Quanto descritto di seguito si riferisce
a lastre di vetro di dimensione medio grandi (es. 2800x1700 nello spessore 4mm)
ed anche ad altri spessori e dimensioni tenendo presente che in un forno
a carica oscillante l'ampiezza della camera di riscaldamento può essere occupata da una lastra di piccola dimensione che si muoverà per tratti lunghi e poche soste tra i punti di inversione del moto che cambieranno a seconda delle dimensioni della
carica, dando luogo a differenze consistenti nel riscaldamento. L’elemento di
partenza è la costruzione della ricetta termica da impostare
con i valori dei set point delle varie zone da cui dipende il flusso dell’energia che si distribuisce nella massa del vetro punto per punto innalzandone
la temperatura. 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 in corrispondenza di aree limitate adiacenti che individuano zone a
diverse temperature. Quando esistono differenze locali di temperatura prodotte
dai vari meccanismi di trasmissione del calore e dalla loro regolazione, e sono
rappresentative di una situazione a regime, sono responsabili di situazioni
tensionali prima e dopo la tempera. Tali differenze vengono attenuate ed 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. Se le asimmetrie nelle sorgenti del riscaldamento
restano immutate l’adeguamento dovuto alla sola 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 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 un profilo di 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 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 se le alte
temperature trovano nel passo rulli elevato una concausa per la creazione di deformazioni
flessionali ripetute a distanza costante.
Quindi occorre determinare la risposta
del vetro verificando la bontà della distribuzione delle temperature generate
dalle regolazioni che rispondono alla logica di progetto (PDI - proporz. deriv. integr., posizione
termocoppie etc.) e conviene partire da approssimazioni tradizionalmente in uso
negli impianti radianti, scegliendo un tempo di riscaldamento standard di
circa 40s per ogni mm di spessore della lastra. Successivamente si impostano le
temperature del tetto e della suola tali da mostrare un colore rosso arancione
(non molto luminoso) degli elementi radianti verificando che in assenza di
vetro il colore sia omogeneo. Eventuali luminosità locali concentrate o zone più scure possono
dipendere da errori software, SCR rotti, da problemi delle termocoppie
(risposta o posizione) o da differente dissipazione dei resistori. Occorre
cercare di eliminare le cause di difformità non volute, soprattutto se appaiono
in maniera sistematica mantenendo le differenze anche nel corso del
riscaldamento quando si carica il vetro.
La tempera deve essere impostata in
modo da alimentare le soffianti alla stessa pressione con ugelli che si trovano
alla stessa distanza dalle 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 i falsi rulli di
bilanciamento, disposti volutamente per penalizzare lo scarico delle soffianti
superiori, sono causa di 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 scarico 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 dello
scarico e non solo della distanza dal vetro.
La convezione forzata svolge un duplice
ruolo; modifica del rapporto tra le temperature superiore e inferiore
permettendo di variare 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 che incrementa le temperature della superficie superiore del vetro (quando
proviene solo dal tetto); 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 il riconoscimento delle zone meglio e
peggio temperate. Tenendo da parte 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 il vetro
sottoposto a tempera successiva tenderà ad avere un comportamento come quello di una 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.
