نقش اختلاف ارتفاع در میزان تزریق گاز آرگون در شیشه های دوجداره

در این نوشته می خواهیم به نقش اختلاف ارتفاع در میزان تزریق گاز آرگون در شیشه های پنجره دوجداره بپردازیم. همانطوری که می دانید با افزایش ارتفاع از سطح دریا میزان فشار هوا کاهش می یابد.

یعنی در مناطق ساحلی فشار هوا بالاست و در مناطق کوهستانی و مرتفع میزان فشار هوا پایین می باشد. همین اختلاف فشار باعث شکست شیشه دوجداره به صورت خود به خودی می گردد. با ما هماره باشید در بررسی میزان تزریق گاز آرگون در شیشه دوجداره و نتایج آن.

شیشه های دوجداره از ساختار خاصی متشکل شده است که از دو لایه شیشه تشکیل شده است که این دو لایه در دو طرف یک فریم فلزی (اسپیسر) قرار گرفته اند. بین دو شیشه، فضایی قرار دارد که آن را با گاز یا هوایی پر کرده اند و هیچگونه ارتباط با فضای بیرونی ندارد به بیان دیگر محبوس شده است.

( بر عکس تصور غلطی که بین دولایه شیشه خلاء می باشد.) طبیعی است که فشار هوا یا گاز داخل شیشه دوجداره ، بافرض ثابت بودن دما، دقیقا برابر است با فشار هوای محیطی که شیشه دوجداره در آنجا تولید شده است.

چرا  میزان تزریق گاز آرگون در شیشه های دوجداره مهم است ؟

در صورتی که شیشه دوجداره در محلی نصب گردد که به علت اختلاف ارتفاع، فشار هوا در آن متفاوت باشد آنگاه امکان دارد در ظاهر شیشه مشکلاتی به وجود آید همچنین امکان آسیب به استحکام و دوام محصول نیز وجود دارد که در اینجا قصد داریم به علت این موضوع پرداخته و به روش های مقابله با آن نیز بپردازیم:

فشار جو:

فشار هوا (جو) نیرویی می باشد که در هر نقطه بر حسب وزن ستونی از هوا که در بالای آن نقطه وجود دارد، بر سطح وارد می شود. میزان فشاری که در سطح آب ها و دریای آزاد قرار دارد حدود 1 کیلوگرم در سانتی مربع می باشد.

در صورتی که ارتفاع سطح زمین بیشتر گردد، با توجه به کاسته شدن ارتفاع ستون هوای قرار گرفته در بالای سطح، فشار جو نیز کمتر می شود.

فشارسنج (بارو متر جیوه ای) ابزاری می باشد که به وسیله ی آن فشار هوا سنجیده می شود و واحد آن میلی بار می باشد. فشار هوای گرم در ظرف در بسته بیشتر می باشد به دلیل آن که دمای جنبش مولکولی با افزایش دما، افزایش پیدا کرده و برخورد آن با دیواره ی ظرف بیشتر می شود.

(این حالت زمانی است که ظرف دربسته باشد و در حجم ثابتی قرار داشته باشد.) اما در صورتی که دما بیشتر شود آنگاه فشار هوا نیز کاهش می یابد. زیرا با افزایش دما تراکم مولکولی کم و تعداد ضربات کاهش می یابد.

جو زمین مخلوطی از گازهای متفاوت با نسبتهای مختلف (عمدتا نیتروژن واکسیژن )می باشد که گرداگرد زمین را فرا گرفته است . در حقیقت روی هر نقطه از زمین ستونی از هوا قرار گرفته است که وزن خود را به آن نقطه تحمیل می کند .

در یک فضای آزاد نیروی وزن این ستون هوا را به فشار جو تعبیر می کنیم . طبیعی است که هر چه از سطح زمین بالاتر برویم از طول این ستون هوا کاسته می شود وطبیعتا وزن وفشار آن کاهش می یابد وبر عکس هر چه ارتفاع منطقه ای پائین تر باشد با استدلال مشابه می توان انتظار فشار بیشتر را داشت.

به عنوان یک شاخص پایه برای فشار جو ، سطح آزاد دریا در عرض جغرافیایی 45 درجه به عنوان مبنا انتخاب شده است. در شرایط تعریف شده این مقدار فشار هوا تقریبا برابر با 760 میلمتر جیوه یا 1 اتمسفر ویا تقریبا 1 بار می باشد.

