David Beamish, DeFelsko Corporation
Pubblicato originariamente in: Materials Performance (febbraio 2004); Sezione Rivestimenti e Rivestimenti
Aggiornato: Ottobre 2021
Le condizioni ambientali ottimali sono essenziali per la preparazione della superficie, l'applicazione e l'indurimento dei rivestimenti e delle guaine per massimizzare le prestazioni. Questo articolo presenta le cinque condizioni ambientali che devono essere osservate e misurate e l'effetto che ciascuna condizione ha su un lavoro di successo. Vengono inoltre illustrati diversi dispositivi di misurazione meccanici ed elettronici e viene discusso l'uso corretto di ogni strumento.
La preparazione delle superfici e l'applicazione dei rivestimenti e delle guaine devono essere eseguite in condizioni ambientali ottimali per evitare guasti. Sono disponibili diversi strumenti per misurare le cinque condizioni che devono essere osservate e monitorate:
È risaputo che la maggior parte dei rivestimenti non si asciuga correttamente a basse temperature e con un'elevata umidità relativa (RH). Meno noto 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 entra in contatto con essa, un processo chiamato condensazione. L'umidità provoca la formazione di ruggine sull'acciaio non protetto. Intrappolata tra un rivestimento e un substrato, l'umidità può causare il cedimento prematuro del sistema applicato.
La leggera condensa sulle superfici sabbiate può essere difficile da osservare. Piuttosto che rilevare questa umidità, si utilizzano strumenti che aiutano a valutare il rischio di formazione di umidità in primo luogo. È necessario eseguire dei 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 verificare che le 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 di rivestimento sono importanti per tutti gli appaltatori e gli ispettori.
I primi parametri necessari per valutare il rischio di formazione di umidità su un substrato sono la temperatura della superficie da preparare o rivestire e la temperatura dell'aria in prossimità di tale superficie. Di notte, le opere in acciaio di solito irradiano calore e si raffreddano 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 della superficie è spesso diversa da quella dell'aria, soprattutto nel caso di lavori eseguiti all'esterno, è necessario misurare entrambe le temperature per evitare problemi di applicazione nel caso in cui le temperature dell'aria o dell'acciaio diventino troppo calde o troppo fredde per una formazione soddisfacente del film. L'applicazione a temperature non corrette può causare difetti quali: blistering, pinholing, craterizzazione, dry spray e mud cracking. Il produttore del rivestimento deve specificare le temperature superficiali massime e minime per l'applicazione del rivestimento.
ASTM D3276, "Standard Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates) "1, afferma che la temperatura superficiale minima per l'applicazione del rivestimento è solitamente di 5ºC (40ºF). Può arrivare a 0ºF (-18ºC) per i sistemi monocomponenti o bicomponenti che induriscono a freddo o a 50ºF (10ºC) per i sistemi bicomponenti convenzionali. Le specifiche delle vernici possono indicare che la verniciatura non deve essere effettuata quando la temperatura è in calo ed è entro i 3ºC (5ºF) dal limite inferiore.
La temperatura massima della superficie per l'applicazione del rivestimento è in genere di 50ºC (125ºF), salvo diversa indicazione. Una superficie troppo calda può causare un'evaporazione così rapida dei solventi del rivestimento da rendere difficile l'applicazione, la formazione di bolle o la formazione di un film poroso.
La velocità di polimerizzazione è direttamente influenzata dall'UR, la quantità di umidità presente nell'aria espressa come percentuale della quantità totale (saturazione) possibile a una determinata temperatura. L'aria carica di umidità non può trattenere la stessa quantità di solvente dell'aria secca. Pertanto, un'elevata UR può ritardare la velocità di evaporazione del solvente. Per questo motivo, l'UR massima a cui possono essere applicati e polimerizzati i rivestimenti è generalmente fissata all'85%. Alcuni rivestimenti, tuttavia, necessitano di umidità per polimerizzare. Pertanto, è importante verificare le specifiche del rivestimento.
La temperatura del punto di rugiada è la temperatura alla quale l'umidità inizia a formarsi su una superficie di acciaio. È la temperatura a cui un volume d'aria deve essere raffreddato per raggiungere la saturazione. È una funzione della temperatura dell'aria e dell'UR.
L'ultimo parametro da tenere presente è la distanza tra la temperatura superficiale e la temperatura del punto di rugiada. Se sono uguali, è probabile che si formi umidità. Anche se sono vicine, il rischio di formazione di umidità può essere inaccettabile. Documenti come l'ASTM D3276 e la norma internazionale standard ISO 8502-42 affermano che la temperatura superficiale deve essere di almeno 5ºF (3ºC) superiore alla temperatura del punto di rugiada durante le tre fasi critiche del rivestimento: preparazione, applicazione e polimerizzazione. Questa separazione minima consente anche di ridurre la temperatura superficiale durante l'evaporazione dei solventi o l'applicazione di materiali di rivestimento freddi.
