Processo de têmpera do vidro: como é fabricado o vidro temperado de segurança

Como o processo de têmpera torna o vidro mais resistente e seguro

Todas estas portas de duche em vidro, janelas laterais de automóveis e montras dependem de um processo térmico simples que não mudou desde o século 19.º. E o que as torna seguras? Um processo de têmpera transforma o vidro recozido comum — que se parte em estilhaços afiados como lâminas — em vidro temperado de segurança, que se fragmenta em pequenos grânulos e dificilmente causa ferimentos graves. No entanto, a maioria das pessoas que especificam ou aplicam produtos de vidro temperado tem apenas uma ideia geral do que acontece dentro do forno de têmpera. A diferença entre um painel devidamente temperado e outro inadequadamente temperado resume-se a segundos, graus e pressão do ar — variáveis que ajudam a determinar as taxas de quebra em obra. Segue-se uma breve descrição geral do fabrico e funcionamento do vidro temperado e da ténue linha que separa uma têmpera bem-sucedida de outra que não o é.

O que é o vidro temperado e por que é importante?

O vidro temperado é um vidro de segurança sujeito a processos definidos de aquecimento e arrefecimento, que o tornam 4 a 5 vezes mais resistente do que o vidro recozido com a mesma espessura. Quando o vidro temperado acaba por se partir, fragmenta-se em pequenos pedaços granulares relativamente inofensivos, em vez de formar estilhaços grandes e mortais. Esta sequência de quebra não é aleatória; foi concebida dessa forma. Durante o processo de têmpera do vidro, as superfícies exteriores ficam sob tensão de compressão, enquanto o interior permanece sob tensão de tração. É este equilíbrio de tensões que torna o vidro temperado simultaneamente mais resistente e mais seguro quando ocorre uma falha.

O processo de têmpera do vidro — passo a passo

O fabrico do vidro temperado começa por um ponto fundamental: todos os trabalhos de corte, perfuração, polimento e acabamento das arestas têm de ser realizados antes de o vidro entrar no forno de têmpera. Depois de temperado, o vidro não pode ser alterado sem se partir. O processo completo de têmpera é composto por cinco etapas:

Etapa 1: corte e transformação

O vidro float — vidro de superfície lisa e plana, produzido deixando o vidro fundido flutuar sobre um banho químico de estanho — é cortado à medida. Todos os furos, entalhes e recortes são feitos por perfuração ou fresagem. As arestas do vidro são retificadas ou abatidas para eliminar arestas vivas e microlascas que possam transformar-se em zonas de concentração de tensões à temperatura de processo.

Etapa 2: limpeza e inspeção

Antes do aquecimento, o vidro é limpo numa máquina de lavagem que remove qualquer pó, óleo e aparas de corte da superfície do vidro. Uma única partícula minúscula na superfície pode criar um ponto de tensão e provocar uma quebra no forno. Os inspetores procuram riscos, lascas e inclusões no vidro destinado ao painel acabado.

Etapa 3: aquecimento

O vidro é colocado num transportador de rolos e introduzido no forno de têmpera, onde é aquecido até cerca de 620 graus Celsius (aproximadamente 1 148 graus Fahrenheit) — muito acima da temperatura de transição vítrea de 564°C. A esta temperatura, o vidro amolece o suficiente para que as tensões internas relaxem sem perder a forma. Um aquecimento uniforme é essencial: variações de temperatura de apenas 5°C na superfície podem causar distorção óptica ou um empeno denominado ondulação dos rolos.

Etapa 4: arrefecimento brusco (arrefecimento rápido)

É nesta etapa que ocorre efetivamente a têmpera do vidro. O vidro sai do forno e entra na secção de arrefecimento brusco, onde bicos de ar de alta pressão incidem simultaneamente sobre ambas as faces. As duas superfícies exteriores do vidro arrefecem e solidificam muito rapidamente, enquanto o interior permanece quente e flexível. Quando o núcleo acaba por arrefecer e contrair, exerce tração sobre as superfícies exteriores, já rígidas, criando tensão de compressão na superfície — os jatos de ar comprimem a camada exterior — enquanto a tensão de tração fica retida no centro. Nesta fase, a precisão é essencial. A pressão do ar tem de ser regulada com exatidão. Se a pressão for insuficiente, o vidro não atingirá a compressão superficial necessária. Se for excessiva, a peça pode partir-se durante o arrefecimento brusco — uma ocorrência que os nossos operadores designam por “quebra no arrefecimento brusco”. A duração habitual desta fase varia entre 2 e 5 minutos, consoante a espessura do vidro.

Etapa 5: inspeção da qualidade

Imediatamente após o arrefecimento rápido, cada painel temperado é sujeito a inspeções visuais para detetar empeno, contaminação e imperfeições superficiais. As amostras de cada lote são submetidas a ensaios destrutivos: o número de amostras numa área de 50 × 50 mm tem de cumprir a norma ASTM C1048 ou EN 12150 — de preferência, pelo menos 40 fragmentos no caso do vidro totalmente temperado. Os painéis aprovados recebem uma marcação permanente por ataque químico e as designações de vidro temperado de segurança.

