• Aquários Sobrinho

Por que motivo um aquário quebra ou descola

É bastante comum sempre ver notícias de aquários que descolam ou que quebram na internet. Os motivos que fazem um aquário descolar ou quebrar são muitos, mas se resumem em alguns pontos principais que serão apresentados no texto como a flexão excessiva do vidro, vidro inapropriado ou mesmo colagem errada.

por que um aquário quebra ou descola

De forma nenhuma esse texto tem como objetivo ditar normas de construção de aquários.

Esse texto apenas busca aprofundar em mais detalhes da construção e alertar as pessoas para grandes problemas que podem surgir ao se fazer um aquário e não dar a atenção necessária aos pontos críticos.


De fato, esse texto vai trazer uma base para muitas coisas que são feitas no aquarismo, mas que os motivos pelos quais são feitos não são lá muito entendidos.


A cola do aquário


Começaremos pela parte mais delicada do aquário: a cola. É a cola que tem a função de unir as diferentes chapas de vidro e vedar para que não ocorra nenhum vazamento.


Existem vários tipos de cola para vidro no mercado, sejam elas de algum tipo de silicone, espuma ou resina. No caso específico dos aquários o tipo de cola mais usada é o silicone por ser barato, de prática aplicação, permitir fácil correção caso a colagem saia errada (cortar a cola, limpar e colar novamente), bastante flexível e esteticamente agradável.


As colas para vidro com cura ultravioleta às vezes são usadas para aquários e funcionam muito bem, mas após curadas são de difícil (pra não dizer praticamente impossível) limpeza para separar e recolar os vidros caso tenha vazamento. Isso ainda considerando que seja um tipo de cola UV que permita limpeza com o produto químico necessário.


Revisão sobre forças e tensões


Para continuarmos falando das colas, precisamos falar do que faz a cola descolar do aquário: as forças e tensões no aquário.


Lá na física que aprendemos na escola, uma força é uma interação entre dois corpos ou entre o meio e um corpo. No caso dos aquários, a força da gravidade puxa a água contra o fundo e contra as laterais de vidro sendo essa a maior responsável por um aquário quebrar ou descolar.


Já uma tensão pode ser simplificada como um estado de ações e reações de forças.

Existem 5 principais tensões que existem e elas serão enunciadas bem resumidamente abaixo.


  • Quando puxamos um barbante para arrebentar nós aplicamos uma tensão de tração que é quando duas forças estão na mesma direção e se afastando uma da outra.


  • Quando amassamos uma latinha de refrigerante estamos aplicando uma tensão de compressão que são duas forças na mesma direção e se aproximando uma da outra.


  • Quando cortamos papel com uma tesoura estamos aplicando uma tensão de cisalhamento que é quando aplicamos forças paralelas em sentidos opostos.


  • Quando o aquário dá aquela barriga no meio ele está sob uma tensão de flexão que acontece aplicada uma força num sentido no centro dele e forças em sentidos opostas nas extremidades.


  • Quando giramos a tampa de uma garrafa de refrigerante estamos aplicando uma tensão de torção que é quando forças paralelas distantes (momento) são aplicadas em torno de um corpo.


A imagem abaixo resume como essas tensões ocorrem:

Todas essas 5 tensões acontecem simultaneamente nos aquários, seja no vidro ou na cola, em intensidades diferentes de acordo com o local e formas do aquário. Não é um assunto complicado, porém é cheio de considerações. Aos mais interessados, o vídeo abaixo explica bem sobre essas tensões e como elas interagem.

Não podemos confundir essas tensões com a tensão elétrica, são coisas bem diferentes.


Como a cola gruda no vidro


Essa parte é bastante interessante e um pouco complicada porque entra na parte da química que estuda as ligações atômicas e moleculares. O leitor não precisa se preocupar que vamos explicar aqui de forma que você consiga entender bem como o silicone segura o vidro por muito tempo e até porque a cola-tudo não faz esse serviço tão bem.


A primeira coisa que temos que entender são sobre as ligações químicas que mantém a molécula unida possuem uma força muito grande, o que significa que essa ligação é difícil de separar.


A segunda coisa que temos que entender é que existem diversas interação intermoleculares (entre moléculas diferentes) que variam de força de acordo com o tipo de interação, tipo de molécula e alguns outros fatores. Essa interação intermolecular é o que faz uma gota de água se manter unida (ligações de hidrogênio), que faz a cristalização do cloreto de sódio em blocos nas salinas (ligação dipolo-dipolo), ou as ligações do gás carbônico que o transformam em gelo seco (ligação dipolo induzido).


Essas ligações intermoleculares é que são responsáveis pela coesão da cola.


A coesão é a característica do corpo se manter unido. No caso do aquário, é da cola não se partir ou separar dos vidros quando enchemos o aquário com água.

Agora que falamos um pouco desses detalhes, vamos ao ponto mais importante: a adesão.


