TEMPERA - LA DISTRIBUZIONE DELLA ENERGIA - MAPPA DELLE TEMPERATURE

 

Quanto descritto di seguito si riferisce alla tempera di lastre di vetro di dimensioni medio grandi (es. 2800x1700 nello spessore 4mm) ed è trasferibile anche ad altri spessori e dimensioni tenendo presente che in un forno a carica oscillante la ampiezza del percorso, impostata da panel view o rilevata automaticamente, cambia a seconda delle dimensioni della carica, dando luogo a differenze consistenti nel riscaldamento. L’elemento di partenza per lo studio è la costruzione della corretta ricetta termica da impostare inizialmente con i valori dei set point da cui dipende il flusso dell’energia che attraversa le superfici di scambio distribuendosi nella massa del vetro punto per punto innalzandone la temperatura. A differenza dei metalli il vetro ha una bassa conducibilità termica e tende a mantenere nel tempo le differenze di temperatura presenti in aree e in strati differenti per cui si possono verificare problemi (ad esempio rottura per trazione da shock termico ) generati nella struttura laminare in cui si può ipotizzare diviso lo spessore globale, o anche in corrispondenza di aree limitate che individuano zone a diverse temperature. Infatti esistono differenze locali di temperatura durante il transitorio termico, causate dai vari meccanismi di trasmissione del calore e dalla loro regolazione che se permangono dopo il transitorio iniziale avvicinandosi al  regime, sono responsabili di situazioni tensionali prima e dopo la tempera. Tali differenze, quando non sono volute per particolari esigenze,  possono essere attenuate e/o eliminate solo se al trascorrere del tempo si provoca contemporaneamente  la modifica dei fattori responsabili del riscaldamento che inducano un successivo differente transitorio che comprima i delta di temperatura, tale variazione può derivare anche dalla diversa recettività delle varie forme di energia al modificarsi delle caratteristiche del vetro durante il riscaldamento (ad ex. eventuale convezione forzata). Se le asimmetrie nelle sorgenti del riscaldamento restano immutate l’adeguamento dovuto alla conduzione in presenza di una condizione a  regime sbilanciato non può essere realizzato e le differenze restano immagazzinate nella massa vetrosa che mostra temperature differenti dal desiderato nei vari punti. Per migliore comprensione del problema, se il nostro obiettivo è ottenere la temperatura uniforme punto per punto, se la sorgente calda principale scomparisse istantaneamente lasciando il corpo termicamente sbilanciato la conduzione al trascorrere del tempo favorirebbe una distribuzione più omogenea abbassando i picchi di temperatura, ma non si otterrebbe mai temperatura uniforme. Nel caso di conduzione pura, con somministrazione esclusiva da parte dei rulli caldi, nello spessore del vetro si realizza un gradiente di tipo lineare che determina le differenze tra la parte a contatto dei rulli e la superficie superiore della lastra che a regime restano immutate; aumentare  il tempo di riscaldamento in questo caso non garantisce da solo l’omogeneità termica nella massa del vetro e solo l'intervento di convezione forzata o irraggiamento attivate da un certo istante in poi può riequilibrare le temperature.

Le ricette sono composte da tre elementi, la modalità del riscaldamento, il tempo, la risposta del materiale; le differenze di temperatura maggiori si verificano durante il transitorio termico di riscaldamento nelle fasi iniziali e si può favorire il riequilibrio dello sbilanciamento all’interno dello spessore abbassando le temperature di suola e aumentando i tempi di riscaldamento se gli spessori sono piccoli. Le conseguenze immediate delle differenze sono la creazione di tensioni durante il riscaldamento e conseguenze nella fase di raffreddamento di tempera che soprattutto per gli spessori sottili modificano la planarità delle superfici dando luogo ad imbarcamenti e vere e proprie deformazioni locali ad ampio raggio e inoltre se le alte temperature trovano eventualmente nel passo rulli elevato una concausa per le deformazioni flessionali.

Quindi occorre determinare la risposta del vetro verificando la bontà della distribuzione delle temperature generate dalle regolazioni che rispondono alla logica di progetto (PDI, posizione termocoppie etc.). Alla accensione di un impianto, superata la fase di andata aregime secondo le impostazioni di contenimento energetico, si inizia la pre-produzione e conviene partire da approssimazioni tradizionalmente in uso negli impianti radianti, ossia impostando un tempo di riscaldamento standard di circa 40s per ogni mm di spessore della lastra. Successivamente si controllano le temperature del tetto e della suola tali da generare un colore rosso arancione (non molto luminoso) degli elementi radianti verificando che in assenza di vetro il colore sia omogeneo. Eventuali luminosità locali concentrate possono dipendere da errori software, SCR rotti, da problemi delle termocoppie (risposta o posizione e/o schermature) o da differente dissipazione dei resistori. Occorre cercare di eliminare le cause di difformità non volute, soprattutto se appaiono in maniera sistematica che mantengono le differenze anche nel corso del riscaldamento quando si carica il vetro. Tralascio per il momento le problematiche delle pendolazioni che caratterizzano la andata a regime dell'impianto e ricordo che l'esame del vetro già prodotto fornisce informazioni per i necessari aggiustaggi successivi. Per il vetro piano la stazione di tempera deve essere inizialmente impostata in modo da alimentare le soffianti up e down alla stessa pressione con ugelli disposti alla stessa distanza dalle due superfici del vetro, realizzando una condizione geometricamente e termicamente simmetrica. Terminato il ciclo innanzitutto occorre osservare la planarità e successivamente si frammenta la lastra e si esamina la tempera dal punto di vista della distribuzione dei frammenti che fornisce le indicazioni per gli interventi da realizzare; una distribuzione non omogenea delle tensioni che ad esempio privilegia la parte sin rispetto alla parte dx porta ad una deformata ad s che si recupera nell’altro senso con effetto elastico comprimendo la superficie del vetro, similmente può accadere con spessori dell’ordine dei 5mm se la lastra è di grande dimensione e il diverso riscaldamento appartiene alla testa e coda rispetto alla parte centrale, effetto causato da una differente temperatura dei rulli di appoggio, in parte coperti e in parte esposti temporaneamente dallo spostamento del pezzo in oscillazione. Solitamente le regolazioni dei forni di riscaldamento a carica oscillante privilegiano la zona centrale ossia quella sempre coperta dal vetro, mantenendo più basse la parte della oscillazione scoperta (testa e coda della lastra).

Occorre tener presente che negli impianti i rulli di supporto nella zona di tempera sono rivestiti da cordino che si può allentare e spostare perdendo la distribuzione a passo costante e questo può generare problemi locali della geometria che provocano differenze nello scarico dell’aria riscaldata dal contatto con il vetro. E’opportuno controllare la rotazione in asse dei rulli di tempera che a causa delle alte velocità di espulsione (3 – 4mm spessore vetro) possono trasmettere sollecitazioni locali alle lastre in transito.

