PT103373B

PT103373B - Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono

Info

Publication number: PT103373B
Application number: PT10337305A
Authority: PT
Inventors: Adelio Miguel Magalhaes Mendes; Paulo Jorge Ribeiro Da Cruz; Joao Carlos Godinho De Santos; Catarina De Carvalho Carneiro; Jose Luis Pinheiro De Sousa Nogueira
Original assignee: Cin Corporacao Ind Do Norte Sa; Univ Do Porto
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2008-07-23
Also published as: WO2007049169A2; WO2007049169A3; PT103373A

Abstract

O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A UMA UNIDADE DE DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE AO CO2 DE REVESTIMENTOS, A QUAL COMPREENDE UMA CÂMARA TERMOSTÁTICA (10), QUE CONTÉM NO SEU INTERIOR UMA CÉLULA DE PERMEAÇÃO (11), UM ANALISADOR ESPECIFICO DE CO2 (12), UM TANQUE DE MISTURA (13), TRÊSTRANSDUTORES DE PRESSÃO (14) E DOIS MEDIDORES E CONTROLADORES DE CAUDAL (15) DAS CORRENTES DE ENTRADA NA CÉLULA DE PERMEAÇÃO. ESTA UNIDADE ENCONTRA-SE LIGADA A UM PROCESSADOR DE DADOS (16) E IMPLEMENTA O MÉTODO DE WICKE-KALLENBACK.O PROJECTO DA UNIDADE DE DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE DE REVESTIMENTOS AO CO2 FOI EXECUTADO DE MODO A TORNÁ-LA FUNCIONAL E EFICAZ. ESTA UNIDADE PERMITE OBTER RESULTADOS NUM CURTO ESPAÇO DE TEMPO, O QUE SE REVELA BASTANTE VANTAJOSO QUANDO COMPARADA COM OUTROS MÉTODOS.OS REVESTIMENTOS SÃO APLICADAS SOBRE PAPEL KRAFT, UMA VEZ QUE ESTE SUPORTE SE REVELOU EXTREMAMENTE EFICAZ PARA ESTES ENSAIOS E TEM UM BAIXO CUSTO.

Description

(57) Resumo:

O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A UMA UNIDADE DE DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE AO CO2 DE REVESTIMENTOS, A QUAL COMPREENDE UMA CÂMARA TERMOSTÁTICA (10), QUE CONTÉM NO SEU INTERIOR UMA CÉLULA DE PERMEAÇÃO (11),

UM ANALISADOR ESPECIFICO DE CO2 (12), UM TANQUE DE MISTURA (13), TRÊSTRANSDUTORES DE

PRESSÃO (14)

E DOIS MEDIDORES E

CONTROLADORES

CORRENTES DE

DE CAUDAL (15) DAS

ENTRADA NA CÉLULA DE

PERMEAÇÃO. ESTA UNIDADE ENCONTRA-SE LIGADA

A UM PROCESSADOR DE DADOS (16) E IMPLEMENTA O MÉTODO DE WICKE-KALLENBACK.O PROJECTO DA UNIDADE DE DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE DE REVESTIMENTOS AO CO2 FOI EXECUTADO DE MODO A TORNÁ-LA FUNCIONAL E EFICAZ. ESTA UNIDADE PERMITE

OBTER RESULTADOS NUM CURTO ESPAÇO DE TEMPO, O QUE SE REVELA BASTANTE VANTAJOSO QUANDO COMPARADA COM OUTROS MÉTODOS.OS REVESTIMENTOS SÃO

APLICADAS SOBRE PAPEL KRAFT, UMA VEZ QUE ESTE SUPORTE SE REVELOU

EXTREMAMENTE EFICAZ PARA ESTES ENSAIOS E TEM UM BAIXO CUSTO.

RESUMO

UNIDADE DE DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE DE REVESTIMENTOS AO DIÓXIDO DE CARBONO presente invento refere-se a uma unidade de determinação da permeabilidade ao C0₂ de revestimentos, a qual compreende uma câmara termostática (10), que contém no seu interior uma célula de permeação (11), um analisador específico de CO₂ (12), um tanque de mistura (13), três transdutores de pressão (14) e dois medidores e controladores de caudal (15) das correntes de entrada na célula de permeação. Esta unidade encontra-se ligada a um processador de dados (16) e implementa o método de WíckeKallenback.

