Trabalho 1 - sobre o vidro

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
	INTRODUÇÃO A CÁLCULO DE PROCESSOS QUÍMICOS E BIOQUÍMICOS
	TECNOLOGIA DO VIDRO
Alunos: 
Aldael Rizzo, Hugo Pelegrino, Israel Roman, Juliana Fernandes, Juliana Pereira, Luiz Henrique Rodrigues, Manuela Reaes, Pedro Costa, Rodrigo Iglesias, Thamyres Fernandes e Yuri Gomes
Professora:
Carla Reis de Araújo
Rio de Janeiro, RJ - Brasil
Novembro / 2013
Resumo
Introdução
	Desde que foi descoberto, sua técnica de execução sofre contínuos aprimoramentos. Com o avanço da química, física e matemática alterações nas propriedades do vidro tornaram-se viáveis e, assim, sua utilização pode ser multiplicada e continuamente ampliada. Antes, usado como adorno, decoração, enfeite, hoje, com aplicações diversas em áreas em que sua resistência é testada o tempo todo e é extremamente necessária. O vidro pode adquirir a forma, cor, flexibilidade e maleabilidade do jeito que o cliente necessitar, basta alterar um pouco a composição da mistura.
Nanotecnologia, estruturas incríveis, fibras óticas, designs sofisticados - que podem estar presentes ora como paredes de um imóvel, ora em embalagens de produtos. A versatilidade do vidro permite que ele esteja em todo lugar. Além disso, pode ser totalmente reaproveitado e 100% reciclado.
Descrição e Classificação 
Vidro como um produto químico, analisado de maneira objetiva, é uma substância inorgânica, homogênea e amorfa (não tem uma forma pré definida). Possui como qualidades a dureza, transparência, impermeabilidade, baixa condutividade térmica, abundância de matérias-primas na natureza, reciclabilidade e durabilidade. Por ter dureza, resistência térmica e propriedades ópticas e acústicas, é praticamente insubstituível, em todo seu conjunto de aplicabilidades na vida humana. Tem como composição geral 72% de Sílica (matéria prima básica), 14% de Sódio (resistência mecânica), 9% de Cálcio (estabilidade contra ataques atmosféricos), 4% de Magnésio (resistência térmica e mecânica), 0,7% de Alumina (resistência mecânica) e 0,3% de Potássio. Para que ocorram as reações, a mistura é aquecida a 1700ºC, e logo após é resfriada rapidamente - alterando a estrutura da sílica de tetraédrica para uma estrutura plana e amorfa. 
Reações básicas:
	Na2CO3 + SiO2 (1500oC) → Na2SiO3 + CO2↑ 
	Na2SiO4 + xSiO2 → (Na2O)(SiO2)(x+1)
Figura 1 -	a) Estrutura da Sílica;				b) Estrutura Amorfa.
Embora sua produção seja relativamente simples, pequenas alterações nos materiais utilizados em sua confecção promovem alterações surpreendentemente diferentes, ou seja, conferindo propriedades diferentes e, assim, tonando-o mais especifico a cada tipo de utilização. Dentre os tanto tipos de vidro existentes no mercado, é de interesse citar os quatro mais importantes – que são os mais comuns. São eles borosilicato, ao chumbo, alcalinos e fibras de vidro.
	Borosilicato
O vidro borosilicato foi inventado pelo químico e técnico de vidros alemão Otto Schott. Seus estudos evidenciavam que, se as matérias-primas contivessem bórax, a resistência do vidro ao calor e a amplitudes térmicas aumentavam. Porém, estes vidros se deterioravam na presença de água. Após diversos testes, obteve-se o vidro borosilicato, patenteado como Pyrex. Os fabricantes produzem esse material adicionando uma pequena quantidade de óxido de boro ou ácido bórico, em substituição à areia de vidro tradicional. É composto por B2O3 (de 13 a 28%), sílica (80 a 87%) e pequenas quantidades de óxido de sódio e óxido de alumínio. Pode-se ter, na faixa de 0,05% a 5%, flúor, cloro e antimônio. Tal vidro apresenta baixo coeficiente de dilatação e alta temperatura de fusão, sendo, portanto, menos maleável as variações de temperatura e menos vulnerável ao aquecimento. Além disso, possui elevada resistência elétrica e ao choque e excelente estabilidade química. Em caso de quebra, se parte em pedaços grandes e irregulares, não se estilhaçando como outros vidros temperados. Sua utilização pode ser em vidraria de laboratório - devido a resistência térmica e baixo coeficiente de dilatação, que permite a precisão de medidas -, utensílios de cozinha, fornos micro-ondas, espelhos de telescópios astronômicos e armazenamento de resíduos nucleares.
