Medición de las condiciones ambientales

Publicado en: Materials Performance (febrero de 2004); Sección de revestimientos y revestimientos

Serie de instrumentos de recubrimiento

Las condiciones ambientales óptimas son esenciales para la preparación de la superficie, la aplicación y el curado de revestimientos y revestimientos para maximizar el desempeño exitoso. Este artículo presenta las cinco condiciones ambientales que deben observarse y medirse y el efecto que cada condición tiene en un trabajo exitoso. También cubre varios dispositivos de medición mecánicos y electrónicos y analiza el uso adecuado de cada instrumento.

La preparación de la superficie y la aplicación de revestimientos y revestimientos deben realizarse en condiciones ambientales óptimas para ayudar a prevenir fallas. Hay una variedad de instrumentos disponibles para medir las cinco condiciones que deben observarse y seguirse:

• Temperatura del aire
• Temperatura de la superficie
• Humedad relativa (RH)
• temperatura de derretimiento
• La diferencia entre la temperatura de la superficie y del punto de rocío.

Se sabe comúnmente que la mayoría de los recubrimientos no se secan correctamente a bajas temperaturas y alta HR. Menos entendido es el impacto que la humedad de la superficie tiene sobre la vida y el desempeño de los materiales.

La humedad se forma en una superficie cuando el aire más cálido y húmedo entra en contacto con ella, un proceso llamado condensación. La humedad hará que el acero desprotegido se oxide. Atrapada entre un revestimiento y un sustrato, la humedad probablemente hará que el sistema aplicado falle prematuramente.

La ligera condensación en las superficies granalladas puede ser difícil de observar. En lugar de detectar esta humedad, se utilizan instrumentos para ayudar a evaluar el riesgo de formación de humedad en primer lugar. Se deben realizar pruebas para calcular la temperatura del punto de rocío antes, durante y después del proceso de recubrimiento. La temperatura del punto de rocío debe compararse con la temperatura de la superficie para asegurarse de que las dos estén lo suficientemente separadas para que la formación de humedad sea poco probable.

La observación cuidadosa de las condiciones atmosféricas y una buena comprensión de su impacto en la calidad y la salud a largo plazo de las aplicaciones de revestimiento y revestimiento son importantes para todos los contratistas e inspectores.

Condiciones ambientales

TEMPERATURAS DEL AIRE Y SUPERFICIE

Los primeros parámetros necesarios para evaluar el riesgo de formación de humedad en un sustrato son la temperatura de la superficie a preparar o revestir y la temperatura del aire cerca de esa superficie. Por la noche, el trabajo en acero generalmente irradia calor y se enfría por debajo de la temperatura del aire. Durante el día, absorbe calor y suele ser más cálido que la temperatura del aire.

Dado que la temperatura de la superficie es a menudo diferente de la temperatura del aire, especialmente para trabajos realizados al aire libre, ambas temperaturas deben medirse para evitar problemas de aplicación en caso de que las temperaturas del aire o del acero se vuelvan demasiado calientes o demasiado frías para una formación satisfactoria de la película. La aplicación a temperaturas incorrectas puede causar defectos tales como: formación de ampollas, picaduras, cráteres, rociado seco y agrietamiento del lodo. El fabricante del revestimiento debe especificar las temperaturas de superficie máxima y mínima para aplicar un revestimiento.

ASTM D3276, “Guía estándar para inspectores de pintura (sustratos metálicos)” 1 establece que la temperatura mínima de la superficie para la aplicación del recubrimiento es generalmente de 40ºF (5ºC). Puede ser tan bajo como 0ºF (–18ºC) para sistemas de “curado en frío” de uno o dos componentes o 50ºF (10ºC) para sistemas convencionales de dos componentes. Las especificaciones de pintura pueden indicar además que no se debe pintar cuando la temperatura está bajando y dentro de los 5ºF (3ºC) del límite inferior.