O projecto da unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao CO₂ foi executado de modo a torná-la funcional e eficaz. Esta unidade permite obter resultados num curto espaço de tempo, o que se revela bastante vantajoso quando comparada com outros métodos.

Os revestimentos são aplicadas sobre papel Kraft, uma vez que este suporte se revelou extremamente eficaz para estes ensaios e tem um baixo custo.

MieiaaiMiúHttíteaoaai

DESCRIÇÃO

UNIDADE DE DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE DE REVESTIMENTOS AO DIÓXIDO DE CARBONO

Domínio técnico

A presente invenção refere-se a uma unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao C0₂. Esta determinação é de extrema importância no ramo dos revestimentos para fachadas, uma vez que permite a sua classificação como revestimentos anti carbonatação.

A unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono implementa o método Nicke-Kallenback e aplica-se especificamente à área dos revestimentos (nomeadamente das tintas para fachadas).

Antecedentes da Invenção

Actualmente, reconhece-se que as superfícies de betão necessitam de ser protegidas contra o ingresso de determinados agentes corrosivos. Deste modo, os revestimentos para fachadas, para além da função decorativa, passam a ter outra nova função - a de protecção anticorrosiva.

dióxido de carbono (C0₂) é um dos agentes corrosivos que mais contribui para a degradação do betão, estando presente na atmosfera em concentrações cada vez elevadas devido à crescente queima de combustíveis fósseis.

processo de carbonatação consiste na penetração do C0₂através dos poros do betão, o qual vai reagir com o hidróxido de cálcio presente no betão, originando carbonato de cálcio e água. A carbonatação provoca um decréscimo no pH do betão, o que leva à despassivação das armaduras, abrindo assim caminho à corrosão.

Ao longo dos últimos anos, vários estudos têm sido desenvolvidos de forma a compreender melhor o mecanismo de degradação do betão por acção do C0₂ (Jerga, J., 2004). Assim, torna-se imprescindível revestir, as superfícies de betão de modo a protegê-las contra os agentes corrosivos, nomeadamente o C0₂.

A presente invenção refere-se a uma unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao CO₂. Esta determinação é de extrema importância no ramo dos revestimentos para fachadas, uma vez que permite a sua classificação como revestimentos anti carbonatação.

Ao longo dos anos, a preocupação com a permeabilidade a determinados gases tem crescido, principalmente no que se refere a embalagens utilizadas na indústria alimentar. Em Julho de 1971 foi patenteado um instrumento de determinação da permeabilidade de membranas, US 3590634. Em Abril de 1987 foi registada uma patente, US 4656865, sobre uma unidade de determinação da permeabilidade a gases ou vapor de filmes ou membranas. Em Julho de 2002 foi publicada uma patente, US 6422063, relativa a uma unidade que determina a permeabilidade ao oxigénio de filmes micro-perfurados utilizados para embalar essencialmente frutas e legumes. Em Julho de 2004 foi patenteada uma unidade de determinação da permeabilidade a gases isotópicos em, por exemplo, películas de plástico, US 2004/0123646.

Descrição da invenção presente invento refere-se a uma unidade de determinação da permeabilidade ao C0₂ de revestimentos, a qual compreende uma câmara termostática (10) a qual contém no seu interior uma célula de permeação (11), um analisador especifico de CO₂ (12), um tanque de mistura (13), três transdutores de pressão (14) e dois medidores e controladores de caudal (15) das correntes de entrada na célula de permeação. Esta unidade encontra-se ligada a um processador de dados (16) e implementa o método de WickeKallenback.

A célula de permeação (11) foi cuidadosamente desenhada de modo a que a sua configuração permita assegurar que, no interior de cada uma das câmaras que a constituem, a concentração seja homogénea. À câmara superior (32) é alimentada uma mistura de 15% de CO₂ em N₂ e à câmara inferior (33) é alimentada uma corrente de N₂ puro, não havendo diferença da pressão total entre as duas câmaras. À saída da câmara inferior (24), a corrente gasosa é constituída por N₂ e pelo CO₂ que permeou através do revestimento. Esta corrente é alimentada ao analisador de CO₂ (12) de modo a determinar-se a concentração deste gás presente nesta corrente. Toda a unidade é controlada por um processador de dados (16) no qual foi instalado um programa informático, desenvolvido para esta unidade. Este programa permite controlar as pressões, os caudais, ler a concentração de CO₂ presente numa corrente gasosa, assim como, a sua temperatura e gravar todos estes dados num ficheiro, para posterior cálculo da permeabilidade ao CO₂.

