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

Eduvaldo Paulo Sichieri - USP São Carlos

Rosana Caram - USP São Carlos Joaquim Pizzutti dos Santos -UFSM

Vidros

Capítulo 21

• 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).

Definição de Vidro

Definição de Vidro

Figura 1 – Diagrama temperatura versus volume representando processos de solidificação e

Composição do Vidro

Quadro 1 – Composição da mistura do vidro float incolor (Fonte: CEBRACE, sd.).

Produtos minerais Produtos químicos

Mistura Vitrificável

SiO₂ (areia)

CaCO₃ (calcário)

CaMg(CO₃)

2

(dolomita)

Na₂O.Al₂O

3

(feldspato)

Na₂CO₃

(Barrilha) Na₂SO₄

100% 57,46% 10,56% 9,88% 2,96% 16,46% 2,96%

Composição do Vidro

Quadro 2 – Composição final do vidro floatincolor (Fonte: CEBRACE, sd.).

SiO₂ K₂O Al₂O₃ Na₂SO₄ MgO CaO

72% 0,3% 0,7% 14% 4% 9%

Estrutura do Vidro

Figura 2 – Unidade básica da rede de sílica. (a) Representação tri-dimensional; (b)

Representação bi-dimensional

Estrutura do Vidro

Figura 3 – Representação bidimensional do cristal de sílica (a), e da sílica vítrea (b). (Fonte:

Higgins, 1977).

•a) •b)

Estrutura do Vidro

Figura 4 – Representação bidimensional de vidro de carbonato de sódio (Fonte: Higgins,

1977).

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

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 Temperado

Laminado Aramado Duplo ou

insulado

Vidros metalizados ou refletivos

Figura 5 – Esquema de produção do vidro refletivo (a) a vácuo e (b) pirolítico (Fontes:

Granqvist, 1991 e Caram, 1998).

Vidro duplo ou insulado

Figura 6 – Vidro Isolante (Fonte: Caram, 2002).

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

Superwindows

Figura 7 – Ilustração de uma super janela: vidro triplo, inserção de gás inerte e película de

baixa emissividade (Fonte: Caram, 2002).

Materiais cromogênicos ativos: cristais líquidos e eletrocrômicos

Figura 8 – Influência elétrica no alinhamento molecular em cristais líquidos (Fonte: Caram,

1998).

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).

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 floatincolor X X X X X X X X X X

Vidro recozido impresso, incolor

ou colorido. X X X X X

Vidro termoabsorvente, recozido ou temperado,

estirado ou float.

X X X X X

Vidro temperado ou floatincolor 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

X X X X X

Cálculos de espessura dos vidros

60 – até 6m de altura 76 – de 6 a 20m

100 – de 20 a 60m 126 – de 60 a 100m 160 – Acima de 100m Pressão do vento em Kg/m²

a / b e / b

60 – até 6m de altura 76 – de 6 a 20m

100 – de 20 a 60m 126 – de 60 a 100m 160 – Acima de 100m Pressão do vento em Kg/m²

60 – até 6m de altura 76 – de 6 a 20m

100 – de 20 a 60m 126 – de 60 a 100m 160 – Acima de 100m

60 – até 6m de altura 76 – de 6 a 20m

100 – de 20 a 60m 126 – de 60 a 100m 160 – Acima de 100m Pressão do vento em Kg/m²

a / b e / b

Figura 10 – Diagrama para cálculo preliminar da espessura de uma chapa de vidro segundo a

Características físicas dos vidros

Quadro 6 – Propriedades mecânicas dos vidros comuns, segundo NBR 11706/1992 (ABNT, 1992).

Massa específica Ρ = 2500 ±50 kg/m³

Dureza ±6,5 Mohs

Módulo de elasticidade E = (75000 ±5000) MPa

Tensão de ruptura à flexão

- Para o vidro recozido: σ = (40 ± 5) MPa

- Para o vidro de segurança temperado: σ = (180

±20)Mpa Tensão admissível de

flexão

- Para o vidro recozido: σ = (13 ±2) Mpa

•- Para o vidro temperado : σ = (60 ±4) Mpa

Coeficiente de Poisson: 0,22

Características físicas dos vidros

Quadro 7 – Propriedades térmicas dos vidros comuns, segundo NBR 11706/1992 (ABNT, 1992).

Calor específico entre 20ºc

e 100ºc C = 0,19 Kcal/KgºC

Coeficiente de

condutibilidade térmica a 20ºc

λ = (0,8 a 1) Kcal/mhºC

Condutibilidade térmica da

lã de vidro λ = 0,045 Kcal/mhºC

Resistência ao choque térmico

Depende do módulo de elasticidade, resistência à tração e do coeficiente de dilatação. É da ordem de 60^oC (resiste

mais ao choque calor-frio que ao contrário).

Coeficiente de dilatação

linear entre 20ºc e 220 ºc Α = 9 x 10^-6 ºC^-1

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/m²⁾

Rw (dB)

3 7,5 29

4 10 30

5 12,5 30

6 15 31

8 20 32

10 25 33

12 30 34

15 37,5 36

19 47,5 37

Propriedades acústicas

Quadro 9 – Índice de redução acústica de vidros duplos com câmara de ar (Rw) (Fonte: Scherer, 2005).

Espessura Total de lâminas de vidro (mm)

Espaçamento entre vidros (mm)

20 50 100 150

Índice de Redução Acústica Rw (Db)

12 31 33 33 33

14 32 33 33 34

16 33 34 34 34

Propriedades óticas Ultravioleta

Figura 11 – Efeitos físicos e biológicos da radiação ultravioleta (Fonte: Caram, 1998).

Propriedades óticas Infravermelho

Figura 12 – Curva de transmissão esperada para um vidro ideal, em regiões com clima

Reflexão, refração, absorção e transmissão

Figura 13 – Propriedades óticas da luz quando incidindo sobre um material transparente

(Fonte: Fanderlik, 1983, p. 61).

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

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).

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).