A la vida diària, la majoria de les llars s'enfronten inevitablement a l'acumulació de cal (escala d'aigua). En bullir aigua en una bullidora elèctrica, es formen grans dipòsits d'escales a la part inferior. Amb el temps, els escalfadors d'aigua desenvolupen una escala severa en els components de calefacció. Els usuaris prudents observen que l'escalfament s'acumula principalment a la superfície de l'escalfador del cartutx -, especialment a la part inferior o al propi element de calefacció -, mentre que les parets interiors de la tetera o del dipòsit mostren una escala significativament menor. Per què passa això?
Les bullidores elèctriques modernes utilitzen un escalfador de cartutx pla incrustat a la part inferior en lloc de barres immerses tradicionals. Dispensadors d'aigua calenta instantània més antics (matrassos d'ebullició) que s'utilitzen habitualment per escalfador de cartutxos immersos directament a l'aigua. Aquests escalfadors de cartutxos eren convenients, però presentaven seriosos riscos de seguretat, inclosos incidents freqüents d'incendis, que portaven a estrictes regulacions de dormitoris a les universitats.
L'escala suposa seriosos problemes per a l'escalfador del cartutx. A mesura que les teteras i els escalfadors d'aigua envelleixen, el temps d'ebullició augmenta notablement. Aquest és un dels grans inconvenients de l'escala: major consum d'energia. L'escala cobreix la superfície de l'escalfador del cartutx, creant una barrera que interromp el contacte directe entre l'escalfador del cartutx i l'aigua, reduint dràsticament l'eficiència de conducció de calor.
L'escala consisteix principalment en carbonat de calci, sulfat de magnesi, sulfat de calci i hidròxid de magnesi. Aquests compostos tenen una conductivitat tèrmica molt pobra (només 0,5-3 W/m·K) en comparació amb els metalls utilitzats en les cartutxos d'escalfador - coure a 385 W/m·K i acer inoxidable/ferro al voltant de 79,5 W/m·K. La diferència pot ser de desenes a centenars de vegades, de manera que l'escala gruixuda de l'escalfador del cartutx obliga l'element a sobreescalfar-se localment per transferir la mateixa quantitat d'energia, augmentant les factures d'electricitat i arriscant-se a danyar l'escalfador del cartutx.
Quan l'escala aïlla l'escalfador del cartutx, la calor queda atrapada a l'interior, provocant pics de temperatura locals ràpids. Això pot degradar l'aïllament d'òxid de magnesi dins de l'escalfador del cartutx, escurçar-ne la vida útil o provocar problemes de seguretat. A les regions amb aigua dura (com les zones del nord), l'escala s'acumula ràpidament i requereix una neteja regular de l'escalfador del cartutx.
La formació d'escala està estretament lligada a l'activitat de la bombolla. L'escala comprèn principalment carbonat de calci precipitat, silicat de calci, sulfat de calci i hidròxid de magnesi a partir dels ions de calci i magnesi dissolts a l'aigua de l'aixeta. Durant l'escalfament, es formen bombolles contínuament a la superfície de l'escalfador del cartutx perquè la calor prové de l'escalfador del cartutx.
Les bombolles inicials provenen de l'aire dissolt que s'escapa a mesura que augmenta la temperatura i disminueix la solubilitat. Un escalfament addicional produeix bombolles de vapor quan l'aigua arriba al punt d'ebullició. Aquestes bombolles creen una interfície de tres-fàsiques (aigua líquida, bombolla de gas, superfície d'escalfador de cartutx sòlid). A mesura que les bombolles es desprenen i s'evaporen, provoquen una sobresaturació local de sals de calci i magnesi al voltant del lloc de nucleació, donant lloc a una precipitació que s'adhereix a la superfície de l'escalfador del cartutx.
La investigació mostra que l'escalfador de cartutxos a escala produeix més bombolles que les noves. La superfície rugosa i porosa de l'escalfador de cartutx escalat proporciona més llocs de nucleació i és més hidròfila, accelerant la formació d'escala. Per tant, com més temps funcioni un escalfador de cartutx amb l'escala existent, més ràpid s'acumula la nova escala - creant un cercle viciós.
Per què l'escalfador del cartutx acumula molta més escala que les parets interiors de la tetera? Els precursors d'escala són els ions calci i magnesi que precipiten com a sals. La majoria s'adhereixen a la superfície de l'escalfador del cartutx calent, mentre que algunes apareixen com a partícules blanques en suspensió (principalment carbonat de calci i hidròxid de magnesi) a l'aigua, afectant la claredat.
L'escalfador del cartutx crea altes temperatures localitzades des de l'inici de l'escalfament, proporcionant llocs de nucleació ideals per a la formació de bombolles. Les bombolles es formen immediatament a l'escalfador del cartutx, provocant la deposició contínua d'escala. En canvi, l'aigua a granel només arriba a temperatures prou altes més tard, i la precipitació allà requereix una cristal·lització homogènia, que demana més energia.
Segons la teoria de la cristal·lització, la cristal·lització heterogènia (a la superfície de l'escalfador del cartutx) és energèticament favorable perquè la interfície sòlida-líquida redueix l'energia superficial. La cristal·lització homogènia (a l'aigua a granel) requereix una major energia per formar nuclis de cristall. Tot i que l'escalfament ràpid proporciona energia, predomina la cristal·lització heterogènia de l'escalfador del cartutx, cosa que explica una acumulació més pesada allà.
Les parets interiors acumulen una mica d'escala, ja que també serveixen com a llocs de nucleació heterogenis, però sense una gran calor localitzada o una generació intensa de bombolles, la quantitat segueix sent molt menor que a l'escalfador del cartutx.
Per protegir l'escalfador del cartutx, descalcifiqueu regularment amb vinagre, àcid cítric o descalcificadors comercials. Per a zones d'aigua dura-, penseu a instal·lar descalcificadors d'aigua. Trieu un escalfador de cartutx amb beines d'acer inoxidable-suaves i d'alt grau (304 o 316) per reduir els llocs de nucleació. Assegureu-vos sempre la submersió completa i controleu els temps d'ebullició com a advertència primerenca de l'acumulació d'escala.
