Omgevingsomstandigheden meten

Zoals gepubliceerd in: Materials Performance (februari 2004); Afdeling Coatings & Linings

Coating Instrument-serie

Optimale omgevingscondities zijn essentieel voor de voorbereiding, toepassing en uitharding van coatings en voeringen van het oppervlak om succesvolle prestaties te maximaliseren. Dit artikel presenteert de vijf omgevingscondities die moeten worden nageleefd en gemeten en het effect dat elke conditie heeft op een succesvolle job. Het omvat ook verschillende mechanische en elektronische meetinstrumenten en bespreekt het juiste gebruik van elk instrument.

Oppervlaktevoorbehandeling en het aanbrengen van coatings en voeringen moeten onder optimale omgevingsomstandigheden worden uitgevoerd om defecten te helpen voorkomen. Er is een verscheidenheid aan instrumenten beschikbaar om de vijf omstandigheden te meten die moeten worden nageleefd en gevolgd:

• Luchttemperatuur
• Oppervlaktetemperatuur
• Relatieve vochtigheid (RH)
• dooipunt temperatuur
• Het verschil tussen de oppervlakte- en dauwpunttemperaturen

Het is algemeen bekend dat de meeste coatings niet goed drogen bij lage temperaturen en hoge RV. Minder begrepen is de invloed van vocht op het oppervlak op de levensduur en prestaties van materialen.

Vocht vormt zich op een oppervlak wanneer warme, vochtige lucht ermee in contact komt - een proces dat condensatie wordt genoemd. Door vocht zal onbeschermd staal gaan roesten. Gevangen tussen een coating en een substraat, zal vocht er waarschijnlijk voor zorgen dat het aangebrachte systeem voortijdig faalt.

Lichte condensatie op gestraalde oppervlakken kan moeilijk waar te nemen zijn. In plaats van dit vocht te detecteren, worden instrumenten gebruikt om in de eerste plaats het risico van vochtvorming te helpen inschatten. Er moeten tests worden uitgevoerd om de dauwpunttemperatuur voor, tijdens en na het coatingproces te berekenen. De dauwpunttemperatuur moet worden vergeleken met de oppervlaktetemperatuur om ervoor te zorgen dat de twee ver genoeg van elkaar verwijderd zijn, zodat vochtvorming onwaarschijnlijk is.

Zorgvuldige observatie van atmosferische omstandigheden en een goed begrip van hun impact op de kwaliteit en gezondheid op lange termijn van coating- en bekledingstoepassingen zijn belangrijk voor alle aannemers en inspecteurs.

Milieu omstandigheden

LUCHT- EN OPPERVLAKTEMPERATUREN

De eerste parameters die nodig zijn om het risico van vochtvorming op een substraat te beoordelen, zijn de temperatuur van het te prepareren of te coaten oppervlak en de temperatuur van de lucht nabij dat oppervlak. Staalwerk straalt 's nachts meestal warmte uit en wordt gekoeld tot onder de luchttemperatuur. Overdag neemt het warmte op en is het meestal warmer dan de luchttemperatuur.

Aangezien de oppervlaktetemperatuur vaak verschilt van de luchttemperatuur, vooral bij buitenwerkzaamheden, moeten beide temperaturen worden gemeten om applicatieproblemen te voorkomen als de lucht- of staaltemperaturen te hoog of te koud worden voor een bevredigende filmvorming. Toepassing bij verkeerde temperaturen kan defecten veroorzaken zoals: blaarvorming, speldenprikken, kratervorming, droge spray en modderscheuren. De coatingfabrikant moet de maximale en minimale oppervlaktetemperaturen specificeren voor het aanbrengen van een coating.

ASTM D3276, "Standard Guide for Paint Inspectors (Metal Substrates)," 1 stelt dat de minimum oppervlaktetemperatuur voor het aanbrengen van een coating gewoonlijk 40ºF (5ºC) is. Het kan zo laag zijn als 0 ºF (–18 ºC) voor "koud uithardende" één- of tweecomponentensystemen of 50 ºF (10 ºC) voor conventionele tweecomponentensystemen. Verfspecificaties kunnen verder aangeven dat er niet mag worden geschilderd als de temperatuur daalt en binnen 5ºF (3ºC) van de ondergrens.

