Vidro O vidro é um material cerâmico transparente geralmente obtido com o resfriamento de uma massa líquida à base de sílica. As qualidades singulares do vidro se dão devido a sua estrutura atômica, ele não é um liquido, nem verdadeiramente um sólido cristalino, e sim um líquido super-resfriado. Se inspecionarmos sua estrutura em raio X, não encontraremos um ordenamento regular dos átomos com em outros sólidos. Fig. 1 - Representação bidimensional do cristal de sílica (a), e da sílica vítrea (b). (Fonte: Higgins, 1977). 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. 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). Página 1 de 7
Fig 2: Diagrama temperatura versus volume específico Os vidros, diferentemente dos materiais cerâmicos cristalinos, não apresentam ponto de fusão definido (Tm), mas sim uma temperatura (ou uma faixa de temperaturas) a partir da qual seu volume específico aumenta mais rapidamente e sua viscosidade diminui a ponto de permitir sua conformação. Essa temperatura é denominada temperatura de transição vítrea (Tg). A Tg (temperatura de transição vítrea não é constante, depende da razão (velocidade) de resfriamento. É a temperatura emperatura na qual o material passa a adiquirir adiquirir mobilidade. (O vidro se solidifica em Tg sem cristalizar). Quanto mais rápido o resfriamento maior a Tg. Processo de produção (vidro soda cal): Matérias primas Operações Unitárias (moagem / mistura) Fusão Conformação Recozimento Acabamento Página 2 de 7
Matéria Prima: O vidro poderia ser feito apenas com sílica, carbonato de sódio e calor, mais este vidro seria solúvel em água. A adição do cálcio torna-o mais duro e insolúvel em água. São basicamente feitos por areia, calcário, barrilha, alumina, corantes e descorantes. As matérias primas que compõem o vidro são os vitrificantes, fundentes e estabilizantes. Fundentes: são materiais que auxiliam na fusão de outro material. Abaixam o ponto de fusão do vidro. Função do cálcio (CaO) no soda-cal é aumenta a durabilidade química. O aumento do teor de Na 2 O diminui durabilidade e resistência química. Óxidos: Formadores: SiO 2, B 2 O 3 (formam um retículo, uma rede) Óxidos modificadores e intermediários diminuem o ponto de fusão e a viscosidade do vidro, tornando mais fácil a conformação a uma temperatura mais baixa Óxidos Modificadores(ligam-se com o O): Na 2 O, K 2 O Óxidos Intermediários (substituem o silício): Al 2 O 3 (alumina) e TiO 2 Efeito da adição de óxidos modificadores ao vidro: diminuem a Tg, aumentam o coeficiente de expansão térmica, diminuem a durabilidade, aumentam a suscetibilidade ao ataque químico. O vidro mais utilizado no mundo é o vidro soda-cal (70% de SiO 2, 15% de oxido de sódio (Na 2 O) e 10% de oxido de cálcio (CaO) e 5% de outros óxidos). Moagem e Mistura As matérias-primas, que são granuladas em sua maioria, são armazenadas em silos. Estes silos alimentam balanças, que têm a finalidade de dosar a quantidade adequada de cada uma delas. Após a pesagem, todas as matérias-primas são conduzidas a um misturador, que tem a finalidade de produzir uma mistura homogênea de todas elas, a qual passa a ser chamada de composição ou mistura vitrificável. A composição é conduzida ao forno de fusão, onde, sob o efeito do calor, se transformará em vidro. Conformação No inicio da fabricação do vidro o processo de conformação era o de sopro, processo que foi modernizado, mais é utilizado até hoje na indústria de embalagem e de produtos domésticos, Página 3 de 7
claro que com uma qualidade melhor que os primeiros vidros que eram produzidos em um processo artesanal. Atualmente existem inúmeras formas de conformação, dependendo do produto e quantidade que se pretende e dos recursos disponíveis. Fig 3:Vidro sendo produzido artesanalmente por sopro Vidro Plano Liso Processo Float O processo float de produção de vidro polido foi inventado em 1959, por Alastair Pilkington, o que permitiu uma grande redução de custo da produção. Neste processo o vidro fundido corre para o banho de flutuação. Sob uma atmosfera controlada, a faixa de vidro flutua (float) num banho de estanho fundido, que produz uma perfeita planicidade entre as faces, eliminando assim o processo de retífica/polimento do vidro no qual se perdia aproximadamente 20 % da espessura. Vidro Impresso O Vidro Plano Impresso é popularmente conhecido como "vidro fantasia". Este é um produto aplicado em janelas e divisórias, onde se deseja a passagem de luz, sem, entretanto, permitir que se enxergue através dele, mantendo a privacidade do ambiente. Por ser produzido em diversas combinações de cores e padrões (desenhos), é muito aplicado também com finalidade decorativa. O processo