Perché i riscaldatori a cartuccia nei bollitori e negli scaldabagni accumulano grandi quantità di calcare mentre le pareti interne ne hanno molto meno?

La maggior parte delle case deve fare i conti con la formazione di calcare (scala dell'acqua) ad un certo punto della vita quotidiana. Quando si fa bollire l'acqua in un bollitore elettrico, sul fondo si accumula molto calcare. Con il passare del tempo, gli scaldacqua ottengono molte incrostazioni sulle parti riscaldanti. Le persone più attente notano che il calcare si accumula principalmente sulla superficie del riscaldatore a cartuccia, in particolare sul fondo o sull'elemento riscaldante stesso. Le pareti interne del bollitore o del serbatoio, invece, presentano molto meno calcare. Perché succede questo?

Invece delle tradizionali aste sommerse, i moderni bollitori elettrici sono dotati di riscaldatori a cartuccia piatta integrati sul fondo. I riscaldatori a cartuccia immersi direttamente nell'acqua erano comuni nei vecchi distributori di acqua calda istantanea (matracci per ebollizione). Questi riscaldatori a cartuccia erano utili, ma erano anche molto pericolosi poiché provocavano molti incendi, motivo per cui le università hanno regole severe sui dormitori.


Il calcare è una grande difficoltà con i riscaldatori a cartuccia. Poiché i bollitori e gli scaldabagni sono più vecchi, l’acqua impiega più tempo a bollire. Un grosso problema con le dimensioni è che consuma più energia. Il calcare copre la superficie del riscaldatore a cartuccia, impedendo il contatto diretto tra il riscaldatore a cartuccia e l'acqua. Ciò riduce notevolmente l’efficacia della conduzione del calore.

Il carbonato di calcio, il solfato di magnesio, il solfato di calcio e l'idrossido di magnesio costituiscono la maggior parte delle incrostazioni. Rispetto ai metalli utilizzati nelle guaine dei riscaldatori a cartuccia, questi composti hanno una conduttività termica molto debole (circa 0,5–3 W/m·K). Il rame ha una conduttività termica di 385 W/m·K, mentre l'acciaio inossidabile/ferro ha una conduttività termica di circa 79,5 W/m·K. Può essere decine o centinaia di volte diverso, quindi la scala spessa su un riscaldatore a cartuccia fa surriscaldare l'elemento in un punto per spostare la stessa quantità di energia. Ciò aumenta i costi energetici e potrebbe danneggiare il riscaldatore a cartuccia.

Quando il calcare copre il riscaldatore a cartuccia, mantiene il calore all'interno, il che fa aumentare rapidamente la temperatura in alcuni punti. Ciò potrebbe danneggiare l'isolamento in ossido di magnesio all'interno del riscaldatore a cartuccia, riducendone la durata o causando problemi di sicurezza. Nei luoghi con acqua dura (come al nord), il calcare si accumula rapidamente, quindi è necessario pulire spesso il riscaldatore a cartuccia.

L’attività delle bolle è intimamente legata alla creazione di scala. Le parti principali del calcare sono il carbonato di calcio, il silicato di calcio, il solfato di calcio e l'idrossido di magnesio che si sono depositati nell'acqua del rubinetto. Poiché il riscaldatore a cartuccia crea calore, sulla sua superficie continuano a formarsi bolle mentre si riscalda.

Le prime bolle si formano quando l'aria disciolta fuoriesce quando la temperatura aumenta e la solubilità diminuisce. Quando l’acqua diventa più calda, inizia a bollire e produce bolle di vapore. Queste bolle costituiscono un'interfaccia tri-fase: acqua liquida, bolla di gas e superficie solida del riscaldatore a cartuccia. Quando le bolle si rompono ed evaporano, fanno sì che i sali di calcio e magnesio vicino al sito di nucleazione diventino troppo saturi. Ciò provoca precipitazioni che si attaccano alla superficie del riscaldatore a cartuccia.

Gli studi indicano che i riscaldatori a cartuccia incrostati generano una maggiore quantità di bolle rispetto a quelli nuovi. La superficie ruvida e porosa di un riscaldatore a cartuccia incrostato facilita la formazione di incrostazioni poiché ha più siti di nucleazione ed è più amante dell'acqua. Pertanto, più a lungo un riscaldatore a cartuccia funziona con il calcare già presente su di esso, più velocemente si accumula nuovo calcare, il che peggiora il problema.

Perché il riscaldatore a cartuccia presenta molte più incrostazioni rispetto alle pareti del bollitore? Gli ioni calcio e magnesio che formano i sali sono gli elementi costitutivi del calcare. La maggior parte si attacca alla superficie calda del riscaldatore a cartuccia, mentre alcuni sembrano particelle bianche che galleggiano nell'acqua (principalmente carbonato di calcio e idrossido di magnesio), il che rende l'acqua meno limpida.

Fin dall'inizio del riscaldamento, il riscaldatore a cartuccia produce temperature elevate localizzate, luoghi ideali per la formazione di bolle. Sul riscaldatore a cartuccia si formano subito delle bolle che causano un continuo accumulo di calcare. Al contrario, l’acqua in massa diventa sufficientemente calda solo più tardi e le precipitazioni hanno bisogno di una cristallizzazione omogenea, che richiede più energia.

La teoria della cristallizzazione afferma che la cristallizzazione eterogenea (sulla superficie del riscaldatore a cartuccia) è energeticamente buona poiché l'interfaccia solido-liquido riduce l'energia superficiale. La cristallizzazione omogenea (in acqua sfusa) richiede più energia per produrre nuclei cristallini. Anche se il riscaldamento rapido fornisce energia, il processo principale è la cristallizzazione eterogenea sul riscaldatore a cartuccia, motivo per cui lì si formano più accumuli.

Le pareti interne accumulano una certa scala perché sono anche luoghi in cui avviene la nucleazione eterogenea, ma la quantità è considerevolmente inferiore rispetto al riscaldatore a cartuccia perché non vi è calore elevato localizzato o produzione di bolle.

Utilizzare aceto, acido citrico o decalcificanti industriali per pulire regolarmente il riscaldatore a cartuccia. Se vivi in ​​una zona con acqua dura, potresti prendere in considerazione l'idea di acquistare un addolcitore d'acqua. Per ridurre i siti di nucleazione, scegli un riscaldatore a cartuccia con guaine lisce in acciaio inossidabile di alta-qualità (304 o 316). Assicurati sempre che tutto sia completamente immerso e tieni d'occhio i tempi di ebollizione come segno di accumulo di calcare.