De maximale oppervlaktetemperatuur voor het aanbrengen van een coating is typisch 125 ºF (50 ºC), tenzij duidelijk anders aangegeven. Een te heet oppervlak kan ervoor zorgen dat de coatingsoplosmiddelen zo snel verdampen dat het aanbrengen moeilijk is, blaasvorming optreedt of een poreuze film ontstaat.

RELATIEVE VOCHTIGHEID

Uithardingssnelheden worden rechtstreeks beïnvloed door RV - de hoeveelheid vocht in de lucht uitgedrukt als percentage van de totale hoeveelheid (verzadiging) die mogelijk is bij een bepaalde temperatuur. Met vocht beladen lucht kan niet zoveel oplosmiddel bevatten als droge lucht. Daarom kan een hoge RV de verdampingssnelheid van het oplosmiddel vertragen. Om deze reden wordt de maximale RV waarbij coatings of linings kunnen worden aangebracht en uitgehard in het algemeen vastgesteld op 85%. Sommige coatings hebben echter vocht nodig om uit te harden. Daarom is het belangrijk om de specificaties van de coating te controleren.

DOOIPUNT TEMPERATUUR

De dauwpunttemperatuur is de temperatuur waarbij vocht zich gaat vormen op een stalen oppervlak. Het is de temperatuur waarnaar een hoeveelheid lucht moet worden gekoeld om verzadiging te bereiken. Het is een functie van de luchttemperatuur en de RV.

DELTA (VERSCHIL) TUSSEN DAUWPUNT EN OPPERVLAKTE TEMPERATUREN

De laatste parameter om op te merken is de mate van scheiding tussen de oppervlaktetemperatuur en de dauwpunttemperatuur. Vocht zal zich waarschijnlijk vormen als ze hetzelfde zijn. Zelfs als ze dichtbij zijn, kan het risico van vochtvorming onaanvaardbaar hoog zijn. Documenten zoals ASTM D3276 en de internationale norm ISO 8502-42 stellen dat de oppervlaktetemperatuur minimaal 5ºF (3ºC) boven de dauwpunttemperatuur moet zijn tijdens de kritische 3 fasen van de coating: voorbereiding, applicatie en uitharding. Deze minimale scheiding helpt ook om de oppervlaktetemperatuur te verlagen naarmate oplosmiddelen verdampen of wanneer koude coatingmaterialen worden aangebracht.

Instrumentatie

MECHANISCHE MEETOPLOSSINGEN

De luchttemperatuur, dauwpunttemperatuur en de RV kunnen worden bepaald met een slinger of op batterijen werkende psychrometer. Deze instrumenten zijn uitgerust met twee thermometers. De eerste thermometer, een "droge bol" genaamd, meet de temperatuur van de omgevingslucht. De tweede thermometer is gewikkeld in een mousseline sok of lont die voor gebruik wordt natgemaakt - vandaar de naam "natte bol". Deze "natte boltemperatuur" vertegenwoordigt het warmteverlies door de verdamping van water in de sok. Een lage RV zorgt voor een snellere verdamping en een lagere natteboltemperatuur dan een hoge luchtvochtigheid.

De slingerpsychrometer (figuur 1) wordt door de lucht gedraaid om de twee temperatuurwaarden te verkrijgen. De elektrische psychrometer blijft stationair terwijl een motoraangedreven ventilator lucht over de thermometers trekt.

Figuur 1 - Sling-psychrometer gebruikt om RH te bepalen.

Lees de aanwijzingen aandachtig door. Het instrument moet voor elke test goed worden geïnspecteerd en voorbereid. Inspecteer de vochtige bekleding regelmatig en houd deze in goede staat. De verdamping van het water uit de mousseline laat altijd een kleine hoeveelheid vast materiaal achter. Het is daarom wenselijk om zo zuiver mogelijk water te gebruiken en ook om de mousseline van tijd tot tijd te vernieuwen.

De fysieke locatie van de test en de hoeveelheid tijd die wordt besteed aan het wervelen of blazen van lucht over de natte bol zijn factoren die de nauwkeurigheid van het testresultaat rechtstreeks beïnvloeden. De thermometers moeten gedurende 15 of 20 seconden snel worden rondgedraaid; gestopt en snel gelezen - de natte bol eerst omdat deze begint te veranderen wanneer de luchtbeweging stopt. De test moet worden herhaald totdat twee of meer nattebolmetingen gelijk zijn aan de laagste gemeten waarde.

