Misurazione delle condizioni ambientali

Come pubblicato in: Materials Performance (febbraio 2004); Sezione Rivestimenti e Rivestimenti

Serie di strumenti per rivestimento

Condizioni ambientali ottimali sono essenziali per la preparazione della superficie, l'applicazione e la polimerizzazione di rivestimenti e rivestimenti per massimizzare le prestazioni di successo. Questo articolo presenta le cinque condizioni ambientali che dovrebbero essere osservate e misurate e l'effetto che ciascuna condizione ha su un lavoro di successo. Copre anche diversi dispositivi di misurazione meccanici ed elettronici e discute il corretto utilizzo di ciascuno strumento.

La preparazione della superficie e l'applicazione di rivestimenti e rivestimenti devono essere eseguite in condizioni ambientali ottimali per aiutare a prevenire i guasti. È disponibile una varietà di strumenti per misurare le cinque condizioni che dovrebbero essere osservate e monitorate:

• Temperatura dell'aria
• Temperatura superficiale
• Umidità relativa (RH)
• Temperatura del punto di rugiada
• La differenza tra la temperatura della superficie e quella del punto di rugiada

È comunemente noto che la maggior parte dei rivestimenti non si asciuga correttamente a basse temperature e alta umidità relativa. Meno compreso è l'impatto che l'umidità superficiale ha sulla durata e sulle prestazioni dei materiali.

L'umidità si forma su una superficie quando l'aria più calda e umida viene a contatto con essa, un processo chiamato condensa. L'umidità farà arrugginire l'acciaio non protetto. Intrappolata tra un rivestimento e un substrato, è probabile che l'umidità causi un guasto prematuro del sistema applicato.

La leggera condensa sulle superfici sabbiate può essere difficile da osservare. Anziché rilevare questa umidità, vengono utilizzati strumenti per aiutare a valutare il rischio di formazione di umidità in primo luogo. Devono essere eseguiti test per calcolare la temperatura del punto di rugiada prima, durante e dopo il processo di rivestimento. La temperatura del punto di rugiada deve essere confrontata con la temperatura della superficie per garantire che i due siano sufficientemente distanti da rendere improbabile la formazione di umidità.

Un'attenta osservazione delle condizioni atmosferiche e una buona comprensione del loro impatto sulla qualità e sulla salute a lungo termine delle applicazioni di rivestimento e rivestimento sono importanti per tutti gli appaltatori e gli ispettori.

Condizioni ambientali

TEMPERATURE DELL'ARIA E DELLA SUPERFICIE

I primi parametri necessari per valutare il rischio di formazione di umidità su un supporto sono la temperatura della superficie da preparare o rivestire e la temperatura dell'aria in prossimità di tale superficie. Di notte, la lavorazione dell'acciaio di solito irradia calore e viene raffreddata al di sotto della temperatura dell'aria. Durante il giorno assorbe il calore e di solito è più caldo della temperatura dell'aria.

Poiché la temperatura superficiale è spesso diversa dalla temperatura dell'aria, specialmente per il lavoro svolto all'esterno, entrambe le temperature dovrebbero essere misurate per evitare problemi di applicazione qualora la temperatura dell'aria o dell'acciaio diventasse troppo calda o troppo fredda per una formazione soddisfacente del film. L'applicazione a temperature non corrette può causare difetti quali: formazione di vesciche, formazione di spilli, crateri, spruzzo secco e crepe nel fango. Il produttore del rivestimento deve specificare la temperatura superficiale massima e minima per l'applicazione di un rivestimento.

ASTM D3276, "Guida standard per ispettori di verniciatura (substrati metallici)", 1 afferma che la temperatura minima della superficie per l'applicazione del rivestimento è solitamente di 40ºF (5ºC). Può essere basso come 0ºF (–18ºC) per i sistemi a uno o due componenti “a polimerizzazione a freddo” o 50ºF (10ºC) per i sistemi a due componenti convenzionali. Le specifiche della vernice possono inoltre affermare che la verniciatura non deve essere eseguita quando la temperatura sta scendendo e entro 5ºF (3ºC) del limite inferiore.

