ما هو معدل التبخر؟
معدل التبخر هو عامل مهم يؤثر على تأثير التبريد التبخيري للأرصفة القابلة للنفاذ. تمّ استخدام طريقة تجريبية بسيطة لاستكشاف معدلات التبخر لمواد الرصف المختلفة في الظروف الخارجية. تمّ الحصول على معدلات التبخر لستة مواد مختلفة نفاذة للرصف بالإضافة إلى المياه العارية.
التبخر هو عملية ماصة للحرارة تقوم بتحويل السائل إلى حالة غازية للمادة قبل الوصول إلى نقطة غليان السائل. يرتبط معدل التبخر بالعديد من العوامل مثل مساحة السطح ودرجة حرارة السائل والهواء المحيط. يتباطأ معدل التبخر في النظام بمجرد أن يحقق ضغط البخار التوازن.
ما هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل التبخر؟
تمّ الكشف عن العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدلات التبخر. تشير النتائج إلى أنّ توافر المياه المرتفع بالقرب من السطح أو التعرض الكبير للرطوبة في الغلاف الجوي أمر بالغ الأهمية لمعدل التبخر وتأثير التبريد التبخيري الناتج عن مواد الرصف. زيادة فراغات الهواء ونفاذية الهواء هي إحدى الطرق لتحسين التعرض للرطوبة في الغلاف الجوي وتعزيز التبخر.
يعد الحفاظ على السطح رطبًا من خلال التأثيرات الشعرية المحسنة مع تدرجات أدق أو رش الماء مباشرة على السطح طريقة أخرى لإنتاج تأثير تبريد تبخيري أفضل. مطلوب تصميم مثالي للمواد ذات حجم مسام متوازن بشكل مناسب وتأثير شعري ونفاذية كافية لتعظيم تأثير التبريد التبخيري.
يتم تحديد معدل تبخر المذيب للحصول على قيمة نسبية لبعض المذيبات القياسية المختارة، حيث يعتمد اختيار المذيب على أسباب استخدام المذيب ونوع المذيب، وعادةً ما يتم الاتفاق عليه بين الأطراف المعنية. في أوروبا، يعتبر إيثيل إيثر هو المذيب المرجعي الأكثر استخدامًا وفي الولايات المتحدة أسيتات البوتيل، كما يتم تحديد معدل تبخر المذيبات الأخرى في ظل ظروف مماثلة، ويتم استخدام القيم الناتجة لتصنيف المذيبات.
الشرط الأكثر وضوحًا هو أن يتم التحديد بدون مسودات وتيارات هوائية مفرطة، حيث إن معدل التبخر هو نسبة الوقت اللازم لتبخير مذيب الاختبار إلى الوقت المطلوب لتبخير المذيب المرجعي في ظل ظروف مماثلة. يمكن التعبير عن النتائج إما كنسبة مئوية تبخرت خلال إطار زمني معين، أو وقت التبخر بمقدار معين، أو معدل نسبي.
المعدل النسبي هو الأكثر شيوعًا، وبالنسبة للمذيبات المهلجنة المستخدمة في تطبيقات التنظيف، تتم مقارنة معدل التبخر النسبي إما بالزيلين أو فوق كلورو إيثيلين، كما يتم التحديد على لوحة اختبار باستخدام 10 مل من المذيب يتم حساب معدل التبخر النسبي.
يؤثر كل من التوتر السطحي للخليط وانتشار المذيبات على معدل التبخر، حيث تصبح هذه وظيفة معقدة لا تعتمد فقط على المذيبات الموجودة، ولكن أيضًا على تأثير المواد المذابة على كل من التوتر السطحي والانتشار. تؤثر هذه العلاقات على معدلات التبخر الحقيقية للمذيبات من الخلائط المعقدة في المنتجات النهائية. بالإضافة إلى ذلك، يعتمد تبخر المذيبات أيضًا على الرطوبة النسبية وحركة الهواء.
ما هي أهمية معدل التبخر؟
معدل التبخر هو عامل مهم يؤثر على تأثير التبريد التبخيري للأرصفة القابلة للنفاذ، حيث يتم تحديده من خلال نظام معقد من العوامل، مثل درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية ودرجة حرارة الماء ومحتوى الرطوبة ومحتوى فراغ الهواء والحجم والبنية. لتجنب النظام المعقد، تمّ استخدام طريقة تجريبية بسيطة لقياس متوسط معدلات التبخر لمختلف مواد الرصف تحت الظروف الخارجية في موقع الاختبار في ديفيس، كاليفورنيا.