Voor de beste nauwkeurigheid moet de psychrometer in de schaduw worden rondgedraaid. De waarnemer moet naar de wind kijken en een paar stappen heen en weer stappen om te voorkomen dat zijn lichaam de waarnemingen nadelig beïnvloedt. Houd er rekening mee dat wanneer de temperatuur dichtbij of onder het vriespunt ligt, de psychrometer geen erg betrouwbaar instrument is om de luchtvochtigheid te meten3.

Een psychrometer meet niet rechtstreeks RH en dauwpunttemperatuur. Deze waarden worden berekend met behulp van een formule waarin de droge en webboltemperaturen worden ingevoegd. Hiervoor zijn grafieken en psychrometrische rekenlinialen beschikbaar. Grafieken zoals de psychrometrische tabellen van het US Weather Bureau (Figuur 2) maken deze bepaling een beetje gemakkelijker. Selecteer de tabel die overeenkomt met de lokale atmosferische druk voor die dag: deze waarde kan worden verkregen bij het dichtstbijzijnde weerbureau op de luchthaven. Over het algemeen wordt 30 inch (76 cm) kwik gebruikt en komt overeen met zeeniveau. Gebruik op grotere hoogten 29 tot 23 inch (74 tot 58 cm).

Figuur 2 - Psychrometrische tabellen van het US Weather Bureau gebruiken om RH te berekenen.

Lees de thermometers goed door, want er zijn veel mogelijkheden voor interpolatiefouten. Kleine verschillen in de waarden die worden verkregen uit temperatuurschalen en opzoektabellen voor vochtigheid kunnen aanzienlijk verschillende resultaten veroorzaken.

Hier is een voorbeeld: Stel dat beide thermometers in stappen van 1 graad aflezen, maar dat je zou kunnen interpoleren tot een ½ graad. Gegeven een typische nauwkeurigheid van +1 graden, als de droge boltemperatuur 75 ºF (23,9 ºC) was en de natte boltemperatuur 73 ºF (22,8 ºC), zouden mogelijke geregistreerde waarden kunnen lijken op die in tabel 1.

Tabel 1 - Verschillen in berekende RV op basis van nauwkeurigheid van thermometer

Hoewel beide thermometerwaarden binnen de tolerantie vallen, verschilt de resulterende berekening van de vochtigheidsformule met 8,8 procentpunten! Als een opzoektabel wordt gebruikt in plaats van een formuleberekening, kan het verschil nog groter zijn. Dit foutenbudget is het grootst bij de natte / droge-bol-berekeningen bij zeer lage en zeer hoge RV.

De RV kan ook direct van een hygrometer worden afgelezen of continu worden geregistreerd met een hydrograaf.

Een oppervlaktetemperatuurthermometer zoals getoond in figuur 3 maakt gebruik van een bimetaal sensorelement. Het kan magnetisch worden bevestigd aan een stalen oppervlak en de tape houdt het vast aan andere oppervlakken.

Figuur 3 - Een oppervlaktetemperatuur-thermometer kan op staal worden bevestigd of op andere oppervlakken worden geplakt.

Thermometers moeten voldoende lang op hun plaats blijven om de temperatuur te laten stabiliseren - meestal 2 of 3 minuten. Tik lichtjes op de draaiknop voordat u een laatste meting uitvoert en zorg ervoor dat u rechtdoor leest. Vermijd direct zonlicht, wind, warmtestraling, verwarmings- of ventilatiekanalen en dergelijke. Verkrijg gegevens voor warme en koude gebieden en voor gemiddelde gebieden.

Digitale, contactloze infraroodthermometers kunnen ook worden gebruikt om de oppervlaktetemperatuur te meten. Lees de instructies van het instrument zorgvuldig door. Hoe verder het apparaat van het oppervlak wordt gehouden, hoe groter het meetgebied, wat een mogelijke fout veroorzaakt.

ELEKTRONISCHE MEETOPLOSSINGEN

Atmosferische omstandigheden veranderen altijd: daarom moeten metingen en berekeningen regelmatig worden uitgevoerd. Vier uur is een typische minimumperiode. Het wordt aanbevolen om verschillende locaties te meten en condities vast te leggen voor, tijdens en na de klus. Sommige specificaties vragen om continue meting terwijl met grof gestraald staal wordt blootgesteld of terwijl coatings of voeringen uitharden: continue meting zorgt ervoor dat het metaal warmer is dan het dauwpunt.