Soprattutto esaminare i falsi rulli di bilanciamento, quando installati, o i profili di schermatura che sono disposti volutamente per aumentare la spinta sulla faccia della lastra penalizzando volutamente lo scarico delle soffianti superiori ma causando grandi variazioni nell’equilibrio della trasmissione del calore, infatti l’aumento o diminuzione della distanza tra soffianti e vetro crea diverse condizioni nello scarico della soffiante inferiore che cambia con il profilo dei rulli all’abbassarsi o all’alzarsi delle soffianti, mentre quella superiore gode di scarichi a sezione costante tra le lame. Quindi la regolazione della quota deve essere realizzata attentamente riflettendo sulle conseguenze di questi spostamenti relativi che devono tenere conto della contropressione di scarico e non solo della distanza dal vetro. In passato la richiesta in tempera di spessori elevati (più pesanti) rendeva meno evidente il sollevamento della lastra e quindi le soffianti alimentate a pressione bassa non creavano problemi. In tempi recenti la riduzione degli spessori ha richiesto pressioni più alte su lastre leggere e la riequilibratura della spinta sotto/sopra con dispositivi, paratie e schermi profilati installati sulla soffiante di tempera superiore che naturalmente avrebbe scarichi facilitati per l'assenza del'ostacolo dei rulli e quindi minore contropressione. 

La convezione forzata svolge un duplice ruolo; modifica del rapporto tra le temperature superiore e inferiore permettendo di migliorare l’appoggio sui rulli e la conseguente trasmissione del calore e deformazione della lastra in regime elastico, di somministrazione aggiuntiva e distribuzione della energia creando un contributo consistente nell’incremento delle temperature della superficie superiore del vetro (quando proviene solo dall’alto); ad esempio, nel caso di vetro chiaro con basso livello di tensioni l’effetto è evidente e si somma alla situazione generata dal normale riscaldamento per cui l’andamento della geometria distributiva delle tensioni mostrato dalla frammentazione resta lo stesso (quello che era più basso resta più basso), il livello delle tensioni sale con una tendenza a generare frammenti di dimensione minore con un delta tensione in più, dato a tutto il pezzo, che risulta meglio temperato ma mantiene le asimmetrie nel pattern della frammentazione e permette il riconoscimento delle zone meglio e peggio temperate. Tenendo da conto il problema della ricopertura dei rulli e conseguenti differenze tra le estremità e il centro, se nel riscaldamento della lastra, accade che vi siano delle asimmetrie termiche distribuite ad esempio sulla parte destra del forno rispetto a quella sinistra creando quindi una zona più calda nel senso della oscillazione separata da quella più fredda ( centro più caldo rispetto ai bordi) il vetro sottoposto a tempera successiva tenderà ad avere un comportamento tipo molla spanciando in regime elastico da una parte e dall’altra e mantenendo una traccia ad S shape durante le deformazioni indotte dall’esterno . Il rimedio consiste nel ripristinare il corretto riscaldamento della lastra in tutta la sua superficie e spessore e una indicazione proviene dalla frammentazione che mostra le differenze di tensionamento a memoria delle differenze di temperatura accumulate e mantenute durante tutto il processo. Talvolta può anche essere benefico un aumento della temperatura di tutta la lastra ottenuto prolungando la durata del riscaldamento.

PANORAMICA SINTETICA DI ALCUNI ARGOMENTI SUL VETRO ATTIVANDO IL LINK SEGUENTE

https://drive.google.com/file/d/1Hpd8VWtwHVSKbqvPg9VLFJWe8cI9JYKx/view?usp=sharing

 VETRI TEMPERATI CURVATI A FREDDO

Lastre piane temperate e successivamente deformate in regime elastico. 

La tempera di lastre piane sane (prive di difetti come inclusioni o bruciature di mola, ecc.) se realizzata correttamente in forni orizzontali di tempera non crea problemi e le lastre possono essere sollecitate con deformazioni anche intense compatibili con la distribuzione delle tensioni interne del pezzo accumulate in regime elastico durante la tempera e in equilibrio tra loro.

E'evidente che uno stato di sollecitazione neutro (sistema di forze di sola compressione a risultante nullo) lascia tutto immutato, ma se si realizzano deformazioni attraverso carichi e corrispondenti reazioni dei vincoli eventuali (telai o supporti) la distribuzione delle tensioni superficiali e interne viene modificata.

In conseguenza delle deformazioni subite lo stato di compressione può divenire insufficiente a proteggere le superfici esterne e dalla configurazione di  lastra piana di partenza temperata con simmetria delle tensioni, quindi con compressione della stessa entità sulla superficie delle facce esterne, trazione interna e assi neutri simmetrici rispetto all'asse geometrico si può produrre la modifica di tutta la distribuzione delle tensioni interne. Se si interviene flettendo progressivamente, con continuità di deformazione il manufatto, si può raggiungere addirittura l'annullamento della compressione superficiale e quindi produrre la rottura come accadeva nel caso della lastra non temperata quando veniva troppo sollecitata.

Il risultato che si può ottenere con le deformazioni post tempera è che spesso la resistenza migliorata del vetro temperato viene utilizzata per permettere una deformazione che approssima un profilo che sarebbe incompatibile con il vetro piano ricotto. Tutto ciò al fine di ottenere un risparmio nei costi evitando la tempera curva e quindi presenza di attrezzature e impianti dedicati alla produzione, mantenendo la possibilità dell'accoppiamento e dell'aggiustaggio grazie alla resistenza residua del vetro piano temperato curvato a freddo.

Con questo artificio si possono ottenere deboli curvature su particolari di dimensioni allungate e con spessori non eccessivi realizzando un risparmio nei costi di produzione, evitando di processare le lastre in impianti di curvatura a particolare. Si risolvono anche le  problematiche di stretto rispetto delle tolleranze che possono essere assorbite dall'aggiustaggio forzato per accoppiarsi al profilo delle guide sul telaio di accoglienza, che a questo punto deve essere sufficientemente robusto dovendo costituire una necessaria protezione aggiuntiva.

Con questo artificio cambia tutto perche siamo in totale regime elastico del sistema complessivo vetro più telaio che spesso divengono completamente solidali in tutto il profilo perimetrale con l'impiego di collanti, costituendo finalmente un solo macrocomponente.

Se si realizza la deformata richiesta siamo passati ad una condizione in cui la lastra certamente perde parte della compressione superficiale facendo affidamento sulla rigidezza del telaio che dovrebbe proteggerla da quelle piccole sollecitazioni aggiuntive che potrebbero portare alla rottura. E'una situazione a rischio in cui non è ben chiaro il ruolo della tempera  sbilanciata che andrebbe studiata in condizioni operative di una lastra piana a norma ma successivamente deformata meccanicamente e quindi tanto più rischiosa quanto più la deformazione  espone la faccia al limite della compressione portandola in prossimitá delle condizioni di trazione pericolose.

Anche un riscaldamento locale, in presenza di depositi di vernice disposti in maniera allineata con i bordi del telaio, potrebbe dare luogo a quel plus di stress che porterebbe a rotture. La stessa sollecitazione, in grado di danneggiare una lastra temperata e curvata a freddo, non produrrebbe invece alcun danno se la lastra impiegata fosse curvata e temperata a caldo inserendola successivamente nel telaio compatibile con lo stesso profilo.