A temperatura é um factor de grande importância neste tipo de determinação, assim foi necessário introduzir a unidade no interior de uma câmara termostática (10) . Esta câmara (10) permite-nos manter a temperatura constante ao longo de todo o ensaio.

Todo o projecto da unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao CO₂ foi criteriosamente executado de modo a torná-la funcional e eficaz. Esta unidade permite obter resultados num curto espaço de tempo (entre 5 e 8 horas), o que se revela bastante vantajoso quando comparada com outros métodos (mais morosos).

Breve Descrição das Figuras presente invento implementa o método de Wicke-Kallenback (descrito na norma EN 1062-6) e pode ser mais facilmente compreendido com o auxílio das Figuras anexas:

- A Figura 1 representa um esquema da unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao C0₂onde o 10 corresponde à câmara termostática, o 11 à célula de permeação, o 12 ao analisador específico de C0₂, o 13 ao tanque de mistura, o 14 aos transdutores de pressão, o 15 aos medidores e controladores de caudal, o 16 ao processador de dados, o 11 às válvulas de globo, o 18 às válvulas de agulha, o 19 à válvula de três vias, o 20 à válvula de cinco vias, o 21 à corrente gasosa de alimentação da câmara superior, o 22 à corrente gasosa de saída da câmara superior (retido), o 23 à corrente gasosa de alimentação da câmara inferior, o 24 à corrente gasosa de saída da câmara inferior (permeado), o 25 à corrente de evacuação do tanque de mistura (13), o 26 à bomba de vácuo rotativa e o 27 à ventilação da unidade;

- A Figura 2 apresenta uma fotografia da célula de permeação (11), a qual é composta por quatro partes (28 a 31), iguais duas a duas (28=31 e 29=30) que constituem as câmaras de permeação superior (32) e inferior (33);

- A Figura 2a apresenta uma fotografia de uma das partes constituintes da célula de permeação (28) onde se pode visualizar o orifício lateral (34) de alimentação da câmara superior (32);

- A Figura 2b apresenta uma fotografia de uma das partes constituintes da célula de permeação (29) onde se podem ver o canal de distribuição (35) da corrente gasosa de alimentação da câmara superior (21) e o orifício de recolha (36) do retido (22);

- A Figura 2c apresenta uma fotografia de uma das partes constituintes da célula de permeação (30) onde se podem ver o canal de distribuição (35) da corrente gasosa de alimentação da câmara inferior (23) e o orifício de recolha (36) do permeado (24);

- A Figura 2d apresenta uma fotografia de uma das partes constituintes da célula de permeação (31) onde se pode visualizar o orifício lateral (34) de alimentação da câmara inferior (33);

- A Figura 3 representa um esquema da câmara superior (32) da célula de permeação (11);

- A Figura 4 corresponde um esquema da janela principal do programa informático que controla, adquire e regista as variações de pressão, caudal e concentração de CO₂ da unidade.

Descrição Detalhada da Invenção

A unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao C0₂ consiste numa câmara termostática (10) a qual contém, no seu interior, a célula de permeação (11), o analisador especifico de CO₂ (12), o tanque de mistura (13), três transdutores de pressão (14) e dois medidores e controladores de caudal (15). Na parede lateral esquerda, da referida câmara termostática, estão fixadas todas as válvulas que regulam as correntes gasosas de entrada desta unidade (17 e 18) enquanto que na outra parede lateral está fixada uma válvula de cinco vias (20) que direcciona qualquer uma das correntes a analisar para o analisador específico de C0₂ (12). A válvula de três vias (19), que se encontra no interior da câmara termostática, é utilizada para direccionar a corrente gasosa a ser alimentada à câmara superior (corrente de N₂ de limpeza ou a corrente de mistura gasosa de CO₂ em N₂) Esta unidade encontra-se ligada a um processador de dados (16) que controla, adquire e regista as variações de pressão, caudal e concentração de CO₂ - ver Figura 1.

