قياس الظروف البيئية

كما نُشر في: Materials Performance (فبراير 2004) ؛ قسم الطلاءات والبطانات

سلسلة أدوات الطلاء

تعتبر الظروف البيئية المثلى ضرورية لإعداد السطح وتطبيقه ومعالجته للطلاءات والبطانات لتحقيق أقصى قدر من الأداء الناجح. تعرض هذه المقالة الشروط البيئية الخمسة التي يجب مراعاتها وقياسها وتأثير كل حالة على الوظيفة الناجحة. كما يغطي العديد من أجهزة القياس الميكانيكية والإلكترونية ويناقش الاستخدام المناسب لكل أداة.

يجب أن يتم تحضير السطح وتطبيق الطلاءات والبطانات في ظل الظروف البيئية المثلى للمساعدة في منع الفشل. تتوفر مجموعة متنوعة من الأدوات لقياس الشروط الخمسة التي يجب مراعاتها وتتبعها:

• درجة حرارة الهواء
• حرارة السطح
• الرطوبة النسبية (RH)
• مقياس معدل الرطوبة
• الفرق بين درجة حرارة السطح ودرجة حرارة نقطة الندى

من المعروف أن معظم الطلاءات لن تجف بشكل صحيح في درجات حرارة منخفضة ورطوبة نسبية عالية. أقل فهمًا هو تأثير رطوبة السطح على حياة المواد وأدائها.

تتشكل الرطوبة على السطح عندما يتلامس معها الهواء الرطب الأكثر دفئًا - وهي عملية تسمى التكثيف. تتسبب الرطوبة في صدأ الفولاذ غير المحمي. من المحتمل أن تتسبب الرطوبة المحصورة بين الطلاء والركيزة في فشل النظام المطبق قبل الأوان.

قد يكون من الصعب ملاحظة تكاثف الضوء على الأسطح المنفجرة. بدلاً من الكشف عن هذه الرطوبة ، تُستخدم الأدوات للمساعدة في تقييم مخاطر تكون الرطوبة في المقام الأول. يجب إجراء اختبارات لحساب درجة حرارة نقطة الندى قبل عملية الطلاء وأثناءها وبعدها. يجب مقارنة درجة حرارة نقطة الندى بدرجة حرارة السطح للتأكد من أن الاثنين بعيدان بدرجة كافية بحيث لا يكون تكوين الرطوبة أمرًا محتملًا.

تعتبر المراقبة الدقيقة لظروف الغلاف الجوي والفهم الجيد لتأثيرها على الجودة والصحة على المدى الطويل لتطبيقات الطلاء والبطانة أمرًا مهمًا لجميع المقاولين والمفتشين.

الظروف البيئية

درجات حرارة الهواء والسطحية

المعلمات الأولى اللازمة لتقييم مخاطر تكون الرطوبة على الركيزة هي درجة حرارة السطح المراد تحضيره أو تغطيته ودرجة حرارة الهواء بالقرب من هذا السطح. في الليل ، عادةً ما يشع عمل الفولاذ الحرارة ويتم تبريده تحت درجة حرارة الهواء. خلال النهار ، تمتص الحرارة وعادة ما تكون أكثر دفئًا من درجة حرارة الهواء.

نظرًا لأن درجة حرارة السطح غالبًا ما تكون مختلفة عن درجة حرارة الهواء خاصة بالنسبة للعمل الذي يتم إجراؤه في الخارج ، فيجب قياس درجتي الحرارة لتجنب مشاكل التطبيق في حالة ارتفاع درجة حرارة الهواء أو الفولاذ أو ارتفاع درجة الحرارة بدرجة كبيرة جدًا لتكوين فيلم مُرضٍ. يمكن أن يتسبب التطبيق في درجات حرارة غير صحيحة في حدوث عيوب مثل: التقرح ، والتشقق ، والحفر ، والرش الجاف ، وتشقق الطين. يجب أن تحدد الشركة المصنعة للطلاء درجات حرارة السطح القصوى والدنيا لتطبيق الطلاء.