La temperatura massima della superficie per l'applicazione del rivestimento è tipicamente 125ºF (50ºC) se non diversamente specificato. Una superficie troppo calda può far evaporare i solventi del rivestimento così velocemente che l'applicazione è difficile, si verificano vesciche o si ottiene una pellicola porosa.

UMIDITÀ RELATIVA

Le velocità di polimerizzazione sono direttamente influenzate dall'umidità relativa, la quantità di umidità nell'aria espressa come percentuale della quantità totale (saturazione) possibile a una data temperatura. L'aria carica di umidità non può trattenere tanto solvente quanto l'aria secca. Pertanto, un'elevata umidità relativa può ritardare la velocità di evaporazione del solvente. Per questo motivo, l'umidità relativa massima alla quale è possibile applicare e indurire rivestimenti o rivestimenti è generalmente fissata a 85%. Alcuni rivestimenti, tuttavia, richiedono l'umidità per polimerizzare. Pertanto è importante verificare le specifiche del rivestimento.

TEMPERATURA DEL PUNTO DI RUGIADA

La temperatura del punto di rugiada è la temperatura alla quale inizierà a formarsi l'umidità su una superficie in acciaio. È la temperatura alla quale deve essere raffreddato un volume d'aria per raggiungere la saturazione. È una funzione della temperatura dell'aria e dell'umidità relativa.

DELTA (DIFFERENZA) TRA PUNTO DI RUGIADA E TEMPERATURA SUPERFICIALE

L'ultimo parametro da notare è la quantità di separazione tra la temperatura superficiale e la temperatura del punto di rugiada. È probabile che si formi umidità se sono uguali. Anche se sono vicini, il rischio di formazione di umidità può essere inaccettabilmente alto. Documenti come ASTM D3276 e lo standard internazionale ISO 8502-42 affermano che la temperatura della superficie deve essere almeno di 5ºF (3ºC) al di sopra del punto di rugiada durante le 3 fasi critiche del rivestimento: preparazione, applicazione e polimerizzazione. Questa separazione minima aiuta anche a consentire la riduzione della temperatura superficiale quando i solventi evaporano o quando vengono applicati materiali di rivestimento a freddo.

Strumentazione

SOLUZIONI DI MISURA MECCANICA

La temperatura dell'aria, la temperatura del punto di rugiada e l'UR possono essere determinate con uno psicrometro a fionda oa batteria. Questi strumenti sono dotati di due termometri. Il primo termometro, chiamato "bulbo secco", misura la temperatura dell'aria ambiente. Il secondo termometro è avvolto in una calza di mussola o stoppino che viene inumidito prima dell'uso, da cui il nome "bulbo umido". Questa “temperatura di bulbo umido” rappresenta la perdita di calore dall'evaporazione dell'acqua nella calza. Una bassa umidità relativa causerà un tasso di evaporazione più veloce e una temperatura del bulbo umido inferiore rispetto all'umidità elevata.

Lo psicrometro a fionda (Figura 1) viene fatto roteare nell'aria per ottenere i due valori di temperatura. Lo psicrometro elettrico rimane fermo mentre una ventola azionata da un motore aspira l'aria attraverso i termometri.

Figura 1 - Psicrometro a imbracatura utilizzato per determinare l'UR.

Leggi attentamente le istruzioni. Lo strumento deve essere ispezionato e preparato adeguatamente prima di ogni test. Ispezionare regolarmente la copertura umida e mantenerla in buone condizioni. L'evaporazione dell'acqua dalla mussola lascia sempre una piccola quantità di materiale solido. È quindi auspicabile utilizzare l'acqua più pura possibile e anche rinnovare la mussola di volta in volta.

La posizione fisica del test e la quantità di tempo trascorso a turbinare o soffiare aria sul bulbo umido sono fattori che influenzano direttamente l'accuratezza del risultato del test. I termometri devono essere ruotati rapidamente per 15 o 20 secondi; fermato e letto rapidamente - il bulbo umido prima perché inizierà a cambiare quando il movimento dell'aria si ferma. Il test deve essere ripetuto fino a quando due o più letture a bulbo umido sono uguali alla lettura più bassa ottenuta.

