David Beamish, DeFelsko Corporation
Publicado originalmente en: Materials Performance (febrero de 2004); sección Coatings & Linings
Actualizado: octubre de 2021
Las condiciones ambientales óptimas son esenciales para la preparación de la superficie, la aplicación y el curado de los recubrimientos y revestimientos para maximizar un rendimiento exitoso. Este artículo presenta las cinco condiciones ambientales que deben observarse y medirse, así como el efecto que cada condición tiene en un trabajo exitoso. También abarca varios dispositivos de medición mecánicos y electrónicos y analiza el uso correcto de cada instrumento.
La preparación de la superficie y la aplicación de recubrimientos y revestimientos deben realizarse bajo condiciones ambientales óptimas para ayudar a prevenir fallas. Hay disponible una variedad de instrumentos para medir las cinco condiciones que deben observarse y rastrearse:
Es bien sabido que la mayoría de los recubrimientos no se secan correctamente a bajas temperaturas y con una humedad relativa (HR) alta. Se conoce menos el impacto que la humedad superficial tiene en la vida útil y el rendimiento 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 recubrimiento y un sustrato, la humedad probablemente causará que el sistema aplicado falle prematuramente.
La condensación ligera en superficies con chorro abrasivo puede ser difícil de observar. En lugar de detectar esta humedad, los instrumentos se utilizan para ayudar a evaluar el riesgo de que se forme humedad en primer lugar. Deben realizarse 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 garantizar que ambas estén lo suficientemente separadas como 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 recubrimientos y revestimientos son importantes para todos los contratistas e inspectores.
Los primeros parámetros necesarios para evaluar el riesgo de formación de humedad en un sustrato son la temperatura de la superficie que se va a preparar o recubrir y la temperatura del aire cerca de esa superficie. Por la noche, las estructuras de acero suelen irradiar calor y se enfrían por debajo de la temperatura del aire. Durante el día, absorben calor y suelen estar más calientes que la temperatura del aire.
Dado que la temperatura de superficie suele ser diferente de la temperatura del aire, especialmente en 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 altas o demasiado frías para una formación satisfactoria de la película. La aplicación a temperaturas incorrectas puede causar defectos tales como: ampollas, formación de poros, formación de cráteres, rociado en seco y agrietamiento en barro. El fabricante del recubrimiento debe especificar las temperaturas máximas y mínimas de la superficie para aplicar un recubrimiento.
La norma ASTM D3276, "estándar Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates), "1 establece que la temperatura mínima de la superficie para la aplicación del revestimiento suele ser de 40ºF (5ºC). Puede ser tan baja como 0ºF (-18ºC) para sistemas de uno o dos componentes de curado en frío o 50ºF (10ºC) para sistemas convencionales de dos componentes. Las especificaciones de la pintura pueden indicar además que no se debe pintar cuando la temperatura esté bajando y se encuentre a menos de 5ºF (3ºC) del límite inferior.
La temperatura máxima de la superficie para la aplicación del recubrimiento es típicamente de 125 ºF (50 ºC) a menos que se especifique claramente lo contrario. Una superficie que esté demasiado caliente puede hacer que los solventes del recubrimiento se evaporen tan rápido que la aplicación sea difícil, se produzcan ampollas o resulte en una película porosa.
Las tasas de curado se ven directamente afectadas por la humedad relativa (RH), que es la cantidad de humedad en el aire expresada como un porcentaje de la cantidad total (saturación) posible a una temperatura dada. El aire cargado de humedad no puede retener tanto disolvente como el aire seco. Por lo tanto, una humedad relativa alta puede retrasar la velocidad de evaporación del disolvente. Por esta razón, la humedad relativa máxima a la que se pueden aplicar y curar los recubrimientos o revestimientos se establece generalmente en el 85%. Sin embargo, algunos recubrimientos requieren humedad para curar. Por lo tanto, es importante comprobar las especificaciones del recubrimiento.
La temperatura del punto de rocío es la temperatura a la cual la humedad comenzará a formarse en una superficie de acero. Es la temperatura a la cual se debe enfriar un volumen de aire para alcanzar la saturación. Es una función de la temperatura del aire y de la humedad relativa.
