¿Por qué los calentadores de cartucho en teteras y calentadores de agua acumulan una gran cantidad de sarro mientras que las paredes interiores tienen mucho menos?
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La mayoría de los hogares tienen que lidiar con la acumulación de cal (incrustaciones de agua) en algún momento de su vida diaria. Cuando hierves agua en un hervidor eléctrico, se acumula mucha sarro en el fondo. Con el tiempo, los calentadores de agua acumulan muchas incrustaciones en sus partes calefactoras. Las personas que tienen cuidado notan que las incrustaciones se acumulan principalmente en la superficie del calentador de cartucho, especialmente en la parte inferior o en el propio elemento calefactor. Las paredes interiores de la tetera o del tanque, por el contrario, muestran mucha menos escala. ¿Por qué sucede esto?
En lugar de las tradicionales varillas sumergidas, los hervidores eléctricos modernos tienen calentadores de cartucho plano integrados en la parte inferior. Los calentadores de cartucho que se sumergían directamente en agua eran comunes en los dispensadores de agua caliente instantánea más antiguos (matraces hirviendo). Estos calentadores de cartucho eran útiles, pero también muy peligrosos ya que causaban muchos incendios, razón por la cual las universidades tienen reglas estrictas sobre los dormitorios.
Las incrustaciones son un gran problema con los calentadores de cartucho. Como las teteras y calentadores de agua son más antiguos, el agua tarda más en hervir. Un gran problema con el tamaño es que utiliza más energía. La cal cubre la superficie del calentador de cartucho, lo que detiene el contacto directo entre el calentador de cartucho y el agua. Esto reduce en gran medida la eficacia de la conducción de calor.
El carbonato de calcio, el sulfato de magnesio, el sulfato de calcio y el hidróxido de magnesio constituyen la mayor parte de la incrustación. En comparación con los metales utilizados en las vainas de los calentadores de cartucho, estos compuestos tienen una conductividad térmica muy débil (alrededor de 0,5 a 3 W/m·K). El cobre tiene una conductividad térmica de 385 W/m·K, y el acero inoxidable/hierro tiene una conductividad térmica de aproximadamente 79,5 W/m·K. Puede ser de decenas a cientos de veces diferente, por lo que las incrustaciones gruesas en un calentador de cartucho hacen que el elemento se sobrecaliente en un lugar para mover la misma cantidad de energía. Esto aumenta los gastos de energía y podría dañar el calentador de cartucho.
Cuando la cal cubre el calentador de cartucho, mantiene el calor dentro, lo que hace que la temperatura aumente rápidamente en algunos lugares. Esto podría romper el aislamiento de óxido de magnesio dentro del calentador de cartucho, hacer que dure menos o causar problemas de seguridad. En lugares con agua dura (como el norte), las incrustaciones se acumulan rápidamente, por lo que es necesario limpiar el calentador de cartucho con frecuencia.
La actividad de las burbujas está íntimamente relacionada con el establecimiento de escala. Las principales partes de las incrustaciones son el carbonato de calcio, el silicato de calcio, el sulfato de calcio y el hidróxido de magnesio que se han sedimentado en el agua del grifo. Debido a que el calentador de cartucho genera calor, se siguen formando burbujas en su superficie a medida que se calienta.
Las primeras burbujas se forman cuando el aire disuelto se escapa a medida que aumenta la temperatura y disminuye la solubilidad. A medida que el agua se calienta, comienza a hervir y forma burbujas de vapor. Estas burbujas forman una interfaz trifásica-: agua líquida, burbuja de gas y superficie sólida del calentador de cartucho. Cuando las burbujas se rompen y se evaporan, hacen que las sales de calcio y magnesio cercanas al sitio de nucleación se saturen demasiado. Esto provoca precipitaciones que se adhieren a la superficie del calentador de cartucho.
Los estudios indican que los calentadores de cartucho calcáreos generan una mayor cantidad de burbujas en comparación con los nuevos. La superficie rugosa y porosa de un calentador de cartucho incrustado facilita la formación de incrustaciones, ya que tiene más sitios de nucleación y es más amante del agua. Por lo tanto, cuanto más tiempo funciona un calentador de cartucho con sarro, más rápido se acumula nuevo sarro, lo que empeora el problema.
¿Por qué el calentador de cartucho tiene muchas más incrustaciones que las paredes del hervidor? Los iones de calcio y magnesio que forman sales son los componentes básicos de la escala. La mayoría se adhiere a la superficie del calentador de cartucho caliente, mientras que algunos parecen partículas blancas flotando en el agua (principalmente carbonato de calcio e hidróxido de magnesio), lo que hace que el agua sea menos clara.
Desde el inicio del calentamiento, el calentador de cartucho genera altas temperaturas localizadas, que son lugares perfectos para que se formen burbujas. Se forman burbujas de inmediato en el calentador de cartucho, lo que hace que se acumule sarro todo el tiempo. Por el contrario, el agua en masa sólo se calienta lo suficiente más tarde y la precipitación allí necesita una cristalización homogénea, lo que requiere más energía.
La teoría de la cristalización dice que la cristalización heterogénea (en la superficie del calentador de cartucho) es energéticamente buena ya que la interfaz sólido-líquido reduce la energía superficial. La cristalización homogénea (en agua a granel) necesita más energía para formar núcleos cristalinos. Aunque el calentamiento rápido produce energía, el proceso principal es una cristalización heterogénea en el calentador de cartucho, por lo que se produce más acumulación allí.
Las paredes internas acumulan algo de sarro porque también son lugares donde ocurre la nucleación heterogénea, pero la cantidad es considerablemente menor que en el calentador de cartucho porque no hay calor elevado localizado ni producción severa de burbujas.
Utilice vinagre, ácido cítrico o descalcificadores industriales para limpiar el calentador de cartucho con regularidad. Si vive en una zona con agua dura, es posible que desee considerar la posibilidad de adquirir un ablandador de agua. Para reducir los sitios de nucleación, elija un calentador de cartucho con vainas de acero inoxidable lisas y de alta-calidad (304 o 316). Asegúrese siempre de que todo esté completamente sumergido y esté atento a los tiempos de ebullición como señal de acumulación de sarro.
