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MATɒIA TECNOLOGIA: Vidros Eletrocr�os - Vidros que mudam de Cor - Mat鲩a Publicada em 01/09/2004 - |
Vidros eletrocrômicos - Vidros que mudam de cor
Estudos sobre
o desempenho de vidros eletrocrômicos estão
sendo realizados em parceria entre escolas da Universidade
de São Paulo (USP).
Veja o que são e como funcionam as janelas eletrocrômicas,
em artigo dos professores Rosana Caram e Eduvaldo Sichieri,
do Departamento de Arquitetura e Urbanismo da Escola de
Engenharia de São Carlos, e Agnieszka Pawlicka,
do Instituto de Química de São Carlos.
Figura 1 - Esquema de
janela eletrocrômica
1. e 7. Vidro 2.
e 6. Condutor transparente 3.
Reservatório
de íons 4. Eletrólito
5. Filme eletrocrômico
O uso indiscriminado de grandes
áreas transparentes em fachadas, sem elementos
de proteção solar, tem sido questionado,
principalmente devido aos problemas gerados pelo excessivo
ganho de calor que ocorre através dessas
superfícies. Algumas variáveis de projeto,
tais como a orientação geográfica
e as características óticas dos materiais
especificados (vidros e policarbonatos), podem implicar
significativo acúmulo de densidade de energia
no interior das edificações, traduzindo-se
em desconforto térmico e mesmo visual
para os usuários. Obviamente, com decorrências
diretamente relacionadas ao consumo energético
necessário para o condicionamento ambiental das
mesmas.
O envelope de uma edificação pode ser
interpretado como uma barreira entre as condições
externas e as internas, sobre as quais não se
tem controle imediato. Uma das funções
do bom projeto arquitetônico é promover
o controle das condições ambientais internas,
funcionando o envoltório da edificação
como filtro que exclua as ocorrências indesejáveis
do ambiente externo e aproveite as benéficas.
A radiação solar é uma delas:
pode vir a ser muito benéfica, quando bem aproveitada,
como também pode ser especialmente indesejável
em determinadas condições.
Do ponto de vista do conforto ambiental, a radiação
solar relaciona-se diretamente ao conforto térmico
e visual nas edificações, sendo a janela,
com suas superfícies transparentes, a parte do
envelope que pode permitir facilmente seu ingresso no
ambiente interno.
Atento a essa questão, o mercado tem proposto
soluções técnicas alternativas,
tais como os vidros coloridos, os termorrefletores,
os filmes de controle solar, as micropersianas, as janelas
de caixilhos duplos e triplos, vidros dicróicos
e, mais recentemente, os vidros eletrocrômicos.
As opções hoje disponíveis para
fechamentos transparentes apresentam características
fixas quanto à transmissão para a radiação
solar, pois são dependentes de seu processo de
fabricação e de sua coloração.
Portanto, o usuário não pode interferir
na transparência de sua fachada.
Janelas inteligentes, desenvolvidas a partir
de vidros eletrocrômicos, proporcionam aos usuários
a possibilidade de interferência, uma vez que
o vidro eletrocrômico apresenta características
distintas de transmissão à radiação
solar, quando polarizado ou despolarizado. Dessa maneira,
pode-se minimizar o consumo de energia de uma
edificação, com a racionalização
do uso de sistemas de ar condicionado e de iluminação
artificial, considerando que, ao longo do dia, o usuário
vai definir quando permitirá ou não a
passagem da radiação solar.
Janelas eletrocrômicas
Fotos de janelas eletrocrômicas,
inteiras (acima)
e em display (abaixo)
Mas o que são e como funcionam as janelas eletrocrômicas?
O termo 쥴rocrômicoಯvém da junção
de duas palavras, ⾥letro襬etricidade) e ⾣rômico튠 (relativo à cor). Portanto, os dispositivos eletrocrômicos
representam a aplicação prática
do fenômeno de eletrocromismo, que, por definição,
implica uma mudança reversível de coloração,
ocasionada pela aplicação de uma diferença
de potencial ou corrente elétrica.
Os dispositivos eletrocrômicos apresentam a estrutura
de sanduíche, composta por filmes finos (por
exemplo: WO3 e CeO2-TiO2)
que mudam sua coloração conforme a aplicação
de potencial elétrico nos seus condutores eletrônicos.
