Si bien es ampliamente conocido en la industria de señalización vial que los tiempos de secado de la pintura pueden variar dependiendo de las condiciones ambientales como la humedad relativa y la velocidad del aire, los investigadores de PPG han identificado el factor principal que determina la velocidad de secado para varios tipos de pinturas a base de agua: la temperatura de la superficie de la carretera. La empresa evaluó más de 160 escenarios para proporcionar a los contratistas una comprensión más profunda de las variables de secado que afectan sus operaciones de señalización. Este conocimiento basado en datos puede ayudar a guiar los tiempos de secado sin transferencia para evitar que la pintura se transfiera a los neumáticos de los automóviles según las condiciones en el momento de la aplicación. También puede influir en la magnitud del control de tráfico requerido. Reducir el tiempo, el costo, el retrabajo y las quejas del público conductor pueden ser beneficios.
Observando cómo se seca la pintura
La pintura vial a base de agua se seca en dos etapas. En la primera etapa, el agua se evapora, haciendo que la pintura se seque hasta alcanzar una condición de no transferencia mientras la superficie se seca. En la segunda etapa, la emulsión se coagula después de que el agua restante desaparece para formar una película duradera.
Si bien las condiciones ambientales afectan ambas etapas, la primera etapa es especialmente afectada. El conocimiento común de la industria ha señalado la temperatura del aire, la velocidad del aire y la humedad relativa como las principales variables que influyen en los tiempos de secado, mientras que el tipo de pintura y la temperatura de la superficie a veces se pasan por alto.
Los investigadores de PPG utilizaron experimentación estadística altamente controlada para identificar el impacto de cada una de las cinco variables de manera independiente y en conjunto. La prueba utilizó siete pinturas amarillas sin cuentas: dos pinturas de alto espesor, dos pinturas de temporada extendida y tres pinturas de secado rápido.
Se probaron más de 160 combinaciones de variables según el estándar ASTM D711 para tiempos de secado. La pintura se aplicó a un sustrato metálico con un grosor de 15 mils, y la temperatura del sustrato se controló utilizando una placa caliente.
La humedad relativa y la temperatura del aire se controlaron en una cámara ambiental para caminar, y la velocidad del aire se controló en una cámara de plástico utilizando ventiladores y un potenciómetro.
La temperatura del sustrato se eleva a la cima
Los datos recopilados de las extensas pruebas mostraron que la temperatura del sustrato es el factor principal que afecta los tiempos de secado de la pintura, casi el doble de importante que el segundo factor, la velocidad del aire, y casi cinco veces más crítico que la humedad relativa.
Las pruebas también mostraron una fuerte interacción bidireccional entre la velocidad del aire y la temperatura del sustrato, lo que significa que el efecto de la velocidad del aire cambia a medida que cambia la temperatura del sustrato. De manera similar, hay una interacción importante entre la humedad relativa y la temperatura del sustrato. El tipo de pintura utilizada tuvo un impacto mínimo en el tiempo de secado, siendo las pinturas de secado rápido algo más rápidas que las pinturas de temporada extendida y de alto espesor. La temperatura del aire por sí sola tuvo poca significancia estadística en el tiempo de secado, pero impactará la temperatura de la carretera en el campo.
Los investigadores pudieron usar los datos para predecir los tiempos de secado bajo condiciones ambientales dadas en un entorno de laboratorio. Por ejemplo, según nuestros datos, un tiempo de secado deseado de 8.7 minutos puede ocurrir bajo las siguientes condiciones:
- 85˚ F de temperatura de la superficie (el impacto parece estabilizarse por encima de los 100˚ F)
- 60% de humedad relativa (el aumento de la humedad ralentiza el tiempo de secado)
- 0.5 mph de velocidad del viento (el impacto parece estabilizarse por encima de 1.5 mph)
- 75˚ F de temperatura del aire (el cambio en la temperatura tiene un impacto directo mínimo)
El modelo de datos utilizado para analizar los resultados de las pruebas tuvo un valor de coeficiente de determinación (R2) de 0.90, lo que indica un alto grado de precisión en relación con los datos reales.
Implicaciones en el mundo real
Los conocimientos obtenidos del estudio pueden ayudar a los contratistas de señalización a planificar mejor el momento de sus trabajos, así como la magnitud del control de tráfico.
Dado que la temperatura de la superficie de una carretera aumenta a lo largo del día, comenzar a trabajar más tarde puede reducir los tiempos de secado. Si eso no es factible, los contratistas ahora tienen la previsión para planificar tiempos de secado más largos y un control de tráfico extendido cuando la superficie de la carretera está más fría. Esto también aplica para las partes de la carretera que están sombreadas por pasos elevados y otras obstrucciones que bloquean el sol para calentar la superficie. Lo mismo ocurre en días nublados.
A medida que aumentan los conteos promedio de tráfico diario, se requieren más proyectos para completarse en condiciones nocturnas. Las temperaturas de las carreteras pueden disminuir y la humedad relativa puede aumentar sustancialmente desde el comienzo de la noche hasta el amanecer. Esta combinación de temperaturas de superficie decrecientes y aumento de la humedad causa un aumento en los tiempos de secado. A medida que estas condiciones cambian a lo largo de la noche, la duración del control de tráfico necesario para proteger la señalización vial se expande.
Más allá de un mejor control de los proyectos, los datos del estudio pueden apoyar otros cambios para la industria. Por ejemplo, usar equipos para calentar la carretera inmediatamente antes de la señalización elevaría la temperatura de la superficie y potencialmente permitiría un secado más rápido.
Un momento de ‘eureka’
Examinar más profundamente las condiciones que afectan los tiempos de secado de la pintura a base de agua ha resultado en un momento de “eureka” para la industria de señalización vial. El sentido común siempre ha señalado la temperatura del aire, pero los datos ahora revelan cuán crítica es la temperatura de la superficie como factor.
Con este nuevo conocimiento, los contratistas tienen otra herramienta para ayudar a lograr operaciones de señalización más eficientes y rentables, y no tienen que buscar debajo de la superficie para encontrarla.