Per una migliore precisione, lo psicrometro dovrebbe essere ruotato all'ombra. L'osservatore deve guardare il vento e fare alcuni passi avanti e indietro per evitare che il proprio corpo influenzi negativamente le osservazioni. Tieni presente che quando la temperatura è vicina o inferiore al punto di congelamento, lo psicrometro non è uno strumento molto affidabile con cui misurare l'umidità3.

Uno psicrometro non misura direttamente l'umidità relativa e la temperatura del punto di rugiada. Questi valori sono calcolati utilizzando una formula in cui sono inserite le temperature del bulbo secco e del bulbo web. Per questo sono disponibili grafici e calcolatori di regoli calcolatore psicrometrici. Grafici come le tabelle psicrometriche del Weather Bureau degli Stati Uniti (Figura 2) rendono questa determinazione un po 'più semplice. Selezionare la tabella corrispondente alla pressione atmosferica locale per quel giorno: questo valore può essere ottenuto dall'ufficio meteorologico dell'aeroporto più vicino. Generalmente, vengono utilizzati 30 pollici (76 cm) di mercurio e corrispondono al livello del mare. A quote più elevate, utilizzare da 74 a 58 cm (da 29 a 23 pollici).

Figura 2 - Le tabelle psicrometriche dell'US Weather Bureau vengono utilizzate per calcolare l'UR.

Leggere attentamente i termometri perché ci sono molte possibilità di errori di interpolazione. Lievi differenze nei valori ottenuti dalle scale di temperatura e dalle tabelle di ricerca dell'umidità possono causare risultati notevolmente diversi.

Ecco un esempio: supponiamo che entrambi i termometri leggano con incrementi di 1 grado, ma di poter interpolare fino a ½ grado. Data una tipica precisione di +1 grado, se la temperatura del bulbo secco era di 75ºF (23,9ºC) e la temperatura del bulbo umido era di 73ºF (22,8ºC), i possibili valori registrati potrebbero assomigliare a quelli nella Tabella 1.

Tabella 1 - Differenze nell'umidità relativa calcolata in base alla precisione del termometro

Sebbene entrambi i valori del termometro rientrino nella tolleranza, il calcolo della formula dell'umidità risultante differisce di 8,8 punti percentuali! Se viene utilizzata una tabella di ricerca invece del calcolo di una formula, la differenza potrebbe essere ancora maggiore. Questo budget di errore è massimo nei calcoli con bulbo umido / secco a umidità relativa molto bassa e molto alta.

L'umidità relativa può anche essere letta direttamente da un igrometro o registrata in continuo con un idrografo.

Un termometro della temperatura superficiale come quello mostrato nella Figura 3 utilizza un elemento di rilevamento bimetallico. Può essere fissato magneticamente a una superficie in acciaio e il nastro lo terrà su altre superfici.

Figura 3 - Un termometro per la temperatura superficiale può essere fissato all'acciaio o fissato con nastro adesivo ad altre superfici.

I termometri devono rimanere in posizione per un periodo di tempo sufficiente affinché la temperatura si stabilizzi, in genere 2 o 3 minuti. Tocca leggermente il quadrante prima di eseguire una lettura finale e assicurati di leggere direttamente. Evitare la luce solare diretta, il vento, la radiazione termica, i condotti di riscaldamento o di ventilazione o altre condizioni simili. Ottieni dati per le aree calde e fredde, nonché per le aree medie.

I termometri a infrarossi digitali senza contatto possono essere utilizzati anche per misurare la temperatura superficiale. Leggere attentamente le istruzioni dello strumento. Più è lontano dalla superficie il dispositivo, maggiore è l'area di misura, che causa un potenziale errore.

SOLUZIONI DI MISURA ELETTRONICA

Le condizioni atmosferiche cambiano continuamente: quindi misurazioni e calcoli dovrebbero essere effettuati frequentemente. Quattro ore è un tipico periodo minimo. Si consiglia di misurare luoghi diversi e di registrare le condizioni prima, durante e dopo il lavoro. Alcune specifiche richiedono misurazioni continue mentre l'acciaio pulito mediante sabbiatura è esposto o durante la polimerizzazione di rivestimenti o rivestimenti: la misurazione continua garantisce che il metallo sia più caldo del punto di rugiada.