A definição de adesão pode ser dada como o ato de ligar dois corpos, sejam eles iguais ou diferentes, entre si.

A imagem abaixo exemplifica como funciona o processo da colagem onde dois materiais (substrato) são unidos por uma cola (adesivo). É possível ver que existem os dois processos que citamos, a adesão entre a cola e o substrato e a coesão entre as moléculas da cola.

Nas moléculas da cola que fazem contato com o vidro do aquário ocorrem ligações químicas intermoleculares e até intramoleculares entre o elas e o vidro. Essas ligações químicas alteram as propriedades dessas moléculas, diferentes das outras moléculas da cola que não estão em contato com a superfície colada.


Além das forças de adesão, também existem interações micro e macro estruturais que podem influenciar diretamente na capacidade de adesão da cola. Quanto mais irregular for a superfície, em micro-escala e até em macro escala em alguns casos, maior a superfície de contato e também melhor a característica de adesão.


A imagem abaixo mostra a superfície de uma peça de vidro vista no microscópio. Mesmo ela sendo completamente lisa ao nosso toque, sua superfície é irregular o que ajuda bastante na colagem.


Essa parte das interações micro estruturais são facilmente vistas no nosso cotidiano quando lixamos algum material, seja metal ou madeira, para então pintá-los. Quando lixamos o material, mesmo que a olho nu ele parece completamente uniforme, na microescala você cria ranhuras que melhoram a adesão da tinta e remove sujeiras que reduziriam a adesão.


Molhabilidade


A molhabilidade é uma característica muito importante entre a cola e entre o material a ser colado. A molhabilidade está definida pela energia superficial dos materiais em conjunto.


Quando uma gota d'água cai numa superfície de vidro e espalha molhando a superfície é porque a energia superficial do vidro é maior que a energia superficial da água, fazendo com que o vidro atraia as moléculas de água para ficarem em contato com sua superfície.


Quando uma gota d'água bate em algum material impermeável como acrílico ou o próprio silicone seco é porque a energia superficial da água é maior que a energia superficial do acrílico ou do silicone seco.


Quanto menor a energia superficial do substrato, menor a quantidade de ligações que vão ocorrer e mais fraca será a adesão.


É por essa questão que o silicone comum não adere no acrílico, mas adere em metal, pedra ou vidro, porque a energia superficial desses últimos é maior que a do silicone enquanto que a do acrílico é bem próxima da do silicone.


A tabela abaixo mostra uma série de materiais e sua energia superficial.Como exemplo, vemos que a água tem menor energia superficial que o alumínio, o cobre e o vidro e mais energia que o silicone, o policarbonato e o pvc, por isso a água molha os primeiros e não molha os últimos.

Bom, agora pra continuar vamos falar do silicone usado.


O silicone que usamos nos aquários, quando seco, é um polímero formado por uma mistura de vários monômeros da família dos alcoxisilanos.


Um polímero é uma molécula formada por várias unidades denominadas de monômeros. Esses monômeros vão grudando um no outro formando longas cadeias podendo chegar a ter milhares de unidades em um único polímero.


Os alcoxisilanos são compostos de um átomo de silício (daí o nome silicone) com 4 ligações eu podem variar de moléculas a outros átomos.


A imagem abaixo mostra a composição de algumas moléculas usadas em silicones diversos. Perceba que as principais ligações são de silício (Si) e oxigênio (O).

A imagem abaixo agora mostra a estrutura molecular do cristal de dióxido de silício (quartzo, por exemplo), da cerâmica de dióxido de silício (vidro puro) e de uma cerâmica de dióxido de silício misturado com óxido de sódio (vidro comum).

Vocês já devem ter reparado que o material básico do silicone e do vidro são os mesmos. É aí que está um dos motivo do silicone aderir muito bem ao vidro. Já vamos falar disso logo abaixo.


Curiosidade: O óxido de sódio aparece na composição do vidro porque ele reduz o ponto de fusão do vidro reduzindo assim os seus custos de fabricação sem alterar muito as suas propriedades.

Durante a polimerização do silicone as moléculas de silício e de oxigênio da cola se ligam quimicamente às moléculas de silício e oxigênio da superfície do vidro.


A polimerização é outro assunto de extrema importância quando estamos falando da colagem dos aquários.


Quando entra em contato com ao umidade do ar, o silicone começa a sofrer reações químicas(condensação) que unem as várias moléculas dos alcoxisilanos presentes na cola líquida entre si(polimerização), fazendo com que comece a se enrijecer, e libere outro molécula( ácido acético no caso dos silicones acéticos ou um álcool no caso dos silicones neutros).


A polimerização é a famosa cura do silicone, cujo tempo de processo depende da umidade do ar, espessura do silicone aplicado, temperatura, etc.


