Στην καθημερινή ζωή, τα περισσότερα νοικοκυριά αντιμετωπίζουν αναπόφευκτα τη συσσώρευση αλάτων (υδατικής κλίμακας). Όταν βράζει νερό σε ηλεκτρικό βραστήρα, εναποτίθενται βαριά άλατα στον πάτο. Με την πάροδο του χρόνου, οι θερμοσίφωνες αναπτύσσουν σοβαρή απολέπιση στα εξαρτήματα θέρμανσης. Οι προσεκτικοί χρήστες παρατηρούν ότι τα άλατα συσσωρεύονται κυρίως στην επιφάνεια του θερμαντήρα της κασέτας - ειδικά στο κάτω μέρος ή στο ίδιο το θερμαντικό στοιχείο - ενώ τα εσωτερικά τοιχώματα του βραστήρα ή της δεξαμενής παρουσιάζουν σημαντικά λιγότερα άλατα. Γιατί συμβαίνει αυτό;
Οι σύγχρονοι ηλεκτρικοί βραστήρες χρησιμοποιούν επίπεδη θερμάστρα φυσιγγίων ενσωματωμένη στο κάτω μέρος αντί για παραδοσιακές βυθισμένες ράβδους. Παλαιότεροι διανομείς στιγμιαίου ζεστού νερού (βρασμένες φιάλες) που χρησιμοποιούνται συνήθως φυσίγγιο θερμαντήρα βυθισμένο απευθείας στο νερό. Αυτοί οι θερμαντήρες φυσιγγίων ήταν βολικοί, αλλά εγκυμονούσαν σοβαρούς κινδύνους για την ασφάλεια, συμπεριλαμβανομένων συχνών περιστατικών πυρκαγιάς, οδηγώντας σε αυστηρούς κανονισμούς για τους κοιτώνες στα πανεπιστήμια.
Η ζυγαριά δημιουργεί σοβαρά προβλήματα για τη θερμάστρα φυσιγγίων. Καθώς οι βραστήρες και οι θερμοσίφωνες γερνούν, ο χρόνος βρασμού αυξάνεται αισθητά. Αυτό είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα της κλίμακας: υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Η ζυγαριά καλύπτει την επιφάνεια του θερμαντήρα της κασέτας, δημιουργώντας ένα φράγμα που διακόπτει την άμεση επαφή μεταξύ του θερμαντήρα κασέτας και του νερού, μειώνοντας δραματικά την απόδοση αγωγιμότητας της θερμότητας.
Η κλίμακα αποτελείται κυρίως από ανθρακικό ασβέστιο, θειικό μαγνήσιο, θειικό ασβέστιο και υδροξείδιο του μαγνησίου. Αυτές οι ενώσεις έχουν πολύ κακή θερμική αγωγιμότητα (μόλις 0,5–3 W/m·K) σε σύγκριση με τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται σε θήκες θερμαντικών φυσιγγίων - χαλκός στα 385 W/m·K και από ανοξείδωτο χάλυβα/σίδηρο περίπου 79,5 W/m·K. Η διαφορά μπορεί να είναι δεκάδες έως εκατοντάδες φορές, επομένως η πυκνή κλίμακα στο θερμαντήρα κασετών αναγκάζει το στοιχείο να υπερθερμανθεί τοπικά για να μεταφέρει την ίδια ποσότητα ενέργειας, αυξάνοντας τους λογαριασμούς ηλεκτρικού ρεύματος και κινδυνεύοντας να βλάψει το θερμαντήρα κασετών.
Όταν η ζυγαριά μονώνει τη θερμάστρα της κασέτας, η θερμότητα παγιδεύεται μέσα, προκαλώντας γρήγορες τοπικές αιχμές της θερμοκρασίας. Αυτό μπορεί να υποβαθμίσει τη μόνωση του οξειδίου του μαγνησίου στο εσωτερικό του θερμαντήρα της κασέτας, να μειώσει τη διάρκεια ζωής του ή να προκαλέσει προβλήματα ασφάλειας. Σε περιοχές με σκληρό νερό (όπως βόρειες περιοχές), τα άλατα συσσωρεύονται γρήγορα, απαιτώντας τακτικό καθαρισμό του θερμαντήρα φυσιγγίων.
Ο σχηματισμός κλίμακας είναι στενά συνδεδεμένος με τη δραστηριότητα των φυσαλίδων. Η κλίμακα περιλαμβάνει κυρίως καταβυθισμένο ανθρακικό ασβέστιο, πυριτικό ασβέστιο, θειικό ασβέστιο και υδροξείδιο μαγνησίου από διαλυμένα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου στο νερό της βρύσης. Κατά τη θέρμανση, σχηματίζονται συνεχώς φυσαλίδες στην επιφάνεια του θερμαντήρα της κασέτας, επειδή η θερμότητα προέρχεται από τη θερμάστρα της κασέτας.
