U svakodnevnom životu većina domaćinstava se neizbježno suočava sa nakupljanjem kamenca (vodenog kamenca). Prilikom ključanja vode u kuhalu za vodu, na dnu se nakuplja veliki kamenac. Tokom vremena, bojleri razvijaju jak kamenac na komponentama grijanja. Pažljivi korisnici primjećuju da se kamenac prvenstveno nakuplja na površini grijača kertridža - posebno na dnu ili samom grijaćem elementu -, dok unutrašnji zidovi kotla ili rezervoara pokazuju znatno manje kamenca. Zašto se to dešava?
Moderna električna kuhala za vodu koriste grijač s ravnim patronama ugrađenim na dno umjesto tradicionalnih uronjenih šipki. Stariji dozatori instant tople vode (boce za ključanje) obično se koriste uložni grijač direktno uronjen u vodu. Ovi grijači patrona bili su praktični, ali su predstavljali ozbiljne sigurnosne rizike, uključujući česte požare, što je dovelo do strogih propisa o studentskim domovima na univerzitetima.
Kamenac predstavlja ozbiljne probleme za grijač kertridža. Kako čajnici i bojleri stare, vrijeme ključanja se značajno povećava. Ovo je jedan od glavnih nedostataka razmjera: veća potrošnja energije. Kamenac prekriva površinu grijača kertridža, stvarajući barijeru koja prekida direktan kontakt između grijača patrone i vode, dramatično smanjujući efikasnost provođenja topline.
Kamenac se uglavnom sastoji od kalcijum karbonata, magnezijum sulfata, kalcijum sulfata i magnezijum hidroksida. Ova jedinjenja imaju veoma lošu toplotnu provodljivost (samo 0,5–3 W/m·K) u poređenju sa metalima koji se koriste u omotaču grejača kertridža - bakar pri 385 W/m·K i nerđajući čelik/gvožđe na oko 79,5 W/m·K. Razlika može biti desetine do stotine puta, tako da debeo kamenac na grijaču kertridža prisiljava element da se lokalno pregrije kako bi prenio istu količinu energije, povećavajući račune za struju i rizikujući oštećenje grijača patrone.
Kada kamenac izolira grijač uloška, toplina je zarobljena unutra, uzrokujući brze lokalne skokove temperature. Ovo može degradirati izolaciju magnezijum oksida unutar grijača kertridža, skratiti njegov životni vijek ili izazvati sigurnosne probleme. U regionima sa tvrdom vodom (kao što su severna područja), kamenac se brzo nakuplja, što zahteva redovno čišćenje kertridžnog grejača.
Formiranje kamenca usko je povezano s aktivnošću mjehurića. Kamenac prvenstveno sadrži precipitirani kalcijum karbonat, kalcijum silikat, kalcijum sulfat i magnezijum hidroksid iz rastvorenih jona kalcijuma i magnezijuma u vodi iz slavine. Tokom zagrevanja, mehurići se neprekidno stvaraju na površini grejača kertridža jer toplota potiče od grejača patrone.
Početni mjehurići dolaze od otopljenog zraka koji izlazi kako temperatura raste, a topljivost se smanjuje. Daljnje zagrijavanje proizvodi mjehuriće pare kako voda dostigne tačku ključanja. Ovi mjehurići stvaraju trofazni interfejs (tečna voda, plinski mjehur, čvrsta površina grijača kertridža). Kako se mjehurići odvajaju i isparavaju, oni uzrokuju lokalnu prezasićenost soli kalcija i magnezija oko mjesta nukleacije, što dovodi do taloženja koje se lijepi za površinu grijača uloška.
Istraživanja pokazuju da grijač s patronama stvara više mjehurića nego novi. Gruba, porozna površina grijača kertridža sa ljuskom pruža više nukleacijskih mjesta i hidrofilnija je, ubrzavajući stvaranje kamenca. Dakle, što duže grijač kertridža radi sa postojećim kamencem, brže se akumulira nova skala - stvarajući začarani krug.
Zašto grijač uloška akumulira mnogo više kamenca od unutrašnjih zidova kotla? Prekursor kamenca su joni kalcija i magnezija koji se talože u obliku soli. Većina se lijepi za vruću površinu grijača kertridža, dok se neke pojavljuju kao bijele suspendirane čestice (uglavnom kalcijum karbonat i magnezijum hidroksid) u vodi, što utiče na bistrinu.
Grijač uloška stvara lokalizirane visoke temperature odmah od početka zagrijavanja, pružajući idealna mjesta nukleacije za stvaranje mjehurića. Mjehurići se odmah formiraju na grijaču patrone, što dovodi do kontinuiranog taloženja kamenca. Nasuprot tome, voda u rasutom stanju tek kasnije dostiže dovoljno visoke temperature, a taloženje tamo zahtijeva homogenu kristalizaciju, što zahtijeva više energije.
Prema teoriji kristalizacije, heterogena kristalizacija (na površini grijača kertridža) je energetski povoljna jer sučelje čvrste{0}}tečnosti smanjuje površinsku energiju. Homogena kristalizacija (u rasutom stanju vode) zahtijeva veću energiju za formiranje kristalnih jezgara. Iako brzo zagrijavanje daje energiju, heterogena kristalizacija na grijaču patrone dominira, objašnjavajući veće nakupljanje.
Unutrašnji zidovi akumuliraju određeni kamenac jer također služe kao heterogena mjesta nukleacije, ali bez lokalizirane visoke topline ili intenzivnog stvaranja mjehurića, količina ostaje mnogo manja nego na grijaču kertridža.
Da biste zaštitili grijač uloška, redovito uklanjajte kamenac koristeći ocat, limunsku kiselinu ili komercijalna sredstva za uklanjanje kamenca. Za područja sa-tvrdom vodom, razmislite o instaliranju omekšivača vode. Odaberite grijač s kertridžom s glatkim,-obočima od nehrđajućeg čelika (304 ili 316) kako biste smanjili mjesta nukleacije. Uvijek osigurajte potpuno uranjanje i pratite vrijeme ključanja kao rano upozorenje o nakupljanju kamenca.