O desenho da célula de permeação (11) foi cuidadosamente elaborado, de modo a maximizar a sua eficácia. Esta célula é constituida por quatro partes (28 a 31), iguais duas a duas (ver Figuras 2, 2a, 2b, 2c e 2d) , que constituem as câmaras superior (32) e inferior (33) . Estas câmaras estão separadas pelo revestimento a ensaiar, no qual se impõe uma diferença de pressão parcial, sendo a diferença de pressão total nula. Na câmara superior (32), passa uma mistura de 15% de CO₂ em azoto (N₂) , e a câmara inferior (33) é alimentada com N₂, que funciona como gás de transporte. A entrada das correntes de alimentação da célula (21 e 23) é feita através de um orifício lateral (34), que comunica com um canal de distribuição (35), junto ao perímetro externo das câmaras, no qual existem 45 orifícios de 1 mm de diâmetro. 0 retido (22) / permeado (24) são recolhidos através de um orifício na parte central das câmaras (36) .

A superfície entre os orifícios de alimentação e o orifício de recolha (36) (retido (22) / permeado (24)) é cónica (Figura 3), de forma a promover uma maior homogeneidade da velocidade radial.

Esta célula permite a realização de ensaios de revestimentos aplicados em diferentes suportes tais como papel Kraft, papel fibra de vidro e outros materiais de muito baixa espessura e elevada permeabilidade ou ainda azulejo cerâmico poroso, vidro ou metal sinterizado e outros materiais que se caracterizam por ser de elevada espessura e permeabilidade. Deste modo, os provetes têm um diâmetro de 9 cm e uma espessura que pode variar entre os 0.4 mm e os 6 mm.

Uma vez que esta célula é versátil, no que se refere aos suportes utilizados, e sabendo que as câmaras, superior e inferior, são estruturalmente iguais, o volume interno da câmara superior (32) é variável (consoante o suporte escolhido) e o da câmara inferior (33) é fixo. Assim, a câmara inferior (33) tem um volume reduzido (cerca de 5 cm³) de forma a aumentar a sensibilidade da resposta à permeação do C0₂, a diminuir o tempo de resposta do sistema, a minimizar a existência de volumes mortos no interior desta câmara e a garantir que a concentração é homogénea em qualquer ponto da câmara. A concentração da corrente gasosa alimentada à câmara superior não é alterada uma vez que é introduzida nesta câmara a um caudal suficientemente elevado, cerca de 10 vezes superior ao caudal alimentado à câmara inferior. O reduzido caudal a que é alimentada a corrente gasosa à câmara inferior, aliada à configuração desta câmara permite dizer que, à saída da câmara inferior, o permeado contém a concentração exacta de CO₂ que permeou através do revestimento ensaiado.

As grandes vantagens do uso do papel Kraft como suporte são a sua elevada porosidade, fácil manuseamento, aplicação e acessibilidade, facilitando a determinação das permeabilidades. Outra grande vantagem do uso deste suporte é o seu baixo custo (podendo ser considerado desprezável quando comparado com o custo de por exemplo o vidro sinterizado).

A célula de permeação é construída em aço inoxidável, tem um diâmetro externo de aproximadamente 13 cm e uma altura de cerca de 4,5 cm. Esta contém anéis de vedação, colocados de modo a garantir que não existem fugas de gases.

Estas características permitem distinguir esta célula de todas as outras células de permeação existentes, nomeadamente, na forma como é feita a distribuição dos gases no interior das câmaras superior e inferior, assim como, a sua configuração cónica e o seu reduzido volume. Analisando as patentes acima referidas pode facilmente comprovar-se estas diferenças. Na patente US 4656865 as câmaras, superior e inferior, da célula de permeação utilizada são cilíndricas e os caudais de alimentação das correntes gasosas são aproximadamente iguais em ambas as câmaras. No documento de patente US 2004/0123646, a célula de permeação é composta por duas câmaras, uma hiperbárica e outra hipobárica.

A corrente gasosa que sai da câmara inferior (24) é composta por N₂ e pelo C0₂ que permeou através do revestimento ensaiado. Para determinar a concentração em C0₂ desta corrente é utilizado um analisador específico de C0₂, CA-2A Carbon Dioxide Analyser®, Sable Systems® (12). A unidade aqui descrita comporta também a possibilidade de analisar as correntes de alimentação (21) e retido (22) da câmara superior. A vantagem de se poder analisar estas correntes gasosas é a de garantir que não há diferença mensurável de concentração entre a entrada e saída da câmara superior.