ينص ASTM D3276 ، "الدليل القياسي لمفتشي الطلاء (الركائز المعدنية)" ، 1 على أن الحد الأدنى لدرجة حرارة السطح لتطبيق الطلاء هو عادة 40 درجة فهرنهايت (5 درجات مئوية). قد تكون منخفضة تصل إلى 0 درجة فهرنهايت (-18 درجة مئوية) لأنظمة "المعالجة الباردة" المكونة من مكون واحد أو مكونين أو 50 درجة فهرنهايت (10 درجة مئوية) للأنظمة التقليدية المكونة من عنصرين. قد تنص مواصفات الطلاء أيضًا على أنه لا ينبغي إجراء الطلاء عندما تنخفض درجة الحرارة وضمن 5 درجات فهرنهايت (3 درجات مئوية) من الحد الأدنى.

عادةً ما تكون درجة حرارة السطح القصوى لتطبيق الطلاء هي 125 درجة فهرنهايت (50 درجة مئوية) ما لم يتم تحديد خلاف ذلك بوضوح. قد يتسبب السطح شديد السخونة في تبخر مذيبات الطلاء بسرعة كبيرة بحيث يصعب التطبيق أو تحدث تقرحات أو ينتج عن ذلك غشاء مسامي.

الرطوبة النسبية

تتأثر معدلات المعالجة بشكل مباشر بالرطوبة النسبية - مقدار الرطوبة في الهواء معبرًا عنه كنسبة مئوية من الكمية الإجمالية (التشبع) الممكنة عند درجة حرارة معينة. لا يمكن للهواء المحمّل بالرطوبة أن يحتفظ بالمذيب بقدر الهواء الجاف. لذلك ، يمكن أن يؤدي ارتفاع نسبة الرطوبة النسبية إلى تأخير معدل تبخر المذيبات. لهذا السبب ، فإن الحد الأقصى للرطوبة النسبية التي يمكن عندها تطبيق الطلاءات أو البطانات ومعالجتها هو 85 بشكل عام%. ومع ذلك ، تتطلب بعض الطلاءات الرطوبة للمعالجة. لذلك من المهم التحقق من مواصفات الطلاء.

مقياس معدل الرطوبة

درجة حرارة نقطة الندى هي درجة الحرارة التي تبدأ عندها الرطوبة في التكون على سطح صلب. إنها درجة الحرارة التي يجب أن يبرد بها حجم الهواء من أجل الوصول إلى التشبع. إنها دالة لدرجة حرارة الهواء و RH.

دلتا (الفارق) بين نقطة الندى ودرجات حرارة السطح

المعلمة النهائية التي يجب ملاحظتها هي مقدار الفصل بين درجة حرارة السطح ودرجة حرارة نقطة الندى. من المحتمل أن تتكون الرطوبة إذا كانت متماثلة. حتى لو كانت قريبة ، فقد يكون خطر تكون الرطوبة مرتفعًا بشكل غير مقبول. تنص المستندات مثل ASTM D3276 والمعيار الدولي ISO 8502-42 على أن درجة حرارة السطح يجب أن تكون بحد أدنى 5 درجات فهرنهايت (3 درجات مئوية) فوق درجة حرارة نقطة الندى خلال المراحل الثلاث الحاسمة للطلاء: التحضير والتطبيق والمعالجة. يساعد هذا الحد الأدنى للفصل أيضًا على تقليل درجة حرارة السطح مع تبخر المذيبات أو عند استخدام مواد الطلاء الباردة.