Ao Chumbo
Fabricado pela primeira vez por George Ravenscroft, que, em 1674, a partir de um problema na produção do vidro em sua companhia (suas peças rachavam e se deterioravam com o tempo), buscou formas de produzir um tipo desse material que possuísse maior resistência e acabou descobrindo que ao adicionar óxido de chumbo à composição do vidro, este se tornava altamente durável. É composto basicamente de sílica e óxido de chumbo. O acréscimo deste à mistura de ingredientes crus para a produção do vidro proporciona menor viscosidade e, com isso, menor produção de bolhas, facilitando, assim, sua moldagem e aumentando sua resistência. Proporcionando-lhe, também, alto índice de refração, o que lhe confere o aspecto cintilante e brilhante. É utilizado na produção de lustres, peças artísticas (devido à grande facilidade de gravação e polimento), fabricação de lentes, prismas, tubos de tv, vidro para solda e em anteparos para blindagem de radiação gama.
Alcalinos
Os óxidos alcalinos são normalmente incorporados nas composições dos vidros como carbonatos, com objetivo de diminuir a temperatura de fusão, fazendo com que o custo de produção diminua. Além disso, devem ser adicionados com o propósito de reduzir a viscosidade do vidro de sílica comum - isso tudo é conseguido por serem óxidos que enfraquecem as ligações do reticulado, aumentando a razão oxigênio/silício. Acima de 550°C os carbonatos reagem com a sílica formando um líquido que, com o resfriamento, formará o vidro. A adição de alcalinos proporciona uma diminuição da resistência química do vidro. Com altas concentrações de base, o vidro será solúvel em água, compondo a base da indústria de silicatos solúveis utilizados em adesivos, produtos de limpeza e películas protetoras.
Um exemplo seria quando a areia e o carbonato de sódio são fundidos, gerando como produtos silicatos de sódio. A solução de silicato de sódio, conhecida também como vidro de água, é amplamente usada como adesivo de papel, na fabricação de caixas de papelão ondulado.
Fibra de Vidro
É um material compósito conhecido como Polímero Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV). Sua composição é feita a partir da junção (aglomerado) de filamentos de vidro extremamente finos, que quando unidos à resina de poliéster, por exemplo, culminam na conhecida fibra de vidro. Por ser composta de material altamente flexível (não rígido), a fibra de vidro garante alta resistência mecânica (tração, flexão e impacto) como propriedade. Outras características desse tipo de vidro são a estabilidade dimensional, resistência química, isolamento térmico, mobilidade, resistência à combustão e boa compatibilidade com vários tipos de resina (podem ser citadas como exemplo a de silicone, epóxi, fenólicas, entre outras).
Como características de mercado, observa-se na fibra de vidro custo de manutenção baixo - isso se dá por causa da sua inércia química e resistência às intempéries -; viabiliza a produção de diferentes tipos de peças (complexas ou não, de grande ou pequeno porte), sem emendas, funcionais e esteticamente boas, a partir de moldes simples e de baixo custo; sua baixa condutividade térmica é superestimada na área da construção civil; é um material reciclável e leve (30% mais leve em relação ao aço, porém com propriedades semelhantes); atua como excelente isolante térmico, mesmo em pequenas espessuras; o filamento de vidro não modifica sua estrutura por conta de variações de temperatura, além de possuir baixo coeficiente de expansão linear, ou seja, possui estabilidade dimensional e é facilmente penetrada por dielétricos.
Suas aplicações se dão em reforços e proteção de cabos telefônicos de fibra ótica, é empregada na Indústria Naval e Aeronáutica, utilizada em pranchas e cascos de barcos, carcaças de aparelhos e máquinase também em telhas.
Algumas curiosidades: a montadora Chevrolet foi uma das primeiras a utilizar a fibra de vidro na indústria automobilística. O modelo Corvette C1 (lançado no ano de 1953) tinha sua carroceria feita desse material, o que conferia ao carro leveza e, portanto, maior agilidade; As fábricas Puma e Gurgel costumavam fabricar seus carros com a carenagem inteira de fibra de vidro; O Airbus A380 (maior avião comercial de passageiros da história) possui em sua fuselagem e em suas asas a fibra de vidro, o que garante sua resistência a impactos e maior leveza.
