UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CONSTRUÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA CORTAR GARRAFAS
DE VIDRO PARA SEREM REUTILIZADAS NA CONFECÇÃO DE
PEÇAS DECORATIVAS
DANILO NASCIMENTO DA SILVA
CRUZ DAS ALMAS 28 de setembro de 2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CONSTRUÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA CORTAR GARRAFAS
DE VIDRO PARA SEREM REUTILIZADAS NA CONFECÇÃO DE
PEÇAS DECORATIVAS
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Federal do Recôncavo da Bahia como parte dos requisitos para obtenção do título
de Bacharel em Ciências Exatas e
Tecnológicas.
Orientador: Prof. Dr. Nilton Cardoso da Silva
DANILO NASCIMENTO DA SILVA
CRUZ DAS ALMAS 28 de setembro de 2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CONSTRUÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA CORTAR GARRAFAS
DE VIDRO PARA SEREM REUTILIZADAS NA CONFECÇÃO DE
PEÇAS DECORATIVAS
Aprovado em: ____/____/____
EXAMINADORES:
_______________________________________________________________ Prof. Dr. Nilton Cardoso da Silva
Universidade Federal do Recôncavo da Bahia
_______________________________________________________________ Prof. Dr. Joaquim Jorge Martins Galo
Universidade Federal do Recôncavo da Bahia
_______________________________________________________________ Prof.ª Dr.ª Alessandra Cristina Silva Valentim
Universidade Federal do Recôncavo da Bahia
CRUZ DAS ALMAS 28 de setembro de 2017
Dedico este trabalho aos meus pais, Firmino Gomes da Silva e Luiza Vieira do Nascimento Silva (in memoria), meus irmãos Rosangela Nascimento da Silva Ribeiro e Fernando Nascimento da Silva, a minha namorada Eliana Carmo e a todos que me incentivaram e apoiaram.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por ter me dado saúde, força e sabedoria para enfrentar as dificuldades impostas e superá-las.
Aos meus pais pelo dom da vida, educação, dedicação e amor. Aos meus irmãos, por todo apoio e ajuda prestada.
À minha namorada, pelo apoio e incentivo.
Ao meu primo Lucas Nascimento e a todos os demais familiares, tios, primos e sobrinhas.
Ao professor Nilton Cardoso pela aceitação e orientação deste trabalho.
A todo corpo docente do curso de Bacharelado em Ciências Exatas e Tecnológicas por proporcionar todo o conhecimento indispensável em minha formação.
À UFRB pela oportunidade e acolhida.
Aos amigos e colegas que estavam presentes em cada dia dessa formação. A todos que fizeram parte dessa minha jornada, contribuindo direta ou indiretamente na elaboração deste trabalho deixo os meus agradecimentos.
"A persistência é o menor caminho do êxito". Charles Chaplin
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BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CONSTRUÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA CORTAR GARRAFAS
DE VIDRO PARA SEREM REUTILIZADAS NA CONFECÇÃO DE
PEÇAS DECORATIVAS
RESUMO
O vidro é uma substância amorfa, obtida através do resfriamento da mistura de areia, sal e rochas calcarias em fusão até atingir uma condição de rigidez. É composto de sílica, óxido de sódio, óxido de cálcio além de outros óxidos. Os vidros são utilizados nas mais diversas atividades humanas, dentre elas aplicado em janelas, lâmpadas, utensílios de mesa, microscópios e garrafas. As garrafas de vidro possuem um alto potencial de reutilização e reciclagem, porém devido aos custos de armazenamento e transporte apenas 65% são reaproveitados. Este trabalho tem como objetivo oferecer uma forma de reutilização às garrafas de vidro, apresentando a construção de forma simples de uma máquina elétrica de cortar garrafas, feita em base estrutural de madeira, utilizando um motor de micro-ondas para garantir a rotação da garrafa com velocidade constante e uma resistência de chuveiro elétrico responsável por fornecer a energia necessária para cortar as garrafas. Após a construção, os testes evidenciaram que a máquina se mostrou viável, realizando cortes eficientes e com tempo relativamente curto em garrafas com geometria circular, possibilitando assim a reutilização das garrafas cortadas em conjunto com outros materiais na produção de luminária de mesa, arandela e pendente, enquanto que para garrafas com geometria quadrada mostrou-se totalmente ineficaz pelo fato delas se desprenderem do motor e apresentarem trincas apenas na região em contato com a resistência elétrica.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Obsidiana. ... 18
Figura 2.2 - Uso de molde em argila. ... 19
Figura 2.3 - Técnica do sopro. ... 20
Figura 2.4 - Variação do volume x temperatura. ... 22
Figura 2.5 - Estrutura de um sólido cristalino e um sólido amorfo. ... 23
Figura 3.1 - Recipientes. ... 41
Figura 3.2 - Luminárias. ... 41
Figura 3.3 - Penduricalhos. ... 42
Figura 3.4 - Porta objetos. ... 42
Figura 3.5 - Porta velas. ... 42
Figura 3.6 - Jarros. ... 42
Figura 4.1 - Esquema elétrico da máquina. ... 44
Figura 4.2 - Vista lateral. ... 44
Figura 4.3 - Vista inferior. ... 44
Figura 4.4 - Vista frontal. ... 45
Figura 4.5 - Vista diagonal... 45
Figura 4.6 - Peças da base. ... 45
Figura 4.7 - Montagem da base. ... 45
Figura 4.8 - Identificação das peças. ...46
Figura 4.9 - Porca parafusada na chapa de metal. ... 46
Figura 4.10- Barra roscada para deslocamento do suporte da resistência. ... 47
Figura 4.11 - Barra roscada para deslocamento do elevador. ... 47
Figura 4.12 - Corte para o deslocamento da base da resistência. ... 47
Figura 4.13 - Encaixe lateral para o disjuntor. ... 47
Figura 4.14 - Motor de micro-ondas. ... 48
Figura 4.15 - Suporte em granito para a resistência. ... 48
Figura 4.16 - Fenda para acomodar a resistência. ... 48
Figura 4.17 - Máquina finalizada e em funcionamento. ... 49
Figura 4.18 - Conexões em PVC. ... 50
Figura 4.19 - Base da luminária. ... 50
Figura 4.21 - Garrafa presa ao encaixe. ... 51
Figura 4.22 - Luminária pintada. ... 52
Figura 4.23 - Luminária finalizada. ... 52
Figura 4.24 - Garrafas pintadas. ... 52
Figura 4.25 - Tampas de garrafa. ... 52
Figura 4.26 - Arandela finalizada. ... 53
Figura 4.27 - Materiais para o pendente. ... 53
Figura 4.28 - Pendente finalizado. ... 53
Figura 5.1 - Garrafas quadradas. ... 54
Figura 5.2 - Garrafa com diâmetro 8 cm. ... 55
Figura 5.3 - Garrafa com diâmetro 6 cm. ... 55
Figura 5.4 - Garrafa com corte irregular. ... 55
LISTA DE SÍMBOLOS E SIGLAS
a.C Antes de Cristo
Tg Temperatura de transição vítrea
Tf Temperatura de fusão °C Grau Celsius cm Centímetro mm Milímetro m² Metro quadrado kg Quilograma UV Ultravioleta 3D 3 dimensões A Ampère V Volt W Watt
NBR Norma Brasileira Regulamentadora
ABIVIDRO Associação Técnica Brasileira das Indústrias Automáticas de Vidro
CEBRACE Companhia Brasileira de Cristal ONU Organização das Nações Unidas PVB Polivinil butiral
PVC Policloreto de vinila PET Polietileno tereftalato
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 13 1.1. JUSTIFICATIVA ... 15 1.2. OBJETIVOS ... 15 1.2.1. Objetivo Geral ... 15 1.2.2. Objetivos Específicos ... 16 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 17 2.1. VIDRO ... 17 2.1.1. História do vidro ... 17 2.1.2. O que é o vidro ... 20 2.1.3. Composição do vidro ... 23 2.1.4. Matérias-primas ... 24 2.1.5. Vidro no Brasil ... 28 2.1.6. Produção do vidro ... 29 2.1.7. Propriedades mecânicas ... 30 2.1.8. Classificação... 31 2.1.9. Reciclagem ... 332.2. PONTO DE FUSÃO DO VIDRO DE EMBALAGENS ... 37
2.3. QUEBRA DO VIDRO DEVIDO AO CHOQUE TÉRMICO OU DIFERENÇAS DE TEMPERATURA ... 37
2.3.1. Método por combustão ... 37
2.3.2. Método por aquecimento elétrico... 38
2.4. ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL ... 39
3. POSSÍVEIS UTILIZAÇÕES DECORATIVAS E PRÁTICAS REUTILIZANDO GARRAFAS DE VIDRO ... 41
4. MATERIAL E MÉTODOS ... 43
4.1. MÁQUINA DE CORTAR GARRAFA ... 43
4.2. LUMINÁRIAS ... 49
5.1. CUSTO DA MÁQUINA DE CORTAR GARRAFAS DE VIDRO E DAS
LUMINÁRIAS ... 56
6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 59
6.1. CONCLUSÕES ... 59
6.2. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 60
13 Nos séculos passados, o homem tinha em mãos uma quantidade limitada de materiais, somente aqueles encontrados na natureza como: madeira, pedra argila e outros. Mas que, com o tempo, o homem compreendeu a relação entre a estrutura e composição dos materiais e suas propriedades, e, aliado ao desenvolvimento tecnológico foi capaz de criar técnicas e moldar em grande parte as características dos materiais, fornecendo ao homem um leque de materiais com características diversas, entre eles estão os metais, plásticos, cerâmicas, fibras e o vidro. (CALLISTER, 2008, p. 2)
Para Alves, Gimenez e Mazali (2001) “os materiais vítreos têm uma característica extremamente interessante: seja qual for a nossa necessidade, quase sempre existe a possibilidade de vir a utilizá-los nos mais diferentes contextos.”