Οι αρχικές φυσαλίδες προέρχονται από διαλυμένο αέρα που διαφεύγει καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται και η διαλυτότητα μειώνεται. Περαιτέρω θέρμανση παράγει φυσαλίδες ατμού καθώς το νερό φτάνει στο σημείο βρασμού. Αυτές οι φυσαλίδες δημιουργούν μια διεπαφή τριών- φάσεων (υγρό νερό, φυσαλίδα αερίου, επιφάνεια θερμαντήρα στερεών κασετών). Καθώς οι φυσαλίδες αποκολλώνται και εξατμίζονται, προκαλούν τοπικό υπερκορεσμό αλάτων ασβεστίου και μαγνησίου γύρω από τη θέση πυρήνας, οδηγώντας σε καθίζηση που προσκολλάται στην επιφάνεια του θερμαντήρα της κασέτας.
Η έρευνα δείχνει ότι οι θερμαντήρες φυσιγγίων με κλίμακα παράγουν περισσότερες φυσαλίδες από τις νέες. Η τραχιά, πορώδης επιφάνεια του θερμαντήρα φυσιγγίων με κλίμακα παρέχει περισσότερες θέσεις πυρήνων και είναι πιο υδρόφιλη, επιταχύνοντας τον σχηματισμό αλάτων. Έτσι, όσο περισσότερο λειτουργεί ένας θερμαντήρας φυσιγγίων με την υπάρχουσα κλίμακα, τόσο πιο γρήγορα συσσωρεύεται νέα κλίμακα - δημιουργώντας έναν φαύλο κύκλο.
Γιατί ο θερμαντήρας φυσιγγίων συσσωρεύει πολύ μεγαλύτερη κλίμακα από τα εσωτερικά τοιχώματα του βραστήρα; Οι πρόδρομες ουσίες της κλίμακας είναι τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου που καθιζάνουν ως άλατα. Τα περισσότερα προσκολλώνται στην επιφάνεια του θερμαντήρα καυσίμου, ενώ μερικά εμφανίζονται ως λευκά αιωρούμενα σωματίδια (κυρίως ανθρακικό ασβέστιο και υδροξείδιο του μαγνησίου) στο νερό, επηρεάζοντας τη διαύγεια.
Ο θερμαντήρας φυσιγγίων δημιουργεί τοπικές υψηλές θερμοκρασίες από την αρχή της θέρμανσης, παρέχοντας ιδανικές θέσεις πυρήνων για σχηματισμό φυσαλίδων. Σχηματίζονται φυσαλίδες αμέσως στο θερμαντήρα φυσιγγίων, οδηγώντας σε συνεχή εναπόθεση αλάτων. Αντίθετα, το χύμα νερό φτάνει σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες αργότερα και η βροχόπτωση εκεί απαιτεί ομοιογενή κρυστάλλωση, η οποία απαιτεί περισσότερη ενέργεια.
Σύμφωνα με τη θεωρία της κρυστάλλωσης, η ετερογενής κρυστάλλωση (στην επιφάνεια του θερμαντήρα του φυσιγγίου) είναι ενεργειακά ευνοϊκή επειδή η διασύνδεση στερεών-υγρών μειώνει την επιφανειακή ενέργεια. Η ομοιογενής κρυστάλλωση (σε χύμα νερό) απαιτεί υψηλότερη ενέργεια για να σχηματίσει κρυσταλλικούς πυρήνες. Παρόλο που η ταχεία θέρμανση παρέχει ενέργεια, κυριαρχεί η ετερογενής κρυστάλλωση στο θερμαντήρα φυσιγγίων, εξηγώντας τη μεγαλύτερη συσσώρευση εκεί.
Τα εσωτερικά τοιχώματα συσσωρεύουν κάποια κλίμακα καθώς χρησιμεύουν επίσης ως ετερογενείς θέσεις πυρήνων, αλλά χωρίς εντοπισμένη υψηλή θερμότητα ή έντονη δημιουργία φυσαλίδων, η ποσότητα παραμένει πολύ μικρότερη από ό,τι στον θερμαντήρα φυσιγγίων.
Για την προστασία του θερμαντήρα φυσιγγίων, αφαλατώστε τακτικά χρησιμοποιώντας ξύδι, κιτρικό οξύ ή εμπορικά καθαριστικά αφαλάτωσης. Για περιοχές με σκληρό- νερό, σκεφτείτε να εγκαταστήσετε αποσκληρυντές νερού. Επιλέξτε θερμαντήρα φυσιγγίων με λεία,-υψηλής ποιότητας περιβλήματα από ανοξείδωτο χάλυβα (304 ή 316) για να μειώσετε τις θέσεις πυρήνων. Να διασφαλίζετε πάντα την πλήρη βύθιση και να παρακολουθείτε τους χρόνους βρασμού ως έγκαιρη προειδοποίηση για τη συσσώρευση αλάτων.