الأجهزة

حلول القياس الميكانيكي

يمكن تحديد درجة حرارة الهواء ودرجة حرارة نقطة الندى والرطوبة النسبية باستخدام مقياس رطوبة حبال أو بطارية. هذه الأدوات مجهزة بميزان حرارة. مقياس الحرارة الأول ، المسمى "بصلة جافة" ، يقيس درجة حرارة الهواء المحيط. يتم لف الترمومتر الثاني في جورب موسلين أو فتيل مبلل قبل الاستخدام - ومن هنا جاء اسم "البصيلة الرطبة". تمثل "درجة حرارة اللمبة الرطبة" فقدان الحرارة من تبخر الماء في الجورب. سيؤدي انخفاض الرطوبة النسبية إلى معدل تبخر أسرع وانخفاض درجة حرارة البصيلة الرطبة مقارنة بالرطوبة العالية.

يتم تدوير مقياس رطوبة الحبال (الشكل 1) عبر الهواء للحصول على قيمتي درجة الحرارة. يظل مقياس الضغط الكهربائي ثابتًا حيث تسحب مروحة تعمل بمحرك الهواء عبر موازين الحرارة.

الشكل 1 - مقياس رطوبة حبال يستخدم لتحديد الرطوبة النسبية.

اقرأ التعليمات بعناية. يجب فحص الأداة وإعدادها بشكل صحيح قبل كل اختبار. افحص الغطاء الرطب بانتظام واحتفظ به في حالة جيدة. دائمًا ما يترك تبخر الماء من الشاش كمية صغيرة من المواد الصلبة. لذلك من المستحسن استخدام أكبر قدر ممكن من المياه النقية وكذلك لتجديد الشاش من وقت لآخر.

يعد الموقع المادي للاختبار ومقدار الوقت المستغرق في الدوران أو نفخ الهواء فوق المصباح الرطب من العوامل التي تؤثر بشكل مباشر على دقة نتيجة الاختبار. يجب تدوير موازين الحرارة بسرعة لمدة 15 أو 20 ثانية ؛ توقفت وقراءة بسرعة - البصلة الرطبة أولاً لأنها ستبدأ في التغيير عندما تتوقف حركة الهواء. يجب تكرار الاختبار حتى تساوي قراءتان أو أكثر من قراءة البصيلة الرطبة أدنى قراءة تم الحصول عليها.

للحصول على أفضل دقة ، يجب تدوير مقياس رطوبة الجو في الظل. يجب أن يواجه المراقب الريح وأن يتقدم إلى الأمام والخلف بضع خطوات لمنع جسمه من التأثير سلبًا على الملاحظات. اعلم أنه عندما تكون درجة الحرارة قريبة من نقطة التجمد أو أقل منها ، فإن مقياس رطوبة الجو ليس أداة موثوقة للغاية لقياس الرطوبة 3.

لا يقيس مقياس رطوبة الجو درجة حرارة الرطوبة ونقطة الندى مباشرة. يتم حساب هذه القيم باستخدام معادلة يتم فيها إدراج درجات الحرارة الجافة وبصلة الويب. تتوفر لهذا الغرض الرسوم البيانية والآلات الحاسبة للقياس النفسي. الرسوم البيانية مثل جداول القياس النفسي لمكتب الطقس الأمريكي (الشكل 2) تجعل هذا التحديد أسهل قليلاً. حدد الجدول المقابل للضغط الجوي المحلي لذلك اليوم: يمكن الحصول على هذه القيمة من أقرب مكتب طقس في المطار. بشكل عام ، يُستخدم 30 بوصة (76 سم) من الزئبق ويتوافق مع مستوى سطح البحر. في الارتفاعات العالية ، استخدم 29 إلى 23 بوصة (74 إلى 58 سم).

الشكل 2 - تستخدم جداول القياس النفسي لمكتب الأرصاد الجوية الأمريكية لحساب الرطوبة النسبية.

اقرأ موازين الحرارة بعناية لأن هناك العديد من الفرص لأخطاء الاستيفاء. يمكن أن تؤدي الاختلافات الطفيفة في القيم التي تم الحصول عليها من مقاييس درجات الحرارة وجداول البحث عن الرطوبة إلى نتائج مختلفة إلى حد كبير.