Este equipamento (12) permite a utilização de várias gamas de detecção que variam entre 0-500 ppm e 0-100000 ppm e possui uma resolução de 0.0001% (lppm) e uma exactidão de 1% na gama de medição seleccionada. Para além da determinação da concentração de CO₂ presente numa corrente gasosa, este equipamento (12) mede a temperatura e a pressão da corrente gasosa alimentada.

Analisando as patentes US 6422063 e US 4656865 verifica-se que o método de detecção utilizado para analisar o permeado é a cromatografia gasosa. Na patente US 2004/0123646 é utilizado um espectrofotómetro de massa.

Esta unidade está munida de um sistema de tubagens, que constituem a ventilação (27), que encaminham parte das correntes 22 e 24, assim como a corrente gasosa que passa no analisador específico de CO₂ (12) para o exterior da unidade.

A mistura de C0₂ em N₂, utilizada nesta unidade, é efectuada num tanque de mistura (13) de 5 1 de capacidade.

Este tanque encontra-se na parte inferior da unidade, está colocado na horizontal e a entrada e saída dos gases faz-se através dum tubo localizado na parte central de uma das paredes laterais do tanque, de forma a garantir uma melhor homogeneidade da mistura gasosa e minimizar os problemas de estratificação dos gases. A mistura é preparada com base nas pressões parciais dos gases envolvidos, de acordo com as seguintes expressões, em que se assume comportamento de gases perfeitos:

Pr ~ Pco₂ ⁺ Pn₂	(I)	Pco₂ ~ ^co₂ ’ Ρτ (II)		Ρν₂=Χν₂·Ρτ (III)
onde é a	pressão	total dentro do	tanque de mistura,	Pcoz
é a pressão	parcial	do CO₂ , Xco2 θ	a	fracção molar do	CO₂
na mistura,	Pn2 é i	a pressão parcial	do azoto e X_N2	é a

fracção molar do N₂ na mistura.

O gás alimentado em primeiro lugar ao tanque é aquele que existe em menor quantidade na mistura, ou seja, o CO₂. Desta forma, consegue-se assegurar que, com a entrada do N₂, a mistura ficará perfeitamente homogénea.

O controlo da temperatura sistema, uma vez que a temperatura. Para que tal câmara termostática (10) é muito importante para este permeabilidade varia com a seja possível, montou-se uma que consiste num frigorifico doméstico, com um termoventilador no seu interior, ligado a um sistema de controlo que permite que a temperatura se mantenha constante ao longo do tempo. Na ligação do termoventilador ao controlador, tornou-se o funcionamento da ventoinha independente do das resistências de aquecimento. A ventoinha funciona de modo contínuo e as resistências apenas operam quando recebem o sinal do controlador. Este modo de operação evita que as resistências se danifiquem por sobreaquecimento. Quando a temperatura atinge um valor inferior ao valor estabelecido (set-point), entram em funcionamento as resistências do termoventilador que fornecem calor ao sistema, desligandose quando a temperatura atingir novamente o valor desejado. Para o controlo da temperatura adquiriu-se um controlador Eurotherm® 2216L e um relê Eurotherm® SSR 50^a que é responsável pelo envio do sinal de controlo ao termoventilador. A leitura da temperatura é feita através de um termopar tipo K, colocado no interior da câmara termostática. A incorporação do controlador no sistema permite ler variações de temperatura inferiores a O,1°C na região controlada, relativamente ao valor estabelecido. 0 controlador foi inserido numa caixa, preparada para o efeito, onde também foi instalada a fonte de alimentação ao termoventilador.

Esta câmara termostática caracteriza-se pela sua simplicidade e precisão a um baixo custo (entre 70 a 80% mais barato que uma câmara termostática convencional com o mesmo volume de utilização).

Existem nesta unidade três transdutores de pressão (14) de elevada precisão. A existência destes transdutores na unidade é fundamental para a monitorização da pressão no interior das câmaras inferior e superior, assim como, no tanque de mistura. As câmaras, superior e inferior, devem estar sempre à pressão atmosférica. O transdutor de pressão adjacente ao tanque de mistura é usado na preparação da mistura gasosa utilizada nos ensaios, uma vez que esta é preparada com base nas pressões parciais dos gases.

