Capítulo 21. Vidros. Eduvaldo Paulo Sichieri - USP São Carlos Rosana Caram - USP São Carlos Joaquim Pizzutti dos Santos -UFSM

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1 Capítulo 21 Vidros Eduvaldo Paulo Sichieri - USP São Carlos Rosana Caram - USP São Carlos Joaquim Pizzutti dos Santos -UFSM

2 Definição de Vidro Por vidro entende-se um produto fisicamente homogêneo obtido pelo resfriamento de uma massa inorgânica em fusão, que enrijece sem cristalizar através de um aumento contínuo de viscosidade. Excluindo-se as substâncias orgânicas que possuam propriedades análogas (polímeros termoplásticos), industrialmente pode-se restringir o conceito de vidro aos produtos resultantes da fusão pelo calor de óxidos inorgânicos ou seus derivados e misturas, tendo como constituinte primordial a sílica (óxido de silício), que, por resfriamento, enrijece sem cristalizar. Assim, em função da temperatura, o vidro pode passar a tomar os aspectos: líquido, viscoso e frágil (quebradiço).

3 Definição de Vidro Figura 1 Diagrama temperatura versus volume representando processos de solidificação e formação de vidros.

4 Composição do Vidro Quadro 1 Composição da mistura do vidro float incolor (Fonte: CEBRACE, sd.). Produtos minerais Produtos químicos Mistura Vitrificável SiO 2 (areia) CaCO 3 (calcário) CaMg(CO 3 ) 2 (dolomita) Na 2 O.Al 2 O 3 (feldspato) Na 2 CO 3 (Barrilha) Na 2 SO 4 100% 57,46% 10,56% 9,88% 2,96% 16,46% 2,96%

5 Composição do Vidro Quadro 2 Composição final do vidro float incolor (Fonte: CEBRACE, sd.). SiO 2 K 2 O Al 2 O 3 Na 2 SO 4 MgO CaO 72% 0,3% 0,7% 14% 4% 9%

6 Estrutura do Vidro Figura 2 Unidade básica da rede de sílica. (a) Representação tri-dimensional; (b) Representação bi-dimensional

7 Estrutura do Vidro a) b) Figura 3 Representação bidimensional do cristal de sílica (a), e da sílica vítrea (b). (Fonte: Higgins, 1977).

8 Estrutura do Vidro Figura 4 Representação bidimensional de vidro de carbonato de sódio (Fonte: Higgins, 1977).

9 Classificação dos vidros Quadro 3 Resumo da classificação dos vidros, segundo NBR NM 293 (ABNT, 2004). Tipo Forma Transparê ncia Acabamento Coloração Colocaç ão Recozido Temperado Laminado Aramado Duplo ou insulado Plano Plano de segurança* Curvo Endurecido** Perfilado Ondulado Transpare nte Translúcid o Opaco -Liso -Polido -Impresso -Impresso anti-reflexo -Serigrafado -Fosco -Metalizado ou Refletivo -Vidro de baixa emissividade ou Low E -Gravado -Esmaltado Incolor Colorido ou absorvente Caixilho s Autoport antes Mista

10 Vidros metalizados ou refletivos Figura 5 Esquema de produção do vidro refletivo (a) a vácuo e (b) pirolítico (Fontes: Granqvist, 1991 e Caram, 1998).

11 Vidro duplo ou insulado Figura 6 Vidro Isolante (Fonte: Caram, 2002).

12 Superwindows Quadro 4 Transmitância Térmica Total (U) para vidraças com caixilhos múltiplos. Tipo de Envidraçamento U (W/m 2 o C) Vidro duplo: 12,7mm; ar. 2,72 Vidro duplo: 12,7mm; ar; e = 0,20*. 2,21 Vidro duplo: 12,7mm; ar; e = 0,10*. 2,10 Vidro duplo: 12,7mm; argônio; e = 0,10*. 1,93 Vidro triplo: 12,7mm; argônio; e = 0,10* duas faces. 1,30 Vidro quádruplo: 6,4mm; kriptônio; e = 0,10* duas faces. 1,25 * emissividade da película low-e (Fonte: Caram, 2002

13 Superwindows Figura 7 Ilustração de uma super janela: vidro triplo, inserção de gás inerte e película de baixa emissividade (Fonte: Caram, 2002).

14 Materiais cromogênicos ativos: cristais líquidos e eletrocrômicos Figura 8 Influência elétrica no alinhamento molecular em cristais líquidos (Fonte: Caram, 1998).

15 Materiais cromogênicos ativos: cristais líquidos e eletrocrômicos Figura 9 Esquema de janela eletrocrômica: 1 e 7 Vidro; 2 e 6 condutor transparente; 3 reservatório de íons; 4 eletrólito; 5 filme eletrocrômico (Fonte: Sichieri, 2001).