بناءً على نتائج هذه الدراسة التجريبية، بلغ معدل التبخر الأقصى للمياه العارية حوالي 2.0-2.5 مم / ساعة خلال الأيام الحارة في يوليو في ديفيس كاليفورنيا، وخلال يوم التجربة الأول عندما توفر المزيد من الماء بالقرب من سطح المواد القابلة للنفاذ، تراوح معدل التبخر من 0.5 إلى 1.5 مم / ساعة، والذي كان أعلى بكثير من ذلك (0.1–0.3 مم / ساعة) في اليوم الثاني والثالث مع رطوبة أقل متوفرة بالقرب من السطح.
تشير النتائج إلى أنّ إبقاء الماء بالقرب من السطح عن طريق تعزيز التأثير الشعري أو رش الماء على السطح أو حقن الماء في الرصيف، للحفاظ على رأس الماء بالقرب من السطح سيزيد من معدل التبخر، وبالتالي ينتج عنه تأثير تبريد تبخيري أفضل. يعتمد التأثير الشعري على محتوى الفراغ الهوائي وهيكل المواد السطحية وحجم الفراغات الهوائية. يوصى بمزيد من الدراسات التجريبية والنظرية لتقييم وتصميم تأثير التبريد التبخيري لمواد الرصف على النحو الأمثل.
ما هي تطبيقات معدل تبخر المذيبات؟
معدل تبخر المذيبات مهم في العديد من التطبيقات، وقد أدى ذلك إلى محاولات لنمذجة والتنبؤ بتقلبات المذيبات، حيث يعتمد معدل تبخر المذيب على ضغط بخاره عند درجة حرارة المعالجة ونقطة الغليان والحرارة المحددة والمحتوى الحراري وحرارة تبخير المذيب ومعدل الإمداد بالحرارة ودرجة الارتباط بين جزيئات المذيب والمذاب، والتوتر السطحي للسائل ومعدل حركة الهواء فوق سطح السائل ورطوبة الهواء المحيط بسطح السائل.
وجد أنّ ضغط بخار المذيب في القسم السابق يعتمد على وزنه الجزيئي ودرجة حرارته، حيث يمكن التنبؤ بمعدل تبخر المذيب بناءً على معرفة نقطة غليانه وأيضاً الحرارة المحددة للمذيب تتعلق أيضًا بنقطة غليانه. تعتمد نقطة غليان المذيب أيضًا على وزنه الجزيئي كما هو الحال مع المحتوى الحراري وحرارة التبخر، ولكن لا توجد درجة عالية من الارتباط بين هذه الكميات؛ نظرًا لوجود ارتباطات جزيئية لا يمكن التعبير عنها بعلاقة عالمية.
لهذا السبب تستخدم القيم التجريبية لمقارنة خصائص المذيبات المختلفة، حيث إن المذيبات المرجعية الأكثر استخدامًا هما: ثنائي إيثيل الأثير (أوروبا) وأسيتات البوتيل (الولايات المتحدة الأمريكية)، كما يتم تحديد معدل تبخر المذيبات الأخرى في ظل ظروف مماثلة، ويتم ترتيب المذيبات وفقًا لذلك.
وإذا تمّ استخدام ثنائي إيثيل إيثر كنقطة مرجعية، فإنه يتم تجميع المذيبات في أربع مجموعات: قابلية عالية للتطاير <10 وتقلب معتدل 10-35 وقابلية منخفضة للتطاير 35-50 وقابلية تطاير منخفضة جدًا> 50، وإذا تمّ استخدام أسيتات البيوتيل كمذيب مرجعي، المذيبات مجمعة في ثلاث فئات: مذيبات التبخر السريع> 3، معتدلة 0.8-3 ومذيبات التبخير البطيء <0.8.
كما أنه وفي بعض التطبيقات مثل الطلاءات والصب، وما إلى ذلك، لا يكون معدل التبخر هو العامل المهم الوحيد، حيث يجب تعديل التركيبة للتحكم في الخصائص الانسيابية ومنع الانكماش والتساقط وتشكيل الضباب وتوفير الشكل المطلوب، كما يمكن للمذيبات ذات معدلات التبخر المختلفة أن تلبي جميع المتطلبات الحالية، حيث يحدد ضغط البخار في الغزل الكهربائي المحوري معدل تبخر المذيب من نفاثات البوليمر.
وسيكون لكل من التبخر السريع أو البطيء تأثير على مورفولوجيا الألياف الناتجة، وتحديد شكل اللب والغمد والألياف الكلية. يُقال إن التبخر السريع للمذيبات عالية ضغط البخار، مثل الأسيتون، يؤدي إلى تكوين طبقة رقيقة من المادة الأساسية في واجهة اللب والغمد، والتي تحبس وتبطئ انتشار المذيب الأساسي. عندما يترك المذيب الأساسي الهيكل بالكامل، فإنّه يخلق فراغًا في اللب، ممّا يؤدي إلى الانهيار الهيكلي تحت الضغط الجوي لإعطاء ألياف تشبه الشريط.