Sommige meters berekenen alleen de dauwpunttemperatuur, maar de meer praktische instrumenten hebben een bevestigde oppervlaktetemperatuursonde (Figuur 4). Met een sonde kan een meter de belangrijke deltawaarde berekenen en weergeven: het verschil tussen de oppervlakte- en dauwpunttemperaturen.

Figuur 4 - Een digitale dauwpuntmeter met een oppervlaktetemperatuursonde. Dit instrument kan de temperatuurdelta berekenen.

Continue meting is een van de redenen waarom digitale, alles-in-één instrumenten snel populair worden. Ze vereenvoudigen het meten en berekenen van kritische omgevingsparameters aanzienlijk. Precisiesensoren met snelle respons bieden nauwkeurige, herhaalbare metingen met hoge betrouwbaarheid en langdurige stabiliteit. Kalibratiecertificaten die directe herleidbaarheid naar normen van het National Institute of Standards and Technology tonen, zijn meestal beschikbaar.

Sommige digitale instrumenten geven continu en gelijktijdig alle vijf omgevingsparameters weer op het liquid crystal display. Niet alleen worden de waarden weergegeven, maar deze waarden kunnen met een druk op de knop samen met de datum en tijd in het geheugen van de meter worden opgeslagen. Beter nog, voer een tijdsinterval in en de meter kan onbeheerd worden achtergelaten om alle vijf waarden op dat interval op te nemen - bijvoorbeeld elke 15 minuten of elk uur (Figuur 5). Dit is handig voor het bijhouden van een volledig overzicht van de omgevingscondities voorafgaand aan, tijdens en na het aanbrengen van de coating.

Figuur 5 - Digitale opname van alle vijf omgevingscondities op door de gebruiker geselecteerde tijdsintervallen.

Ta-luchttemperatuur, Ts-oppervlaktetemperatuur, Td-dauwpunt temperatured-delta tussen de oppervlakte- en dauwpunttemperaturen, RH-relatieve vochtigheid.

Alles-in-één-instrumenten bieden gewoonlijk een hoge nauwkeurigheid, grotere eenvoud en snellere respons dan mechanische methoden. De gemakkelijke bediening met één hand is handig bij het beklimmen van een ladder of steiger of bij het bereiken van verre locaties en kleine, moeilijk bereikbare plaatsen. De uitvoer op het display is snel en continu.

Een ander voordeel dat digitale instrumenten bieden, is dat ze veel giswerk uit het meten halen. Veel modellen hebben alarmen die de gebruiker automatisch waarschuwen wanneer de oppervlaktetemperatuur te dicht bij de dauwpunttemperatuur ligt; deze eigenschap wijst op het hoge risico op vochtvorming. De meeste worden weergegeven in zowel Celsius- als Fahrenheit-eenheden. Sommigen registreren de waarde van de oppervlaktetemperatuur pas nadat die waarde is gestabiliseerd. Met andere woorden: raak een koud of heet oppervlak aan en het instrument meet de temperatuuraflezing als deze daalt of stijgt tot de werkelijke oppervlaktetemperatuur. Binnen een paar seconden, zodra de meter vaststelt dat de aflezing is gestabiliseerd, piept de meter en bevriest de weergave. Dit is vooral handig bij het meten van afgelegen gebieden waar het scherm moeilijk of onmogelijk te zien is.

Referenties

1. ASTM D3276-00, "Standard Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates)" (West Conshohocken, PA: ASTM 2000)

2. ISO 8502-4: 1993, "Voorbereiding van stalen ondergronden vóór het aanbrengen van verf en aanverwante producten - Tests voor de beoordeling van de reinheid van het oppervlak - Deel 4: Richtlijnen voor de schatting van de kans op condensatie voorafgaand aan het aanbrengen van de verf" ( Genève, Zwitserland: ISO, 1993)

3. ASTM E337-02, "Standaard testmethode voor het meten van vochtigheid met een psychrometer (de meting van natte en droge-boltemperaturen)" (West Conshohocken, PA: ASTM 2002)