A gama de trabalho dos dois transdutores de pressão adjacentes à célula de permeação é de 0 a 2 bar absoluto e de 0 a 7 bar absoluto no caso do transdutor adjacente ao tanque de mistura. Os transdutores de pressão são da Druck® e apresentam uma exactidão de 0.1% F.S..

Nesta unidade existem dois medidores e controladores de caudal (15). Estes equipamentos controlam os caudais alimentados às câmaras superior (32) e inferior (33) da célula de permeação (11) . As gamas de trabalho destes equipamentos são 0 a 100 ml-min^-1 para o equipamento ligado à câmara superior e 0 a 10 ml-min^-1 para o equipamento ligado à câmara inferior. 0 caudal da câmara superior deve ser o mais elevado possível. Assim, aliado à configuração da célula, consegue assegurar-se que não vai haver diferença mensurável de concentração entre a entrada (21) e saída (22) desta câmara. Na câmara inferior o caudal deve ser suficientemente baixo para que haja uma concentração em CO₂ suficientemente elevada na corrente de saída (24) desta câmara - aumento da sensibilidade da unidade.

Os medidores e controladores de caudal utilizados são da

Bronkhorst Hi-Tec® e apresentam uma exactidão de 1% F.S..

Como já foi referido, a unidade está ligada a um processador de dados (16) e é totalmente controlada por um programa informático. Este programa permite ver, a cada instante, quais as pressões de operação da unidade, os caudais que estão a ser alimentados à célula e qual a concentração de CO₂ presente na corrente gasosa que está a ser enviada para o detector. Todos estes valores necessitam de ser registados para futuro tratamento dos dados, de modo a ser possível determinar a permeabilidade ao C0₂. Assim, a aquisição de dados tem um papel extremamente importante nesta unidade e é feita através deste programa informático - ver Figura 4. Os dados adquiridos são:

- Tempo, em segundos;

- Concentração de C0₂ (na corrente de saída da câmara inferior ou nas correntes de entrada ou de saída da câmara superior), em ppm;

- Pressão na corrente gue é alimentada ao detector, em kPa;

- Temperatura na corrente que é alimentada ao detector, em ° C;

- Pressões nas câmaras superior e inferior e no tanque de mistura, em bar;

- Caudais alimentados às câmaras superior e inferior, em ml-min^-1 .

Os dados provenientes do analisador de C0₂ são adquiridos via RS 232. Os medidores e controladores de caudal e os transdutores de pressão estão ligados a uma placa de aquisição.

Os dados adquiridos são posteriormente tratados de modo a obter-se a permeabilidade do revestimento ensaiado ao C0₂. Este programa informático pode ser desenvolvido de raiz, usando uma linguagem de programação, ou usando macrolinguagens.

A evacuação do tanque de mistura (25) é muito importante para que a realização dos ensaios decorra de forma correcta, uma vez que é neste tanque que se prepara a mistura de C0₂ em N₂. Esta evacuação é feita usando uma bomba de vácuo rotativa (26) da Edwards® modelo V4.

Considera-se que o tanque está evacuado quando a pressão lida pelo transdutor de pressão do tanque de mistura for inferior a 5 mbar.

Nesta unidade, todas a ligações foram efectuadas com material de precisão para gases da Swagelok®.

projecto global da unidade é de extrema relevância uma vez que permite torná-la funcional podendo ser operada por pessoal não técnico e por permitir obter resultados num curto espaço de tempo (entre 5 e 8 horas) . Esta é uma das grandes vantagens desta unidade quando comparada com outros métodos (mais morosos).

Nesta unidade existe um equilíbrio entre a precisão de cada transdutor/analisador que contribui para a precisão da determinação da permeabilidade de revestimentos ao C0₂, de forma que a sua precisão global seja maximizada e permita a determinação da permeabilidade dos revestimentos produzidos pela indústria, mesmo relativamente aos produtos mais impermeáveis. 0 erro máximo obtido para a determinação desta permeabilidade é de 10% quando a permeabilidade nominal é 10’¹⁶ πΛτν-m-m^-2-s”¹ -Pa^-1, sendo que a norma EN 10626 permite erros até cerca de 30%.