Nos últimos anos passou-se a conhecer melhor o vidro, e com o avanço da tecnologia ocorreram melhorias nas técnicas de produção que permitiram a manipulação das suas propriedades para aplicá-lo em diversas atividades humanas. Hoje, além da confecção de embalagens (uma das primeiras aplicações do vidro após sua descoberta na antiguidade) o vidro é usado largamente pela indústria da construção civil, mecânica, química entre outras. Essa versatilidade deve-se as suas propriedades que, com um bom tratamento tecnológico pode atender diversas necessidades que outros materiais não suprem, tornando o vidro um material amplamente difundido. (AKERMAN, 2013)
O aumento no consumo de produtos industrializados nos últimos anos, aliada a não reutilização e reciclagem de materiais, tem gerado aumento considerável na produção de resíduos sólidos. Dias e Cruz (2009) apontam que um dos maiores problemas da sociedade moderna ao longo dos anos, é justamente a destinação final adequada destes resíduos sólidos principalmente nos países desenvolvidos.
“No Brasil, apesar do vidro corresponder a apenas 3% dos resíduos urbanos” (DIAS e CRUZ, 2009, p. 6), é um material que merece atenção, devido ao seu elevado potencial de reutilização e reciclagem, possibilitando assim inúmeras aplicações, desde embalagens para alimentos e produtos farmacêuticos, lentes de
14 óculos e microscópios, para-brisa de automóveis, janelas, fibras de telecomunicações, utensílios de laboratório etc. (AKERMAN, 2013). Outro ponto a ser considerado em relação aos resíduos vítreos é que, apesar de não constituir diretamente um problema para o meio ambiente por não ser um poluente, os mesmos não são biodegradáveis e tem volume fixo definido, ocupando assim grandes volumes em lixões e aterros, reduzindo a vida útil desses locais.
Durante esses últimos anos muito tem se falado sobre desenvolvimento sustentável, que se baseia em três pilares: desenvolvimento econômico, desenvolvimento social e a proteção do meio ambiente. O relatório Brundtland (1987) publicado por uma comissão da Organização das Nações Unidas (ONU) define o conceito de desenvolvimento sustentável como, o atendimento das necessidades das gerações atuais, sem comprometer a possibilidade de satisfação das necessidades das gerações futuras. Sendo assim é necessário consumir e suprir as necessidades humanas de forma consciente e sem desperdícios de modo a garantir a preservação de recursos para as gerações futuras.
Diminuir a emissão de poluentes, reduzir o desperdício dos recursos naturais, reciclar e reutilizar os resíduos sólidos, reduzir o consumo de energia e utilizar energias renováveis fazem parte de um conjunto de soluções para amenizar os danos causados pela ação do homem sobre a natureza.
O uso da iluminação artificial através do aproveitamento da luz natural é um fator importante na economia de energia das edificações. Porém nem sempre é possível aproveitar a luz natural. O conjunto de elementos, entre eles lâmpadas, luminárias, cores das superfícies internas e do mobiliário são responsáveis pela eficiência do sistema de iluminação artificial. (MORAES, 2012).
A reutilização do vidro promove a sustentabilidade por vários motivos: retirada das sucatas presente no ambiente na forma de cacos ou embalagens, até então sem utilidade; redução da extração de novas matérias-primas da natureza e na emissão de poluentes contribuindo assim para a preservação ambiental; e geração de renda para famílias e cooperativas de reciclagem.
Para minimizar a quantidade de resíduos sólidos e possibilitar a sustentabilidade ambiental, é necessário aplicar a política dos 3 Rs: Reduzir, Reutilizar e Reciclar.
15 • Reduzir significa consumir menos produtos e dar preferência àqueles que
gerem menos resíduos.
• Reutilizar é usar novamente, seja reaproveitando e dando-lhe a mesma utilidade como, por exemplo, embalagens de alimentos ou uma nova função (artesanato e decoração).
• Reciclar envolve a transformação dos materiais, ou seja, a partir daquele produto inutilizado será dada origem a um produto novo.
Partindo então da política dos 3 Rs, surgiu a ideia de buscar uma nova utilidade a esse tipo de resíduo.
O vidro é um material amplamente utilizado no cotidiano, em construções, fabricação de embalagens e outros afins, mesmo não havendo indústrias vidreiras próximas a uma cidade, a abundância de vidro e resíduos vítreos é fato, assim este trabalho se mostra importante social e ambientalmente, pois visa dar nova utilização as garrafas de vidro promovendo uma fonte de renda para a sociedade sob a forma de produtos artesanais confeccionados a partir das garrafas e a preservação do meio ambiente com a destinação adequada desses resíduos.
Tendo em vista a necessidade do reaproveitamento do vidro, uma alternativa viável e que se enquadra como uma ação sustentável, do ponto de vista ambiental, social e econômico, desta forma a existência deste trabalho foi concebida pela busca, pesquisa e interesse em utilizar vidros sem função específica, no caso garrafas de vidro em desuso para produção de objetos uteis, mais especificamente na área de iluminação, diretamente empregada na decoração de interiores.
O objetivo geral desta monografia é destacar a praticidade e uso do vidro para promover a sustentabilidade, promovendo a construção de luminárias com vidro oriundo do reaproveitamento de garrafas, aplicadas na iluminação e
1.1.
JUSTIFICATIVA
1.2.
OBJETIVOS
16 decoração, construindo para isto, um equipamento elétrico para realizar cortes em garrafas de vidro e avaliação de seu desempenho.
Avaliar a viabilidade da produção do equipamento; Analisar a precisão do corte;
Verificar o tempo gasto para realizar o corte;
Usar este equipamento para cortar garrafas de vidro em desuso.
Construir aplicações sustentáveis direcionadas a decoração de interiores concentradas principalmente na iluminação usando o material cortado. Determinar o custo total de fabricação e montagem da máquina e das
luminárias pretendidas.
1.3.
ESTRUTURA DO TRABALHO
Esta monografia foi desenvolvida sob a forma de seis capítulos como segue estruturado abaixo, de forma a ser bem abrangida e compreendida:
O primeiro capítulo contém a introdução do trabalho bem como a justificativa e seus objetivos a serem alcançados.
No segundo capítulo tem-se a revisão do estado da arte, constando uma breve abordagem sobre o vidro.
No terceiro capítulo é apresentado um pouco sobre possíveis aplicações das garrafas cortadas, culminando com seu uso e aplicação na iluminação e na decoração de interiores.
O quarto capítulo é constituído com o material e métodos utilizados. No quinto capítulo são apresentados os resultados e discussão.
E por fim, no capítulo seis, têm-se as conclusões e perspectivas futuras.
17 Este capítulo contempla a revisão de estado da arte com objetivo de apresentar os fundamentos básicos relacionados ao vidro, destacando sua aplicação na decoração, concentrando no seu uso na iluminação de interiores e fundamentar uma melhor compreensão do trabalho através de informações relevantes.
2.1.
