Aula 01 - Produção de Vidros

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Produção de Vidros
Processos industriais inorgânicos
Profa. Elaine Cristina Marques Esper
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VIDROS
Vidro é um produto inorgânico fundido, que atinge por resfriamento uma condição rígida, sem que ocorra cristalização
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TIPOS DE VIDROS
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METÁLICOS
POLIMÉRICOS
ORGÂNICOS
INORGÂNICOS
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Vidros Naturais 
fusão de rochas a elevadas temperaturas e solidificadas rapidamente em erupções vulcânicas
Ferramentas de corte 
HISTÓRIA DOS VIDROS 
 HISTÓRIA DOS VIDROS 
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	Período	Região	Desenvolvimento
	8000 a.C. 	Síria (?)	Primeira fabricação de vidro pelos fenícios 
	7000 a.C. 	Egito 	Fabricação de vidros antigos
	3000 a.C. 	Egito 	Fabricação de joias e vasos 
	1000 a.C. 	Mediterrâneo 	Fabricação de grandes vasos e bolas
	669-626 a.C.	Assíria 	Formulações de vidro encontradas nas tábuas da biblioteca do reio Assurbanipal 
	100	Alexandria 	Fabricação de vidro incolor
	200	Babilônia e Sidon	Técnica de sopragem do vidro
	1000-1100	Alemanha, França	Técnica de obtenção de vitrais 
	1200	Alemanha 	Fabricação de vidro plano recoberto com uma camada de chumbo (espelhos) 
	1688	França 	Fabricação de espelhos com grandes superfícies 
Tabela – Períodos, regiões e desenvolvimentos importantes no desenvolvimento de vidros 
Fonte: adaptado de Alves, Gimenez e Mazali (2001)
Ilustração medieval do processo de fabricação de vidros do “Picture Book of Sir John Mandeville’s Travels”, c. 1410, provavelmente da Boêmia (Biblioteca do Museu Britânico, Londres, UK).
 ESTRUTURA DOS VIDROS
- Ligação iônica e covalente 
- Estrutura amorfa 
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Fonte: Wikimedia Commons (2020)
Transparentes 
70% de sílica + 30% de óxido de sódio e óxido de cálcio
 COMPOSIÇÃO DOS VIDROS
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	Vidro	Composição (%)								
		SiO2	B2O3	Al2O3	Na2O	CaO	MgO	K2O	ZnO	PbO
	Sílica vítrea 	100	 	 	 	 	 	 	 	 
	Borossilicato	76	13	4	5	1	 	 	 	 
	Janela 	72	 	1	14	8	4	 	 	 
	Recipientes 	73	 	2	14	10	 	 	 	 
	Fibra (vidro-E)	54	8	15	 	22	 	 	 	 
	Esmalte de cerâmica	60	 	16	 	7	 	11	6	 
	Verniz de cobre	34	3	4	 	 	 	17	 	42
Composição de alguns vidros 
FShackelford (2008, p. 281)
 ESTRUTURA DOS VIDROS
Materiais fluidos 
Transição vítrea 
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PROPRIEDADES 
Isotrópicos: transparentes, opacos, coloridos.
Índice de refração: de 1,2 até 2,2.
Duros e frágeis: KIC < 1 MPa.m1/2
Condutividade elétrica (Tamb): 10−6 até 10−18 (ohm.cm)−1
Resistentes desde a ácidos até solúveis em H2O.
Tg: de 150ºC até 1200oC.
Metaestáveis.