برای آنکه بخواهید بزرگی این مقدار فشار را بدانید تنها باید بدانیم این مقدار معادل قرار دادن یک وزنه یک کیلوگرمی روی یک سطح یک سانتیمتر مربعی یا قرار دادن یک وزنه 10 تنی روی سطحی به اندازه یک متر مربع می باشد.

حال سوالی که در اینجا مطرح است آن است که با وجود چنین فشاری، چگونه جسم شکننده ای مثل شیشه خرد و شکسته نمی شود.
فشار جو ساکن به علت سیال بودن هوا فشار هیدرواستاتیک است . به تعبیر ساده ترفشار جو فقط در جهت قائم و از بالا به پائین وارد نمی شود بلکه در تمامی جهات به اجسام نیرو وارد می کند وبرآیند این نیروها صفر است .

اثر اختلافات ارتفاع بر کیفیت شیشه دوجداره

این بدین معنا می باشد که نیرویی که بر اثر فشار جوی به سطحی مانند شیشه وارد می گردد از بالا و پائین مقدار برابر دارد و این دو نیرو خاصیتی دارند که اثر یکدیگر را خنثی می کنند.

بنابراین جسمی مانند شیشه که دارای انعطاف پذیری بسیار بالایی می باشد، خمش زیادی دارد، در شرایط عادی کاملا تخت باقی خواهد ماند.
بيشترين فشار هوا در کنار درياهاى آزاد و کمترين فشار هوا در مرتفع‌ترين مناطق وجود دارد.

در فرآیند دوجداره کردن شیشه ها ، هوای محبوس داخل شیشه به طور طبیعی فشاری برابر فشار محیط تولید را دارد .به طور مثال فرض کنیم فشار مطلق محیط برابربا 1 اتمسفر یا 1 بار می باشد.

در این صورت فشار درونی شیشه دوجداره هم 1 بار خواهد بود و با توجه به آن که شیشه کاملا آب بندی شده می باشد با فرض ثابت بودن دما فشار هوای داخل برای همیشه 1 بار باقی خواهد ماند.

در شرایطی که شیشه دوجداره در کارخانه به مرحله ی تولید رسیده است ایده آل است و سطح آن نیز کاملا تخت و موازی خواهد بود.

حال باید در نظر گرفت اگر این شیشه در محلی تولید گردد که سطح اختلاف ارتفاع آن بیشتر از 1000 متر نسبت به ارتفاع کارخانه محل تولید باشد آنگاه چه مشکلاتی برای آن به وجود خواهد آمد.

همان گونه که قبلا ذکر کردیم با افزایش ارتفاع ، فشار جو کاهش می یابد . محاسبات نشان می دهند که به ازاء هر 100 متر اختلاف ارتفاع ، تقریبا 2/1 کیلو پاسکال یا تقریبا 120 Kg .f / m² از فشار جو کاسته می شود.

به عبارت دیگر تصور یک وزنه 10 تنی روی سطح یک متر مربعی در سطح دریا را باید با تصور یک وزنه 9880 کیلوگرمی در ارتفاع 100 متری یا یک وزنه 8800 کیلوگرمی در ارتفاع 1000 متری عوض کنیم .

زیرا همانگونه که توضیح دادیم فشار داخل شیشه برابر فشار جو محل تولید شیشه باقی خواهد ماند. چنین شیشه ای را شیشه دو جداره فشار مثبت می گویند.

شیشه های فشار مثبت رو به خارج متورم می شوند وسطوح شیشه ای دیگر تخت نیستند و محدب می شوند . میزان نغییر شکل شیشه علاوه بر اختلاف فشار فضای داخل با فشار جو به ابعاد ، ضخامت وشکل هندسی شیشه نیز وابسته است .

هر چه ابعاد شیشه بزرگتر باشد این تغییر شکل بزرگتر می شود .

همچنین در صورت که شیشه دوجداره ضخامت کمتری داشته باشد آنگاه بیشتز مستعد تغییر شکل های بزرگ تر به نسبت شیشه های ضخیم تر می باشند.

محدب شدن سطوح شیشه اثر مستقیم فشار بیشتر گاز محبوس در درون شیشه دوجداره نسبت به فشار محیط میباشد.

