Почему ржавеют станки в гараже и мастерской: точка росы, нагрев и влажность

Как выпадает роса на станке

Воздух удерживает ограниченное количество водяного пара, и чем он холоднее, тем меньше. Если воздух охлаждается у холодной поверхности до температуры, при которой пара становится слишком много, лишняя влага оседает каплями. Эта температура и называется точкой росы.

Ржавеет станок не от сырости помещения как таковой, а от того, что его температура падает ниже точки росы воздуха вокруг. Поэтому станок в неотапливаемой, но стабильно холодной мастерской может годами обходиться без ржавчины, а станок в тёплой мастерской, куда зимой занесли ящик с холодным металлом или весной открыли ворота, покрывается плёнкой влаги за час.

Максимальное содержание пара в воздухе (граммов на кубометр) в зависимости от температуры:

Эти значения справочные. Из них видно, почему тёплый воздух опаснее: при +20 °C в кубометре помещается почти в четыре раза больше пара, чем при 0 °C.

Таблица точки росы

Точку росы рассчитывают по формуле Магнуса. Результаты для типичных условий мастерской (в градусах Цельсия):

Чтобы посчитать самому, в электронной таблице пригодится формула, где T температура воздуха в градусах, RH относительная влажность в процентах:

g  = LN(RH/100) + 17,62*T/(243,12+T)
Td = 243,12*g/(17,62-g)

В Excel или Google Таблицах это одна строка: =243,12*(LN(RH/100)+17,62*T/(243,12+T))/(17,62-(LN(RH/100)+17,62*T/(243,12+T))). Коэффициенты справедливы для температур примерно от −45 до +60 °C с погрешностью доли градуса.

Пример на реальной ситуации. Апрель, на улице +15 °C и влажность 70 %: точка росы 9,6 °C. Станок стоит в гараже без отопления, за ночь станина остыла до +4 °C. Хозяин открывает ворота, и в мастерскую заходит уличный воздух. Станина на 5,6 градуса холоднее точки росы, и конденсат выпадает на всех шлифованных поверхностях. Сухим станок станет только когда прогреется выше +9,6 °C, а на это нужны часы.

Почему станок прогревается медленнее воздуха

Чугунная станина и стальные узлы обладают большой теплоёмкостью. Удельная теплоёмкость чугуна около 0,54 кДж/(кг·К), так что 500 кг при подъёме температуры на 10 градусов должны получить около 2700 кДж, то есть примерно 0,75 кВт·ч тепла. Для воздуха в гараже 6×4×2,5 м (объём 60 м³) тот же подъём на 10 градусов требует около 0,2 кВт·ч. То есть воздух нагревается быстрее станка в несколько раз, плюс тепло от воздуха к металлу передаётся медленно, с ограниченной площади поверхности.

В итоге воздух в мастерской становится тёплым и влажным, а станок ещё холодный. Это самый опасный момент. Именно поэтому практики, которые лечили ржавчину, советуют:

• греть закрытое помещение медленно, не подталкивая температуру резкими скачками; для остывшего бокса называют около двух суток, чтобы поднять его примерно до +10 °C;
• не открывать ворота, пока на улице теплее, чем внутри, и ждать, пока станки прогреются;
• держать в мастерской температуру по возможности ровной круглые сутки, вместо ночного холода и дневного обогрева.

Подробный расчёт мощности обогрева для гаража и список безопасных нагревателей есть в статье про отопление мастерской в гараже.

Откуда в мастерской берётся лишняя влага

Если расставить источники по частоте, у практиков получается так:

1. Тёплый влажный воздух снаружи в весенне-осенний сезон и в дождь, когда ворота или окна открыты.
2. Обогрев открытым пламенем. Газовая пушка, горелка, печь без дымохода дают воду: пропан даёт около 1,6 кг воды на килограмм сгоревшего газа, природный газ около 1,5 кг на кубометр. К тому же это угарный газ и пожарный риск рядом с пылью.
3. Грунтовая и бетонная влага. Бетонный пол без гидроизоляции подтягивает воду снизу, стены и ворота остаются холодными мостами, у которых воздух охлаждается до точки росы.
4. Мокрые процессы внутри: мойка, СОЖ на мелких станках, сушка одежды и краски.
5. Конденсат из сжатого воздуха, который сливается в помещение; об этом в статье про компрессор для мастерской.

Зимний воздух безопаснее, чем кажется. Предел влагосодержания воздуха при −20 °C около 0,9 г/м³, и если нагреть его до +10 °C (где предел 9,4 г/м³), относительная влажность упадёт примерно до 10 %. Поэтому проветривание в морозную сухую погоду осушает мастерскую, а в тёплый дождливый день, наоборот, заносит воду.

Как проверить свою мастерскую

Нужны два прибора: термогигрометр (подойдёт недорогой с погрешностью около ±3 % по влажности, лучше калиброванный по солевой пробе) и инфракрасный термометр или термопара для поверхности станка.

Как защитить станок: от главного к дополнительному

Ровная температура. Постоянный слабый обогрев круглые сутки эффективнее, чем рывки. Закрытый бокс с утеплёнными воротами, стенами и полом требует небольшой мощности, чтобы держать +8…+12 °C. Предпочтительны инфракрасные электрические панели и закрытые нагреватели: они не добавляют влагу.

Контроль влажности. Ориентир, который называют практики и поставщики станков, 50–60 % и меньше. Если влажность выше, нужен осушитель. Конденсационный бытовой осушитель хорошо работает при +15…+25 °C, а в холодном гараже при +5…+10 °C его теплообменник обмерзает, и производительность падает. Для холодных помещений ищут адсорбционные осушители с роторным осушающим элементом. Мощность подбирают по объёму и влагопритоку, а не по паспортной цифре, которая дана для +30 °C и 80 %.

Поведение с воротами. Ворота открывают, когда воздух снаружи холоднее или суше внутреннего; в тёплую влажную погоду их держат закрытыми, пока станки не прогреются.

Консервация поверхностей. Чугунные столы, направляющие и винты, которые простаивают, покрывают консервационным маслом или тонким слоем машинного, закрывают чехлами из дышащей ткани. Герметичную плёнку на влажный станок не натягивают: под ней влага застрянет, и ржавчина пойдёт под плёнкой. Для инструмента и деталей работают закрытые ящики с влагопоглотителем и бумага или плёнка с летучим ингибитором коррозии.

Лазерный станок и чиллер. У лазерных станков есть своя причина конденсата: если вода в контуре охлаждения холоднее точки росы воздуха, роса выпадает на трубке, держателях зеркал и линзе. Температуру воды берут по паспорту трубки, а точку росы в помещении держат ниже неё. Особенно это касается станков со встроенным чиллером, например Wattsan 1290 PRO, где контур из мастерской не вынесешь. Подробности об охлаждении есть в статье про трубку CO2 и чиллер.

Типичные ошибки

• Сначала включают обогреватель на максимум, а потом открывают ворота, чтобы «проветрить».
• Греют газовой пушкой без отвода продуктов горения: влага и угарный газ остаются в помещении.
• Укрывают влажный станок плёнкой.
• Измеряют температуру только воздуха, а не металла.
• Хранят инструмент на открытой полке рядом с воротами.
• Покупают осушитель по паспортной производительности и ставят его в холодном гараже.