viernes, 25 de noviembre de 2016

Sobre las dichosas velocidades de calentamiento de los hilos....

De vez en cuando se comenta que los hilos de nicrom y de inoxidable se calientan más deprisa, y algunos llegan a afirmar que aprovechan mejor las baterías. Se supone que en mods mecánicos......

La capacidad calorífica de lo metales involucrados es la que debiera ser responsable de este efecto. Pero ante mi sorpresa, una análisis serio lleva a otras conclusiones....

Si fuera verdad que la capacidad calorífica del nicrom y el inoxidable es menor que la del kanthal, al menos comparando resistencias de igual geometría o de igual valor resistivo, el efecto tendría una sustentación física.

Como andar calculando estas cosas es un pelín complicado, he cortado por lo sano. He tomado los valores que la fenomenal calculadora de Steam Engine presenta para hilos simples AWG24 y para una fused-clapton 26/32, calculadas ambas para una resistencia de 5 espiras bobinadas sobre núcleo de 3 mm, con "0,05" mm de separación entre espiras y 5 mm de patas sin bobinar.

Para los resultados habría dado igual coger otras geometrías, espaciados, núcleos o patas, lo importante es que para comparar usemos la misma geometría, claro.

Una vez metes los datos de simulación, a la izquierda te muestra un montón de datos útiles:
En el ejemplo, he tomado los valores de capacidad calorífica bruta de la resistencia calculada y dividido por su masa. Esto me ha servido para ver si las capacidades caloríficas por gramo son consistentes con lo que sé suelen mostrar los metales. Y si, los valores lo son. Pero ése cociente no es el único relevante: dividiendo la capacidad calorífica bruta por la resistencia también tenemos una guía de lo que puede estar pasando. Con todos estos valores ha salido una tabla muy llena de números.....

Vamos a lo que importa:
  1. ¿La capacidad calorífica de estos metales es muy diferente? No. Todos rondan los 0,45 a 0,50 J/g/K, valores típicos de metales férricos.
  2. ¿La capacidad calorífica bruta de las resistencias es muy diferente? Es diferente, pero menos de lo que esperaría para que el usuario lo note tanto como se dice. En las fused-clapton vamos de 245 a 300 mJ/K (hace falta esas cifras para levantar un grado la resistencia), tampoco en la geometría simple la diferencia es mayor (de 55 a 65 mJ/K). Y encima los valores menores son del kanthal.......
  3. ¿Será que me comparan rapidez de calefacción por ohmio? O sea, que dos resistencias del mismo valor en ohmios, una de kanthal y otra de inoxidable, ¿la de inoxidable se calienta más deprisa? Rotundamente no. De hecho, se observa el efecto contrario: tiene menos capacidad calorífica por ohmio el kanthal que el inoxidable, lo que no es una sorpresa debido a su mucha mayor resistividad (y capacidades caloríficas del metal similares, aunque algo inferiores para el kanthal).
¡Pues sí que la hemos liado! ¿De dónde viene, pues, eso que tan a menudo dicen de que con nicrom se calienta más deprisa, y con inoxidable aún más?

Misterio misterioso......

O no tanto. Con la misma geometría (fijémonos en las fused-clapton), el 24/36 de kanthal tiene casi el doble de valor final de resistencia, y eso en un mod mecánico supone al menos dejarse la mitad de la potencia disponible.

Vamos, que con una batería capaz de sostener 3,5 voltios alimentando a nuestros ejemplos, con la de kanthal sacaríamos  unos 23 W y con la de inoxidable 316L, supuesto que no se cae de los 3,5 V la batería por el aumento de drenaje de corriente, 44 W.

Así que no es un efecto del material, al menos no de su capacidad calorífica, sino de su resistividad menor que obliga al mod mecánico a dar más corriente y más potencia, y a más potencia,  o sea más energía por unidad de tiempo, más deprisa se calienta la resistencia.
¿Y en los electrónicos? Pues como la potencia ya no la decide la resistencia que pones, sino la que el usuario ajusta (y el mod ya se encarga de modular el voltaje para conseguirla, y si es bueno, lo hace de verdad), el material (dentro de los comunes) NO acelera de forma marcada la velocidad de calentamiento, ya que los parámetros que justificarían dicha aceleración son sensiblemente similares. Es la potencia la que sí puede acelerarlo, poniendo más, claro.

¿Sorprendente? A mí, vistos los números, no me sorprende. No olvidar que el inoxidable tiene otras ventajas aparte de su menor resistividad: puede usarse para vapeo con control de temperatura con el mod adecuado y aparenta más difícil de ensuciarse.....aunque la limpieza con dry-burns es luego un pelín exigente por la necesidad de no llevar al rojo blanco a las resistencias y conformarse con un tibio rojo cereza que no degrade la aleación.