اثرات محدب بودن شیشه های دو جداره

1- چنین شیشه ای ظاهری نامطلوب وموجدار خواهد داشت .بخصوص از بیرون ساختمان ناظران، تصاویر فضای روبرو در شیشه ها را موجدار ،ناپیوسته ودر ابعاد غیر واقعی خواهند دید.

2- لایه های شیشه محدب همیشه تحت تنش می باشند از همین روی مقاومت مکانیکی کمتری به نسبت یک شیشه دارند و در صورتی که ضربه ای به آن وارد گردد و یا دچار تنش حرارتی شود آنگاه امکان دارد زودتر از شیشه تخت شکسته شود.

حتی اگر مقدار اختلاف فشار بسیار زیاد باشد آنگاه امکان شکسته شدن شیشه بدون هیچگونه دخالت خارجی نیز وجود دارد و در بسیاری از مواردی که شاهد شکسته شدن شیشه ها هستیم به دلیل انتقال آن ها به مناطق دیگر در اثر اختلاف ارتفاع زیاد می باشد.

3- اگر میزان تغییر شکل شیشه ها زیاد باشد آنگاه امکان دارد چسب هایی که برای اتصال شیشه ها به اسپیسر مورد استفاده قرار می گیرند، مورد آسیب نیز قرار بگیرند.

عکس قضیه نیز کاملا صحیح است . یعنی اگر فرض کنیم محل تولید شیشه دو جداره در ارتفاع 1000 متری باشد وفشار جو برابر 8800 Kg .f / m² باشد و شیشه در محلی همسطح دریا وبا فشار جو یک اتمسفر یا 10000 Kg .f / m² نصب شود. شیشه دوجداره شرایطی مانند شکل زیر را پیدا می کند که آنرا شیشه فشار منفی می نامیم .

شیشه های فشار منفی عینا”تمام مشکلات شیشه فشار مثبت را دارند با این تفاوت که شیشه ها مقعر می شوند. به هر صورت چنین شیشه ای ظاهری نازیبا وموجدار ، از نظر مکانیکی ضعیف وچسبندگی احتمالا ناکافی (بین شیشه واسپیسر ) خواهد داشت .

میزان تزریق گاز آرگون در شیشه های دوجداره

راه حل برخورد با این پدیده فیزیکی چیست وچگونه باید از مشکلات آن پرهیز کرد ؟

در بعضی از مواقع، ساده ترین راه حل ها، بهترین آن ها هستند و ساده ترین راه حلی که برای این مشکل وجود دارد آن است که اختلاف فشار داخل شیشه و فشار جو نیز حذف شود. بدین معنا که در هنگام تولید شیشه دوجداره، تمهیداتی در نظر گرفته شود تا در هنگام نصب در آن محل نیز فشار داخلی شیشه دوجداره با فضای آزاد به تعادل برسد.

پس از آن که شیشه ها دوباره تخت شدند آنگاه دوباره فضای داخلی آب بندی می شوند. به این عمل نیز تنظیم فشار یا Airbalance گفته می شود.

راه حل دیگری در این زمینه وجود دارد و آن این است که سفارشات ارسالی به مناطق ساحلی که در آنجا فشار زیاد می باشد، تزریق گاز در آن به صورت کامل انجام می شود و همچنین در مناطق کوهستانی گاز کمتری به آن تزریق می گردد.

چرا گاز آرگون؟ نخست به این دلیل که بهبود‌ دهنده عایق صوتی و حرارتی است؛ دوم اینکه در شیشه‌ های رنگی یا رفلکس گاز آرگون اجازه اثرگذاری اکسیژن بر کیفیت رفلکسی شیشه را نمی‌دهد (معمولاً ماده رفلکس روی شیشه در مجاورت اکسیژن واکنش نشان داده و پس از مدتی خاصیت خود را از دست می‌دهد).

سرعت صوت در گازها نسبت به هوا کاهش پیدا میکند، به همین دلیل تزریق گاز آرگون علاوه بر اینکه عایق حرارتی میباشد ، عایق صوتی نیز می باشد.
گاز آرگون گازی است خنثی که با هیچ ماده ای ترکیب نمی شود به همین دلیل در بین دوجدار شیشه مانع از بروز واکنشهای شیمیایی خواهد شد.

امیدواریم نوشته “میزان تزریق گاز آرگون در شیشه های دوجداره ” توانسته باشد پاسخگوی سوالات شما در ارتباط با شیشه های دوجداره بوده باشد.