VIDRO
2.1.1. História do vidro
O vidro é um dos materiais mais antigos conhecidos no mundo. “O vidro começou a ser empregado pelo homem desde a pré-história há cerca de 75.000 anos.” (AKERMAN, 2013, p. 6).
Segundo Alves, Gimenez e Mazali (2001), seu primeiro uso foi feito pelo homem como ferramenta doméstica através de vidros naturais, formados a partir do resfriamento de rochas fundidas em elevadas temperaturas nos processos vulcânicos, chamado obsidiana. “O material empregado se constituía de um vidro natural, existente na natureza como mineral, e era empregado por uma característica que muitas vezes atribuímos como defeito que é o seu poder de corte” (AKERMAN, 2013, p. 6). Esse material é ilustrado na Figura 2.1.
18
Figura 2.1 - Obsidiana.
Não se sabe ao certo, onde e quando o vidro foi descoberto, Akerman (2013, p. 6) afirma que, “apesar de empregar o vidro há muito tempo, o homem só começou a produzir este material em torno de 4500 anos atrás.” Segundo Caldas (2012, p. 13), os primeiros registros sobre o vidro, descoberto por mercadores fenícios, data-se em torno do ano de 5000 a.C.
Historiadores afirmam que os primeiros vestígios de vidro produzido pelo homem nessa época ocorreram na Síria, outros apontam o Egito em 2500 anos a.C. Uma das versões diz que o vidro foi descoberto de forma ocasional quando navegadores fenícios faziam fogueiras na praia, após algum tempo era possível observar o surgimento de um material pastoso e transparente que posteriormente se solidificava (ALVES, GIMENEZ e MAZALI, 2001, p. 13).
“Somente por volta de 1500 anos a.C., no Egito, foi que se iniciou o emprego do vidro em artigos utilitários, na forma de embalagens.” (AKERMAN, 2013, p. 7). Vestígios de fragmentos encontrados em escavações de arqueologia indicam que os egípcios já produziam artefatos de vidro, nessa época, utilizando moldes de argila. De acordo com Akerman (2013), a técnica baseava-se na utilização de um bastão, cuja ponta continha um molde em argila que seria a parte interna do recipiente, o molde era então mergulhado no vidro sob a forma líquida, retirado e o
19 recipiente se encontrava moldado em volta desse núcleo de argila, ao enrijecer o bastão era removido e a argila no interior do recipiente era raspada e extraída. A Figura 2.2 a seguir ilustra esse processo.
Figura 2.2 - Uso de molde em argila.
Posteriormente se descobriu uma técnica que revolucionou o modo de produção de recipientes de vidro. A técnica do fole, desenvolvida no Egito, proporcionou o aumento do calor em fornos e assim a produção de um vidro menos arenoso e com maior trabalhabilidade. Alves, Gimenez e Mazali (2001, p. 14) afirmam que a produção de altas temperaturas e o controle da atmosfera de combustão, teve influência marcante sobre a qualidade dos vidros e permitiram uma fusão mais eficiente dos materiais constituintes.
O advento da técnica do sopro (Figura 2.3), desenvolvida há cerca de 2000 anos na Síria, garantiu a popularização do vidro. O princípio dessa técnica consiste em utilizar um tubo (cana), na qual em uma das pontas é recolhida uma porção do material fundido e pela outra é soprado conferindo ao material o formato de bolha. Assim começaram a se produzir embalagens com menor custo e maior produtividade, tornando-o acessível inclusive para cidadãos comuns (AKERMAN,
20 2013, p. 8). Essa técnica perdura até os dias de hoje na produção de embalagens e recipientes ocos criados a partir de máquinas sofisticadas.
Figura 2.3 - Técnica do sopro.
“A França já fabricava o vidro desde a época dos romanos. Porém, só no final do século XVIII foi que a indústria prosperou e alcançou um grau de perfeição notável.” (CEBRACE, 2016).
2.1.2. O que é o vidro
A Companhia Brasileira de Cristal (CEBRACE, 2016) define o vidro como “uma substância inorgânica, amorfa e fisicamente homogênea, obtida através do resfriamento de massa em fusão.”
Segundo Callister (2002) o vidro é um sólido não cristalino, comumente chamado de sólido amorfo ou líquido super-resfriado. Akerman (2000, p. 7) define como amorfo todo material que “não apresenta ordem molecular a longas distâncias, isto é, quando não há regularidade dos seus constituintes moleculares em uma escala superior a algumas vezes o tamanho destes grupos”.
Azeredo (1987, p. 127) define o vidro como, “basicamente um produto monolítico, plano, transparente ou translúcido, resultante da fusão da sílica (areia) auxiliada por fundentes rochosos (feldspato, dolomita e calcário) e por fundentes industriais (carbonato de sódio, sulfato de sódio), posteriormente resfriado até uma
21 condição de rigidez, sem se cristalizar”, ou seja, sem formação de arranjos ordenados de moléculas que se repetem em períodos regulares.
Vidro é um sólido não-cristalino, portanto, com ausência de simetria e periodicidade translacional, que exibe o fenômeno de transição vítrea, podendo ser obtido a partir de qualquer material inorgânico, orgânico ou metálico e formado através de qualquer técnica de preparação (ALVES, GIMENEZ e MAZALI, 2001, p. 16).
“O vidro é um sólido que apresenta a estrutura semelhante à de um líquido, isto é, seus átomos não estão organizados na forma de cristais como acontece com a maioria de substâncias sólidas que conhecemos” (AKERMAN, 2013, p. 16).
2.1.2.1. Transição vítrea
A estrutura da massa em fusão que origina o vidro apresenta semelhanças às de um líquido. De acordo com a diminuição gradual da temperatura até atingir o ponto de fusão (Tf), um material que se encontra no estado líquido pode sofrer o fenômeno de cristalização, na qual é necessário certo tempo para a organização das moléculas formando o cristal, ou evitando a cristalização, tornando-se um líquido super-resfriado. (ALVES, GIMENEZ e MAZALI, 2001; IDALGO, 2009).
De acordo com Idalgo (2009, p. 22), há um aumento contínuo da viscosidade devido a diminuição da temperatura onde ao atingir a chamada temperatura Tg (definida como temperatura de transição vítrea) ocorre uma mudança de fase e líquido super-resfriado passa ao estado vítreo. Ver Figura 2.4.
22
Figura 2.4 - Variação do volume x temperatura.
“Um rápido resfriamento desloca a Tg para altas temperaturas enquanto um resfriamento mais lento desloca Tg para baixas temperaturas” (IDALGO, 2009, p. 22).
Akerman (2000, p. 9) afirma que abaixo dessa temperatura Tg, o material apresenta característica de um líquido, ou seja, arranjo indefinido, e passa a se comportar semelhante a um sólido.
Alves, Gimenez e Mazali (2001, p. 18) afirmam que, “conforme a temperatura diminui, aproxima-se de uma condição em que a mobilidade, em nível atômico, dentro do líquido, torna-se bastante reduzida e os átomos fixam-se em suas posições”. Essa consideração também é feita por Akerman (2013, p. 15) onde afirma que “à medida que a massa fundida se esfria sua viscosidade aumenta cada vez mais dificultando ainda mais a movimentação livre dos átomos que não conseguem se organizar como no estado sólido de outros materiais”. A comparação entre a rede cristalina de um sólido cristalino e um sólido amorfo pode ser feita observando a Figura 2.5.
23
Figura 2.5 - Estrutura de um sólido cristalino e um sólido amorfo.
A composição básica do vidro durante seu período de existência, desde sua descoberta até os dias atuais se mantém a mesma (AKERMAN, 2013, p. 51). O vidro comum mais usado de acordo com Barros (2010, p. 4) é composto de 70% a 72% de sílica (SiO2), cerca de 15% de óxido de sódio (Na2O), 10% de óxido de cálcio (CaO) e 5% de outros óxidos.
O vidro apresenta intrinsecamente duas características importantes, a transparência e a durabilidade. Segundo Akerman (2013, p. 23) outras propriedades importantes são obtidas através da adição de modificadores, e tem-se uma grande escala de composições para os vidros a fim de garantir essas propriedades específicas.
Akerman (2013, p. 20) afirma que a sílica sozinha produz um excelente vidro, em contra partida seu ponto de fusão é muito alto requerendo fornos especiais e muito consumo de energia apresentando alto custo de produção.