E'evidente che l'argomento in esame ricadrebbe immediatamente nello studio della produzione, talvolta critica, delle lastre geometricamente  piane ma con tempera asimmetrica e di particolari lastre curve, per le quali la curvatura è ottenuta proprio con sbilanciamento del raffreddamento di tempera e/o del riscaldamento sotto-sopra (in forno a rulli). L'argomento è molto complesso e riguarderebbe uno studio comparato sul comportamento dei vari spessori nelle fasi di riscaldamento e raffreddamento (forno e tempera) e successivo impiego in opera, valutando le sollecitazioni di sistema sommate alle accidentali per garantire la integrità.

Quando si può prevedere con buoni margini di certezza il tipo di sollecitazione e la direzione delle forze a cui può essere sottoposto il vetro, è possibile studiare una curvatura ad aria (sbilancio termico dello stato tensionale) per modificare la distribuzione delle tensioni nel modo più favorevole.

I vetri piani, temperati e curvati successivamente a freddo, utilizzando telai e/o riscontri per mantenere la sagoma, devono essere progettati tenendo presenti le condizioni dei vincoli e le sollecitazioni provenienti da forze esterne considerando che la distribuzione della tensioni della lastra piana originale, generate dalla tempera, può essere fortemente modificata dalla nuova configurazione rendendo la lastra pericolosa a causa di rotture provocabili anche da deboli sollecitazioni attive nelle sezioni che risultano indebolite.

REGOLAZIONE DISTANZA VETRO-TESTE DI TEMPERA NEI FORNI PER VETRO PIANO

 IL RAFFREDDAMENTO DELLA LASTRA PIANA IN RELAZIONE ALLA DISTRIBUZIONE DEGLI UGELLI

l funzionamento di un solo ugello che scarica aria compressa contro una superficie senza ostacoli interposti è evidente, la distribuzione del flusso è assial simmetrica con andamento della velocità decrescente mano a mano che ci si allontana dall'asse del getto nella direzione dello scarico. La spinta che consegue non è uniformemente distribuita, ma i picchi di pressione seguono l'andamento del pattern degli ugelli. Il cambiamento del percorso del fluido è indotto dalla presenza della barriera creata dal vetro che emette energia e produce anche il riscaldamento con un aumento del volume specifico del fluido di raffreddamento.

Tutto cambia quando numerosi ugelli producono correnti che si ostacolano a vicenda e i flussi si adattano alle differenze di pressione cercando i percorsi più agevoli nella ricerca della pressione più bassa, ma il raffreddamento è fondamentalmente associato al riscaldamento del fluido elaborato. 

Senza voler entrare in una spiegazione più completa e complessa valutiamo le conseguenze sul raffreddamento del vetro che deve trasferire all'aria gran parte della sua energia termica, con l'obiettivo di ottenere una uniformità nel tensionamento delle lastre, condizione benefica per la stabilità e resistenza dei manufatti.

La progettazione delle soffianti di tempera è argomento complesso essendo molto variabili le condizioni geometriche rappresentate da lastra/ugelli che risentono delle dimensioni e delle distanze necessarie anche al mantenimento della planarità, oltre che alla tempera corretta. Una regola generale da seguire è che il comportamento del sistema risente della pressione di alimentazione del pacco ugelli e del riempimento completo del plenum della soffiante che mediamente funziona meglio nella distribuzione dei flussi e della loro energia mano a mano che si aumenta la pressione, infatti aumentando la pressione aumenta la velocità di scarico e proporzionalmente aumentano le perdite, quindi si abbattono le differenze locali omogeneizzando la pressione con un aumento a monte. Va da se che a pressione molto bassa le soffianti spesso non alimentano gli ugelli tutti nella stessa maniera, quindi attenzione con gli spessori grandi che risultano spesso non omogeneamente raffreddati e tensionati. Quando non si è sicuri delle buone prestazioni di una soffiante dal punto di vista della omogeneità dei flussi refrigeranti spesso conviene aumentare la pressione e proporzionalmente la distanza tra vetro e sezione di uscita degli ugelli.

La spinta genera sovrapressione e il fluido cerca percorsi più liberi attraverso i quali perdere energia potenziale acquistandone di cinetica compatibilmente con gli ostacoli forniti dai rulli di appoggio e il vetro. Spesso quando si agisce sulle distanze la differenza sopra sotto diventa enorme e addirittura in alcuni punti si raggiungono depressioni consistenti e aree che in corrispondenza non vengono raffreddate.

ROTTURA VETRO TEMPERATO RISCHIO RESIDUO

Danni da impatto con frammenti di vetro provenienti da lastre temperate a norma e/o curvate a freddo.

Il procedimento della tempera del vetro ha come obiettivo il miglioramento della resistenza meccanica delle lastre e parallelamente una riduzione della dimensione dei frammenti per ridurne la pericolosità nel caso di impatto con la persona. Tali prestazioni possono essere raggiunte con diversi livelli di qualità e solitamente sono soddisfatte quando una eventuale rottura del manufatto mostra una dimensione media dei frammenti (esiste normativa per tutti gli spessori ed impieghi), simile a quella del sale da cucina in grana grossa, infatti le tensioni accumulate sono migliorative della resistenza e contemporaneamente producono elementi di dimensione decrescente con l'aumento del livello della tempera raggiunto.
Questa frammentazione dovrebbe escludere totalmente il danno fisico grave che la rottura in grandi pezzi di una lastra non temperata potrebbe procurare al malcapitato, infatti l'obiettivo viene raggiunto quando i frammenti, che ora hanno i bordi meno acuminati, hanno massa ridotta e si muovono individualmente acquisendo scarsa energia nel caso di caduta a gravità. Occorre comprendere che la tipologia della rottura risente della collocazione dell'oggetto unitamente ai fatti accidentali che possono modificare il procedere della rottura in sicurezza, ossia se pur correttamente frammentato secondo la normativa, ma non completamente separato nelle traiettorie dei singoli pezzi dispersi, il vetro può mantenere una sua configurazione simil continua composta da elementi frammentati ma in realtà costituenti massa unica in movimento e creare comunque danno.

Importanti considerazioni sorgono quando alla rottura di un manufatto temperato a norma , montato correttamente si aggiungono conseguenze derivanti dalla posizione in quota che potrebbe influenzare la velocità di caduta. 

La tempera vuole evitare il danno grave, in alcuni casi con esito letale, dovuto ad elementi taglienti di grande massa, tuttavia può accadere che in casi molto particolari ci si possa fare male comunque, ma l'entità del danno fisico dovrebbe essere limitata quando all'atto dell'impatto si manifesta la separazione dei frammenti che dovessero essere rimasti adiacenti durante la caduta.

Resta irrisolto il caso della caduta di elementi montati verticalmente che mantengono una traiettoria in caduta senza separarsi, in questo caso l'oggetto frammentato rappresenta un unicum che può causare comunque danni quando acquista velocità. In questo caso la riduzione del rischio potrebbe essere ottenuta con film plastici in grado di ancorare il vetro alla struttura evitando gli esiti dinamici che comunque andrebbero valutati caso per caso.

                                              Fig.1) Grande lastra con tempera insufficiente 

L'esempio mostrato in fig.1) riporta la situazione di una grande lastra che vale la pena analizzare.