La temperatura dell'aria, la temperatura del punto di rugiada e l'UR possono essere determinate con uno psicrometro a fionda o a batteria. Questi strumenti sono dotati di due termometri. Il primo termometro, detto "a bulbo secco", misura la temperatura dell'aria ambiente. Il secondo termometro è avvolto in una calza di mussola o in uno stoppino che viene bagnato prima dell'uso, da cui il nome "bulbo umido". Questa "temperatura a bulbo umido" rappresenta la perdita di calore dovuta all'evaporazione dell'acqua nella calza. Una bassa UR provoca un'evaporazione più rapida e una temperatura di bulbo umido più bassa rispetto a un'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.
Leggere attentamente le istruzioni. Lo strumento deve essere ispezionato e preparato correttamente prima di ogni singolo test. Controllare regolarmente il rivestimento umido e mantenerlo in buone condizioni. L'evaporazione dell'acqua dalla mussola lascia sempre una piccola quantità di materiale solido. È quindi auspicabile utilizzare acqua il più possibile pura e rinnovare la mussola di tanto in tanto.
La posizione fisica del test e il tempo trascorso a far vorticare o soffiare aria sul bulbo umido sono fattori che influenzano direttamente l'accuratezza del risultato del test. I termometri devono essere fatti vorticare rapidamente per 15 o 20 secondi, quindi fermati e letti rapidamente, prima il bulbo umido, perché inizierà a cambiare quando il movimento dell'aria si interromperà. Il test deve essere ripetuto fino a quando due o più letture del bulbo umido corrispondono alla lettura più bassa ottenuta.
Per ottenere la massima precisione, lo psicrometro deve essere fatto girare all'ombra. L'osservatore deve essere rivolto verso il vento e fare qualche passo avanti e indietro per evitare che il suo corpo influisca negativamente sulle osservazioni. Si tenga presente che quando la temperatura è vicina o inferiore al punto di congelamento, lo psicrometro non è uno strumento molto affidabile per misurare l'umidità3.
Uno psicrometro non misura direttamente l'UR e la temperatura del punto di rugiada. Questi valori vengono calcolati utilizzando una formula in cui vengono inserite le temperature del bulbo secco e del web. A tale scopo sono disponibili grafici e calcolatori psicrometrici a scorrimento. Grafici come le Tabelle psicrometriche dell'U.S. Weather Bureau(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. In genere si utilizzano 76 cm di mercurio, che corrispondono al livello del mare. Ad altitudini superiori, si utilizzano da 29 a 23 pollici (da 74 a 58 cm).
Leggete 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: Si supponga che i termometri a bulbo umido e secco leggano con incrementi di 1 grado, ma che si possa interpolare a ½ grado. Con una precisione tipica di +1 grado, se la temperatura del bulbo secco fosse di 75ºF (23,9ºC) e quella del bulbo umido di 73ºF (22,8ºC), i possibili valori registrati potrebbero assomigliare a quelli della Tabella 1.
Sebbene entrambi i valori del termometro rientrino nella tolleranza, il calcolo della formula dell'umidità risultante differisce di 8,8 punti percentuali! Se si utilizza una tabella di ricerca invece di un calcolo con formula, la differenza potrebbe essere ancora maggiore. Questo bilancio di errori è maggiore nei calcoli a bulbo umido/secco con UR molto bassa e molto alta.
L'UR può anche essere letta direttamente da un igrometro o registrata in continuo con un idrografo.
Un termometro di temperatura superficiale come quello mostrato nella Figura 3 utilizza un elemento di rilevamento bimetallico. Può essere attaccato magneticamente a una superficie d'acciaio e il nastro adesivo lo fissa ad altre superfici.
I termometri devono rimanere in posizione per un periodo di tempo sufficiente a stabilizzare la temperatura, in genere 2 o 3 minuti. Toccare leggermente il quadrante prima di effettuare la lettura finale e fare attenzione a leggere dritto. Evitare la luce solare diretta, il vento, le radiazioni termiche, i condotti di riscaldamento o di ventilazione o altre condizioni simili. Ottenere dati per aree calde e fredde e per aree medie.
I termometri digitali a infrarossi senza contatto, come i modelli PosiTector IRT o PosiTector DPM IR, possono essere utilizzati anche per misurare la temperatura superficiale. Leggere attentamente le istruzioni dello strumento. Più il dispositivo viene tenuto lontano dalla superficie, più l'area di misurazione è ampia, con conseguente potenziale errore.
