Γιατί οι θερμαντήρες φυσιγγίων σε βραστήρες και οι θερμοσίφωνες συσσωρεύουν βαριά κλίμακα ενώ οι εσωτερικοί τοίχοι έχουν πολύ λιγότερα;

Τα περισσότερα σπίτια έχουν να αντιμετωπίσουν την κατασκευή αλάτων (υδατικής κλίμακας) σε κάποιο σημείο της καθημερινότητάς τους. Όταν βράζετε νερό σε έναν ηλεκτρικό βραστήρα, δημιουργείται πολύ άλατα στον πάτο. Με την πάροδο του χρόνου, οι θερμοσίφωνες αποκτούν μεγάλη κλίμακα στα θερμαντικά μέρη τους. Οι άνθρωποι που είναι προσεκτικοί παρατηρούν ότι τα άλατα συσσωρεύονται κυρίως στην επιφάνεια του θερμαντήρα της κασέτας, κυρίως στο κάτω μέρος ή στο ίδιο το θερμαντικό στοιχείο. Τα εσωτερικά τοιχώματα του βραστήρα ή της δεξαμενής, από την άλλη πλευρά, εμφανίζουν πολύ λιγότερη κλίμακα. Γιατί συμβαίνει αυτό;

Αντί για τις παραδοσιακές βυθισμένες ράβδους, οι σύγχρονοι ηλεκτρικοί βραστήρες διαθέτουν επίπεδες θερμάστρες με φυσίγγια ενσωματωμένες στο κάτω μέρος. Οι θερμαντήρες φυσιγγίων που βυθίζονταν απευθείας στο νερό ήταν συνηθισμένοι σε παλαιότερους διανομείς ζεστού νερού στιγμής (βρασμένες φιάλες). Αυτά τα φυσίγγια ήταν χρήσιμα, αλλά ήταν και πολύ επικίνδυνα αφού προκάλεσαν πολλές πυρκαγιές, γι' αυτό και τα πανεπιστήμια έχουν αυστηρούς κανόνες για τους κοιτώνες.


Η ζυγαριά είναι μεγάλη δυσκολία με τους θερμαντήρες φυσιγγίων. Καθώς οι βραστήρες και οι θερμοσίφωνες είναι παλαιότερες, χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να βράσει το νερό. Ένα μεγάλο πρόβλημα με το μέγεθος είναι ότι καταναλώνει περισσότερη ενέργεια. Η ζυγαριά καλύπτει την επιφάνεια του θερμαντήρα της κασέτας, η οποία σταματά την άμεση επαφή μεταξύ του θερμαντήρα κασέτας και του νερού. Αυτό μειώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της αγωγιμότητας της θερμότητας.

Το ανθρακικό ασβέστιο, το θειικό μαγνήσιο, το θειικό ασβέστιο και το υδροξείδιο του μαγνησίου αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της κλίμακας. Σε σύγκριση με τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται στα περιβλήματα θερμαντικών κασετών, αυτές οι ενώσεις έχουν πολύ ασθενή θερμική αγωγιμότητα (περίπου 0,5–3 W/m·K). Ο χαλκός έχει θερμική αγωγιμότητα 385 W/m·K και ο ανοξείδωτος χάλυβας/σίδηρος έχει θερμική αγωγιμότητα περίπου 79,5 W/m·K. Μπορεί να είναι δεκάδες έως εκατοντάδες φορές διαφορετικό, έτσι η παχιά κλίμακα σε ένα θερμαντήρα φυσιγγίων κάνει το στοιχείο να υπερθερμαίνεται σε ένα σημείο για να μετακινήσει την ίδια ποσότητα ενέργειας. Αυτό αυξάνει τα έξοδα ρεύματος και μπορεί να βλάψει το θερμαντήρα της κασέτας.

Όταν η ζυγαριά καλύπτει τον θερμαντήρα της κασέτας, διατηρεί τη θερμότητα μέσα, γεγονός που κάνει τη θερμοκρασία να αυξάνεται γρήγορα σε ορισμένα σημεία. Αυτό θα μπορούσε να σπάσει τη μόνωση του οξειδίου του μαγνησίου στο εσωτερικό του θερμαντήρα της κασέτας, να διαρκέσει λιγότερο ή να προκαλέσει προβλήματα ασφάλειας. Σε μέρη με σκληρό νερό (όπως στο βορρά), τα άλατα συσσωρεύονται γρήγορα, επομένως πρέπει να καθαρίζετε συχνά τη θερμάστρα της κασέτας.

Η δραστηριότητα των φυσαλίδων σχετίζεται στενά με τη δημιουργία κλίμακας. Τα κύρια μέρη της κλίμακας είναι το ανθρακικό ασβέστιο, το πυριτικό ασβέστιο, το θειικό ασβέστιο και το υδροξείδιο του μαγνησίου που έχουν κατακαθίσει έξω από το νερό της βρύσης. Επειδή ο θερμαντήρας φυσιγγίων δημιουργεί θερμότητα, συνεχίζουν να σχηματίζονται φυσαλίδες στην επιφάνειά του καθώς θερμαίνεται.