Isolantes térmicos: k ≤ 1 W/m.K
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AÇÃO DOS FUNDENTES
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AÇÃO DOS FUNDENTES
Quanto mais sódio mais fraca se torna a rede
Menor viscosidade e menor temperatura de processamento
Afeta a resistência e a solubilidade
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DADOS ECONÔMICOS
Produção de lâmpadas: 1,8 bilhão/ano (1998) nos EUA
Vidro soda-cal: 75% da produção mundial
Vidro plano: 95% da produção mundial
Janelas: 70% dos vidros planos
Fibras óticas: 68 milhões de quilômetros (2005) – dados da Corning
No Brasil, a maior parte da produção é em vasilhames (53%), seguida de vidros planos (28%) – dados do IBGE de 2000
Produção de lâmpadas: 3,5 bilhão/ano (2003) estimado
Telas Gorilla em smartphones, tablets e TVs: 4 bilhões de dispositivos entre 2007 e 2015
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MATÉRIAS-PRIMAS
A qualidade das matérias-primas é muito importante para a obtenção de bons resultados na produção, pois tudo o que entra no forno vai para o vidro final. Só para sentirmos o quanto isso é importante consideremos uma chapa de vidro de 20 metros quadrados e dez milímetros de espessura. Ela pesa 500 quilos e para elaborar essa quantidade de vidro são necessários 350 quilos de areia. Se nessa chapa tiver uma inclusão, um material que entrou como contaminante e não se fundiu no forno, de 0,5 milímetro de diâmetro ela será reprovada. Ou seja, um contaminante de 0,5mm de diâmetro em cada 350 quilos de areia pode reprovar toda a produção.
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MATÉRIAS-PRIMAS
Sílica: é a areia que é encontrada em depósitos onde foi acumulada através do tempo pela ação da erosão das intempéries sobre as rochas.
Os fornecedores de cálcio, magnésio e alumina são rochas que devem ser retiradas como em pedreiras e depois moídas para chegarem à granulometria adequada. 
A barrilha ou carbonato de sódio anidro responsável por aportar o óxido de sódio ao vidro
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PROCESSAMENTO
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Lionel Alexander Bethune Pilkington 
A Patente Mais
Relevante em
Vidros: Processo
Float 
Patente para produção de vidros planos de grandes dimensões sem a necessidade de polimento (1952)
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PROCESSAMENTO
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O processo float é o mais
utilizado nas industrias de
vidro desde 1953. Capaz de
produzir placas de até 3x6
m2, com espessuras
variáveis entre 0,4 e 6 mm.
• Reza a lenda que Pilkington
teve um lampejo ao lavar
pratos em casa. Observando
como as bolhas de sabão
escorriam por sobre a água
na pia da cozinha, veio à
tona a ideia de se derramar,
escoando o vidro ainda
fundido sobre um banho de
metal (Sn) também líquido 
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PROCESSAMENTO VIDRO PLANO
 MÉTODOS DE FABRICAÇÃO DOS VIDROS
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Fonte: adaptado de Callister e Rethwisch (2021) 
Conformação de vidro 
Prensagem 
Sopro 
Estiramento 
Conformação de fibra
 PRENSAGEM DOS VIDROS
Matérias-primas são aquecidas até fusão
Uma gota é conformada pela aplicação de pressão em molde de ferro aquecido
A pré-forma obtida pode seguir para processamento posterior
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Fonte: Leonel (2020, p. 215) 
Fonte: Freepik (2021)
 PRODUÇÃO DE VIDROS - SOPRO
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Fonte: Wikimedia Commons (2016)
 PRODUÇÃO DE VIDROS - ESTIRAMENTO 
Conformação de chapas, barras, tubos e fibras
Processo de flutuação em tanque de estanho líquido
Maior parte da linha de produção é automatizada
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Fonte: Wikimedia Commons (2008)
 PRODUÇÃO DE VIDROS – CONFORMAÇÃO DE FIBRAS 
Formação de um compósito forte e leve com um polímero que reveste os fios de vidro.
Usadas para fabricar capacetes, barcos, caixas d’água.
A fibra é formada quando fios finos de vidro de sílica é extrudada em fibras com pequenos diâmetros adequados ao processamento têxtil. 
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Fonte: Wikimedia Commons (2005)
TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS VIDROS E OUTRAS FORMAS DE AUMENTO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA
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Resfriamento rápido 
Resfriamento lento
TRATAMENTO TÉRMICO 
Vidro temperado estilhaçado 
Fonte: Wikimedia Commons (2005)
Recozimento 
Alivia tensões internas 
Têmpera 
Introduz tensões internas
TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS VIDROS E OUTRAS FORMAS DE AUMENTO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA
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DESIGN DE MATERIAIS
Fonte: Freepik (2021)
Vidro blindado
Camadas intercaladas de vidro e polivinilbutiral 
TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS VIDROS E OUTRAS FORMAS DE AUMENTO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA
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PROCESSOS AVANÇADOS
Fonte: Wikimedia Commons (2005)
Desvitrificação
Vidro com características cristalinas, sem porosidade
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