Matérias-primas utilizadas
Produtores e preços
Existem, atualmente, mais de duzentos fabricantes de vidro, dentre os maiores, em escala multinacional, estão a Cebrace (união entre a Saint-Gobain e a NSG, que adquiriu a Pilkington, em 2006), Guardian, UBV e Saint-Gobain. Essas quatro indústrias produzem vidros float e impresso e são responsáveis pela fabricação de, aproximadamente, 1.800 toneladas de vidro por dia.
Fonte: Abividro
Tabela 1 – Dados do mercado de vidros planos no Brasil.
Em 2007, 2,9 milhões de toneladas de vidros planos e não planos foram produzidas e o faturamento anual foi em torno de 3,8 bilhões de reais – acentuando o lucro envolvido na utilização deste como mercadoria.
		Fonte: Abividro, 2009
Tabela 2 – Desempenho no setor de vidros no Brasil, em 2007.
Fonte: Abividro, 2009
Tabela 3 - Capacidade de produção em milhares de toneladas (barras verticais) e faturamento em milhões de reais (linhas) da indústria nacional de vidros por segmento.
Tabela 4 – Capacidade nominal de produção de vidros planos (ton/dia)
	Infelizmente, pela inflexibilidade das empresas, o acesso aos preços não foi possível. Entretanto, através dos dados tabelados disponíveis pela empresa ABIVIDRO – Associação Técnica Brasileira das Indústrias Automáticas de Vidro, reflexões sobre o desempenho resultante das importações e exportações nacionais se tornaram viáveis e permitem concluir que a produção de vidros planos no Brasil tem crescido. Entretanto, o saldo da balança comercial vidreira, em 2011, fechou negativo em 209.829 toneladas, ou seja, o país ainda importa mais do que exporta. Dentro dessa perspectiva, pode-se tentar prever que o equilíbrio chegará quando as indústrias nacionais - que tendem a aumentar a competitividade entre si e melhorar a qualidade dos serviços, crescendo no mercado e ganhando, também espaço físico - ficarem independentes da importação, ou seja, puderem produzir o suficiente para o mercado interno e externo, concomitantemente.
Processo industrial
	De uma maneira geral, o processo de produção de vidro pode ser separado em duas importantes etapas: a mistura das matérias-primas e a fusão desses materiais. Outras etapas são introduzidas ao processo de forma a produzir diferentes tipos e formas de vidro, sendo essas etapas muito particulares.
	A figura 2 (apresentada a seguir) apresenta um esquema geral das etapas empregadas em um processo global genérico, enquanto a figura 3 (apresentada a seguir) mostra algumas operações unitárias empregadas e separa a produção em dois grupos principais de vidro: os planos e os ocos.
Como se observa na figura 2, os procedimentos gerais são: introdução da matéria-prima ao forno, onde estas serão fundidas, moldagem do vidro, inspeção, embalagem e distribuição. Em adicional pode haver recozimento do vidro formado e reaproveitamento de produtos fora do padrão e sobras de produção. Essa reciclagem dos cacos e sobras é um procedimento presente em praticamente todas as plantas industriais.
Na figura 3 já é possível ter uma noção melhor das etapas empregadas. Inicialmente, o vidro reciclado é classificado quanto ao tipo e tamanho, moído e levado para pesagem. Paralelamente areia é lavada, peneirada e também vai para a balança. A pesagem também é feita para as demais matérias-primas. 
Uma vez pesada, a mistura é levada para um misturador, responsável pela homogeneização dos "ingredientes". Essa mistura homogeneizada é então carregada por esteiras até o forno, onde passam pelo processo de fusão. A mistura fundida, que agora está pronta para passar pelo processo de vitrificação é levada para etapas de moldagem, sendo essas bem distintas para o vidro plano e oco.
No vidro plano, o fundido é transportado por flotadores especiais e passa por canaletas que começam a dimensionar os tamanhos das placas de vidro a serem formadas. Nesse ponto sua temperatura ja é bem menor que no forno e o vidro está sólido, situação alcançada através de jatos de ar frio e inerte. Daí ele passa por uma máquina que produz sulcos na transversal da placa deslizante e é nesses sulcos que as placas serão separadas pela ação de uma máquina de fratura. Essas placas formadas são resfriadas à temperatura ambiente e partem para embalagem e distribuição.