La temperatura máxima de la superficie para la aplicación del recubrimiento es típicamente 125ºF (50ºC) a menos que se especifique claramente lo contrario. Una superficie demasiado caliente puede hacer que los disolventes de revestimiento se evaporen tan rápido que la aplicación sea difícil, se produzcan ampollas o se produzca una película porosa.

HUMEDAD RELATIVA

Las tasas de curado se ven afectadas directamente por la HR, la cantidad de humedad en el aire expresada como un porcentaje de la cantidad total (saturación) posible a una temperatura determinada. El aire cargado de humedad no puede contener tanto disolvente como el aire seco. Por lo tanto, una alta humedad relativa puede retrasar la velocidad de evaporación del disolvente. Por esta razón, la HR máxima a la que se pueden aplicar y curar los revestimientos o revestimientos generalmente se establece en 85%. Sin embargo, algunos recubrimientos requieren humedad para curarse. Por eso es importante verificar las especificaciones del recubrimiento.

TEMPERATURA DE DERRETIMIENTO

La temperatura del punto de rocío es la temperatura a la que se comenzará a formar humedad en una superficie de acero. Es la temperatura a la que se debe enfriar un volumen de aire para alcanzar la saturación. Es una función de la temperatura del aire y la HR.

DELTA (DIFERENCIA) ENTRE EL PUNTO DE ROCÍO Y LAS TEMPERATURAS DE SUPERFICIE

El último parámetro a tener en cuenta es la cantidad de separación entre la temperatura de la superficie y la temperatura del punto de rocío. Es probable que se forme humedad si son iguales. Incluso si están cerca, el riesgo de formación de humedad puede ser inaceptablemente alto. Documentos como ASTM D3276 y la norma internacional ISO 8502-42 establecen que la temperatura de la superficie debe ser un mínimo de 5ºF (3ºC) por encima de la temperatura del punto de rocío durante las 3 fases críticas del recubrimiento: preparación, aplicación y curado. Esta separación mínima también ayuda a permitir la reducción de la temperatura de la superficie a medida que se evaporan los solventes o cuando se aplican materiales de recubrimiento en frío.

Instrumentación

SOLUCIONES DE MEDICIÓN MECÁNICA

La temperatura del aire, la temperatura del punto de rocío y la HR se pueden determinar con un sling o psicrómetro que funcione con batería. Estos instrumentos están equipados con dos termómetros. El primer termómetro, llamado "bulbo seco", mide la temperatura del aire ambiente. El segundo termómetro se envuelve en un calcetín de muselina o mecha que se humedece antes de su uso, de ahí el nombre de "bulbo húmedo". Esta "temperatura de bulbo húmedo" representa la pérdida de calor por la evaporación del agua en el calcetín. La humedad relativa baja provocará una tasa de evaporación más rápida y una temperatura de bulbo húmedo más baja que la humedad alta.

El psicrómetro de cabestrillo (Figura 1) se hace girar en el aire para obtener los dos valores de temperatura. El psicrómetro eléctrico permanece estacionario mientras un ventilador impulsado por motor aspira aire a través de los termómetros.

Figura 1 - Psicrómetro de cabestrillo utilizado para determinar la HR.

Lea las instrucciones con atención. El instrumento debe inspeccionarse y prepararse adecuadamente antes de todas y cada una de las pruebas. Inspeccione la cubierta húmeda con regularidad y manténgala en buenas condiciones. La evaporación del agua de la muselina siempre deja una pequeña cantidad de material sólido. Por lo tanto, es conveniente utilizar agua lo más pura posible y también renovar la muselina de vez en cuando.

La ubicación física de la prueba y la cantidad de tiempo que pasa girando o soplando aire sobre el bulbo húmedo son factores que afectan directamente la precisión del resultado de la prueba. Los termómetros deben girarse rápidamente durante 15 o 20 segundos; se detuvo y leyó rápidamente: el bulbo húmedo primero porque comenzará a cambiar cuando se detenga el movimiento del aire. La prueba debe repetirse hasta que dos o más lecturas de bulbo húmedo igualen la lectura más baja obtenida.