de fabricação consiste na passagem do vidro já elaborado, na saída do forno, em torno de 1200 C, entre dois rolos metálicos e refrigerados com água corrente em seu interior, que ao mesmo tempo o conformam e o esfriam. O rolo superior é liso ou, em alguns casos, com uma estampa bem delicada, e o inferior é o que efetivamente imprime o padrão desejado ao vidro. A espessura do vidro é determinada pelo espaçamento entre os dois rolos laminadores. Após a saída dos rolos laminadores, a fita de vidro, que ainda não está completamente rígida, é conduzida por um conjunto de rolos até a entrada do forno de recozimento, onde se produz a diminuição da temperatura, de maneira lenta e gradual, até a temperatura ambiente. Página 4 de 7
Vidros de segurança São utilizados em locais de risco, como portas de vidro, sacadas, boxes, vitrines e outros. Esses vidros de segurança ao serem quebrados, produzem fragmentos pequenos que diminuem a ocorrência de acidentes. Existem 3 tipos: temperado, laminado e aramado. Vidro armado Vidro que recebe no seu interior uma tela metálica, que é introduzida na entrada dos rolos laminadores. Este é um vidro de segurança, o que significa que, mesmo em caso de quebra, a tela metálica segura os pedaços de vidro, garantindo o fechamento do vão. Por essas características ele é muito empregado em varandas e coberturas. Quando aplicado em divisórias de ambientes, em caso de incêndio também retém bastante a passagem do fogo. Vidro Temperado O vidro temperado é um vidro float ou impresso que recebe um tratamento térmico (é aquecido e resfriado rapidamente), que o torna mais rígido e mais resistente à quebra. Em caso de quebra produz pontas e bordas menos cortantes, fragmentando-se em pequenos pedaços arredondados. Vidro Laminado Composto por duas ou mais chapas de vidro, intercaladas por uma ou mais películas de Polivinil Butiral - PVB, unidas através de um processo de pressão e calor. O vidro laminado é o produto adequado para diversas aplicações, como janelas, portas, coberturas, pisos, escadas e outros, pois, em caso de quebra, os cacos ficam retidos na película de PVB, oferecendo total segurança às pessoas. Além disso, o vidro laminado possui outros benefícios, como a redução acústica, quando comparado aos vidros comuns, e o controle da passagem dos raios ultravioleta (o PVB impede a passagem de 99,6% dos raios ultravioleta do sol). Vidros Coloridos e Termorrefletores Os vidros termoabsorventes (coloridos), além da estética, podem reduzir o consumo energético de uma construção. O mesmo ocorre com os termorrefletores, que reduzem a energia irradiada pelo sol, refletindo-a ou absorvendo-a para posteriormente emaná-la. Os vidros termoabsorventes são produzidos pela introdução de óxidos metálicos em sua massa que produzem as cores verde, azul, cinza e bronze. Os vidros termorefletores são fabricados aplicando-se na sua superfície uma camada fina de metal ou óxido metálico. A luz e o calor do sol apresentam-se no mesmo espectro solar, e o objetivo do projeto de uma construção energicamente eficiente é balancear a energia luminosa e a térmica, para reduzir o consumo de energia paga. Isto significa absorver calor do sol para elevar a temperatura interior nos climas frios, ou bloqueá-la para reduzi-la nos países quentes. A escolha do vidro adequado minimizará o consumo de energia elétrica para iluminação e refrigeração (ou aquecimento). Página 5 de 7
Diferenças entre o vidro e o cristal A diferença está na aparência e propriedades óticas. O vidro possui ondulações visíveis, principalmente os de grossa espessura (8 ou 10 mm), o que produz distorções nas imagens. Já o cristal devido ao paralelismo de suas faces não apresenta distorções, é um produto com características notáveis de brilho e transparência, sendo adequado para fabricação de taças, vasos, enfeites, etc... O brilho do cristal é consequência do óxido de chumbo, que aumenta grandemente o índice de refração do vidro, porém confere maior peso ao produto. O verdadeiro cristal não é empregado na construção civil e nem na indústria automobilística. Espelhos O vidro comum recebe sobre uma das superfícies camadas metálicas, como a prata, o alumínio ou o cromo. Em seguida, o produto recebe camadas de tinta que têm como função protegê-lo. É a prata que promove o reflexo das imagens, visível por meio do vidro transparente e protegida pela tinta. Quando olhamos para o vidro, a camada de prata metálica reflete a nossa imagem. Dois tipos principais de espelhos são utilizados na arquitetura: os espelhos produzidos a partir do float ou vidro polido, e os chamados vidros espiões, nos quais são aplicados um filme metálico a base de uma liga de