¿Por qué las calderas tienen el elemento calefactor en la base?

Answer 1

Esta es una pregunta interesante. Es una cuestión de diseño, más que de ciencia, porque un elemento de calefacción eventualmente hervirá un hervidor, sin importar dónde esté situado.

Enumeraré las fuerzas sobre el diseñador que tiende a poner el elemento en la base:

1. Este es probablemente el más importante: cuando el elemento está en la parte inferior, se puede hervir cualquier cantidad de agua que cubra el elemento.
2. El agua caliente es menos densa que el agua fría, por lo que el agua caliente se eleva desde un elemento caliente hasta la parte superior del agua, emitiendo calor en todo momento, por lo que el calentamiento es uniforme. Esto se llama convección natural. Si el elemento estuviera en la parte superior, el agua caliente tendería a permanecer en la parte superior, lo que provocaría un calentamiento desigual, tal vez con el agua en la parte superior hirviendo mientras la parte inferior aún está fría. Con un agitador incluido (convección forzada), el agua podría moverse más allá de un elemento montado en la parte superior para un calentamiento uniforme. Esto agregaría una complicación, que no es deseable desde el punto de vista del diseño.
3. La mayoría de las calderas están hechas de un material liviano, por lo que colocar el elemento de acero bastante pesado en la parte superior lo haría muy pesado.
4. Poner el elemento en la parte inferior lo mantiene alejado de los dedos, haciéndolo más seguro.
5. Si el cable sale cerca de la parte superior, el hervidor será más propenso a ser arrastrado.
6. Si el hervidor se deja hervir accidentalmente, el modelo de elemento en la parte inferior tendrá un tiempo máximo antes de que hierva en seco y el elemento se sobrecaliente. Esto le da el mayor margen de seguridad.

Estas son todas las razones de diseño en las que puedo pensar que el elemento calefactor del hervidor está en la base.

Answer 2

Pensaría en la física simple: debido a que el calor aumenta, a medida que el agua calienta el elemento que se encuentra en la parte inferior, se eleva en el hervidor y empuja el agua más fría hacia arriba, calentándola. Asegura que el agua se está calentando de manera bastante uniforme hasta el punto en que toda el agua está circulando y en contacto con el elemento, asegurando que toda el agua que se encuentra dentro alcance el punto de ebullición.

Answer 3

El agua caliente es menos densa que el agua fría. A medida que el elemento calefactor en la parte inferior del reservorio calienta el agua cercana, comienza a elevarse hacia la parte superior del agua en el hervidor y el agua fría de la parte inferior migra hacia el espacio que queda detrás, y el agua también comienza a Se calienta y sube. A medida que el agua caliente que se levanta sale de las proximidades del elemento calentador, ya no se calienta directamente y comienza a enfriarse. A medida que se acerca a la superficie y continúa enfriándose, comienza a perder su energía cinética impulsada por la flotabilidad, pero no puede dejar de moverse por completo debido a que continúa siendo empujada hacia arriba por el agua debajo de ella, que está más cerca del calentador y también se eleva hacia arriba. En la superficie no tiene a dónde ir, excepto hacia el exterior, hacia los lados superiores del hervidor.

Los lados fríos del hervidor disminuyen la temperatura del agua que migra hacia afuera y su densidad comienza a aumentar más rápidamente. En consecuencia, comienza a descender cerca de las paredes de la caldera a medida que aumenta su densidad y también porque se ve obligado a moverse por la masa cada vez más grande de agua más caliente que empuja hacia el espacio por encima de ella. A lo largo de los lados del hervidor, se enfría constantemente y se ve forzado hacia abajo por el flujo de agua que está sobre él, que también se está enfriando. En la parte inferior de la caldera, comienza a migrar hacia el interior hacia la proximidad del calentador y todo el proceso continúa. Es un sistema de convección forzada por gravedad.

Eventualmente, todo el volumen de agua en el hervidor alcanza una condición cercana a la ebullición y las diferencias de densidad del líquido que impulsan el ciclo de convección se debilitan. En este punto, un nuevo controlador de convección entra en la situación: comienzan a formarse burbujas de vapor en el calentador. Inicialmente se colapsan cuando dejan la proximidad inmediata del calentador y se vuelven a enfriar por debajo del punto de ebullición, pero a medida que la temperatura del agua se acerca al punto de ebullición, las burbujas de vapor persisten y aumentan rápidamente hacia la superficie, impulsadas por la gran diferencia de densidad entre El agua líquida y el vapor gaseoso. Empujan violentamente el agua hacia arriba para salir de su camino mientras suben a la superficie y explotan. Ahora hay 2 fuerzas de conducción de convección separadas: la diferencia de densidad de líquido-líquido debilitada y las fuerzas de elevación de vapor-vapor en el área sobre el calentador. La circulación hacia arriba, hacia abajo, hacia abajo, hacia adentro, es lo que hace que toda la caldera de agua llegue rápidamente a la temperatura de ebullición y cercana a la ebullición.

Es por eso que el calentador se coloca en el fondo del hervidor.

Answer 4

Creo que es simple practicidad. Si colocara el elemento calefactor en la parte superior y el hervidor no estuviera lleno, el agua no se calentaría porque el elemento no está allí, por lo que aún tendría frío o, como mucho, agua tibia. (menos que deseable!).

Cuando está en el fondo, el agua caliente pesa menos que el agua fría, por lo que sube hasta la parte superior, por lo que se calienta por completo. Es más eficiente. No podría estar a los lados del hervidor … ¿cómo recogería el hervidor para servir el té de esa manera? Podría pedirlo sin almohadillas térmicas, lo que también me parecería inconveniente y tonto para un fabricante.

Así que todo se reduce a la lógica y la practicidad. Queremos que todo el hervidor se caliente sin quemaduras resultantes, por lo tanto, colóquelo en la base, no en el fondo ni en los lados del hervidor.

Answer 5

En general, se puede suponer que la mayoría de las calderas eléctricas tienen paredes demasiado delgadas para colocar allí un elemento de calefacción, en segundo lugar, para calentar el agua por igual, se debe colocar un elemento de espiral de calefacción en el interior, ¡lo que hace que el complejo de la caldera se convierta en un complejo!

Answer 6

¡También significa que se puede calentar una pequeña cantidad de agua sin dejar el elemento expuesto y sobrecalentado!