A solução para este problema foi de incorporar elementos fundentes à sílica que abaixam a temperatura de elaboração, mas mantém características adequadas para os produtos. Estes fundentes são o óxido de sódio e o óxido de cálcio que em conjunto com a sílica produzem a família de vidro denominada silico-sodo-cálcico ou simplesmente sodo-silico-sodo-cálcico. (Akerman, 2013, p. 20).
Dentre as infinitas formulações, o vidro é dividido quimicamente nas principais famílias a seguir e descritas segundo Akerman (2000, p. 16) como:
2.1.3. Composição do vidro
24 Vidro sodo-cálcico: Eles compreendem, de longe, a família de vidros mais antiga e largamente utilizada. Constituem a maior parte das garrafas, frascos, potes, janelas, bulbos e tubos de lâmpadas, participando com mais de 90% de todo o vidro produzido no planeta.
Sílica vítrea: Este vidro pode ser preparado, aquecendo-se areia de sílica ou cristais de quartzo até uma temperatura acima do ponto de fusão da sílica, 1725 °C. Processo de fusão é muito lento. Sílica vítrea tem um coeficiente de expansão térmico muito baixo, sendo ideal para janelas de veículos espaciais, espelhos astronômicos, e outras aplicações aonde são exigidas baixa expansão térmica a fim de se ter resistência a choques térmicos ou estabilidade dimensional.
Vidros ao chumbo: Vidro ao chumbo é o vidro nobre aplicado em copos e taças finas, conhecido como “cristal”. Têm sido usados por séculos para produção de artigos finos de mesa e peças de arte. O chumbo também confere ao vidro um maior índice de refração, incrementando seu brilho. São usados largamente na indústria eletroeletrônica. Também utilizados em ótica, devido aos seus altos índices de refração.
Vidros borossilicatos: Os vidros borossilicatos apresentam alta resistência ao choque térmico e por isso são empregados em produtos de mesa que podem ser levados ao forno. É o caso do Pyrex e do Marinex. Devido à menor quantidade de óxidos modificadores, além da resistência ao choque térmico vidros borossilicatos são também muito resistentes ao ataque químico e por isso são utilizados em vários equipamentos de laboratório.
Vidros alumino-borossilicato: vidros alumino-silicatos comerciais podem ser aquecidos a temperaturas superiores sem deformação, comparativamente a vidros sodo-cálcicos ou à maioria dos borosilicatos. Vidros alumino-silicatos são utilizados em tubos de combustão, fibras de reforço, vidros com alta resistência química e vitro-cerâmicos.
Segundo Akerman (2013, p. 29), a sílica provém da areia acumulada devido ao intemperismo e erosão das rochas, e é a que ocupa a maior parcela da massa do vidro. A fornecedora de cálcio são as rochas (calcários) extraídas através de explosões em pedreiras e assim como a areia passam por um beneficiamento para
25 garantir uma granulometria regular e evitar defeitos no produto final. A barrilha ou carbonato de sódio é produzido através de processo químico e tem duas origens, produzida a partir da trona que é um mineral raro, escasso, presente apenas em algumas regiões, chamada de barrilha natural, e a partir da salmoura dos oceanos chamada de barrilha artificial.
As matérias-primas devem ser homogêneas, livres de impurezas (contaminantes) como solo, cerâmicas e outros materiais para garantir a boa qualidade do produto, e evitar interferências em características importantes como cor e resistência, por exemplo. (AKERMAN, 2013, p. 34).
Segundo Oliveira (2007, p. 33), as matérias-primas que compõe os vidros são divididas segundo suas funções em:
• Vitrificante – é considerado, pela sua natureza, o verdadeiro esqueleto do vidro, composta de sílica tão pura quanto possível e proveniente das areias ou das rochas de quartzo.
• Fundentes – tem a função de baixar o alto grau de fusão da sílica. Ex.: carbonato de sódio (Na2CO3), carbonato de potássio (K2CO3) e óxido de chumbo (PbO);
• Estabilizantes – dão a resistência química a fatores do meio ambiente como a umidade, o calor, a luz e gases naturais. Ex.: carbonato de bário (BaCO3), carbonato de cálcio (CaCO3), carbonato de magnésio (MgCO3) e óxido de alumínio (Al2O3);
• Afinantes – têm por função a formação, na massa vítrea em fusão, de grandes bolhas gasosas que, ao libertarem-se para a superfície, arrastam o gás retido sob a forma de minúsculas bolhas. Ex.: óxido de arsênico (As2O3), óxido de antimônio (Sb2O3) e nitrato de sódio (NaNO2);
• Descorantes – utilizado nos vidros brancos para compensarem a cor esverdeada ou amarelo-esverdeada da massa fundida, resultante das impurezas das matérias-primas naturais como o ferro, o níquel e o cobre. Ex.: óxido de manganês (Mn2O7) e nitrato de potássio (KNO3);
• Corantes – matérias-primas que, misturadas à composição dos vidros brancos, lhes dão a coloração pretendida. Ex.: óxido de prata (Ag2O) para obtenção de vidros amarelos; cobalto (Co) para vidros azuis; manganês (Mn)
26 para vidros ametista; óxido de ferro (FeO) para vidros verdes; púrpura de Cássio para vidros vermelhos, criolite para vidros opala, etc. A Tabela 2.1 exibe alguns elementos corantes e a coloração equivalente proporcionada ao vidro.
Tabela 2.1 - Agentes corantes.
Agente de coloração Coloração
Cobre Azul claro
Crômio Verde
Amarelo
Manganês Violeta
Preto
Ferro Marrom amarelado
Verde azulado Cobalto Azul intenso ou rosa
Verde
Níquel Marrom, amarelo, verde, azul a violeta, dependendo da matriz vítrea Vanádio Verde, em vidros silicatos e marrom, em vidros boratos
Titânio Violeta
Neodímeo Violeta avermelhado Praseodímeo Verde claro
Ouro Rubi (partículas coloidais dispersas na matriz vítrea)
Cádmio Laranja
Os vidros são hoje utilizados em quase todos os aspectos das atividades humanas; em casa, nas janelas, lâmpada e luminárias, sistemas de aquecimento solar, fornos e geladeiras, utensílios de mesa, decoração, etc.; na ciência, nos microscópios e telescópios constituindo as lentes, nos frascos dos laboratórios, etc.; na indústria, nos reatores, visores, instrumentos, etc., e mesmo em arte, pois eles podem ter suas propriedades ajustadas às suas finalidades, assumindo infinitas cores e formas. (AKERMAN, 2013).
27 O vidro é um material altamente tecnológico e atualmente indispensável. Características como a transparência e durabilidade, fazem do vidro uma excelente matéria-prima na produção de recipientes e embalagens para alimentos. Outra característica importante, a impermeabilidade, (superfície lisa, não apresenta porosidade) evita a contaminação em seu interior, e ainda não reage (inerte) com o produto nele contido, tanto que, são utilizados como embalagens de substâncias químicas e produtos farmacêuticos. O uso do vidro não se restringe apenas no ramo alimentício, os campos da ciência influenciados pelo seu uso são diversos. O avanço sobre o conhecimento do vidro culminou no avanço de outras áreas, tal avanço tecnológico do vidro propiciou expansão dos conhecimentos sobre astronomia, ciências biológicas, física, química e engenharia. (AKERMAN, 2000; PINHEIRO, 2007).
O vidro é um material que apresenta diversas qualidades, para Oliveira (2007, p. 31) tais qualidades são:
• Transparência e Elegância - o consumidor visualiza o que pretende comprar. Os produtos ganham uma imagem nobre, sofisticada e confiável.
• Inércia - o vidro não reage quimicamente. Por ser neutro, o produto não sofre alteração de sabor, odor, cor ou qualidade.
• Praticidade - após o uso, o produto pode ser novamente fechado, caso não seja consumido em sua totalidade.
• Dinâmico - devido às suas propriedades permite uma possibilidade enorme de combinações na transformação do vidro original, o que garante a possibilidade de renovação constante do design das embalagens.
• Higiênico - o vidro é fabricado com elementos naturais, protegendo os produtos durante mais tempo e dispensando a utilização de conservantes adicionais, atendendo a todos os requisitos exigidos para o acondicionamento de líquidos e alimentos para o consumo humano.
• Impermeável - por não ser poroso, funciona como uma barreira contra qualquer agente exterior, mantendo assim os produtos mais frescos em relação a outros tipos de embalagens.
