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.

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