Alguns aquários muito grandes com colagens com espessura maior que 10mm podem demorar até meses pra secar dependendo do tipo de silicone usado, umidade do ar, condições de construção, etc. Os fabricantes dizem que na média o silicone seca de 2 a 3 mm em 24 horas podendo chegar a 10mm em 7 dias.

Quanto maior a espessura, muito maior o tempo de cura.


Em aquário muito grande é importante esperar muito dias para a completa cura do silicone.


O vídeo abaixo fala um pouquinho sobre a polimerização e fica mais fácil de entender como a cola endurece. Mesmo não sendo um vídeo sobre silicones, é o mesmo princípio e fica muito mais fácil de entender quando vemos a ideia da reação. No caso do vídeo, o R que começa a polimerização é a umidade do ar. O vídeo infelizmente é em inglês por falta de um similar em português.

Essas longas cadeias formadas, por ficarem “emboladas”, é que garantem a grande elasticidade do silicone. Alguns dos silicones usados em aquários, segundo seus fabricantes, podem esticar até 6 vezes o seu tamanho inicial antes de se partirem.


São esses ligações moleculares fortes entre os monômeros do silicone que dão resistência ao silicone. E são as ligações intermoleculares entre as cadeias de polímeros que garantem a coesão de todo silicone aplicado.


A imagem abaixo mostra como as ligações fracas do silicone líquido (pontes de hidrogênio) são substituídas por ligações covalentes muito fortes quando expostos à água. Por isso você consegue remover o silicone líquido com o dedo, mas quando polimeriza não é nada fácil descolar do vidro.

Então, nessa relação entre adesão, coesão e polimerização que o silicone segura grandes quantidades de água nos nossos aquários.


Detalhe: quando recolamos o aquário é preciso limpar as chapas de vidro com um solvente para que os restos microscópicos de silicone sejam removidos do vidro. Caso o vidro não seja limpo adequadamente, a nova colagem pode ser prejudicada justamente porque a cola antiga fica no lugar das ligações do silicone novo e o vidro deveriam ter. O silicone adere muito pouco ao silicone seco.

Agora que falamos disso tudo, por que as cola-tudo e outras colas instantâneas não mantem uma boa colagem no vidro?


A explicação é curta, mas bem técnica.


Essas colas instantâneas são geralmente constituídas de cianoacrilatos. Esse composto tem uma excelente adesão em muitos materiais, inclusive vidro e metais. No caso do particular do vidro, a velocidade de cura do cianoacrilatos é tão grande que provavelmente gera altas tensões das ligações químicas logo após o contato da cola com o vidro, fragilizando a colagem e reduzindo a capacidade de coesão das colas instantâneas nesse tipo de material.


Essa explicação foi tirada do site da Loctite que pode ser lida no link abaixo.

http://www.loctite.co.uk/instant-adhesives-faq-9754.htm


Geralmente quando colamos vidro com colas instantâneas e ele solta dá pra perceber que o vidro ficou áspero, sinal que a cola está aderida na superfície.

Existem colas instantâneas específicas para vidro no mercado até mesmo ainda usando cianoacrilatos mais adequados em sua formulação.


Forças que a cola do aquário está sujeita


A cola estão sujeitas a forças e tensões diversas no aquário, quase todas causadas pelo peso da água.


Essas forças se distribuem em várias direções e magnitudes de acordo com tamanho, forma, travas, espessura do vidro, espessura do silicone, etc. Isso faz com que seja muito, realmente muito, complicado apontar quais são as forças que atuam na cola de modo detalhado.


De toda forma, existem métodos para se calcular esse tipo de situação que é o método de elementos finitos, comumente usado na engenharia. Utilizando várias iterações numéricas, o computador estima com grande precisão as forças no qual o silicone está sujeito depois de milhares ou até milhões de cálculos.


No caso desse texto, vamos dar exemplo de um aquário sem travas nas dimensões de 2 metros de comprimento com 50cm de altura e 50cm de largura e vidro de 8mm. O vidro de 8mm não é recomendado e jamais deve ser usado para esse tamanho de aquário e quando estivermos falando das forças no vidro o motivo vai ficar bem claro.


Antes de falar das forças que o silicone vai estar sujeito é preciso falar das forças que o silicone suporta.


Cada fabricante possui uma fórmula para seu silicone e cada fórmula garante uma série de propriedade diferentes. Segue abaixo alguns dados de silicones para aquários de 3 fabricantes diferentes.


SikaSeal 401 Aquarium:


ASI aquarium:


OttoSeal S 28:


A diferença da tensão de tração suportada entre esses 3 exemplos variam de 1MPa para o da Sika, de 1,4 MPa para o Ottoseal e salta para 3,5MPa para o ASI. Desses 2 exemplos, apenas o ASI apresentou o importante dado da tensão de rasgamento de que foi de 7,8N/mm. Algumas medidas precisaram ser convertidas para mesma unidade para serem comparadas.