Οι πρώτες φυσαλίδες σχηματίζονται όταν ο αέρας που έχει διαλυθεί διαφεύγει καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία και πέφτει η διαλυτότητα. Καθώς το νερό γίνεται πιο ζεστό, αρχίζει να βράζει και κάνει φυσαλίδες ατμού. Αυτές οι φυσαλίδες δημιουργούν μια διεπαφή τριών- φάσεων: υγρό νερό, φυσαλίδα αερίου και επιφάνεια θερμαντήρα στερεών κασετών. Όταν οι φυσαλίδες σπάνε και εξατμίζονται, προκαλούν υπερβολική κορεσμό των αλάτων ασβεστίου και μαγνησίου κοντά στη θέση πυρήνωσης. Αυτό προκαλεί καθίζηση που κολλάει στην επιφάνεια του θερμαντήρα φυσιγγίων.

Μελέτες δείχνουν ότι οι θερμαντήρες φυσιγγίων με κλίμακα παράγουν μεγαλύτερη ποσότητα φυσαλίδων σε σύγκριση με τους νέους. Η τραχιά, πορώδης επιφάνεια ενός θερμαντήρα φυσιγγίων με κλίμακα καθιστά ευκολότερο τον σχηματισμό αλάτων, καθώς έχει περισσότερες θέσεις πυρήνων και αγαπά το νερό-. Έτσι, όσο περισσότερο λειτουργεί ένας θερμαντήρας φυσιγγίων με άλατα ήδη επάνω του, τόσο πιο γρήγορα δημιουργείται νέα κλίμακα, γεγονός που επιδεινώνει το πρόβλημα.

Γιατί ο θερμαντήρας φυσιγγίων αποκτά πολύ μεγαλύτερη κλίμακα από τα τοιχώματα του βραστήρα; Τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου που σχηματίζουν άλατα είναι τα δομικά στοιχεία της κλίμακας. Τα περισσότερα κολλάνε στην επιφάνεια του θερμαντήρα καυσίμου, ενώ μερικά μοιάζουν με λευκά σωματίδια που επιπλέουν στο νερό (κυρίως ανθρακικό ασβέστιο και υδροξείδιο του μαγνησίου), γεγονός που κάνει το νερό λιγότερο διαυγές.

Από την αρχή της θέρμανσης, ο θερμαντήρας φυσιγγίων δημιουργεί τοπικές υψηλές θερμοκρασίες, οι οποίες είναι ιδανικές θέσεις για το σχηματισμό φυσαλίδων. Σχηματίζονται αμέσως φυσαλίδες στη θερμάστρα της κασέτας, γεγονός που προκαλεί τη συσσώρευση αλάτων συνεχώς. Αντίθετα, το χύμα νερό ζεσταίνεται αρκετά αργότερα και η βροχόπτωση εκεί χρειάζεται ομοιογενή κρυστάλλωση, η οποία απαιτεί περισσότερη ενέργεια.

Η θεωρία της κρυστάλλωσης λέει ότι η ετερογενής κρυστάλλωση (στην επιφάνεια του θερμαντήρα του φυσιγγίου) είναι ενεργειακά καλή, καθώς η διασύνδεση στερεών-υγρών μειώνει την επιφανειακή ενέργεια. Η ομοιογενής κρυστάλλωση (σε χύμα νερό) χρειάζεται περισσότερη ενέργεια για να δημιουργήσει κρυσταλλικούς πυρήνες. Ακόμα κι αν η γρήγορη θέρμανση αποδίδει ενέργεια, η ετερογενής κρυστάλλωση στο θερμαντήρα φυσιγγίων είναι η κύρια διαδικασία, γι' αυτό και υπάρχει περισσότερη συσσώρευση εκεί.

Τα εσωτερικά τοιχώματα δημιουργούν κάποια κλίμακα επειδή είναι επίσης μέρη όπου συμβαίνει ετερογενής πυρήνωση, αλλά η ποσότητα είναι σημαντικά μικρότερη από ό,τι στον θερμαντήρα φυσιγγίων επειδή δεν υπάρχει τοπική υψηλή θερμότητα ή έντονη παραγωγή φυσαλίδων.

Χρησιμοποιήστε ξύδι, κιτρικό οξύ ή βιομηχανικά καθαριστικά αφαλάτωσης για να καθαρίζετε τη θερμάστρα κασετών σε τακτική βάση. Εάν ζείτε σε μια περιοχή με σκληρό νερό, ίσως να θέλετε να σκεφτείτε να αγοράσετε έναν αποσκληρυντή νερού. Για να μειώσετε τις τοποθεσίες πυρήνωσης, επιλέξτε μια θερμάστρα φυσιγγίων με λεία,-καλύτερης ποιότητας θήκη από ανοξείδωτο χάλυβα (304 ή 316). Να βεβαιώνεστε πάντα ότι όλα είναι πλήρως βυθισμένα και να παρακολουθείτε τους χρόνους βρασμού ως ένδειξη συσσώρευσης αλάτων.