فيما يلي مثال: افترض أن كلا المقياسين يقرأ بزيادات بمقدار درجة واحدة ولكن يمكنك إقحامها إلى درجة ½. بالنظر إلى دقة +1 درجة نموذجية ، إذا كانت درجة حرارة البصيلة الجافة 75 درجة فهرنهايت (23.9 درجة مئوية) وكانت درجة حرارة المصباح الرطب 73 درجة فهرنهايت (22.8 درجة مئوية) ، يمكن أن تشبه القيم المسجلة المحتملة تلك الموجودة في الجدول 1.

الجدول 1 - الاختلافات في RH المحسوبة بناءً على دقة ميزان الحرارة

على الرغم من أن كلا قيمتي الميزان ضمن التسامح ، يختلف حساب صيغة الرطوبة الناتجة بمقدار 8.8 نقطة مئوية! إذا تم استخدام جدول بحث بدلاً من حساب الصيغة ، فقد يكون الفرق أكبر. تكون ميزانية الخطأ هذه أكبر في حسابات البصيلة الرطبة / الجافة عند رطوبة نسبية منخفضة جدًا وعالية جدًا.

يمكن أيضًا قراءة RH مباشرة من مقياس الرطوبة أو تسجيله باستمرار باستخدام مخطط هيدروغرافي.

يستخدم مقياس درجة حرارة السطح مثل ذلك الموضح في الشكل 3 عنصر استشعار ثنائي المعدن. يمكن ربطه مغناطيسيًا بسطح فولاذي ، وسيثبته الشريط على الأسطح الأخرى.

الشكل 3 - يمكن توصيل مقياس حرارة درجة حرارة السطح بالفولاذ أو ربطه بأسطح أخرى.

يجب أن تظل موازين الحرارة في مكانها لفترة كافية من الوقت حتى تستقر درجة الحرارة - عادةً دقيقتان أو ثلاث دقائق. اضغط على القرص برفق قبل أخذ القراءة النهائية واحرص على القراءة مباشرة. تجنب أشعة الشمس المباشرة أو الرياح أو الإشعاع الحراري أو مجاري التدفئة أو التهوية أو غيرها من الظروف المماثلة. الحصول على بيانات عن المناطق الساخنة والباردة وكذلك عن المناطق المتوسطة.

يمكن أيضًا استخدام موازين الحرارة الرقمية غير الملامسة للأشعة تحت الحمراء لقياس درجة حرارة السطح. اقرأ تعليمات الأداة بعناية. كلما ابتعد الجهاز عن السطح ، زادت مساحة القياس - مما يتسبب في حدوث خطأ محتمل.

حلول القياس الإلكترونية

تتغير ظروف الغلاف الجوي دائمًا: لذلك يجب إجراء القياسات والحسابات بشكل متكرر. أربع ساعات هي أقل فترة نموذجية. يوصى بقياس المواقع المختلفة وتسجيل الظروف قبل وأثناء وبعد العمل. تتطلب بعض المواصفات القياس المستمر أثناء تعرض الفولاذ المنظف بالسفع الكاشطة أو أثناء معالجة الطلاءات أو البطانات: يضمن القياس المستمر أن يكون المعدن أكثر دفئًا من نقطة الندى.

بعض العدادات تحسب درجة حرارة نقطة الندى فقط ، ولكن الأدوات الأكثر عملية لها مسبار درجة حرارة سطح مرفق (الشكل 4). يسمح المسبار للمتر بحساب وعرض قيمة دلتا المهمة - الفرق بين درجات حرارة السطح ودرجات حرارة نقطة الندى.

الشكل 4 - مقياس رقمي لنقطة الندى مع مسبار درجة حرارة السطح ، ويمكن لهذا الجهاز حساب دلتا درجة الحرارة.