1. Se fossimo in presenza di una singola lastra ad ex.spess. 10mm temperata, sarebbe una condizione di altissimo rischio, infatti la caduta dei frammenti riuniti in elementi di dimensione pericolosa porterebbe certamente un danno alla persona.
2. Se fossimo in presenza di vetrata stratificata con pv. 1mm intercalare tra due lastre temperate da 8mm di cui una sola frammentata, la struttura manterrebbe la sua staticità in assenza di sollecitazioni aggiuntive. Le condizioni di sicurezza in previsione di un evento di sollecitazione intensa andrebbero declassate alla situazione di presenza di una sola lastra temperata; il pvb manterrebbe uniti i frammenti ma un eventuale collasso non si potrebbe escludere se i vincoli periferici fossero delle semplici guide o appoggi di centratura.
3.  Lastre stratificate 6mm con SentryGlass intermedio, nessun problema di collasso se i vincoli al telaio sono correttamente realizzati
4. La qualità del vincolo periferico (solo guida, incastro, incollaggio) deve aumentare con la dimensione della lastra e suo collocamento a rischio crescente.

Evidentemente la pericolosità esiste anche nel caso di box doccia, vetri per banchi frigo vetrate generiche, in assenza di stratifica e montate in posizione verticale, soprattutto se in quota, per le quali si raccomanda assolutamente l'esecuzione di tempera a norma di legge e inserimento plastico di stratifica con studio dei vincoli e degli appoggi.

PARZIALIZZAZIONE TESTE DI TEMPERA NEI FORNI A CARICA OSCILLANTE

Ci riferiamo al trattamento di tempera per lastre piane di spessore tra 3 e 15mm per le quali il raffreddamento in tempera rappresenta la parte più critica del percorso che porta la lastra di vetro dalla alta temperatura raggiunta nel forno, fino a quella ambiente. La tempera infatti si completa in tempi molto ristretti, se si paragonanono a quelli necessari al riscaldamento, con conseguente potenza elevata applicata e transitorio termico veloce.
Si vuole qui discutere della planarità non soddisfacente della lastra temperata, in particolare le deformazioni ad ampio raggio che talvolta caratterizzano le lastre di dimensioni maggiori che presentano una debole curvatura su tutta la lunghezza della lastra.
Nel caso di deformazioni ad ampio raggio la configurazione mostrata dal particolare sul piano di scarico può presentarsi concava o convessa con una freccia massima solitamente in posizione centrata rispetto al lato lungo e la curvatura ha un andamento regolare. 

 Al crescere dello spessore del vetro aumenta la sua resistenza alla deformazione, pertanto il raffreddamento sbilanciato e intenso, che sarebbe necessario alla   riduzione della deformazione non si può realizzare perché si avvicina la condizione delle rotture. Nella gestione del forno per questi particolari diminuisce la possibile  influenza del raffreddamento utilizzabile nella sezione di tempera e cresce quella dello sbilanciamento termico prodotto dalle regolazioni nel forno (suola/tetto) nella parte calda.
Si attribuisce pertanto la responsabilità della deformazione ad uno stato tensionale non simmetrico che lascia libere componenti di compressione o di trazione derivanti dal procedere del raffreddamento nello spessore in regime di conduzione, ma preparata nel forno con un riscaldamento che può determinare temperature variabili, condizione per una tempera con tensionamento asimmetrico.
Tutto ciò che riguarda la geometria della deformazione è indipendente dal valore raggiunto dalla tempera della lastra che alla prova di rottura può presentarsi con frammentazione a norma o meno, quindi possiamo ottenere una lastra deformata, ma spesso ben temperata (tensioni del corretto valore ed equilibrate rispetto all'asse di simmetria geometrico), che può presentarsi in alternativa come lastra perfettamente piana ma con distribuzione delle tensioni asimmetrica.
Per comprendere meglio la situazione si fa notare che alcune lavorazioni prevedono proprio una deformazione indotta dallo sbilanciamenti nel riscaldamento e nel raffreddamento per ottenere sagome (as ex. tettucci auto) che risultano temperate e debolmente incurvate (curvatura ad aria). In questo caso la possibile rottura accidentale (caduta di grandine) avviene con sollecitazione proprio della parte che essendo convessa presenta la superficie più compressa e quindi quella maggiormente resistente.

E' evidente che qualora l'oggetto fosse la realizzazione di profili volutamente cilindrici o sferici con  tecnologie che prevedono la curvatura dei manufatti si risentirebbero comunque le influenze dello sbilanciamento delle tensioni che possono far aprire o chiudere le sagome rispetto al teorico e/o mantenere il rispetto del progetto anche in presenza di uno stato tensionale non simmetrico.
Tale situazione, che si presenta spesso, induce una minore resistenza qualora una sollecitazione accidentale agisca nei confronti della superficie più scarica con componenti che possono liberare trazione localizzata, inducendo la rottura.
Esempio chiarificatore è costituito da lastre temperate piane, incurvate successivamente in regime elastico con deformazione meccanica (curvatura a freddo) realizzata all'atto del montaggio attraverso vincoli periferici (telai di accoglienza opportunamente sagomati), tecnologia utilizzabile quando si è sicuri della assenza di sollecitasioni pericolose non compatibili con la nuova distribuzione ottenuta.
Tornando all'argomento in intestazione, si vuol far notare che oltre alla regolazione delle portate del fluido di raffreddamento, che sono individuali per ogni soffiante nella sua totalità delle lame o ugelli, agendo sulle valvole (sopra/sotto), esiste la possibilità di intercettare solo alcune lame con schermi opportuni sfruttando il passaggio del vetro per realizzare un trattamento di sbilanciamento estremamente efficace rendendo le teste di tempera materialmente differenti tra loro, caso per caso, modificando gli effetti della contrapposizione di una o più lame.
Nella movimentazione a carica oscillante le teste di tempera devono avere dimensione longitudinale  pari alla lunghezza max del pezzo, incrementata della ampiezza di oscillazione; il primo ingresso in tempera avviene con attraversamento di totalità della tempera a velocità di trasferimento da parte della lastra  che incontra almeno una coppia di lame di tempera (la prima inferiore e la prima superiore) alle quali si può applicare la parzializzazione a seconda della curvatura da correggere. E'evidente che questi interventi possono estendersi anche ad altre applicazioni all'interno delle lame di tempera per i forni oscillanti variando fasatura, durata  e parzializzazione delle schermature che possono anche essere meccanizzate nella movimentazione dei setti. L'argomento meriterebbe più ampia discussione.

RISCALDAMENTO DI LASTRE PARZIALMENTE SERIGRAFATE

IL RISCALDAMENTO DELLE LASTRE SERIGRAFATE

In un impianto dedicato alla tempera del vetro piano le lastre vengono riscaldate al disopra dello strain point cercando di raggiungere uniformità delle temperature. Il successivo raffreddamento di tempera, se simmetrico e correttamente distribuito, produce tensioni a norma.