A ciência da têmpera do vidro — compressão versus tração

O vidro falha devido à tensão de tração — separa-se a nível molecular quando uma fissura se propaga. A têmpera funciona aplicando previamente tensão de compressão à superfície do vidro, a qual qualquer força externa tem primeiro de superar antes de o vidro atingir o limiar de rutura por tração. Nos termos da ASTM C1048 (Especificação normalizada para vidro plano reforçado termicamente e totalmente temperado), o vidro totalmente temperado teria de apresentar uma compressão de 69 MPa (10 000 psi) em toda a superfície e de pelo menos 67 MPa (9 700 psi) em toda a aresta. Na prática, a maioria dos fornos comerciais de têmpera de vidro atinge, na maior parte do tempo, uma compressão de cerca de 80-120 MPa. Imagine uma sanduíche de tensões — ambas as faces criam uma sanduíche de tensões: compressão nas duas superfícies exteriores e tração retida no núcleo. Quando o vidro temperado acaba por se partir, toda a tensão — a energia de tração — é libertada de uma só vez; é por isso que, em vez de formar alguns estilhaços enormes, se fragmenta em milhares de pequenos flocos granulares. Como explica a Scientific American, esta libertação rápida de enormes quantidades de energia é precisamente o motivo pelo qual o vidro temperado é mais seguro: cada pequeno fragmento granular tem pouca massa e, consequentemente, um poder de corte muito menor.

Têmpera térmica versus têmpera química

Nem todo o vidro é temperado da mesma forma. A têmpera térmica — o processo que acabámos de descrever no parágrafo anterior — é a opção habitual para vidro arquitetónico, automóvel e de eletrodomésticos. Contudo, para vidro fino com menos de 3 mm, ecrãs de telemóveis e ótica de precisão, a têmpera química por troca iónica oferece vantagens que os métodos térmicos não conseguem igualar. A têmpera química consiste em mergulhar o vidro num banho químico aquecido de nitrato de potássio a aproximadamente 400 C. Os pequenos iões de sódio (Na+) do vidro são substituídos por iões de potássio (K+) maiores, criando compressão superficial sem as variações extremas de temperatura associadas à têmpera térmica. As vantagens incluem camadas de compressão mais resistentes, ausência de distorção óptica e a possibilidade de temperar vidro com apenas 0,5 mm de espessura. Conforme documentado pela ScienceDirect (descrição geral da têmpera química), o processo de troca iónica produz uma compressão superficial superior a 700 MPa — muito acima do que é possível obter com a têmpera térmica. Embora a profundidade de compressão seja menor, o vidro temperado quimicamente é mais vulnerável a riscos profundos que atinjam a zona de tração.

Onde é utilizado o vidro temperado — aplicações por setor

Têm sido seguidas orientações de segurança em praticamente todos os domínios que envolvem vidro, para evitar ferimentos. O documento técnico FB45-14 da National Glass Association descreve as utilizações recomendadas para produtos de vidro tratados termicamente, com base em normas de segurança e desempenho. Os produtos de vidro mais utilizados na linha de produção para projetos arquitetónicos são a minha lista inicial de painéis de fachada, guardas de vidro — que abrangem muitas aplicações — e vidro curvo 3D para envolventes de edifícios comerciais, passando todos pelo mesmo forno de têmpera e pelo ciclo de arrefecimento brusco acima descrito.

Controlo da qualidade e normas de ensaio para vidro temperado

Tudo se resume ao controlo de qualidade. Rastreia-se a linha Uyoebivsiid e é possível confirmar que cada lote dessa linha, de têmpera, é submetido a uma tríade de ensaios antes de ser rebaixado: exame visual, desfurbulação, desarticulação. Uma característica que distingue os melhores fabricantes de vidro temperado dos operadores da “Hora dos amadores” é a deteção de inclusões de sulfureto de níquel (NiS). Durante o fabrico do vidro float, partículas microscópicas de NiS podem ficar retidas no vidro até à têmpera, numa fase posterior do processo. Nas condições certas, estas partículas incorporadas podem aumentar gradualmente de tamanho até Zunga entregar semanas ou até anos mais tarde. Os fabricantes de vidro de gama alta realizam o ensaio de heat soak (HST) em conformidade com a EN 14179 — ao aquecer os painéis a 290 C durante várias horas, provocam a falha dos lotes vulneráveis antes de estes saírem da fábrica.

• ✔ Certifique-se de que impõe a distorção da ondulação dos rolos, o vidro e também as imperfeições superficiais sob iluminação oblíqua.
• ✔ O polariscópio ou instrumento GASP (Glass and Stress Profile) garante que a compressão superficial cumpre as especificações da ASTM C1048.
• ✔ Faça passar uma amostra sacrificial pelo centro do painel; a abertura tem de apresentar 40 janelas num círculo com 5050 mm de diâmetro.
• ✔ Ensaio de heat soak (opcional): protocolo EN 14179 para detetar inclusões de NiS antes da entrega

Perguntas frequentes sobre a têmpera do vidro