• Resistência Térmica - mudanças bruscas de temperatura, cargas verticais e umidade não é problema para as embalagens de vidro o mesmo pode ser
28 utilizado diretamente no forno de micro-ondas e a vantagem adicional de poder ser levado diretamente à mesa sem necessidade de transferência para outros recipientes.
• Versátil - formas, cores e tamanhos são detalhes que fazem diferença no ponto de venda.
• Reutilizável - embalagens vazias de vidro podem ser utilizadas para armazenar qualquer outro alimento ou mesmo objetos.
• Retornável - embalagens de vidro podem ser reaproveitadas diversas vezes, como é o caso, por exemplo, das garrafas de cerveja e refrigerantes.
• Reciclável - o vidro pode ser reciclado infinitamente, sem perda de qualidade ou pureza do produto. Uma garrafa de vidro gera outra exatamente igual, independente do número de vezes que o caco de vidro vai ao forno para ser reciclado”.
A Companhia Brasileira de Cristal (CEBRACE, 2016) afirma que a indústria vidreira no Brasil teve início no século XVII no nordeste brasileiro, especificamente Olinda e Recife em Pernambuco a partir das invasões holandesas. A primeira oficina produzia vidros para janelas, copos e frascos e fechou com a saída dos holandeses.
O vidro voltou a entrar no mapa econômico do país a partir de 1810, quando em 12 de janeiro daquele ano, o português Francisco Ignácio da Siqueira Nobre recebeu carta régia autorizando a instalação de uma indústria de vidro no Brasil. A fábrica instalada na Bahia produzia vidros lisos, de cristal branco, frascos, garrafões e garrafas. Ela entrou em operação em 1812. Em 1825, fechou em função das grandes dificuldades financeiras. (PINHEIRO, 2007, p. 16).
Segundo a CEBRACE (2016) no ano de 1839, entrou em operação no Rio de Janeiro a indústria vidreira chamada Fábrica Nacional de Vidros São Roque, fundado pelo italiano Folco e composta por funcionários italianos e brasileiros que realizavam os processos de fabricação manualmente. Em 1878, Francisco Antônio Esberard funda a fábrica de Vidros e Cristais do Brasil, também localizada no Rio de Janeiro. A introdução de fornos contínuos e máquinas automáticas no século
29 XX, possibilitou a produção em massa do vidro, que até então era feita de forma artesanal.
A produção começa com o armazenamento das matérias-primas em silos separadamente sob a forma de grãos, e de acordo com Akerman (2013, p. 29), “as matérias-primas são empregadas todas na forma de sólidos granulados com os grãos variando de 0,1 a 2,0 mm de diâmetro”.
Os vidros convencionais são produzidos tradicionalmente através do método de aquecimento até atingir a fusão das matérias-primas e em seguida resfriada. (ALVES, GIMENEZ e MAZALI, 2001; CALLISTER, 2002).
A massa de matérias-primas empregadas supera a massa de vidro correspondente produzida, pois algumas delas perdem gases durante o processo de elaboração. Para cada 1000 quilos de vidro produzido são necessários, aproximadamente, 1200 quilos de matérias-primas. (AKERMAN, 2013, p. 35).
Akerman (2013, p. 41) afirma que para iniciar a conformação das peças, a massa deve apresentar uma viscosidade intermediária, não muito baixa nem muito alta, pois dificulta na moldagem das peças. A massa pode escorrer devido ao peso próprio se estiver muito “mole” ou não atingir a forma desejada por estar muito “dura”.
“A viscosidade é a dificuldade dos átomos se moverem uns em relação aos outros e quanto maior ela for mais dificuldade tem o líquido de escoar. Um exemplo de líquido viscoso é o mel” (AKERMAN, 2013, p. 15).
2.1.6.1. Recozimento
Segundo Akerman (2013, p. 42) após conformar a peça e esfriar, tensões são geradas no interior do vidro devido à massa em regiões internas resfriar mais devagar que as regiões externas, permitindo melhor acomodação dos átomos consequentemente ocupando um volume menor. Estas diferenças de volumes gerarão tensões que podem quebrar o vidro ou pelo menos fragilizá-lo. Akerman (2000, p. 28) ainda afirma que, evitar estas tensões é impossível, pois elas são inerentes ao processo, então o que se deve fazer é eliminá-las ou ao menos reduzi-las a um nível tolerável.
30 “Na produção de garrafas e outros artigos conformados em moldes metálicos o mesmo fenômeno acontece exigindo que todo produto de vidro após a sua conformação sofra um processo de aliviamento de tensões denominado de recozimento” (AKERMAN, 2013, p. 17).
Akerman (2013, p. 17) explica que para aliviar essas tensões, o vidro passa pelo processo de recozimento onde a peça é reaquecida até um ponto em que a viscosidade diminui e permita a acomodação dos átomos aliviando as tensões internas e logo em seguida é resfriada lentamente e de maneira uniforme.
2.1.6.2. Têmpera
Akerman (2013, p. 44) em seus estudos explica o processo da “têmpera aplicada ao vidro como uma forma de aumentar de 3 a 5 vezes a sua resistência mecânica. O princípio da têmpera se baseia no fato de que quando o vidro esfria mais rapidamente (mais desordenado) tende a ocupar maior espaço do que vidro esfriado lentamente (mais ordenado).”
“Para se temperar uma chapa de vidro ela é aquecida até que quase comece a escoar. Em seguida se esfria com jatos de ar direcionado por toda a sua superfície. Desta forma o vidro que está na camada externa, como se fosse a sua pele, esfria rapidamente com o jato de ar. Porém o vidro do centro, que está protegido pela pele, se esfria lentamente (o vidro é um mau condutor de calor). (AKERMAN, 2013, p. 44).
Ainda segundo Akerman (2013, p. 44) no final do processo o vidro da pele ocupa um volume maior enquanto que o núcleo ocupa um volume menor, assim a pele tende a expandir e o núcleo a encolher gerando uma tensão de compressão na superfície que impede, ou ao menos dificulta o surgimento de trincas que quebraria o vidro.
“As propriedades do vidro variam com a sua composição química. Como a composição do vidro não é fixa e vários componentes podem ser adicionados, em diferentes proporções, se obtém vidros com propriedades variando dentro de determinadas faixas” (AKERMAN, 2013, p. 23).
31 Para Akerman (2000, p. 26) “o vidro é um material frágil, porém não fraco. Ele tem grande resistência à ruptura, podendo mesmo ser utilizado em pisos, é duro e rígido, porém não tenaz não sendo apropriado para aplicações sujeitas a impactos.”
Frágil = Baixa resistência ao impacto Fraco = Baixa resistência à ruptura Duro = Difícil de riscar
Rígido = Resistente à deformação elástica Tenaz = Resistente ao impacto
“O vidro na região elástica se comporta como o aço. Quando a tensão cessa ele volta ao formato original. Porém o vidro não se deforma plasticamente à temperatura ambiente e ao passar seu limite de resistência se rompe catastroficamente” (AKERMAN, 2000, p. 26).
A CEBRACE (2016) define algumas classes do vidro:
Vidro float: é um vidro plano transparente, incolor ou colorido, com espessura uniforme e massa homogênea. É o vidro ideal para aplicações que exijam perfeita visibilidade, pois não apresenta distorção óptica, e possui alta transmissão de luz.
Vidro impresso: é um vidro plano translúcido, incolor ou colorido, que recebe a impressão de um padrão (desenho) quando está saindo do forno. É usado na construção civil, eletrodomésticos, móveis, decoração e utensílios domésticos.
Vidro temperado: é um vidro que recebe tratamento térmico, que o torna mais rígido e mais resistente à quebra. Em caso de quebra produzem pontas e bordas menos cortantes, fragmentando-se em pequenos pedaços arredondados.
Vidro laminado: é composto por duas chapas de vidro intercaladas por uma película plástica (PVB – Polivinil Butiral) de grande resistência. Em caso de quebra, os cacos ficam presos na película de PVB.
Termo refletor: indicado para locais onde há grande incidência de raios solares, como fachadas de prédios, janelas, portas, sacadas e coberturas, pois proporciona melhor conforto térmico. Eles têm a função de reduzir a entrada de calor para o interior do ambiente, além de produzir um controle na entrada da luz para o interior das edificações.
32 Vidros autolimpantes: são produzidos a partir de um vidro float que recebe uma camada ainda no seu processo de fabricação. Essa camada aproveita a força dos raios UV (Ultravioleta) e da água da chuva para combater a sujeira e os resíduos que se acumulam no exterior.