Nel caso in cui le lastre siano serigrafate parzialmente la variazione dell'assorbimento e della emissività locali producono differenze di temperature che in un forno puramente radiante difficilmente possono essere eliminate agendo sui set point delle resistenze, soprattutto quando i tempi di riscaldamento sono brevi e si lavora in transitorio spinto. Un forno convettivo può limitare il fenomeno della asimmetria, tuttavia le differenze sono comunque presenti, come si rileva dalla immagine seguente in cui si riportano i rilievi di temperature in corrispondenza della sezione mediana di una lastra serigrafata con vernice bianca opaca in strisce  di differente larghezza.

Il normale andamento delle temperature con picco al centro, raggiunto con continuità, è disturbato dalla presenza delle strisce che hanno un comportamento riflettente nei confronti dell'infrarosso e danno luogo ad abbassamento della temperatura che procede con punti di basso valore seguiti da massimi che corrispondono alle parti in vetro prive di serigrafia. Si misurano differenze superiori ai 25 gradi e soprattutto si delimitano zone allineate che presentano asimmetrie termiche, pericolose per la uniformità della tempera e per la resistenza del pezzo in caso di forti sollecitazioni. Le conseguenze di questa configurazione di tipo sistematico si aggiungono alle disuniformità tipiche che appartengono alle lastre di vetro, rendendo il prodotto ancora più critico. Conviene ricordare che discontinuità di qualunque tipo, quando assumono aspetti con bordi continui ed allineati generano concentrazione delle tensioni aumentando il rischio di rotture.
A miglior comprensione di seguito si fornisce il video della mappa termica del campione in uscita dal forno di riscaldo.

Vetro indurito - Hardned glass - UNI 1863

IL VETRO INDURITO - HARDNED GLASS

La procedura di tempera termica del vetro è un trattamento di raffreddamento veloce che si realizza in un determinato intervallo di tempo partendo dalla temperatura di tempera fino alla temperatura di strain point, al disotto della quale agiscono solo le deformazioni in campo elastico. Si produce una modifica della struttura cui seguono le tensioni che si completano al termine del raffreddamento alla temperatura ambiente.

I profili delle tensioni variano con continuità in funzione delle caratteristiche del trattamento da cui dipendono, per posizione ed entità, i valori di trazione e compressione misurabili sulla superficie e all’interno delle lastre.

Agendo sulla entità e durata del riscaldamento e del raffreddamento successivo è possibile distribuire le tensioni nella maniera più opportuna a seconda dello spessore delle lastre e delle necessità di impiego.

Talvolta la richiesta di resistenza del vetro si concretizza in livelli modesti di tensioni accumulate che forniscono resistenza sufficiente alle piccole sollecitazioni meccaniche, termiche (shock termico)  privilegiando aspetti dell’ottica  e qualità delle superfici, oltre alla maggiore omogeneità della distribuzione delle tensioni e migliore tolleranza nei confronti delle inclusioni di solfuro di nichel. Il vetro indurito si presenta come un materiale stabile e prevedibile nelle installazioni in edilizia.

La sicurezza richiesta nei confronti di rotture con frammenti che per questo prodotto sarebbero di dimensioni elevate e quindi pericolosi, è affidata ad un eventuale successivo processo di laminazione con plastico interposto (PVB, EVA, Policarbonato, etcc.); in questi casi la tempera completata a norma è messa da parte e si parla di vetro semplicemente indurito o Hardned. Le caratteristiche sono normate dalla UNI 1863 - 2012 che esamina aspetti estetici, geometrici e di frammentazione per definire precisamente il vetro indurito che non deve essere realizzato come un cattivo temperato, ma piuttosto rappresentare un prodotto differente.

L'andamento delle linee di separazione dei frammenti prodotti dalla rottura fornisce indicazioni sullo stato tensionale del particolare studiato, a tale proposito si mostra la frammentazione, prodotta con il punzone, di un normale vetro ricotto dimensionalmente analogo al campione richiesto dai test della UNI per il quale le linee della rottura si arrestano in prossimità del punto di impatto e che nel tempo si propagheranno.

   - Rottura lastra 8mm ricotta dopo 10s dall'impatto

La rottura, prodotta da penetrazione, procederà nel tempo successivamente con continuità fino a dividere finalmente la lastra in frammenti di notevole dimensione. La resistenza strutturale è tipica del vetro ricotto, quindi scarsa nei confronti delle sollecitazioni termiche e meccaniche che producono sollecitazioni di trazione.

Diversamente accade durante la frammentazione di una lastra indurita termicamente, il percorso delle linee di flusso è guidato e deve seguire l'andamento dello stato tensionale di compressione realizzato, limitato nella entità e confinato in prossimità della superficie.


- Rottura lastra 8mm indurita dopo 10s dall'impatto

Nella immagine precedente, relativa ad un vetro indurito, l'andamento delle linee di frammentazione mostra percorsi che raggiungono direttamente i bordi della lastra, senza delimitare aree chiuse all'interno della superficie. Linee che si chiudono su se stesse mostrano un tensionamento eccessivo che si può correggere riducendo il riscaldamento ed il raffreddamento.
A titolo di esempio, si mostra la continuità dei risultati ottenibili partendo dalla stessa ricetta in forno e agendo solo sul raffreddamento di tempera;  riporto di seguito una immagine che mostra tre differenti situazioni di frattura per lastre spesse 5mm,  .

 

Vale la pena osservare che il comportamento di una testa di tempera sottoposta a regolazione nella portata non fornisce risultati omogenei nella distribuzione dei flussi provenienti da tutti i singoli ugelli, essendo legato al riempimento del plenum, quindi attenzione quando si riducono le portate nella tempera per vetri di grande spessore!!!! Analogamente accade per quanto riguarda la variazione delle distanze uscita ugello - supefice del vetro nel caso di forni a rulli lato sopra/lato sotto.  Non è superfluo ricordare che un vetro indurito è un vetro con le superfici esterne in compressione (condizione tipica della tempera), notevolmente più resistente di un vetro ricotto. il trattamento Hardned glass si applica preferenzialmente a lastre di grosso spessore essendo espanso il fattore tempo tecnico di tempera, a differenza degli spessori sottili per i quali il procedimento diviene via via sempre più difficile al ridursi dello spessore.
Le foto seguenti mostrano tre campioni di vetro spessore 6mm induriti e sottoposti al test di frammentazione (le dimensioni e l’esecuzione sono quelle richieste dalla norma UNI EN 1863 – 2013).

Il primo campione si avvicina molto a quanto richiesto e potrebbe anche essere accettato ma presenta due isole grandi  (1 e la 2) ed una piccola (la 3) che andrebbero valutate in base al peso etcc…. Il secondo campione invece è quasi perfetto e sposa quanto richiesto; il terzo è eccellente e mostra la perfetta simmetria delle linee di flusso conseguenti alla frammentazione.