Exemplo produto a ensaiar deverá ser aplicado sobre papel Kraft, de acordo com as especificações do fabricante do produto, devendo secar a uma temperatura compreendida entre os 21 °C e os 25°C, sendo 23°C a temperatura óptima, e entre 45% e 55% de humidade relativa, sendo 50% de humidade relativa o valor óptimo, por um período mínimo de 7 dias (as condições e a duração da secagem são semelhantes para qualquer método de determinação da permeabilidade ao C0₂) . Com o auxílio de um instrumento de corte, os provetes são cortados de acordo com as dimensões da célula de permeação. Uma vez que para a determinação da permeabilidade ao C0₂ é necessário o valor da espessura seca do revestimento a ensaiar, esta deverá ser determinada recorrendo a um instrumento de medida indicado para este fim, como por exemplo um micrómetro.

Posteriormente, o provete deverá ser inserido na célula de permeação (11) e esta última deverá ser colocada na unidade de determinação da permeabilidade ao C0₂.

Uma vez que a unidade é controlada por um programa informático, para se dar início ao ensaio deve abrir-se, no computador, o programa informático correspondente.

Antes de dar início à determinação da permeabilidade, deverá fazer-se passar azoto na célula de permeação, em ambas as câmaras, de forma a remover gualquer vestígio de C0₂ aí existente. 0 controlo desta remoção pode ser feito através da análise da corrente de saída da câmara inferior da célula (24), controlando a concentração em C0₂.

Após o passo anterior deverá proceder-se à evacuação do tanque de mistura e, logo de seguida, à realização da mistura de 15% de C0₂ em N₂, de acordo com o procedimento anteriormente referido.

Através do programa informático, deverá regular-se os caudais das correntes gasosas de alimentação às câmaras superior e inferior, proceder-se à atribuição do nome do ficheiro onde serão armazenados as condições operatórias e os resultados experimentais e definir-se o intervalo de tempo de gravação dos resultados, naquele ficheiro - ver Figura 4.

Terminado o ensaio, deverão fechar-se todas as válvulas e desligar-se a unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao C0₂.

Os resultados experimentais recolhidos são armazenados num ficheiro de texto. Para que se possa obter uma representação gráfica dos mesmos e efectuar as manipulações algébricas necessárias à obtenção da permeabilidade é fundamental transferi-los para uma folha de cálculo, ou similar, como por exemplo o Microsoft Excel®.

A permeabilidade é geralmente expressa em m³pTN-m-m ~-s ¹ -Pa ¹ ou mol-m-m ²-s ¹-Pa ¹ .

No entanto, nas normas de caracterização de revestimentos, por exemplo EN 1504-2, a permeabilidade vem expressa como uma espessura de camada de ar equivalente, S_D (m) . Esta espessura relaciona-se com o factor de resistência à permeação, μ, através de:

(IV) em que Dr_Oi é a difusividade do CO₂ no ar, irr-s^-1, D# é a difusividade efectiva do CO₂ através do revestimento, rrr s’¹, e

S_D=p-l (V) em que lé a espessura da película de revestimento, m.

Assim, é necessário determinar Dqoí e D^e _R de acordo com as seguintes expressões:

(VI)

1Ί em que T é a temperatura absoluta, K, a que o ensaio é realizado e

D^e _R=-^-R-T (vii) ^co₂ em que L é a permeabilidade ao C0₂, m³?™-m-m^-2-s^_1 -Pa^-1, Vco2 é o volume molar do CO2, m³, e R é a constante dos gases perfeitos (R = 8.314 J-mol^_1 ·Κ^_1) .

A permeabilidade ao C0₂ pode ser calculada através de:

r

L = —l (VIII) em que N é o fluxo de C0₂, ιπ³ρτν·m^-2·s^_1, Δρ é a diferença de pressão parcial entre as câmaras superior e inferior, Pa, e l é a espessura de película seca, m.

O fluxo de C0₂ pode ser determinado por:

y*Qlnf zíxlO⁶ (ix) em que y é a fracção molar de C0₂ na câmara inferior, ppm, Qinf é o caudal da corrente gasosa que atravessa a câmara inferior, m³-s^_1, e A é a área de permeação, m².