cromo, e esse tipo de espelho comporta-se como um vidro transparente, para o observador localizado de um lado com pouco luminosidade, enquanto para o outro observador do lado mais iluminado parece um espelho convencional. Tijolo de vidro Este material desenvolvido há pouco tempo é produzido através da união, por fusão, de duas peças de vidro, enquanto o ar do interior é retirado. As bordas são revestidas com plástico para melhor vedação. Os tijolos de vidro produzidos no Brasil são incolores e translúcidos, nos padrões canelado, boreal e xadrez. É possível construir paredes com até 2,5 m sem a necessidade de vergalhões horizontais de sustentação. Entretanto as peças não podem sofrer esforços externos. Fibra de vidro A lã de vidro é produzida fazendo-se passar o vidro fundido através de pequenos orifícios. À medida que os filetes de vidro fundido escorrem são atingidos por jatos de ar ou vapor a alta pressão, fazendo com que um produto com aspecto de lã, seja produzido. Em seguida ela pode ser transformada em chapas ou placas rígidas através de um processo térmico de assentamento das fibras, após o que elas seguem por rolos compressores e fôrmas, que terminam por compactá-las. Este material encontra inúmeras aplicações na construção civil como isolante térmico e acústico. A fibra de vidro pode adicionar a propriedade de resistência mecânica aos plásticos que, reforçados, se prestam a muitas outras finalidades, como, por exemplo, piscinas, carros, prancha de surf, trens, aviões e milhares de outras, que seriam impossíveis sem a presença da fibra de vidro. Página 6 de 7
Imediatamente após a fase de estiragem e antes de se unirem para formar os fios de base, os filamentos são impregnados com uma solução aquosa de compostos (geralmente orgânicos), que vão garantir a sua perfeita aderência ao material que ela vai reforçar. Vidro cerâmico Materiais com elevado ponto de fusão, como o óxido de titânio (TiO 2 ) ou óxido de zircônio (ZrO 2 ) são adicionados à fusão na fabricação do produto desejado, por prensagem, moldagem ou outro método normal. O produto é temperado para solidificar-se como acontece com um vidro convencional. Conforme a temperatura do vidro temperado sobe, pequenos cristais começam a se formar, a nucleação vai sendo feita pelo TiO 2 ou ZrO 2. Quando o número desejado de núcleos já se formou à temperatura mais baixa, o vidro é aquecido até a temperatura mais alta e mantido assim provocando-se o crescimento de cristais. Por alterações no conteúdo e controle de nucleação, pode ser produzido um material transparente, translúcido ou opaco. A porcentagem de cristais contidos varia entre 50% e 90% por volume. As propriedades dos vidros cerâmicos são já apreciadas tanto na cozinha como na indústria de exploração do espaço. Eles possuem coeficientes de expansão térmica extremamente baixos, ou mesmo negativos, em geral de 10% a 12% daquela do vidro de soda e cal. Isso efetivamente os torna completamente resistentes ao choque térmico. São extremamente duros e resistentes a arranhões, muito mais do que o vidro comum de janela. Eles resistem à tensão uma vez e meia a mais do que o vidro de soda e cal e, quanto à condutividade térmica, possuem duas vezes mais que os vidros comuns. Fritas Frita (ou vidrado fritado) é um vidro moído, fabricado por indústrias especializadas a partir da fusão da mistura de diferentes matérias-primas. Este pó é aplicado na superfície do corpo cerâmico, que após a queima, adquire aspecto vítreo. Este acabamento tem por finalidade aprimorar a estética, tornar a peça impermeável, aumentar a resistência mecânica e melhorar ou proporcionar outras características. Cimento reforçado por vidro Nos anos 60, cientistas trabalhando no Instituto Britânico de Pesquisa de Construções identificaram uma composição de vidro que era substancialmente resistente ao ataque dos álcalis do cimento Portland. A Pilkington adquiriu os direitos internacionais em 1971 e o "Cimento Reforçado por Vidro" tomou seu lugar na indústria da construção. As fibras de vidro exercem no cimento um papel diferente daquele desempenhado nos plásticos. Nos plásticos, elas são muito mais rígidas do que a matriz, mas têm resistência similar a rupturas sob tensão, isso faz com que as fibras suportem bem a carga. No cimento as fibras de vidro têm apenas três vezes a força da matriz e muito maior resistência a rupturas. Sob aumento de peso, a matriz se quebra, deixando que as fibras sustentem a pressão. Os materiais de Cimento Reforçado por Vidro são projetados prevendo comportamentos específicos de tensão, de materiais unidirecionais para materiais multidirecionais, usando fibras cortadas arrumadas ao acaso. Página 7 de 7