Campione n°1 accettabile ma non perfetto per presenza di superfici chiuse (isole)

Campione n°2 OK, rispetta quasi perfettamente le richieste della norma (leggera asimmetria)

Campione n°3, perfetto 100% simmetrico con assenza di isole

Le temperature superficiali di partenza per i tre campioni sono le stesse (circa 640 C° da pirometro); riferendosi alla temperatura di uscita dal forno è necessario rimanere sempre al disopra dello strain point perchè anche nel caso del vetro indurito occorre indurre tensioni permanenti; Per individuare la ricetta termica corretta conviene partire dalle condizioni raggiunte per ottenere la tempera necessaria dello stesso particolare,  abbassando soltanto la temperatura di set point di alcuni gradi a pari durata del trattamento per limitare il riscaldamento senza modificare le oscillazioni.  In alternativa qualora il mix di produzione richiesto all'impianto fosse molto variabile presentando temperati e induriti da accoppiare successivamente, potrebbe essere conveniente modificare solo la durata del riscaldamento dei particolari induriti lasciando immutate le regolazioni dei set point. Il raffreddamento dei tre campioni del test riportato nelle immagini cambia pochissimo nelle prevalenze utilizzate, con un leggero prolungamento nel tempo della parte iniziale a bassissima pressione nel caso dei particolari 2 e 3. In sintesi sembra che il primo sia leggermente più tensionato, quindi in questo caso peggiore, mentre riducendo di poco il raffreddamento e le tensioni, si raggiunge successivamente una notevole omogeneità rappresentata da linee di frammentazione continue e assenza di aree chiuse.

L’uso della tempera a passaggio per gli impianti che dispongono di questa opzione è dedicato ai temperati di basso spessore, ininfluente nel nostro caso a causa della permanenza troppo breve tra le soffianti, va escluso perché peggiorativa dal punto di vista del corretto raffreddamento del vetro indurito.

Come regola generale il raffreddamento per ottenere le condizioni di hardening deve procedere con tempi molto più lunghi rispetto a quelli necessari per la tempera , ossia nel caso dell’indurito di grande spessore (8 - 10 - 12mm) il cuore del pezzo dovrebbe rimanere al disopra dello strain point per una durata almeno 5 – 7 volte maggiore rispetto ai tempi della tempera e soprattutto la differenza di temperatura tra pelle e centro dovrebbe essere più bassa (circa 50 – 80 °C). Al crescere dello spessore della lastra (10 - 12 - 20mm) la prevalenza iniziale del fluido di raffreddamento deve essere estremamente ridotta, addirittura sarebbe preferibile lasciare il compito del raffreddamento superficiale alla sola perdita naturale della energia per irraggiamento, sfruttando l'alta emissività del vetro,   facendo intervenire un blando raffreddamento forzato solo successivamente. Occorre tuttavia controllare lo stato degli isolanti protettivi in kevlar dei rulli di tempera che potrebbero danneggiarsi in assenza totale di raffreddamento.  Le considerazioni precedenti suggeriscono che il raffreddamento ideale dovrebbe procedere mantenendo una prevalenza variabile con continuità in proporzione inversa con l’abbassamento della temperatura del cuore. Questo trattamento potrebbe essere realizzato facilmente con la regolazione dei motore in CC agendo sulla pendenza e durata della rampa, ma è possibile semplificare strutturandolo a gradini con step successivi di differente durata e prevalenza crescente, ciascuno con pressione differente ma costante nel suo interno. Dopo aver stabilizzato le tensioni, quindi al disotto della temperatura di plasticità,  la fase di raffreddamento può continuare a prevalenza maggiore per accelerare i tempi di consegna allo scarico.

Una ipotesi di raffreddamento di partenza per il 6mm potrebbe essere

1   1)  300 giri per 70s + 2) 400 giri per 120s + 3) rampa di accelerazione + 4) 800 giri sino alla T ambiente. (maggiore capacità raffreddamento)

2   1)  280 giri per 80s + 2) 350 giri per 120s + 3) rampa di accelerazione + 4) 800 giri sino alla T ambiente. (minore raffreddamento)

I valori sono tipici dell'impianto considerato e solo illustrativi delle sequenze che possono essere realizzate in vari altri modi.

Le prime due fasi rappresentate realizzano il raffreddamento e solidificazione delle superfici esterne mentre le temperature all'interno variano con continuità lentamente. Le temperature al centro  della lastra sono al disopra dello strain point che è raggiunto al termine della fase plastica; la rampa e il successivo periodo ad alta pressione (800 giri) rappresentano la durata del raffreddamento finale che può procedere con similitudine alla tempera di vetri dello stesso spessore sino alla temperatura ambiente.

L’attenzione importante durante tutto il processo è mantenere una distribuzione delle tensioni più pianeggiante rispetto alla normativa per la tempera (circa 140 MPask/mmq) ed evitare il reirraggiamento della superficie da parte del cuore che essendo a temperatura più alta, soprattutto nel caso di grossi spessori, potrebbe riportare le superfici al disopra dello strain point. Una riduzione temporanea del raffreddamento (ad ex  perdendo il tensionamento già raggiunto) complicherebbe la continuità dell’andamento delle temperature tra centro ed esterno che dovrebbero decrescere di pari passo senza avvicinarsi e senza allontanarsi con una distanza tra le due curve (cuore - superfici) più ridotta rispetto a quanto accade per la tempera.

Di seguito è rappresentata la distribuzione delle tensioni, evidentemente simmetrica rispetto alla mezzeria, lungo lo spessore di una lastra piana. Si nota la grande differenza nella profondità di tempera nei tre casi riportati.

Una osservazione pertinente è riferita alla distribuzione delle tensioni all'interno della lastra quando vogliamo ridurre il rischio di rottura causata da solfuro di nichel. La tempera definisce una situazione di equilibrio tra forze generate dalla storia termica e mantenere un profilo pianeggiante (bassi scambi e basse tensioni) all'interno del pezzo limita le variazioni di volume delle eventuali inclusioni di solfuro, se il vetro indurito è correttamente realizzato.

ROTTURA PER INCLUSIONE DI SOLFURO DI NICHEL

HST - test termico di selezione

Talvolta la rottura di alcune lastre di vetro temperate può avvenire, in assenza di cause esterne evidenti, per infragilimento dovuto a inclusioni di solfuro di nichel.

Tali inclusioni derivano dalla presenza di tracce di nickel e zolfo nell'ambiente del bagno non ben controllato del vetro allo stato fluido ad altissima temperatura e quindi sono già presenti all’interno delle lastre con distribuzione imprevedibile quando esse si raffreddano. Il trattamento di tempera termica successiva è asimmetrico dal punto di vista della tempistica dello scambio termico, infatti il raffreddamento finalizzato alla tempera della lastra è realizzato in tempi molto brevi, mentre le variazioni di volume delle particelle incluse di solfuro di nichel, provenienti dal riscaldamento ad alta temperatura, recuperano lentamente la struttura stabile alla temperatura ambiente.  Durante il  raffreddamento non rispondono immediatamente manifestando nel tempo una crescita del volume, caratteristico della struttura trigonale che è quella stabile a bassa temperatura.

L'aumento del volume puo agire da elemento destabilizzante dell’equilibrio tensionale riducendo localmente lo stato di trazione all’interno della lastra nell'intorno del volume del punto di inclusione, la trazione collassa e l'equilibrio delle tensioni salta liberando l'energia distruttiva delle parti in compressione e trazione. L'immagine sintetica è quella di due molle, una in trazione e l'altra in compressione montate in parallelo e collegate agli estremi che mantengono la struttura integra fin quando le due risultanti sono equilibrate.