Espelhos: são produzidos a partir de um vidro float que recebe uma camada a base de prata. Em seguida essa camada é protegida por camadas de tinta.
A NBR 7199 - Projeto, execução e aplicações de vidros na construção civil, classifica os vidros utilizados na construção civil quanto ao tipo, transparência, forma, acabamento da superfície e cor.
Quanto ao tipo: • Vidro recozido;
• Vidro de segurança temperado; • Vidro de segurança laminado; • Vidro de segurança aramado; • Vidro termo absorvente; • Vidro composto. Quanto à transparência: • Vidro transparente; • Vidro translúcido; • Vidro opaco. Quanto à forma: • Chapa plana • Chapa curva • Chapa perfilada • Chapa ondulada
Quanto ao acabamento da superfície:
• Vidro liso;
• Vidro float;
• Vidro impresso;
33 • Vidro espelhado; • Vidro gravado; • Vidro esmaltado; • Termo refletor. Quanto à cor: • Incolor; • Colorido.
Segundo a Associação Técnica Brasileira das Indústrias Automáticas de Vidro (ABIVIDRO, 2016), atualmente 65% dos resíduos de vidro são reaproveitados no Brasil, desse percentual, 40% são reciclados e 25% são reutilizados.
Segundo afirma Barros (2010, p. 17) “o Brasil produz em média 890 mil toneladas de embalagens de vidro por ano, usando cerca de 45% da matéria-prima reciclada na forma de cacos. Parte deles foi gerado como refugo nas fábricas e parte retornou por meio de coleta.”
Dias e Cruz (2009, p. 6) apontam que, “o principal mercado desses recipientes é formado pelas vidrarias, que compram o material de sucateiros na forma de cacos ou recebem diretamente das campanhas de reciclagem dos municípios. Devido ao peso, o custo do transporte é uma das principais dificuldades para a reciclagem.”
“O vidro é um material não poroso que resiste a temperaturas de até 150°C (vidro comum) sem perder nenhuma de suas propriedades físicas e químicas. Esse fato faz com que os produtos fabricados de vidro possam ser reutilizados várias vezes para a mesma finalidade.” (DIAS e CRUZ, 2009, p. 16).
A reciclagem de resíduos sólidos é uma atividade muito importante para o ambiente e para a sociedade, além do ciclo infinito, redução da quantidade de lixo e evitar a extração de novas matérias-primas, é uma atividade rentável.
Reciclar e reutilizar vidros poderá contribuir para a matriz energética nacional através da economia de enormes quantidades de energia, visto que para produzir 1 kg de vidro novo são necessários 4500 kilojoules, enquanto que para produzir 1 kg de
34
vidro reciclado necessita-se de 500 kilojoules. (ALVES, GIMENEZ e MAZALI, 2001, p. 24).
Os resíduos recicláveis são as embalagens e cacos, de bebidas e alimentos, pois não contém óxidos na composição. Os produtos reutilizados geralmente são as garrafas retornáveis de bebidas. As sucatas reutilizáveis recebem outras finalidades como artigos de decoração e bijuterias, tintas, abrasivos e utilizadas em estudos como agregado em concreto. A Tabela 2.2 a seguir exemplifica alguns resíduos vítreos que são recicláveis e não recicláveis.
Tabela 2.2 - Vidros recicláveis e não recicláveis.
Reciclável
Não reciclável
Garrafas Espelhos
Potes de conserva Boxes temperados Embalagens Louças
Copos Óculos
Cacos dos produtos citados Pirex
Vidros especiais Tubo de TV Lâmpadas
Ampolas de medicamento
Reciclar significa transformar, utilizar coisas que já usamos e que não nos servem mais, como matéria-prima para a fabricação de novos produtos. Podemos fazer como a natureza já faz há milhões de anos: reutilizar e reciclar ao máximo tudo que possuímos. (ABIVIDRO, 2016).
Muitas vezes o conceito de reciclagem e reaproveitamento (reutilização) é confundido, a ABIVIDRO (2016) define a reciclagem como o processo de transformação de um material que volta a apresentar as características ao seu estado original. Já a reutilização, consiste em transformar um determinado material, já beneficiado em outro, porém a reutilização vai gerar um produto com características diferentes do produto anterior.
“Os cacos encaminhados para reciclagem não podem conter pedaços de cristais, espelhos, lâmpadas e vidro plano usado nos automóveis e na construção civil. Por terem composição química diferente, esses tipos de vidro causam trincas e defeitos nas embalagens” (DIAS e CRUZ, 2009, p. 18).
35 As sucatas são reintroduzidas como matéria-prima no processo de fabricação de novos produtos em conjunto com a matéria-prima recém-extraída da natureza. Barros (2010, p. 17) afirma que o material pode voltar à produção de novas embalagens, substituindo totalmente o produto virgem sem perda de qualidade.
Dias e Cruz (2009, p. 19) recomendam alguns cuidados que devem ser tomados na hora de reciclar:
• Limpar bem o vasilhame para não atrair ratos, baratas ou formigas; • Lavar as embalagens de cosméticos e perfumes;
• Separar o vidro por cor para valorizar o material, caso for vender;
• Separar diferentes materiais que vêm associados nas embalagens como plásticos do corpo e da tampa, etiquetas etc.
Dependendo da pureza dos resíduos eles são quase 100% e infinitamente reciclados, se tornando matéria-prima consequentemente segundo Barros (2010, p. 17) diminui a retirada de mais recursos naturais diminuindo as agressões ao meio ambiente e a poluição. Outra vantagem da mistura de matéria-prima com resíduos vítreos é a redução de energia gasta na fabricação de novos produtos visto que a temperatura de fusão é reduzida, diminuindo os gastos de produção.
A utilização de embalagens retornáveis dispensa a reciclagem, pois, podem passar por um processo de higienização, assepsia, esterilização, e são utilizadas novamente, poupando assim energia e a retirada de mais matérias-primas (DIAS e CRUZ, 2009, p. 16).
Nos estudos de Alves, Gimenez e Mazali (2001) fica evidente que o vidro é hoje, sem dúvidas, um importante material para o ramo da construção civil, comunicação, indústria eletrônica, aeroespacial e outras, devido suas propriedades mecânicas, térmicas, acústicas, óticas e outras, mas principalmente por proporcionar a passagem de luz, faz do vidro um material com uma vasta gama de aplicações.
Para Dias e Cruz (2009, p. 18) os benefícios ambientais e socioeconômicos da reciclagem do vidro são inúmeros. Uma delas é a economia de matérias-primas naturais, sendo que 1 kg de vidro quebrado gera 1 kg de vidro novo, economizando
36 1,2 kg de matérias-primas. Outro aspecto é a diminuição na emissão de CO2 tendo
em vista que a produção a partir do próprio vidro consome menor quantidade de energia, além de reduzir também os custos de coleta urbana e contribuir para o aumentando da vida útil dos aterros sanitários.
“A implantação da coleta e da reciclagem do vidro gera empregos que demandam pouca especialização, permitindo a inclusão de pessoas em situação de vulnerabilidade social.” (DIAS e CRUZ, 2009, p. 18).
37 “O desempenho mecânico do vidro como um produto de uma fusão e como um material naturalmente quebradiço, é altamente dependente das suas propriedades térmicas.” (GIACOMINI, 2005, p. 18).
Giacomini (2005, p. 19) ainda deixa claro que todos os vidros são caracterizados por três pontos de temperatura, que se relacionam com a viscosidade:
Ponto de Amolecimento: Nessa temperatura o vidro funde prontamente sob carga, e é importante para o processo de manufatura.
Ponto de Recozimento: esse é o ponto sobre o qual a tensão do vidro é aliviada rapidamente.
Ponto de Tensão: é a temperatura sobre a qual é liberada a tensão e o fluxo começa a ter efeito, é a temperatura efetiva de trabalho.
Temperatura máxima de trabalho Pontos de tensão típicos são: Vidros de soda-cal 520ºC Vidros de borossilicato 515ºC Sílica fundida (pyrex) 987ºC
Segundo Akerman (2000, p. 29) o vidro é um mau condutor de calor, logicamente é um bom isolante térmico, sendo assim, a distribuição do calor pelo vidro é lenta.
Akerman (2013, p. 27) afirma que uma consequência disto é que se em um dos lados de um vidro se aquece, o calor leva certo tempo até atravessar a espessura e aquecer a outra face, tendo uma das faces dilatadas e a outra não, essa diferença gera tensões que podem dar início a uma trinca.