Le condizioni atmosferiche cambiano in continuazione: pertanto, le misurazioni e i calcoli devono essere effettuati frequentemente. Quattro ore è un periodo minimo tipico. Si raccomanda di misurare diversi punti e di registrare le condizioni prima, durante e dopo il lavoro. Alcune specifiche richiedono una misurazione continua mentre l'acciaio pulito con sabbiatura abrasiva è esposto o mentre i rivestimenti sono in fase di indurimento: la misurazione continua assicura 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 sono dotati di una sonda di temperatura superficiale(Figura 4). La sonda di temperatura superficiale consente allo strumento di calcolare e visualizzare l'importante valore delta, ovvero la differenza tra la temperatura superficiale e quella del punto di rugiada.
La misura continua è uno dei motivi per cui gli strumenti digitali all-in-one stanno rapidamente diventando popolari. Essi 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 calibrazione che attestano la tracciabilità diretta agli standard del National Institute of Standards and Technology.
Il misuratore di punto di rugiadaPosiTector DPM visualizza continuamente e simultaneamente tutti e cinque i parametri ambientali sul display a cristalli liquidi. Non solo i valori vengono visualizzati, ma possono essere memorizzati nella memoria del misuratore premendo un pulsante, insieme alla data e all'ora. Inoltre, se si inserisce un intervallo di tempo, il misuratore può essere lasciato incustodito per registrare tutti e cinque i valori a quell'intervallo, ad esempio ogni 15 minuti o ogni ora(Figura 5). I dati registrati possono essere memorizzati fino a quando il misuratore di punto di rugiada non viene recuperato dal luogo in cui si trova, oppure l'utente può attivare il monitoraggio remoto e vedere i dati in diretta dal campo. Questo è utile per tenere un registro completo delle condizioni ambientali prima, durante e dopo l'applicazione del rivestimento.
Gli strumenti "tutto in uno", come il misuratore di punto di rugiadaPosiTector DPM , offrono di solito una maggiore precisione, una maggiore semplicità e una risposta più rapida rispetto ai metodi meccanici. Il loro facile utilizzo con una sola mano è comodo quando si sale su una scala o un'impalcatura o quando si raggiungono luoghi distanti e aree piccole e difficili da raggiungere. La visualizzazione sul display è rapida e continua.
Altri misuratori di punto di rugiada all-in-one, come il PosiTector DPM L Dew Point Meter Logger, sono dotati di contenitori sigillati per l'ambiente e possono misurare autonomamente le condizioni ambientali fino a 200 giorni senza bisogno di cambiare le batterie.
Un altro vantaggio degli strumenti digitali è che eliminano gran parte delle congetture sulla misurazione. Molti modelli sono dotati di allarmi che avvisano automaticamente l'utente quando la temperatura superficiale è troppo vicina alla temperatura del punto di rugiada; questa funzione segnala l'elevato rischio di formazione di umidità. La maggior parte dei misuratori visualizza sia l'unità di misura Celsius che Fahrenheit. Alcuni registrano il valore della temperatura superficiale solo dopo che questo si è stabilizzato. In altre parole, toccate una superficie fredda o calda e lo strumento misurerà il valore della temperatura mentre scende o sale fino alla temperatura effettiva della superficie. Dopo pochi secondi, quando il misuratore determina che la lettura si è stabilizzata, emette un segnale acustico e congela il display. Questa funzione è particolarmente utile quando si misurano aree remote dove il display è difficile o impossibile da visualizzare.
1. ASTM D3276-15e1, "Standard Guida per gli ispettori di verniciatura (substrati metallici)" (West Conshohocken, PA: ASTM 2015)
2. ISO 8502-4:2017, "Preparazione dei substrati di acciaio prima dell'applicazione di vernici e prodotti correlati - Prove per la valutazione della pulizia della superficie - sia a bulbo umido che a bulbo secco Parte 4: Guida alla stima della probabilità di condensazione prima dell'applicazione della vernice" (Ginevra, Svizzera: ISO, 2017).
3. ASTM E337-15, "Standard Test Method for Measuring Humidity with a Psychrometer (the Measurement of Wet- and Dry-Bulb Temperatures)" (West Conshohocken, PA: ASTM 2015).
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), ex presidente di DeFelsko Corporation, un'azienda di New York produttrice di strumenti di prova portatili per rivestimenti venduti in tutto il mondo. Laureato in ingegneria civile, ha maturato oltre 25 anni di esperienza nella progettazione, produzione e commercializzazione di questi strumenti di prova in diversi settori internazionali, tra cui la verniciatura industriale, l'ispezione della qualità e la produzione. Ha condotto seminari di formazione ed è stato membro attivo di varie organizzazioni tra cui NACE, SSPC, ASTM e ISO.