Alcuni misuratori calcolano solo la temperatura del punto di rugiada, ma gli strumenti più pratici hanno una sonda della temperatura superficiale collegata (Figura 4). Una sonda consente a un misuratore di calcolare e visualizzare il valore delta importante - la differenza tra la temperatura della superficie e del punto di rugiada.

Figura 4 - Un misuratore digitale del punto di rugiada con una sonda di temperatura superficiale. Questo strumento può calcolare il delta di temperatura.

La misurazione continua è uno dei motivi per cui gli strumenti digitali all-in-one stanno rapidamente diventando popolari. Semplificano notevolmente il processo di misurazione e calcolo dei parametri ambientali critici. I sensori di precisione a risposta rapida forniscono letture accurate e ripetibili con elevata affidabilità e stabilità a lungo termine. Di solito sono disponibili certificati di taratura che dimostrano la tracciabilità diretta rispetto agli standard del National Institute of Standards and Technology.

Alcuni strumenti digitali visualizzano in modo continuo e simultaneo tutti e cinque i parametri ambientali sul display a cristalli liquidi. Non solo vengono visualizzati i valori, ma questi possono essere memorizzati nella memoria del misuratore premendo un pulsante insieme alla data e all'ora. Meglio ancora, inserisci un intervallo di tempo e il misuratore può essere lasciato incustodito per registrare tutti e cinque i valori in quell'intervallo, ad esempio ogni 15 minuti o ogni ora (Figura 5). Ciò è utile per tenere un registro completo delle condizioni ambientali precedenti, durante e dopo l'applicazione del rivestimento.

Figura 5 - Registrazione digitale di tutte e cinque le condizioni ambientali a intervalli di tempo selezionati dall'utente.

Ta-temperatura dell'aria, Ts-temperatura della superficie, Td-punto di rugiada temperatura-delta tra la temperatura della superficie e del punto di rugiada, RH-umidità relativa.

Gli strumenti all-in-one di solito forniscono elevata precisione, maggiore semplicità e risposta più rapida rispetto ai metodi meccanici. Il loro funzionamento semplice e con una sola mano è utile quando si sale su una scala o un'impalcatura o quando si raggiungono luoghi distanti e aree piccole e difficili da raggiungere. L'output sul display è veloce e continuo.

Un altro vantaggio fornito dagli strumenti digitali è che eliminano gran parte delle supposizioni dalla misurazione. Molti modelli hanno allarmi che avvisano automaticamente l'utente quando la temperatura della superficie è troppo vicina alla temperatura del punto di rugiada; questa caratteristica segnala l'elevato rischio di formazione di umidità. La maggior parte viene visualizzata in unità Celsius o Fahrenheit. Alcuni registrano il valore della temperatura superficiale solo dopo che tale valore si è stabilizzato. In altre parole, toccare una superficie fredda o calda e lo strumento misurerà la lettura della temperatura mentre scende o sale alla temperatura superficiale effettiva. In pochi secondi, una volta che lo strumento determina che la lettura si è stabilizzata, lo strumento emette un segnale acustico e blocca il display. Ciò è particolarmente utile quando si misurano aree remote in cui è difficile o impossibile visualizzare il display.

Riferimenti

1. ASTM D3276-00, "Guida standard per ispettori di verniciatura (substrati metallici)" (West Conshohocken, PA: ASTM 2000)

2. ISO 8502-4: 1993, "Preparazione di substrati di acciaio prima dell'applicazione di vernici e prodotti correlati - Test per la valutazione della pulizia della superficie - Parte 4: Guida alla stima della probabilità di condensa prima dell'applicazione della vernice" ( Ginevra, Svizzera: ISO, 1993)

3. ASTM E337-02, "Metodo di prova standard per la misurazione dell'umidità con uno psicrometro (misurazione delle temperature a bulbo umido e secco)" (West Conshohocken, PA: ASTM 2002)