El último parámetro que hay que tener en cuenta es el grado 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 que se forme humedad puede ser inaceptablemente alto. Documentos como la norma ASTM D3276 y la norma internacional estándar ISO 8502-42 establecen que la temperatura de la superficie debe estar como mínimo 3ºC (5ºF) por encima de la temperatura del punto de rocío durante las tres fases críticas del revestimiento: 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 disolventes o cuando se aplican materiales de revestimiento fríos.
La temperatura del aire, la temperatura del punto de rocío y la humedad relativa se pueden determinar con un psicrómetro de honda o a batería. Estos instrumentos están equipados con dos termómetros. El primer termómetro, llamado «bulbo seco», mide la temperatura ambiente del aire. El segundo termómetro está envuelto en un calcetín o mecha de muselina que se moja 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. Una humedad relativa baja provocará una tasa de evaporación más rápida y una temperatura de bulbo húmedo más baja que una humedad alta.
El psicrómetro de honda (Figura 1) se hace girar a través del aire para obtener los dos valores de temperatura. El psicrómetro eléctrico permanece estacionario mientras un ventilador impulsado por motor hace pasar aire a través de los termómetros.
Lea las instrucciones detenidamente. El instrumento debe inspeccionarse y prepararse adecuadamente antes de cada ensayo. 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 renovar la muselina periódicamente.
La ubicación física de la prueba y la cantidad de tiempo dedicado a girar o soplar aire sobre el bulbo húmedo son factores que afectan directamente la exactitud del resultado de la prueba. Los termómetros deben agitarse rápidamente durante 15 o 20 segundos; detenerse y leerse rápidamente (primero el bulbo húmedo porque comenzará a cambiar cuando el movimiento del aire se detenga). La prueba debe repetirse hasta que dos o más lecturas de temperatura de bulbo húmedo sean iguales a la lectura más baja obtenida.
Para obtener la mejor exactitud, el psicrómetro debe girarse a la sombra. El observador debe mirar hacia el 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 con el cual medir la humedad3.
Un psicrómetro no mide directamente la humedad relativa y la temperatura del punto de rocío. Estos valores se calculan mediante una fórmula en la que se introducen las temperaturas de bulbo seco y temperatura de bulbo húmedo. Para ello se dispone de gráficos y calculadoras de regla de cálculo psicrométrica. Las tablas como las Tablas Psicrométricas 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, lo que corresponde al nivel del mar. A mayores elevaciones, utilice de 29 a 23 pulgadas (74 a 58 cm).
Lea los termómetros con atención, ya que existen numerosas oportunidades de cometer errores de interpolación. Pequeñas diferencias en los valores obtenidos de las escalas de temperatura y las tablas de consulta de humedad pueden generar resultados considerablemente distintos.
Aquí hay un ejemplo: suponga que tanto el termómetro de bulbo húmedo como el de bulbo seco realizan lecturas en incrementos de 1 grado, pero que usted podría interpolar hasta medio grado. Dada una exactitud típica de +1 grado, si la temperatura de bulbo seco fuera de 75 ºF (23.9 ºC) y la temperatura de bulbo húmedo fuera de 73 ºF (22.8 ºC), los valores registrados posibles podrían parecerse a los de la Tabla 1.
Aunque ambos valores del termómetro se encuentran dentro de la tolerancia, el cálculo de la fórmula de humedad resultante difiere en 8.8 puntos porcentuales. Si se utiliza una tabla de consulta en lugar del cálculo por fórmula, la diferencia podría ser aún mayor. Este margen de error es máximo en los cálculos de bulbo húmedo y seco con HR muy baja y muy alta.
La HR también se puede leer directamente en un higrómetro o registrarse de forma continua con un hidrógrafo.
Un termómetro de temperatura de superficie como el que se muestra en la Figura 3 utiliza un elemento sensor bimetálico. Se puede fijar magnéticamente a una superficie de acero, y la cinta lo mantendrá en otras superficies.
Los termómetros deben permanecer en su lugar durante el tiempo suficiente para que la temperatura se estabilice, típicamente de 2 a 3 minutos. Golpee ligeramente el cuadrante antes de tomar una lectura final y tenga cuidado de leer de frente. Evite la luz solar directa, el viento, la radiación térmica, los conductos de calefacción o ventilación u otras condiciones similares. Obtenga datos para áreas frías y calientes, así como para áreas promedio.
Los termómetros infrarrojos digitales sin contacto, como el PosiTector IRT o PosiTector DPM IR, también se pueden usar para medir la temperatura de superficie. Lea atentamente las instrucciones del instrumento. Cuanto más lejos de la superficie se sostenga el dispositivo, mayor será el área de medición, lo que provocará un error potencial.
