla (por ejemplo, Court-Chalvet, Jura) es verde oliva. [12] Por lo tanto, se puede producir una variedad de colores y la experimentación permitió a los vidrieros progresar desde los primeros colores verde-amarillo-marrón fangosos hacia el vidrio transparente e incoloro. Las condiciones locales permitieron que algunas áreas produjeran vidrio más fino en una etapa anterior. En Bohemia, a finales del siglo XVI, los poderes decolorantes del manganeso se utilizaron para producir un vidrio transparente apto para el grabado . [1] La cantidad de carbono que queda en la ceniza de madera también puede afectar el color del vidrio al modificar la atmósfera del horno. [12] Se ha demostrado que el vidrio en York Minster tiene un 90% de color natural, sin colorantes añadidos. [14]
Otros colores claros se produjeron mediante la adición deliberada de óxidos metálicos, a menudo subproductos de la metalurgia local; óxido de cobre para dar verde o turquesa, cobalto para azul fuerte. El rojo fue particularmente difícil de producir, utilizando partículas de cobre en condiciones redox delicadamente controladas . [4] Hay poca evidencia de que se utilicen opacificantes a base de antimonio o estaño, [13] o del uso de plomo para modificar otros colores.
Funcionamiento del invernadero
Solo hay dos descripciones históricas de la fabricación de vidrio europea en la época medieval. En 1120 Theophilus Presbyter , escribiendo en Alemania, dio recetas e instrucciones detalladas y en 1530 Georgius Agricola escribió sobre la fabricación de vidrio actual. [10] [11] Otra información útil proviene de hallazgos arqueológicos y reconstrucciones experimentales y teóricas.
Abastecimiento y recolección de materias primas
La arena probablemente fue recolectada de los lechos de los ríos, donde estaba relativamente limpia y tenía un tamaño de partícula más uniforme. [15] La tala, el transporte, el secado y el almacenamiento de madera, tanto para la producción de cenizas como para el combustible de los hornos, requería mucha mano de obra y un alto nivel de organización. [15] [16] [17]
Preparación de cenizas
Theophilus recomienda el uso de troncos de haya , [10] cuyo análisis ha demostrado que tiene una alta proporción de CaO cuando se cultiva en suelo calcáreo . [17] Independientemente de la madera que se utilice, la cantidad de potasa y CaO que proporciona, así como otros componentes que pueden afectar el color y la opacidad, varía considerablemente con la edad y la parte del árbol, la química del suelo, el clima y la época del año en que el árbol fue cortado y la sequedad de la madera cuando se quemó, factores sobre los que el vidriero tenía poco control. [12] Esta variabilidad explica los problemas que tenían los fabricantes de vidrio al tratar de producir vidrio de una calidad constante. Deberían prepararse y mezclarse grandes cantidades de ceniza para obtener la homogeneidad necesaria para obtener una composición de vidrio predecible. [12] Un rendimiento típico de ceniza de haya es solo de alrededor del 1%, por lo que usar la receta de Theophilus de dos partes de arena por una parte de ceniza significa que se necesitarían 63 kg de madera de haya para producir un kilo de vidrio. [17] Se ha estimado que, incluido el combustible, se necesitarían entre 150 y 200 kg de madera por kilo de vidrio. [15]
Fritting
Luego, la ceniza y la arena preparadas se calentaron juntas, pero no se fundieron, a una temperatura relativamente baja (hasta aproximadamente 900 ° C o 1650 ° F) en un proceso conocido como fritado . Theophilus especifica 'por el espacio de un día y una noche'. [10] [17] Este proceso, que podría ser monitoreado por cambios en el color a medida que aumenta la temperatura, provocó una disminución en el volumen, antes de cargar los crisoles para la etapa de fusión final, minimizando así la cantidad de veces que se necesitaría abrir el horno. , y también, consolidar la ceniza ligera en polvo que podría soplar en el horno causando contaminación. [17]
Derritiendo
La etapa final fue fundir el material fritado en crisoles en un horno cubierto para dar vidrio fundido. El horno necesitaba funcionar a la temperatura más alta posible, ya que la fusión rápida y la necesidad de menos fundente mejoraban la calidad del vidrio. El cambio de natrón a potasa requirió un aumento en la temperatura de fusión de aproximadamente 200 ° C a aproximadamente 1350 ° C, lo que requirió un cambio fundamental en la tecnología de los hornos y el desarrollo de cerámicas de alta temperatura . [5] A esta temperatura más alta, la arcilla normal reaccionaría químicamente con el vidrio. [18]
Trabajando
Una vez derretido, el vidrio se soplaba en recipientes o cilindros que luego se abrían en láminas para vidrio de ventana . La etapa final es recocer el vidrio terminado para evitar daños por tensiones de contracción. [1]
Diseño de hornos
Además de las descripciones de Theophilus y Agricola, la única representación de un invernadero forestal temprano es de Bohemia en aproximadamente 1380 ( The Mandeville Miniature ). [3] Esto muestra un horno donde todos los procesos de alta temperatura de la fabricación de vidrio se llevaron a cabo en una estructura que contiene varios hornos cuyas temperaturas variables podrían controlarse en la medida necesaria mediante una atención constante. Las materias primas se mezclan en un pozo cercano y se bajan en cacerolas para ser fritadas en uno de los hornos, temperatura óptima hasta 1100 ° C. La frita se funde a alta temperatura hasta 1400 ° C en crisoles en un segundo horno, y cuando está listo, el vidrio se sopla en objetos. Estos se colocan en el horno de recocido para que se enfríen. Toda la estructura está encerrada en un edificio de madera y es probable que la madera se haya almacenado y secado encima del horno. [15] [16] Se han encontrado restos de una estructura similar de finales del siglo XV en Eichsfeld en Alemania. [3] Otro diseño encontrado arqueológicamente del siglo XVII es el "horno de mariposas". Estos hornos estaban hechos de piedra y los crisoles de arcilla importada altamente refractaria . [15] Se diferencian en estilo de los hornos islámicos del este y de los del sur de Europa, el estilo de "colmena" donde la cámara de recocido está por encima del horno principal en lugar de en el mismo nivel. [1]
El ciclo de encendido del horno se optimizaría para el consumo de combustible, la producción y la fuerza humana y, a medida que la tecnología mejorara, los invernaderos más grandes funcionarían de forma casi continua. [15] [16] Se ha estimado que un invernadero grande, por lo general, podría utilizar 67 toneladas de madera a la semana en funcionamiento durante 40 semanas al año. [15]
Ubicación de invernaderos
La enorme cantidad de madera necesaria para la producción de vidrio de esta manera dictaba que los invernaderos estar situados en zonas forestales y que el Woodland ser manejados cuidadosamente por el rebrote y la poda de maximizar los recursos de madera y optimizar el tamaño de las piezas de madera utilizadas. [15] [16] Aun así, periódicamente el invernadero tendría que reubicarse, ya que el bosque se agotó. La industria del vidrio tuvo que competir por el suministro de madera con otras industrias como la minería y la demanda interna. En la Inglaterra del siglo XVI, se impuso un embargo sobre el uso de madera como combustible para la fabricación de vidrio. [19] Los invernaderos a menudo se ubicaban en bosques propiedad de la iglesia. Uno de los principales usos del vidrio forestal fue para vidrieras eclesiásticas .
Ver también
- Heart of Stone (cuento de hadas alemán) : una obra de vidrio en la Selva Negra es un elemento clave de este cuento popular alemán
Referencias
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