(X)

A diferença de pressão parcial entre ambas as câmaras podem ser expressa por:

^=^(045-^) em que P^T é a pressão total, Pa.

i. Jerga, J., “Physico-mechanical properties of carbonated concrete”, Construction anã Building Materiais, Vol. 18, 645-652, 2004.

ii. US 3590634, ‘‘Instrument for determining permeation rates through a membrane”, July, 1971.

iii. US 4656865, “System for analyzing permeation of a gas or vapour through a film or membrane”, April, 1987.

iv. US 6422063, ‘‘Rapid method to experimentally measure the gas permeability of micro-perforatedfilms , July, 2002.

v. US 2004/0123646, ‘‘Gas permeability measurement method and gas permeability measurement device ”, July, 2004.

vi. EN 1062-6 - “Paints and vamishes - Coating materiais and coating systems for exterior masonry and concrete - Part 6: Determination of carbon dioxide permeability”, 2004.

vii. EN 1504-2 - “Products and systems for the protection and repair of concrete structures - Definitions, requirements, quality control and evaluation of conformity - Part 2: Surface protection systems for concrete”, April, 2004. ,

Lisboa, Λ6 JAN. 2006

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono caracterizada por possuir:

a) uma câmara termostática (10);

b) uma célula de permeação (11);

c) um analisador específico de C0₂ (12);

d) um tanque de mistura (13);

e) um processador de dados (16) no qual está instalado um programa informático de controlo da unidade;

f) três transdutores de pressão (14), que monitorizam a pressão das câmaras superior e inferior da célula de permeação e do tanque de mistura;

g) dois medidores e controladores de caudal (15) que regulam o caudal de entrada das correntes gasosas na câmara de permeação.

Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com reivindicação

1, caracterizada por conter uma câmara termostática (10) que compreende um frigorífico doméstico com um termoventilador, no seu interior, ligado a um controlador de temperatura através dum relé de estado sólido, sendo a sonda de temperatura colocada no interior desta câmara e junto à célula de permeação (11), que é caracterizada pela grande simplicidade, precisão no controlo e uniformidade da temperatura e um baixo custo (entre 70 a 80% mais barato que uma câmara termostática convencional, com o mesmo volume de utilização
3 - Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a célula de permeação (11) ser de forma cilíndrica e compreender duas câmaras, a superior (32) e a inferior (33).
4 - Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizada por as câmaras superior (32) e inferior (33) permitirem escoamento radial uniforme em toda a superfície de contacto com o revestimento ou com o suporte; esta configuração, juntamente com a utilização dum caudal de alimentação (21) suficientemente elevado à câmara superior (32), permite que a composição da corrente seja aproximadamente constante em toda a superfície de contacto com o revestimento.
5 - Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por as câmaras superior (32) e inferior (33) terem um reduzido volume e superfície ligeiramente cónica que juntamente com a superfície da película de revestimento a ensaiar, ou o seu suporte, permitem escoamento com velocidade radial aproximadamente constante.

Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pela entrada das correntes de alimentação (21 e 23) à célula de permeação (11) através de um orifício lateral (34), que comunica com um canal de distribuição (35), junto ao perímetro externo da célula, no qual existem muitos orifícios de diâmetro bastante reduzido, e recolhida por um orifício único central (36), ou de forma inversa.
7 - Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizada por o canal de distribuição ser fechado na sua parte superior com o auxílio de uma tampa (28 e 31) e anéis de vedação.
8 - Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada por o funcionamento do termoventilador ser alterado de modo que as resistências sejam ligadas/desligadas pela acção do controlador de temperatura, através do relé de estado sólido, enquanto que a ventoinha deverá funcionar de modo contínuo.

Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser controlada por um programa informático que controla/adquire as pressões, os caudais, a concentração de C0₂ na corrente de permeado (24), e da temperatura da corrente gasosa alimentada ao analisador de C0₂

Unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por conter um tanque cilíndrico de mistura (13) colocado na horizontal e com a saída da corrente gasosa posicionada no centro de uma das tampas do tanque.

Utilização da unidade de determinação da permeabilidade de revestimentos ao dióxido de carbono, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizada permeabilidade por ser aplicada na determinação da de revestimentos a gases puros quando analisador específico analisador específico quer analisar.

Utilização permeabilidade de de acordo com a por ser aplicada revestimentos ao específico de C0₂ específico de 0₂.

Utilização permeabilidade de de da de C0₂ é substituído por do determinado gás puro que unidade revestimentos reivindicação um se de determinação da ao dióxido de carbono, anterior, caracterizada na determinação da permeabilidade de oxigénio (O₂) quando o analisador seja substituído por um analisador revestimentos ao dióxido de carbono, acordo com as reivindicações anteriores, caracterizada por se usar papel Kraft como suporte dos revestimentos.

Lisboa, 46JAN. 2006

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