القياس المستمر هو أحد أسباب انتشار الأدوات الرقمية متعددة الإمكانات بسرعة. إنها تبسط إلى حد كبير عملية قياس وحساب المعلمات البيئية الهامة. توفر مستشعرات دقة الاستجابة السريعة قراءات دقيقة وقابلة للتكرار بموثوقية عالية واستقرار طويل الأمد. تتوفر عادةً شهادات المعايرة التي تُظهر إمكانية التتبع المباشر لمعايير المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.

تعرض بعض الأدوات الرقمية بشكل مستمر وفي نفس الوقت جميع المعلمات البيئية الخمسة على شاشة الكريستال السائل. لا يتم عرض القيم فقط ، ولكن يمكن تخزين هذه القيم في ذاكرة gage بضغطة زر مع التاريخ والوقت. والأفضل من ذلك ، إدخال فترة زمنية ويمكن ترك المقياس دون مراقبة لتسجيل جميع القيم الخمس في تلك الفترة - لنقل كل 15 دقيقة أو كل ساعة (الشكل 5). هذا مفيد للاحتفاظ بسجل كامل للظروف البيئية التي أدت إلى تطبيق الطلاء وأثناءه وبعده.

الشكل 5 - التسجيل الرقمي لجميع الظروف البيئية الخمسة على فترات زمنية محددة من قبل المستخدم.

درجة حرارة الهواء Ta ، درجة حرارة سطح Ts ، درجة حرارة نقطة الندى Td درجة الحرارة بين السطح ودرجات حرارة نقطة الندى ، الرطوبة النسبية RH.

عادةً ما توفر أدوات الكل في واحد دقة عالية وبساطة أكبر واستجابة أسرع من الطرق الميكانيكية. إن تشغيلها السهل بيد واحدة سهل عند تسلق سلم أو سقالة أو عند الوصول إلى مواقع بعيدة ومناطق صغيرة يصعب الوصول إليها. الإخراج على الشاشة سريع ومستمر.

ميزة أخرى توفرها الأدوات الرقمية هي أنها تستبعد الكثير من التخمين من القياس. تحتوي العديد من الطرز على إنذارات تنبه المستخدم تلقائيًا عندما تكون درجة حرارة السطح قريبة جدًا من درجة حرارة نقطة الندى ؛ تشير هذه الميزة إلى مخاطر عالية لتكوين الرطوبة. يتم عرض معظمها بوحدات مئوية أو فهرنهايت. لا يسجل البعض قيمة درجة حرارة السطح إلا بعد استقرار هذه القيمة. بمعنى آخر ، المس سطحًا باردًا أو ساخنًا وسيقوم الجهاز بقياس قراءة درجة الحرارة أثناء انخفاضها أو ارتفاعها إلى درجة حرارة السطح الفعلية. في غضون ثوانٍ قليلة ، بمجرد أن يقرر المقياس أن القراءة قد استقرت ، يصدر المقياس صوتًا ويجمد العرض. هذا مفيد بشكل خاص عند قياس المناطق البعيدة حيث يصعب أو يستحيل عرض الشاشة.

المراجع

1. ASTM D3276-00 ، "الدليل القياسي لمفتشي الطلاء (الركائز المعدنية)" (West Conshohocken ، PA: ASTM 2000)

2. ISO 8502-4: 1993 ، "تحضير ركائز الصلب قبل تطبيق الدهانات والمنتجات ذات الصلة - اختبارات لتقييم نظافة السطح - الجزء 4: إرشادات بشأن تقدير احتمالية التكثيف قبل تطبيق الطلاء" ( جنيف ، سويسرا: ISO ، 1993)

3. ASTM E337-02 ، "طريقة الاختبار القياسية لقياس الرطوبة بمقياس رطوبة الجو (قياس درجات الحرارة الرطبة والجافة)" (West Conshohocken ، PA: ASTM 2002)