Para mayor precisión, el psicrómetro debe girarse a la sombra. El observador debe mirar al viento y dar unos pasos hacia adelante y hacia atrás para evitar que su cuerpo afecte negativamente las observaciones. Tenga en cuenta que cuando la temperatura está cerca o por debajo del punto de congelación, el psicrómetro no es un instrumento muy confiable para medir la humedad3.

Un psicrómetro no mide directamente la HR y la temperatura del punto de rocío. Estos valores se calculan mediante una fórmula en la que se insertan las temperaturas de bulbo seco y de membrana. Para ello, se encuentran disponibles gráficos y calculadoras de reglas de cálculo psicrométricas. Gráficos como los cuadros psicrométricos de la Oficina meteorológica de EE. UU. (Figura 2) facilitan un poco esta determinación. Seleccione la tabla correspondiente a la presión atmosférica local para ese día: este valor se puede obtener en la oficina meteorológica del aeropuerto más cercano. Generalmente, se utilizan 30 pulgadas (76 cm) de mercurio y corresponde al nivel del mar. En elevaciones más altas, use de 29 a 23 pulgadas (74 a 58 cm).

Figura 2: tablas psicrométricas de la Oficina Meteorológica de EE. UU. Que se utilizan para calcular la HR.

Lea los termómetros con atención porque hay muchas oportunidades de errores de interpolación. Las ligeras diferencias en los valores obtenidos de las escalas de temperatura y las tablas de búsqueda de humedad pueden provocar resultados considerablemente diferentes.

Aquí hay un ejemplo: Suponga que ambos termómetros leen en incrementos de 1 grado pero que podría interpolar a ½ grado. Dada una precisión típica de +1 grado, si la temperatura de bulbo seco fue de 75ºF (23.9ºC) y la temperatura de bulbo húmedo fue de 73ºF (22.8ºC), los posibles valores registrados podrían parecerse a los de la Tabla 1.

Tabla 1 - Diferencias en la HR calculada según la precisión del termómetro

Aunque ambos valores del termómetro están dentro de la tolerancia, el cálculo de la fórmula de humedad resultante difiere en 8.8 puntos porcentuales. Si se usa una tabla de búsqueda en lugar de un cálculo de fórmula, la diferencia podría ser aún mayor. Este presupuesto de error es mayor en los cálculos de bulbo húmedo / seco a HR muy baja y muy alta.

La HR también se puede leer directamente en un higrómetro o registrar continuamente con un hidrograma.

Un termómetro de temperatura de superficie como el que se muestra en la Figura 3 usa un elemento sensor bimetálico. Se puede unir magnéticamente a una superficie de acero y la cinta lo sujetará a otras superficies.

Figura 3 - Un termómetro de temperatura de superficie se puede unir al acero o pegar con cinta adhesiva a otras superficies.

Los termómetros deben permanecer en su lugar durante un período de tiempo suficiente para que la temperatura se estabilice, generalmente 2 o 3 minutos. Toque ligeramente el dial antes de tomar una lectura final y tenga cuidado de leer directamente. Evite la luz solar directa, el viento, la radiación térmica, los conductos de ventilación o calefacción u otras condiciones similares. Obtenga datos para áreas frías y calientes, así como para áreas promedio.

Los termómetros infrarrojos digitales sin contacto también se pueden utilizar para medir la temperatura de la superficie. Lea atentamente las instrucciones del instrumento. Cuanto más lejos de la superficie se mantenga el dispositivo, mayor será el área de medición, lo que provocará un error potencial.

SOLUCIONES DE MEDICIÓN ELECTRÓNICA

Las condiciones atmosféricas siempre cambian: por lo tanto, las mediciones y los cálculos deben realizarse con frecuencia. Cuatro horas es un período mínimo típico. Se recomienda medir diferentes ubicaciones y registrar las condiciones antes, durante y después del trabajo. Algunas especificaciones requieren una medición continua mientras el acero limpiado con chorro abrasivo está expuesto o mientras se curan los revestimientos o revestimientos: la medición continua garantiza que el metal esté más caliente que el punto de rocío.