Ricordo brevemente che la tempera fisica realizza la continuità della distribuzione in equilibrio tra compressione esterna e trazione all'interno della lastra, un equilibrio che si può interrompere localmente fino ad annullarsi sulla superficie che risulta scarica in alcuni punti dai quali parte la rottura che funziona da innesco per la trasmissione al resto della lastra.  L'imprevedibilità della diffusione e dimensione delle particelle di solfuro crea le condizioni per definire una rischiosità di rottura di tipo statistico per alcune partite di vetro primitivo collegata al processo di tempera, alle sollecitazioni in opera e al trascorrere del tempo. La distribuzione delle inclusioni all'interno delle lastre temperate è casuale e può risultare non pericolosa se esse sono confinata nelle zone in compressione, addirittura andando nella direzione dell'incremento del tensionamento (da notare che essendo una presenza puntiforme è comunque difetto destabilizzante), ma distruttiva se presente nei volumi compresi nell'intorno della mezzeria dello spessore che sono posti in trazione dal processo di tempera. Conviene ricordare che qualunque discontinuità, chimica, fisica o tensionale presente in una lastra di vetro può agire come promotore di rottura se le sollecitazioni esterne divengono pericolose proprio in loro corrispondenza, Una lastra difettosa può continuare a mantenere la struttura solida integra, ma un fattore esterno (temperatura, sollecitazione meccanica, debole urto impulsivo) può modificare l'intorno tensionale del difetto provocando la rottura. Per la comprensione del fenomeno della rottura da inclusioni di solfuro fattore non secondario ê il trascorrere del tempo che favorisce la maturazione dei nuclei destabilizzanti solo molto dopo che si è consolidato l'equilibrio delle parti solide; spesso una rottura diviene facilmente comprensibile quando la causa evidente si associa all'effetto (rottura), come conseguenza immediata; più difficile è la attribuzione a fattori dispersi nel tempo, come la fragilità da solfuro, che quando si palesano vengono attribuiti all'imponderabile per giustificare il danno.

La frattura si propaga sempre con andamento radiale a partire da una coppia di frammenti speculari nella forma con un aspetto simmetrico caratteristico (come le ali di una farfalla), generati in corrispondenza della inclusione.

Le lastre di vetro interessate dalla presenza di solfuro devono essere escluse dal processo di tempera ma  possono essere utilizzate come normale vetro ricotto, tuttavia mostrano una scarsa qualità del processo produttivo del materiale proveniente dal forno di fusione. In situazioni di necessità, se si è in grado, è possibile tentare sul materiale a rischio il procedimento per ottenere del vetro indurito soft hardned, meno interessato alle rotture per inclusione, se il prodotto finito non sarà particolarmente sollecitato e soprattutto se l'indurimento sarà realizzato nel rispetto della normativa (distribuzione corretta delle tensioni), ben lontani dallla situazione di "cattivo temperato", scarsamente tensionato, che solitamente viene prodotto al posto dell'indurito secondo le norme..  

Frammentazione per inclusione NiS (pannello fotovoltaico)

Lastra stratificata con rottura dello strato con presenza solfuro

Le immagini precedenti mostrano la frammentazione di tre differenti tipologie di lastre in ciascuna delle quali è evidente il punto di partenza della rottura che si trova nella mezzeria dei due frammenti più grandi. Partita la rottura, la dimensione generalizzata degli altri  frammenti rispetta il livello di tensionamento della lastra ed è evidente che una tempera eccessiva, non perfettamente bilanciata e distribuita, aumenta la rischiosità legata alla posizione della inclusione che diviene massimamente pericolosa quando si viene a trovare proprio nella zona interna centrale dello spessore che solitamente e la parte delle lastre che si raffredda per ultima, quindi certamente in trazione. L'energia elastica accumulata viene scaricata a livello puntuale come se si tagliasse una molla e parte la rottura.La selezione del materiale a rischio, quando richiesta dal Cliente nel rispetto di capitolati di fornitura, può essere effettuata mediante HST test che consiste in un trattamento termico di maturazione accelerata, in ambiente a temperatura controllata, che provoca la rottura delle lastre in cui sono presenti le inclusioni in zone pericolose.

La presenza del solfuro di nichel in zone non pericolose (aree compresse) non induce rottura pur costituendo un elemento destabilizzante in particolari condizioni di stress meccanico, quindi l'HST test non individua le lastre esenti dalla presenza di solfuro, ma solo quelle a minore rischio di rottura.

Diagramma tempo - temperatura

Resta da raccomandare un uso consapevole del test HST (quando è correttamente realizzato) poichè il riscaldamento riduce il livello medio delle tensioni delle lastre che sopravvivono restando integre, ma le stesse risultano meno resistenti del materiale che non è stato sottoposto al trattamento nel forno HST. Occorre quindi valutare le nuove caratteristiche raggiunte dalle lastre, che sono state riscaldate, in funzione delle sollecitazioni cui saranno sottoposte durante l'uso per garantire sempre le condizioni di sicurezza dei manufatti.

FORNI PER IL RISCALDAMENTO DEL VETRO

Lo studio del riscaldamento del vetro rappresenta un utile esercizio per la comprensione dei mutui contributi energetici. Ogni forno trasferisce calore alle lastre di vetro a seconda della tipologia di impianto cui appartiene ed è quindi più o meno adatto a fornire il riscaldamento dedicato alle caratteristiche chimiche e fisiche della materia prima ed alle prestazioni che si intende raggiungere.

L’elemento di contaminazione tra le varie categorie di impianti è costituito dalla possibilità di influire sui parametri che regolano le componenti energetiche, ossia quanto la regolazione può ridurre le asimmetrie strutturali ed approssimare il riscaldamento alla distribuzione voluta.

Molto sinteticamente si indica nella variazione  del volume specifico e della rigidezza in funzione della temperatura le cause principali delle rotture e delle difettosità ottiche e di sagoma.

I forni di riscaldamento del vetro possono essere classificati a seconda di:

1)      Tipologia di funzionamento     

1)          continuo

2)          a lotti

-   a cassone (muffola)

-   a camere  rotanti (cassoni inseriti in un carosello)

2)      Tipologia movimentazione del pezzo

           1)          avanzamento continuo in linea

2)          avanzamento oscillante (in ciascuna delle camere di riscaldamento attraversate in sequenza)

           3)          la carica resta ferma nella camera di riscaldamento (muffole statiche)

           4)          la carica resta ferma nella camera che si muove tra differenti stazioni di riscaldo

3)      Numero delle camere

           1)          monocamera

           2)          pluricamera (in serie o in parallelo)

4)      Metodica della somministrazione di energia

           1)           irraggiamento

           2)          convezione (naturale e/o forzata)

           3)          conduzione (attraverso superfici di appoggio)

           4)          mista, con differenti percentuali tra i tre modi precedenti

5)      presenza di un piano rulli di supporto

           1)          forni orizzontali o sub orizzontali

6)      presenza di sistemi di sospensione con pinzatura

           1)          forni verticali o subverticali

7)      Presenza di attrezzature che partecipano al sostentamento

           1)          Anelli e/o squelette

           2)          Sistemi di galleggiamento su cuscino d’aria

8)      Presenza di attrezzature che partecipano alla curvatura
            1)     Maschi di pressa, materiali di interfaccia, etcc..