São formados por cinco filmes finos prensados
entre dois substratos de vidro
(figura
1). O dispositivo é constituído
de dois condutores iônicos, usualmente feitos
de óxido de estanho dopado com indium ITO; um
filme fino eletrocrômico; eletrólito (condutor
iônico); e um reservatório de íons
de lítio ou hidrogênio. O fenômeno
de mudança de coloração
está ligado à inserção
de íons de lítio (Li+) ou hidrogênio
(H+) que vêm da camada de eletrólito para
a camada de filme eletrocrômico, geralmente formado
por óxidos de tungstênio, nióbio
ou vanádio. No caso, por exemplo, de óxidos
de tungstênio e nióbio ocorre brusca mudança
de coloração, passando de quase transparentes
(transmissão de 80%) para azul-escuro (transmissão
de 10%) .
Devido à aplicação de potencial
ou corrente elétrica, os dispositivos eletrocrômicos
mudam a sua coloração, pois quando
estão desativados encontram-se no estado incolor,
e quando ativados passam a apresentar determinada coloração.
As colorações obtidas com os vidros eletrocrômicos,
quando ativados, são azul, verde, amarelo, vermelho
e cinza. Não estão apresentados na tabela
todos os materiais possíveis de ser utilizados,
mas são essas as cores obtidas
(ver
tabela).
Tabela: materiais eletrocrômicos
e
as colorações obtidas a partir de seu uso
A construção/montagem de uma janela eletrocrômica
pode privilegiar um tamanho maior ou ocorrer
em pequenas partes compostas, que podem operar de modo
independente, constituindo dessa maneira um display.
Atualmente, já é possível construir
uma janela eletrocrômica (no tamanho maior) de
até um metro quadrado.
Essas mudanças de coloração, através
da polarização e dependendo do filme eletrocrômico
utilizado, filtrarão de maneira seletiva
a radiação solar, podendo atenuar o
ingresso de raios infravermelhos na edificação.
Estes representam cerca de 52% do total da radiação
solar, cuja entrada no interior da edificação
é altamente indesejável no verão
e, por vezes, desejável no inverno. Se for necessário
ou adequado o ingresso da radiação infravermelha
no inverno, a janela deve permanecer no estado
despolarizado e, portanto, incolor e transparente.
Caso a situação exija a atenuação
da passagem de calor (infravermelho), o dispositivo
eletrocrômico deverá ser ativado.
Esse controle deve ser acionado pelo usuário
ou, preferencialmente, por sistemas automatizados
incorporados ao edifício, implicando grande
economia no consumo de energia.
Como já mencionado anteriormente, a questão
de redução de consumo de energia
preocupa os governos, não somente no Brasil,
mas também em outros países. O Departamento
de Energia, da Universidade de Berkeley, tem
conduzido estudos em grande escala que comparam a performance
de sistemas de janelas eletrocrômicas com os de
janelas estáticas, considerando também
o sistema de iluminação. O uso diário
de energia para iluminação foi de 6% a
24% menor para as janelas eletrocrômicas. As janelas
apresentavam índice de transmissão de
11%.
Os dispositivos eletrocrômicos, na forma de janelas
eletrocrômicas inteligentes, consistem numa nova
e moderna opção para arquitetura.
A modernidade desses sistemas se deve a sua possibilidade
de conexão aos sistemas de controle dos edifícios,
permitindo a interatividade por meio do usuário
ou por parâmetros ambientais relacionados ao interior
da edificação, predefinidos, como níveis
de iluminação e temperatura interna. Ou
seja, pode-se preestabelecer que, ao se atingir determinada
temperatura ou nível de iluminação,
o dispositivo eletrocrômico seja automaticamente
ativado, permitindo, com isso, a racionalidade e a possibilidade
de redução no consumo de energia.
Vista do interior do apartamento testado durante um dia nublado.
As janelas eletrocrômicas
estão no seu estado transparente sob condições
de luz difusa (acima).
Com a entrada do sol, as janelas são automaticamente
ativadas e ficam coloridas (abaixo)
Vale lembrar que os vidros eletrocrômicos possuem
memória. Isso significa que com a aplicação
de um a cinco volts obtém-se a mudança
de coloração; para descolorir o vidro
basta inverter a polaridade dos eletrodos. O tempo de
memória implica o período em que o vidro
eletrocrômico permanece colorido depois
de cessada a aplicação de voltagem. Pode
ser muito longo, atingindo de 12 a 24 horas, o que é
conveniente para as fachadas, pois o sistema pode permanecer
ativado durante o período do dia que se fizer
necessário.
Estudos sobre o desempenho de vidros eletrocrômicos
têm sido realizados pelo Instituto de Química
da USP (IQSC), em parceria com o Departamento de
Arquitetura e Urbanismo da Eesc/USP, em São
Carlos.
Artigo de Rosana
Caram,
Eduvaldo Sichieri e Agnieszka Pawlicka
Publicado originalmente em FINESTRA
Edição 35 Dezembro de 2003