Algunos medidores solo calculan la temperatura del punto de rocío, pero los instrumentos más prácticos tienen una sonda de temperatura de superficie adjunta (Figura 4). Una sonda permite que un medidor calcule y muestre el valor delta importante: la diferencia entre las temperaturas de la superficie y del punto de rocío.

Figura 4 - Un medidor de punto de rocío digital con una sonda de temperatura de superficie Este instrumento puede calcular el delta de temperatura.

La medición continua es una de las razones por las que los instrumentos digitales todo en uno se están volviendo populares rápidamente. Simplifican enormemente el proceso de medición y cálculo de parámetros ambientales críticos. Los sensores de precisión de respuesta rápida proporcionan lecturas precisas y repetibles con alta confiabilidad y estabilidad a largo plazo. Generalmente se encuentran disponibles certificados de calibración que muestran la trazabilidad directa a los estándares del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.

Algunos instrumentos digitales muestran de forma continua y simultánea los cinco parámetros ambientales en la pantalla de cristal líquido. No solo se muestran los valores, sino que estos valores se pueden almacenar en la memoria del medidor con solo presionar un botón junto con la fecha y la hora. Mejor aún, ingrese un intervalo de tiempo y el medidor puede dejarse desatendido para registrar los cinco valores en ese intervalo, digamos cada 15 minutos o cada hora (Figura 5). Esto es útil para mantener un registro completo de las condiciones ambientales antes, durante y después de la aplicación del recubrimiento.

Figura 5 - Registro digital de las cinco condiciones ambientales en intervalos de tiempo seleccionados por el usuario.

Ta-temperatura del aire, Ts-temperatura de la superficie, Td-temperatura delta del punto de rocío entre la superficie y las temperaturas del punto de rocío, RH-humedad relativa.

Los instrumentos todo en uno generalmente brindan alta precisión, mayor simplicidad y una respuesta más rápida que los métodos mecánicos. Su fácil manejo con una sola mano es útil al subir una escalera o andamio o al llegar a lugares distantes y áreas pequeñas y difíciles de alcanzar. La salida en la pantalla es rápida y continua.

Otra ventaja que proporcionan los instrumentos digitales es que eliminan gran parte de las conjeturas al medir. Muchos modelos tienen alarmas que alertan automáticamente al usuario cuando la temperatura de la superficie está demasiado cerca de la temperatura del punto de rocío; esta característica señala el alto riesgo de formación de humedad. La mayoría se muestran en unidades Celsius o Fahrenheit. Algunos registran el valor de la temperatura de la superficie solo después de que ese valor se ha estabilizado. En otras palabras, toque una superficie fría o caliente y el instrumento medirá la lectura de temperatura a medida que desciende o aumenta a la temperatura real de la superficie. En unos segundos, una vez que el medidor determina que la lectura se ha estabilizado, emite un pitido y congela la pantalla. Esto es particularmente útil al medir áreas remotas donde la pantalla es difícil o imposible de ver.

Referencias

1. ASTM D3276-00, “Guía estándar para inspectores de pintura (sustratos metálicos)” (West Conshohocken, PA: ASTM 2000)

2. ISO 8502-4: 1993, “Preparación de sustratos de acero antes de la aplicación de pinturas y productos relacionados - Pruebas para la evaluación de la limpieza de la superficie - Parte 4: Orientación sobre la estimación de la probabilidad de condensación antes de la aplicación de pintura” ( Ginebra, Suiza: ISO, 1993)

3. ASTM E337-02, “Método de prueba estándar para medir la humedad con un psicrómetro (la medición de temperaturas de bulbo húmedo y seco)” (West Conshohocken, PA: ASTM 2002)