No caso do vidro oco, a mistura fundida é transportada para um cadinho que contém um furo na parte inferior. Através desse furo são produzidas "gotas"de fundido que são levadas às etapas de moldagem, resfriamento, recozimento e aplicação de camada protetora externa.
Figura 2 - Esquema geral de produção do vidro, das matérias-primas à distribuição. (Adaptado de EPA - Glass Manufacturing)
Figura 3 - Operações envolvidas em processos de fabricação de vidro plano e oco. (Adaptado de NEW ZEALAND INSTITUTE)
Impactos 
	Hoje em dia, com a expansão do número de indústrias e avanços tecnológicos, a utilização do vidro tornou-se comum, de modo que basta olhar ao redor e encontram-se diversas aplicações deste produto (várias mencionadas anteriormente). As exigências de qualidade e variedades de vidro para aplicações distintas têm se multiplicado por parte dos consumidores deste produto.
Para atender a todos esses requisitos de inovações, um exemplo de novidade tecnológica é a janela que muda de cor - controlam a luminosidade e a temperatura com o uso de um botão. A sua capacidade de absorver calor permite certo controle de temperatura e fazem uso da eletricidade para mudar de cor. É uma placa de vidro, na qual foi depositado um filme fino de óxido de tungstênio (WO3) que atua como uma bateria. O óxido é claro quando uma carga elétrica é aplicada e escura quando a carga é removida, ou seja, a voltagem determina se a janela será clara ou escura.
Da mesma forma que há gerações de inovações tecnológicas para que empresas consigam se manter no mercado, há a demanda constante e permanente de certas áreas sociais, como a área da construção civil - que é responsável por cerca de 60% a 70% do consumo de vidros planos no Brasil.
O vidro é produzido basicamente a partir de areia, carbonato de sódio e calcário, e sua fusão gera SO2. O SO2, que pode reagir com o oxigênio do ar para dar SO3 (tri óxido de enxofre) SO2 + O2 -> SO3. O tri óxido, na presença de umidade, dá origem ao ácido sulfúrico H2SO4 - que acentua e corrobora para a formação das chuvas ácidas, tornando ácidas as águas (lagos, rios e lençóis freáticos), solos, lesões nas plantas e materiais. E o dióxido de enxofre pode, inclusive, causar alterações no metabolismo de plantas e promover impactos como redução da fotossíntese, dentre outros danos.
Como visto anteriormente, em sua fabricação podem ser usados metais de chumbo e cromo, que são altamente tóxicos e nocivos. Por não ser biodegradável o vidro contribui para o aumento no volume de resíduo nos aterros sanitários e lixões.
O vidro pode ser reciclado ilimitadamente, entretanto, é necessária mão de obra intensiva e uma grande quantidade de energia e água. Além desses fatores que diminuem o interesse das empresas, existe outro fator: a coleta seletiva. A coleta seletiva é a parte mais complicada do processo, uma vez que necessita da conscientização da população, referente aos vidros recicláveis, e uma interação entre as empresas e o governo para que a coleta seja efetiva, visando minimizar os custos.
Deve-se investir nessas possibilidades, mesmo que o processo seja longo e demorado, pois com o reciclo máximo do vidro, impactos positivosseriam gerados, como a diminuição da quantidade de lixo a ser aterrada, preservação de recursos naturais, economia de energia, diminuição de impactos ambientais, novos negócios com geração de empregos diretos e indiretos.
Outro problema está relacionado à laminação, no caso das fibras de vidro, e refere-se às emissões de estireno durante este processo de fabricação. O estireno e alguns derivados (dentre eles a resina poliéster) são muito voláteis e liberam vapores tóxicos prejudiciais à saúde. Quando em contato com os olhos, pode causar irritação moderada, incluindo sensação de queima, lágrimas, vermelhidão ou inchaço. A exposição repetida ou prolongada ao estireno pode causar ainda, náuseas, perda de apetite, problemas no sistema nervoso central e debilidade geral. O estireno é cancerígeno e classificado como composto orgânico volátil, contribuinte da poluição atmosférica. Além disso, as espumas de fibra de vidro utilizam CO2, aumentando a carga desse poluente na atmosfera. Uma alternativa possível para as fibras de vidro é a reincorporação destas na construção civil, através da moagem dos resíduos gerados no processo e a incorporação destas em argamassas, ou até mesmo na construção de calçamentos.
Conclusão
	
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