2.2.
PONTO DE FUSÃO DO VIDRO DE EMBALAGENS
2.3.
QUEBRA DO VIDRO DEVIDO AO CHOQUE TÉRMICO
OU DIFERENÇAS DE TEMPERATURA
38
A dilatação térmica depende da composição química do vidro. Para os vidros sodo cálcicos, que são a grande família que compreende as embalagens e vidros planos, peças de 4 a 5 mm de espessura suportam algo em torno de 60 °C de diferença de temperatura. (AKERMAN, 2000, p. 29).
Uma técnica muito utilizada há anos, se baseia nesse princípio. A técnica consiste em envolver um barbante na garrafa, na posição onde se deseja cortar, e embeber o barbante com fluído inflamável para em seguida ser queimado, se tornando uma fonte localizada de calor. Para aumentar a precisão do corte, a garrafa é preenchida com água até o nível em que se encontra o barbante, o que acaba fazendo com que a água absorva o calor dissipado na parte inferior e interna da garrafa mantendo uma diferença de temperatura mais acentuada entre as partes acima e abaixo do barbante. Após a combustão do barbante a garrafa é submersa em um balde com água fria. (BALDEZ, 2014).
Akerman (2000, p. 29) afirma que neste processo “a quebra sempre se dá na região mais fria da peça, onde ocorre a tração, e comumente o risco maior de quebra é quando o vidro está quente e sofre um esfriamento rápido”.
O método por aquecimento elétrico incide no uso de uma resistência elétrica como fonte geradora de calor, se valendo do princípio de conversão de energia elétrica em energia térmica, denominado de efeito Joule.
Com o vai e vem dos elétrons de condução nos metais, é inevitável o choque entre eles mesmos e os átomos, esse fenômeno resulta em um aquecimento do metal condutor, onde a energia dos elétrons é dissipada sob a forma de energia térmica. Quanto maior a corrente elétrica, maior será esse deslocamento de elétrons e consequentemente maior será o calor gerado. (HALLIDAY e RESNICK, 2009, p. 155)
A resistência elétrica é muito utilizada em equipamentos elétricos, sua função é converter energia elétrica em calor e luz. Essa característica lhe permite diversas aplicações como em chuveiros elétricos, ferros de passar roupa, aquecedores, lâmpadas incandescentes, secadores de cabelo, sanduicheiras, grill entre outros cuja função seja a geração de calor a partir de energia elétrica.
39 E por que falarmos deste assunto aqui? Justo porque o vidro é um elemento usado também na construção de lâmpadas que emitem luzes artificiais e também nas luminárias que tem a finalidade de uso indireto da luz artificial atuando na distribuição das luzes, filtrando as cores que disseminadas nos ambientes conferindo beleza e praticidade se bem usadas. Foi dito na introdução deste trabalho que apresentaremos exemplos práticos do uso do vidro para uso em ambiente civil e é exatamente por este motivo que destacamos a iluminação artificial neste ponto.
A luz natural é a luz mais confortável aos olhos humanos. Em projetos de engenharia ela deve ser aproveitada ao máximo, garantindo conforto visual e promovendo economia de energia elétrica reduzindo o uso de iluminação artificial. Na ausência de luz natural, a iluminação artificial pode ser utilizada como elemento de iluminação e ao mesmo tempo como um elemento decorativo.
Há diversos tipos de lâmpadas disponíveis no mercado, seja para uso decorativo ou funcional, as diferentes nuances e intensidade de cores proporcionam sensações e efeitos nos espaços. As luzes amareladas de velas e lâmpadas incandescentes são mais acolhedoras e aconchegantes e por isso são mais indicadas para ambientes como sala de estar e quartos. As luzes brancas ou azuladas são mais estimulantes e por isso são mais indicadas para ambientes de trabalho.
A iluminação artificial tem um sério problema, por estar relativamente próxima ou mal posicionada, pode causar ofuscamento visual. Algumas formas para evitar isso são a distribuição em vários pontos de luz ao invés de apenas um, evitar o direcionamento do foco de luz à linha de visão, evitar superfícies refletoras e fazer uso de luminárias que imponham uma barreira opaca entre a fonte de luz e os olhos, chamada de luz difusa. A luz difusa evita o ofuscamento e cria ambientes iluminados de forma mais homogênea e sem projeção de sombras acentuadas. A luz direta é mais utilizada quando se deseja evidenciar algum objeto, como quadros e esculturas, geralmente utilizada com luminárias direcionadas.
Um bom conjunto de iluminação, com o uso harmonioso entre a cor da iluminação, as luminárias e o ambiente, pode propiciar um bem-estar e conforto
40 visual. A iluminação artificial interfere diretamente nas atividades realizadas num espaço. Um ambiente de leitura, por exemplo, mal iluminado trará desconforto visual ao leitor que terá que forçar a visão, em outros casos pode ocorrer acidentes em ambientes de trabalho devido à má iluminação ou iluminação insuficiente.
Existem diversos tipos de luminárias, dentre as mais conhecidas estão: luminária embutida, luminária pendente, luminária de mesa, arandela, lustre e plafon.
Plafon – luminária instalada próxima ao teto, de forma que a luz seja refletida no teto e se espalhe pelo ambiente ou difundida pelo plafon.
Embutida – instalada no forro, recomendada para tetos com pé direito baixo dão um aspecto visualmente mais “limpo” ao teto.
Pendente – são luminárias que ficam penduradas, suspensas através dos fios elétricos ou por cabos, utilizada sobre mesas, bancadas, laterais de camas e outros, além de funcional é muito utilizada como decorativa.
Lustre – semelhante ao pendente, porém com mais detalhes e um toque mais elegante.
Luminária de mesa – luminária com designs variados que tem como função a iluminação para leituras, sendo assim são usadas em mesas de trabalho, ao lado de camas e sofás.
41 Hoje em dia diversos produtos são vendidos em embalagens de vidro, é comum que se tenha em casa garrafas de vidro para produtos como: azeite, vinho, cerveja, sucos etc. A reutilização dessas garrafas proporcionam uma variedade de efeitos, colorações e utilizações que resultam em objetos muito uteis ou como decoração de ambientes internos.
O artesanato com garrafas de vidro é uma opção simples e barata, as garrafas podem ser pintadas, cortadas ou revestidas, com criatividade podem ser criados diversos objetos de decoração. São infinitas as formas de decoração das garrafas para compor um ambiente esteticamente mais elegante, utilizando adesivos, purpurina, tintas, cola quente para escrever em alto-relevo, recortes de jornal, linhas, fitas, papel, tecido.
As figuras a seguir ilustram algumas possíveis aplicações a partir da reutilização de garrafas de vidro.
Figura 3.1 - Recipientes. Figura 3.2 - Luminárias.
Fonte: Doce obra1. Fonte: Decorarfacil.com2.
1Disponível em: www.casaeconstrucao.org/artesanato/artesanato-com-garrafa-de-vidro
2 Disponível em: www.decorfacil.com/artesanato-com-garrafa-de-vidro
3.
POSSÍVEIS UTILIZAÇÕES DECORATIVAS E PRÁTICAS
42
Figura 3.3 - Penduricalhos. Figura 3.4 - Porta objetos.
Figura 3.5 - Porta velas. Figura 3.6 - Jarros.
Fonte: Artesanato e reciclagem3.
3Disponível em:
www.artesanatoereciclagem.com.br/6867-18-formas-criativas-de-artesanato-com-garrafas-de-vidro.html
Fonte: Decorfacil.com. Fonte: Artesanato e reciclagem.
43 Nesse capítulo é descrito o caminho metodológico pelo qual essa pesquisa foi realizada. Para melhor compreensão, os materiais e métodos serão apresentados de forma cronológica a construção e os testes de operação de uma máquina de cortar garrafas de vidro e do uso destes vidros para a construção de luminárias.
Foi construída uma máquina de cortar garrafas de vidro, com propósito inicial de reaproveitar essas garrafas dando-lhes novas utilidades. Para tal projeto foi utilizado materiais comuns de fácil acesso, sendo eles uma base de madeira projetada a partir de esboços gráficos, uma resistência elétrica, fios, barras roscadas e outros insumos listados a seguir na Tabela 4.1 - Materiais utilizados..
Tabela 4.1 - Materiais utilizados.