Riscaldamento

Il vetro viene riscaldato dall’esterno verso l’interno con somministrazione di energia che lo raggiunge secondo i consueti meccanismi:

Convezione (fluidi caldi in movimento che scambiano energia con le superfici)

Irraggiamento (radiazioni di determinata lunghezza d’onda che provengono dalle sorgenti calde e che possono anche penetrare all’interno quando il vetro è già caldo)

Conduzione (l’energia si trasmette sfruttando il contatto fisico tra elementi a differente temperatura – all’interno dello stesso vetro o tra vetro ed elementi solidi con cui è a contatto)

Il vetro è sempre in equilibrio termico tra l’energia che riceve (dalle parti calde) e quella che perde; ricordo che modifica la sua risposta all’infrarosso al variare della sua temperatura. Sinteticamente possiamo dire che il riscaldamento è affidato alla conduzione (conducibilità termica) e interessa le superfici esterne procedendo  successivamente verso l’interno della lastra (diffusività termica).

L’irraggiamento può, in certi casi, interessare direttamente le porzioni interne e la temperatura risultante è la somma dei contributi ricevuti durante il percorso.

FORNI CONVETTIVI PURI

Il riscaldamento avviene al 70 – 80% per convezione (l’irraggiamento è circa il 20%, ma interessa la fase finale).

VANTAGGI	SVANTAGGI
Non sono presenti sorgenti ad alta temperatura (>650 C°).	possono sorgere problemi di tempera per gli spessori maggiori (con cicli corti)
Sono scaldate preferenzialmente le superfici esterne del vetro (bene/male).	La regolazione non è intuitiva (i moti del fluido dipendono da molti fattori)
Il riscaldamento è indipendente dal tipo di vetro (colore) e risente poco di coating basso emissivo.	È difficile realizzare e mantenere differenze locali di temperatura e la progettazione è complessa
Il riscaldamento avviene più rapidamente che in un forno radiante puro.	Pericolosità dell’impianto e difficoltà per apportare modifiche successive.
La qualità della superficie è migliore (temperature più basse).	Grande influenza per apertura della porta e regolazione del camino.
La lastra tende ad essere più controllabile durante la deformazione (centro freddo)	Difficoltà nell’inserimento di schermi e problemi di scambio termico su stampi chiusi (rete).
Basso costo dell’energia se gas metano	Inerzia termica (se presenti refrattari pesanti).

FORNI RADIANTI

-        Esiste una componente convettiva bassa (0,5 – 10%)

-        Inizialmente il riscaldamento interessa le superfici inferiori (80% dai rulli)

-        A vetro caldo, in presenza di sorgenti ad alta temperatura, la radiazione penetra direttamente all’interno (vetro trasparente all’IR verso Hf se vetro chiaro)

VANTAGGI	SVANTAGGI
Facilità di regolazione e funzionamento immediatamente controllabile visivamente	Complicazioni nella logica di regolazione che deve essere ben progettata e quindi costosa
Possibilità di ottenere zone ristrette a differente temperatura (dimensione delle resistenze)	Alto costo energia.
Ripetitività nei cicli e facilità di asservimento a computer di controllo (dati e controllo processo)	Critico se le resistenze sono distanti tra loro e il vetro è fermo
Le schermature possono essere inserite facilmente ed agiscono con le leggi dell’ottica	Tendenza a spanciare la sagoma al centro su stampi ad anello
Facilità di inserimento di resistenze aggiuntive o modifiche	Difficoltà nel riscaldamento vetri coated o impossibilità per particolari caratteristiche
Bassa inerzia termica di tutto il forno che dovrebbe essere veloce nelle variazioni di temperatura se costruzione leggera.	Differenza nei tempi di ciclo a seconda delle caratteristiche del vetro (colore etcc..)
Facile sbilanciamento sopra/sotto	Pericolosità dei punti caldi (resistenze a 850 C°)

FORNI A GAS

Sono costituiti da camere in pressione, solitamente di due tipi:

-        Puramente convettivi (il vetro vede esclusivamente il mix aria - prodotti della combustione a Max 650 C° ) - NO sorgenti calde localizzate!

-        Convettivi / radianti (il vetro vede fluido caldo, la tazza del bruciatore e la fiamma diretta) in questo caso sono possibili riscaldamenti localizzati.

CONVEZIONE FORZATA NEI FORNI ELETTRICI A RISCALDAMENTO MISTO

• Forno con riscaldamento radiante convettivo nativo.

Il tetto presenta ugelli discreti per la mandata di aria in pressione che attivano i moti della atmosfera riscaldata interna al forno.

• Forno con riscaldamento radiante nativo, modificato con aggiunta successiva di un sistema di ugelli per convezione forzata.

All'interno del forno sono presenti tutti i meccanismi di trasmissione del calore, la regolazione in percentuale tra di essi modifica gli effetti e i tempi necessari ad ottenere il riscaldamento preferito della massa di vetro. Esaminiamo il riscaldamento convettivo e le prime considerazioni vanno fatte sulla quantità di aria, sui punti di iniezione e distanza dalla superficie della lastra. In alcuni casi (vedi figura a fianco) il forno nasce con la convezione forzata già a bordo; gli ugelli di distribuzione dei getti di aria (frecce viola) sono integrati nel tetto e le condotte di alimentazione della aria compressa non ostacolano la radiazione diretta delle resistenze di Kantal. Talvolta invece l'impianto di convezione forzata è aggiunto ad un forno preesistente e per questo motivo può costituire un problema in più nella gestione del forno agendo con schermature fisse tra vetro e elementi radianti.Occorre ricordare che ogni impianto possiede delle prerogative e limiti propri la cui conoscenza permette le ottimizzazioni necessarie a processare le lastre in maniera corretta. Ogni impianto infatti può rendere al massimo solo conoscendone le prestazioni nascoste e integrandole con il vetro in lavorazione.

I depositi conduttivi, riflettenti e filtranti oggi presenti sulla maggior parte delle lastre modificano grandemente la risposta del vetro alla modalità del riscaldamento cui è sottoposto e non è più possibile agire soltanto sui parametri tempo e temperatura dei forni tradizionali. La convezione forzata attiva un contributo addizionale, abbastanza indipendente dalle caratteristiche dei coating superficiali che a contatto con l'aria calda si riscaldano a loro volta e trasmettono energia per conduzione agli strati interni della lastra.

Nel grafico seguente si rappresenta per una lastra di spessore 5mm l'andamento teorico delle temperature di superficie (sup e inf) e mid plane, con il delta tra bottom e upper che fornisce indicazioni sulla deformazione assunta.

La distribuzione delle temperature reali dipende dalla situazione incontrata dalla lastra in quel forno in quel momento con quelle regolazioni e diverge grandemente dall'andamento teorico che comunque è un buon punto di partenza per comprendere cosa accade nelle prime fasi del riscaldamento in un forno a rulli.

Distribuzione temperature