Por que as janelas de vidro quebram durante incêndios?

O Fogo provoca o aquecimento não uniforme do vidro. Isso resulta em estresse térmico no material, o que causa a quebra das janelas de vidro.

Todos nós gostamos de filmes de ação, especialmente aqueles clímax de tirar o fôlego, em que uma torre gigantesca está em chamas e os pedaços de vidro quebrados chovem do céu. Infelizmente, nenhum sinal do herói, mas, finalmente, depois que os estilhaços de vidro silenciam, o herói sai em pé.Por mais dramática que a cena possa parecer, há uma pitada de realidade nela. A quebra de vidro devido ao fogo não é apenas um pedaço da mágica do cinema, mas também ocorre na vida real. Incidentes infelizes, como incêndios em compartimentos, são conhecidos por causar a quebra de vidros.

Por que o vidro se quebra durante um incêndio?

As aberturas ou as janelas nas paredes de uma sala em chamas desempenham um papel fundamental na propagação do fogo. As janelas são as partes do edifício que geralmente têm menos resistência ao fogo, em comparação com as paredes. Durante um incêndio crescente no compartimento, há um aumento na temperatura dentro da sala. A quebra das vidraças ocorre devido ao aquecimento não uniforme causado pelo fogo.

A vidraça não está sujeita ao calor uniforme do fogo do compartimento. A região do painel que mais sucumbe ao aquecimento é a região central. Como resultado, o centro do painel fica mais quente do que o resto. Assim, as ondas de calor do fogo criam um ‘gradiente de calor’ ao longo da dimensão plana do painel. Diferentes regiões do painel de vidro experimentam aquecimento diferencial, razão pela qual isso é chamado de aquecimento não uniforme.

Existem vários fatores que levam ao “aquecimento não uniforme” do vidro. Isso será discutido em breve.

Janela quebrada devido a um incêndio (Crédito da foto: Ron Frank / Shutterstock)

Como o vidro quebra devido a um incêndio?

As janelas de vidro são encaixadas em molduras, e a espessura da moldura é maior em comparação com a vidraça. Durante um incêndio, há um intenso fluxo de calor que é repentinamente experimentado em um lado de uma vidraça. Como resultado, há um gradiente térmico nítido criado em toda a espessura do painel.

O rápido aquecimento causado pelo fogo é chamado de ‘choque térmico’, enquanto o gradiente profundo criado é chamado de ‘estresse térmico’. O estresse térmico faz com que o painel se quebre.

A espessura da moldura é maior do que a do painel. Durante um incêndio, o estresse térmico é focado na região central da vidraça, e o fogo transfere o calor térmico como radiação térmica para a vidraça. As bordas / aros são protegidos da radiação e do aquecimento por convecção. As bordas perdem energia / calor na estrutura por condução através do painel.

Como resultado, o calor concentrado na região central do vidro faz com que ele se expanda. Embora as bordas do painel sejam relativamente mais frias, isso induz tensão no material. Este gradiente de deslocamento é conhecido por causar a quebra do vidro.

Ilustração de um gradiente de temperatura levando ao estilhaçamento do vidro

Mesmo em casos de aquecimento uniforme, ou quando a janela de vidro sofre uma carga térmica uniforme, os lados / painéis do vidro permanecem relativamente mais frios. Isso ocorre porque o calor das laterais se dissiparia nas molduras das janelas mais grossas, deixando as laterais frias.

O estilhaçamento do vidro ocorre antes da quebra. As rachaduras se originam nas laterais do vidro embutidas nas molduras. O tempo entre o vidro quebrar pela primeira vez e quebrar completamente depende do tipo de vidro e da natureza do fogo.

Rachadura proveniente da borda da janela (Crédito da foto: cunaplus / Shutterstock)

Fatores que afetam a quebra do vidro:

Nem todas as janelas de vidro quebram na mesma temperatura. Diferentes tipos de vidro têm diferentes capacidades de resistência térmica.

(1) Espessura da vidraça.

A espessura do vidro é um fator importante que afeta a quebra do vidro. Vários experimentos foram conduzidos a fim de compreender a relação entre a espessura do vidro e o estresse térmico. Asseguintes observaçõesforam feitas:

(2) Tipo de vidro

O tipo de vidro no contexto também faz a diferença.

O vidro plano usado em edifícios comerciais foi testado quanto à sua resistência térmica. Vidro plano de 6 mm de espessura quebrou quando exposto a umfluxo de calorradiante de 23 kW m-2 . O tempo que levou para quebrar foi de 7 minutos.

Verificou-se que o vidro temperado se estilhaçou completamente após o estalo inicial. No entanto, não se sabe que a rachadura inicial ocorre até que o vidro seja exposto a temperaturas muito altas. Umvidro temperado de6 mm de espessura exigia cerca de 330–380ºC para rachar, enquanto para vidro de 10 mm de espessura, era cerca de 470–590ºC.

Vidros plásticos usados ​​em veículos de transporte e prédios escolares exigiam uminfluxo de calor de 26 kW m-2para rachar.

(2) Tipo de estrutura

O material da moldura da janela também é conhecido por ter um efeito significativo na quebra de vidro causada por incêndios. Estudos demonstraram que as janelas com moldura de vinil sucumbiram aos danos iniciais. A estrutura foi danificada quando os fluxos de calor aumentaram para afaixa de 8 a 16 kW m-2.

Estudos posteriores mostraram que o vidro das janelas com moldura de alumínio sobreviveu melhor a incêndios do que as janelas com moldura de madeira tradicionais.

Além dos aspectos acima mencionados, fatores como tamanho da janela, saídas de calor, revestimento de vidro, padrões de sombreamento, defeitos de vidro e gradiente de temperatura planar também são conhecidos por afetar a quebra do vidro devido a incêndios. Esses fatores ainda estão sendo estudados e analisados.

Vários fatores que afetam o estresse térmico

Por que é necessário estudar a resistência térmica do vidro?

Embora essa discussão possa parecer fútil para nós, é da maior prioridade para muitas pessoas. A quebra de vidros durante incêndios em compartimentos é um problema crítico, pois as janelas atuam como obstáculos antes da quebra e como respiradouros ou aberturas após a quebra.

A ciência do fogo é muito importante na mecânica da fratura. É crucial nos setores de construção de máquinas e engenharia civil. Para que modelos de incêndio sejam usados, respiros e aberturas de incêndio devem ser investigados. Conseqüentemente, a quebra do vidro e sua resistência têm sido de grande interesse para modeladores de fogo. O conhecimento das saídas de incêndio, respiradouros e janelas torna-se importante para evitar acidentes.

Mesmo quando se trata de automóveis, a resistência do vidro utilizado é cuidadosamente analisada. Esses contextos e muitos outros deram origem a uma série de experimentos teóricos, empíricos e práticos sendo realizados a fim de estudar a capacidade de resistência ao fogo do vidro.

Referências:

1. Fire Safety Science Journal
2. Fire Science and Technology Inc
3. Journal Of Fire Protection Engineering
4. Fire Technology Journal
5. Diário de Fogo e Materiais
6. Universidade de Washington