Las condiciones ambientales cambian constantemente; por lo tanto, las mediciones y los cálculos deben realizarse con frecuencia. Cuatro horas es un período mínimo típico. Se recomienda medir diferentes condiciones y registrar las condiciones antes, durante y después del trabajo. Algunas especificaciones exigen una medición continua mientras el acero limpiado con chorro abrasivo esté expuesto o mientras los recubrimientos o revestimientos estén curando: la medición continua garantiza que el metal esté más caliente que el punto de rocío.
Algunos medidores calculan únicamente la temperatura del punto de rocío, pero los instrumentos más prácticos tienen una sonda de temperatura de superficie adjunta (Figura 4). Una sonda de temperatura de superficie permite que un medidor calcule y muestre el importante valor delta, la diferencia entre las temperaturas de superficie y del punto de rocío.
La medición continua es una de las razones por las cuales los instrumentos digitales todo en uno están ganando popularidad rápidamente. Simplifican enormemente el proceso de medir y calcular parámetros ambientales críticos. Los sensores de precisión de respuesta rápida proporcionan lecturas exactas y repetibles con alta confiabilidad y estabilidad a largo plazo. Por lo general, se encuentran disponibles certificados de calibración que muestran la trazabilidad directa a los patrones del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.
El medidor de punto de rocío PosiTector DPM muestra 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 presionando un botón junto con la fecha y la hora. Aún mejor, ingrese un intervalo de tiempo y el medidor se puede dejar desatendido para registrar los cinco valores a ese intervalo, digamos cada 15 minutos o cada hora (Figura 5). Los datos registrados se pueden almacenar hasta que se recupere el medidor de punto de rocío de la ubicación, o el usuario puede habilitar el monitoreo remoto y ver datos en directo desde el campo. Esto es útil para mantener un registro completo de las condiciones ambientales previas, durante y posteriores a la aplicación del recubrimiento.
Los instrumentos todo en uno, como el medidor de punto de rocío PosiTector DPM, por lo general ofrecen mayor exactitud, mayor simplicidad y una respuesta más rápida que los métodos mecánicos. Su operación fácil con una sola mano es útil al subir una escalera o andamio o al alcanzar ubicaciones distantes y áreas pequeñas de difícil acceso. La salida en la pantalla es rápida y continua.
Otros medidores de punto de rocío todo en uno, como el registrador del medidor de punto de rocío PosiTector DPM L, cuentan con contenedores sellados ambientalmente y pueden medir de forma autónoma las condiciones ambientales durante un máximo de 200 días sin necesidad de cambiar las baterías.
Otra ventaja que proporcionan los instrumentos digitales es que eliminan gran parte de las conjeturas en las mediciones. Muchos modelos cuentan con alarmas que alertan automáticamente al usuario cuando la temperatura de superficie está demasiado cerca de la temperatura del punto de rocío; esta característica señala el alto riesgo de formación de humedad. La mayoría muestra las unidades en grados Celsius o Fahrenheit. Algunos registran el valor de temperatura de 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 asciende hasta la temperatura de superficie real. En unos pocos segundos, una vez que el medidor determina que la lectura se ha estabilizado, el medidor emite un pitido y congela la pantalla. Esto es particularmente útil al medir áreas remotas donde la pantalla es difícil o imposible de ver.
1. ASTM D3276-15e1, "estándar Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates)" (West Conshohocken, PA: ASTM 2015)
2. ISO 8502-4:2017, “Preparación de sustratos de acero antes de la aplicación de pinturas y productos relacionados — Ensayos para la evaluación de la limpieza de la superficie — Parte 4: Guía sobre la estimación de la probabilidad de condensación previa a la aplicación de pintura” (Ginebra, Suiza: ISO, 2017)
3. ASTM E337-15, "estándar 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 de DeFelsko Corporation, un fabricante con sede en Nueva York de instrumentos portátiles de prueba de recubrimientos vendidos en todo el mundo. Tenía un título en Ingeniería Civil y más de 25 años de experiencia en el diseño, fabricación y comercialización de estos instrumentos de prueba en diversas industrias internacionales, incluidas la pintura industrial, la inspección de calidad y la fabricación. Realizó seminarios de capacitación y fue miembro activo de varias organizaciones, incluidas NACE, SSPC, ASTM e ISO.
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