16 Apresentação comercial dos vidros Dimensões de fabricação Quadro 5 Espessuras nominais das chapas referentes ao tipo de vidro, segundo NBR 11706/1992. Os vidros laminados são compostos com as dimensões apresentadas neste quadro. Tipo de Vidro Espessuras Nominais, em mm 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 10,0 12,0 15,0 19,0 Vidro recozido estirado incolor X X X X X X X Vidro recozido float incolor X X X X X X X X X X Vidro recozido impresso, incolor ou colorido. Vidro termoabsorvente, recozido ou temperado, estirado ou float. X X X X X X X X X X Vidro temperado ou float incolor X X X X X X Vidro fosco X X X X X X X X X X Vidro termorrefletor X X X X X X Vidros impressos e vidros de segurança aramados [1] X X X X X

17 Cálculos de espessura dos vidros e / b Pressão do vento em Kg/m Acima de 100m 126 de 60 a 100m 100 de 20 a 60m 76 de 6 a 20m 60 até 6m de altura a / b Figura 10 Diagrama para cálculo preliminar da espessura de uma chapa de vidro segundo a pressão do vento.

18 Características físicas dos vidros Quadro 6 Propriedades mecânicas dos vidros comuns, segundo NBR 11706/1992 (ABNT, 1992). Massa específica Ρ = 2500 ± 50 kg/m 3 Dureza Módulo de elasticidade Tensão de ruptura à flexão Tensão admissível de flexão ± 6,5 Mohs E = (75000 ± 5000) MPa - Para o vidro recozido: σ = (40 ± 5) MPa - Para o vidro de segurança temperado: σ = (180 ± 20)Mpa - Para o vidro recozido: σ = (13 ± 2) Mpa - Para o vidro temperado : σ = (60 ± 4) Mpa Coeficiente de Poisson: 0,22

19 Características físicas dos vidros Quadro 7 Propriedades térmicas dos vidros comuns, segundo NBR 11706/1992 (ABNT, 1992). Calor específico entre 20ºc e 100ºc Coeficiente de condutibilidade térmica a 20ºc Condutibilidade térmica da lã de vidro Resistência ao choque térmico Coeficiente de dilatação linear entre 20ºc e 220 ºc C = 0,19 Kcal/KgºC λ = (0,8 a 1) Kcal/mhºC λ = 0,045 Kcal/mhºC Depende do módulo de elasticidade, resistência à tração e do coeficiente de dilatação. É da ordem de 60 o C (resiste mais ao choque calor-frio que ao contrário). Α = 9 x 10-6 ºC -1

20 Propriedades acústicas Quadro 8 Índice de Redução Acústica (Rw) de vidros planos comuns (Fonte: SAINT-GOBAIN GLASS, 2000, p. 538). Espessura (mm) Massa Superficial (kg/m 2) Rw (db) 3 7, , , ,5 37

21 Propriedades acústicas Quadro 9 Índice de redução acústica de vidros duplos com câmara de ar (Rw) (Fonte: Scherer, 2005). Espaçamento entre vidros (mm) Espessura Total de lâminas de vidro (mm) Índice de Redução Acústica Rw (Db)

22 Propriedades óticas Ultravioleta Figura 11 Efeitos físicos e biológicos da radiação ultravioleta (Fonte: Caram, 1998).

23 Propriedades óticas Infravermelho Figura 12 Curva de transmissão esperada para um vidro ideal, em regiões com clima quente, como redutor da radiação solar (Fonte: Caram, 1998).

24 Reflexão, refração, absorção e transmissão Figura 13 Propriedades óticas da luz quando incidindo sobre um material transparente (Fonte: Fanderlik, 1983, p. 61).

25 Reflexão, absorção e transmissão Quadro 10 Índice de refração e coeficiente de absorção para diferentes cores de vidros frente à radiação solar (Fonte: Santos, 2002). Cor do vidro base Índice de refração (n) Coef. de absorção Total (at = m -1 ) Coef. de absorção Visível (avis = m -1 ) Incolor 1,62 19,8 7,6 Verde 1,62 100,0 48,0 Bronze 1,62 102,0 95,3 Cinza-fumê 1,62 124,0 114,3 Azul 1,62 154,0 98,0

26 Influência do ângulo de incidência nas características óticas dos vidros Figura 14 Variação das características óticas do vidro plano comum incolor com o ângulo de incidência (Fonte: Santos, 2002, p. 162).

27 Relação do conforto visual e térmico com as características óticas dos vidros Figura 15 Processos de ganhos de calor através da superfície transparente (Fonte: Lim et al., 1979, p. 228 adaptada).ângulo de incidência (Fonte: Santos, 2002, p. 162).

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