Material Quantidade Madeira 0,5 m² Resistência elétrica (220 V) 1 Motor de micro-ondas (127 V e 4 W) 1 Disjuntores (10 A e 32 A) 2 Barra roscada 1/4" 1,0 m Porca 1/4" 10 Arruela lisa 1/4" 6 Parafuso 4x40 mm 2 Parafuso 4x30 mm 36 Parafuso 4x20 mm 4 Chapa de metal 5x1,5 cm 2 Cabo PP 2x2,5 mm 2,5 m Tomada macho 2P 1 Granito 0,014 m²
A máquina foi construída toda em madeira por ser um material muito comum e fácil de trabalhar. Inicialmente foi construída a base de madeira que serve de apoio para a resistência elétrica e suporte da garrafa. Foi escolhida a configuração
4.
MATERIAL E MÉTODOS
44 do apoio em “V” para a resistência, de modo a proporcionar os cortes aos variados diâmetros de garrafa.
O esquema do circuito elétrico e do design da máquina é ilustrado através das figuras seguintes. A Figura 4.1 configura o circuito elétrico utilizado, constituído de uma fonte de tensão, uma resistência elétrica de chuveiro e um motor elétrico de micro-ondas associados em paralelo.
Figura 4.1 - Esquema elétrico da máquina.
A Figura 4.2, Figura 4.3, Figura 4.4 e Figura 4.5 ilustram as diferentes vistas do projeto gráfico em 3D.
Figura 4.2 - Vista lateral.
Figura 4.3 - Vista inferior. Fonte: Autor.
45
Figura 4.4 - Vista frontal. Figura 4.5 - Vista diagonal.
A Figura 4.6 e Figura 4.7 demostram o processo de produção e montagem da base em madeira com as dimensões descritas a seguir de cada peça demonstradas na
Figura 4.8. Foi utilizada uma chapa de 0,5 m² de área com 1,5 cm de
espessura de onde cada peça que compõe a máquina foi retirada. A base da máquina (1) foi construída com 27,0 cm de largura, 41,0 cm de comprimento e 8,0 cm de altura. A base do elevador (2) do motor foi produzida com 17,0 cm de altura por 6,5 cm de comprimento por 11,0 cm de largura e o elevador (3) com 7,8 cm de largura por 4,0 cm de comprimento por 7,0 cm de altura. A base da resistência (4) teve 23,8 cm de largura, 5,2 cm de comprimento por 5,0 cm de altura.
Figura 4.6 - Peças da base.
Figura 4.7 - Montagem da base.
Fonte: Autor. Fonte: Autor.
46
Figura 4.8 - Identificação das peças.
Foi realizada uma perfuração na base da máquina e do elevador para a passagem da barra roscada, responsável por delimitar a distância do corte e o ajuste da altura do elevador que comporta o motor que realiza o giro da garrafa. Para isso foram fixadas porcas em chapas de aço de 5x1,5 cm através de solda e essas chapas foram parafusadas no elevador (Figura 4.9) e na base da resistência.
Figura 4.9 - Porca parafusada na chapa de metal e fixada no elevador.
Em seguida foi feita a instalação das barras roscadas, uma com 45,5 cm de comprimento responsável por mover a base de suporte da resistência determinando a distância do corte da garrafa com relação ao gargalo (Figura 4.11), e a outra por ajustar a altura do motor para as garrafas de diâmetros variados com comprimento de 21,0 cm (Figura 4.11).
Fonte: Autor. Fonte: Autor.
47
Figura 4.10 - Barra roscada para deslocamento do suporte da resistência.
Figura 4.11 - Barra roscada para deslocamento do elevador.
Com a base finalizada foi realizado um corte de 1,7 cm de largura por 28,0 cm de comprimento na qual o suporte da resistência se desloca como mostra a Figura 4.12 - Corte para o deslocamento da base da resistência., e na lateral para encaixar disjuntores como mostra a Figura 4.13 - Encaixe lateral para o disjuntor.Figura 4.13.
Figura 4.12 - Corte para o deslocamento da base da resistência.
Figura 4.13 - Encaixe lateral para o disjuntor.
Na Figura 4.14 é mostrado o motor elétrico utilizado, responsável por manter o giro da garrafa sobre a resistência com uma velocidade constante garantindo maior uniformidade na troca de calor e um corte com maior precisão. O motor utilizado é de baixa rotação e opera em corrente alternada com tensão 127 volts
Fonte: Autor. Fonte: Autor.
Fonte: Autor.
48 (127 V) com potência de 4 watts (4 W), aplicado em fornos micro-ondas. Foi utilizado uma rolha de madeira parafusada ao eixo do motor como peça responsável por conectar a garrafa ao motor.
Figura 4.14 - Motor de micro-ondas.
Foi utilizada como apoio da resistência uma chapa de granito para evitar o contato direto da resistência com a base em madeira, e, consequentemente sua combustão. Foram utilizados duas peças simétricas sob a forma de trapézio onde a base maior mede 11,5 cm, a base menor mede 4,0 cm e o comprimento 12,0 cm. O corte e a colocação das peças são ilustradas a seguir pela Figura 4.16 e Figura 4.16.
Figura 4.15 - Suporte em granito para a resistência.
Figura 4.16 - Fenda para acomodar a resistência.
Fonte: Autor.
49 Ao ser percorrida pela corrente elétrica a resistência é aquecida a ponto de amolecer, sendo assim facilmente deformada quando estiver sujeita ao peso da garrafa, portanto foi feito um canal na pedra de granito para acomodar a resistência e evitar que a garrafa fique diretamente apoiada sobre ela evitando essa deformação, o desgaste e seu rompimento comprometendo a precisão do corte e ocasionando acidentes.
Em seguida foi feita a instalação dos fios condutores e dos disjuntores de 10 ampères (10 A) para o motor e 32 ampères (32 A) para a resistência. Os disjuntores têm como função proteger circuitos elétricos, e neste caso além da proteção foram usados ao mesmo tempo como chave liga/desliga.
A Figura 4.17 mostra a máquina concluída e em funcionamento.
Figura 4.17 - Máquina finalizada e em funcionamento.
Inicialmente se propôs a montagem de uma luminária de mesa, pendente e arandela. Para a produção das luminárias optou-se por utilizar materiais comuns de fácil aquisição, assim foram utilizados tubo de PVC com diâmetro de 20 mm, madeira, fios, soquetes e lâmpadas. Antes do corte as garrafas tiveram sua superfície interna e externa lavadas e enxugadas garantindo a ausência de partículas sólidas e vestígios do rótulo. Em seguida, precedendo o início à produção das peças de iluminação, as garrafas tiveram suas bordas lixadas com lixa para ferro removendo os riscos de corte ao manuseá-las.
4.2.
LUMINÁRIAS
50 Para a construção da luminária de mesa utilizou-se tubo e conexões de PVC, por mostrar-se econômico e fácil de moldar o design da peça. A princípio foi montada a base da luminária (Figura 4.19), de modo a apoiá-la em pé e onde também seria instalada a chave liga/desliga. Foram utilizados 4 tês, 4 joelhos de 90° e 31,0 cm de tubo dividido em 2 partes de 10,0 cm, 2 de 6,0 cm e 3 partes de 3,0 cm utilizadas para interligar os tês. Esses materiais encontram-se ilustrados na Figura 4.18.
Figura 4.18 - Conexões em PVC. Figura 4.19 - Base da luminária.
Em seguida montou-se a parte onde seria encaixada uma garrafa de 6,0 cm de diâmetro, utilizando duas luvas de redução, uma de 25x20 mm e a outra de 40x25 mm interligadas por um tubo de 25 mm de diâmetro e 2,0 cm de comprimento, e uma seção de tubo (20 mm de diâmetro) com 10,0 cm de comprimento de modo a transpassar pelas reduções como mostra a Figura 4.20 a seguir. Para isso a borda interna da redução de 25x20 mm foi lixada e removida.
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Figura 4.20 - Encaixe da garrafa.
Para que a garrafa encaixasse no tubo de 20 mm de diâmetro, foi necessário lixar o tubo para adentrar no gargalo da garrafa (Figura 4.21).
Figura 4.21 - Garrafa presa ao encaixe.
Posteriormente foi feito um orifício no tê de PVC da base para passar o cabo paralelo, foi então montada a luminária utilizando 2 joelhos de 90°, 2 tubos, um de 46,0 cm e o outro de 24,0 cm e logo após pintada (Figura 4.22). Por fim foi feita a passagem de 3,0 m de cabo pelo interior do tubo e instalada a chave liga/desliga como mostra a Figura 4.23.
Fonte: Autor.
