Principio de funcionamiento y esquema del magnetrón del horno microondas

Los hornos microondas se han convertido en un elemento común en los hogares y ahora se consideran un electrodoméstico esencial en cualquier apartamento. Estos aparatos ofrecen la comodidad de calentar o cocinar rápidamente los alimentos mediante radiaciones invisibles. Sin embargo, para entender la fuente y la seguridad de esta radiación para los seres humanos, es importante comprender el funcionamiento del magnetrón del horno microondas, el generador de ondas de alta frecuencia.

Al comprender el funcionamiento interno y el principio de operación del magnetrón del horno de microondas, las personas pueden adquirir conocimientos sobre el origen y los riesgos potenciales asociados con la radiación emitida por este electrodoméstico.

Qué son las microondas y cómo calientan los alimentos

Las microondas son una forma de radiación electromagnética caracterizada por una longitud de onda que oscila entre 1 mm y 1 m. Este tipo concreto de radiación tiene diversos fines, no sólo domésticos, sino también aplicaciones en los sistemas de navegación y radar, así como en las comunicaciones celulares y la televisión por satélite.

Las microondas pueden producirse tanto de forma natural, como las emitidas por el Sol, como de forma artificial. También se conocen como radiaciones de ultra alta frecuencia, o UHF.

Todos los hornos microondas domésticos funcionan a una frecuencia de emisión específica de 2.450 MHz, que es una norma reconocida internacionalmente. Los fabricantes de electrodomésticos deben respetar esta frecuencia para garantizar que sus productos no interfieren con otros dispositivos de microondas.

El físico estadounidense Percy Spencer descubrió el efecto térmico de la radiación de microondas en 1942. Obtuvo una patente para un dispositivo generador de microondas que podía utilizarse para cocinar, lo que marcó el inicio del uso de hornos microondas en los hogares.

En los años siguientes, esta tecnología experimentó mejoras, lo que permitió la producción en serie de dispositivos asequibles y eficaces para calentar rápidamente los alimentos.

Para calentar eficazmente cualquier sustancia en un horno microondas, ésta debe contener moléculas dipolares, es decir, moléculas que poseen cargas eléctricas opuestas en sus extremos.

La fuente primaria de agua en los alimentos es el principal contribuyente a estos procesos. Cuando se exponen a la radiación de ultra alta frecuencia, estas moléculas se alinean con el campo electromagnético, alterando su orientación aproximadamente 5.000 millones de veces por segundo. Este movimiento constante crea fricción entre las moléculas, lo que genera calor que cocina los alimentos.

Sin embargo, la profundidad de penetración de las microondas está limitada a unos 2-3 cm de la superficie del alimento. Por lo tanto, todo lo que esté por debajo de esta capa depende de la conducción del calor desde las regiones calentadas para cocinarse.

Calentar alimentos con microondas

El dispositivo del magnetrón y su aplicación

El magnetrón es la principal fuente de oscilaciones de ultra alta frecuencia en la mayoría de los equipos de microondas. Otros dispositivos, como los klystrons y los platinotrones, que funcionan según un principio similar, no se han generalizado tanto. El magnetrón se utilizó por primera vez en los hornos microondas en 1960. El magnetrón multirresonador es el tipo más utilizado en tecnología y consta de varios componentes:

1. El ánodo, un cilindro de cobre dividido en sectores con gruesas paredes metálicas. Estas cavidades volumétricas sirven de resonadores, formando un sistema anular de oscilaciones. El ánodo se somete a una tensión de aproximadamente 4.000 voltios.
2. El cátodo está situado en el centro del magnetrón y adopta la forma de una estructura cilíndrica que contiene un filamento. Este componente es el responsable de la emisión de electrones, que se consigue aplicando una tensión de 3 voltios al calentador (filamento).
3. Los imanes anulares, que pueden ser electroimanes o imanes permanentes de alta potencia, se colocan en los extremos del dispositivo. Estos imanes son cruciales para crear un campo magnético paralelo al eje del magnetrón, lo que permite el movimiento de los electrones en la misma dirección.
4. Un bucle de alambre está conectado al cátodo, anclado dentro del resonador, y se extiende hasta la antena emisora. El objetivo de este bucle es guiar la radiación de ultra alta frecuencia hacia la guía de ondas, permitiéndole pasar directamente a la cámara de microondas.

Debido a su sencillo diseño y bajo coste, los magnetrones han encontrado numerosas aplicaciones en diversos campos, siendo las más frecuentes:

• Hornos microondas. Además de su capacidad para cocinar y descongelar rápidamente alimentos en hornos domésticos, los magnetrones también facilitan las tareas industriales. Un horno microondas industrial puede utilizarse para calentar, secar, fundir, tostar, etc. Es importante tener en cuenta que las microondas no deben funcionar en vacío, ya que la radiación no se absorberá y podría dañar la guía de ondas.
• Cuando se trata de radares, hay un componente vital que desempeña un papel importante en el funcionamiento del sistema: la antena de radar. Conectada a una guía de ondas, esta antena adopta la forma de un irradiador cónico y trabaja en tándem con un reflector parabólico, a menudo denominado plato. La antena desempeña una función esencial en la transmisión y recepción de señales.

Los magnetrones en el radar

Principio de funcionamiento de los magnetrones

El magnetrón funciona convirtiendo la energía eléctrica en radiación electromagnética de frecuencia extremadamente alta, que provoca el movimiento de las moléculas de agua de los alimentos. Las moléculas dipolares, que cambian constantemente de dirección, generan calor, lo que permite calentar rápidamente los alimentos manteniendo sus propiedades beneficiosas. El magnetrón es el dispositivo responsable de la generación de microondas.

Un magnetrón es un tipo de válvula eléctrica que utiliza el proceso de emisión termoelectrónica. Este proceso se produce cuando la superficie del emisor o cátodo se calienta, provocando que los electrones más activos abandonen la superficie. Sin embargo, esto sólo ocurre cuando se aplica una tensión al ánodo. Cuando se aplica este voltaje, se crea un campo eléctrico, y los electrones comienzan a moverse hacia el ánodo a lo largo de sus líneas de fuerza. Si los electrones reciben el impacto de un campo magnético, sus trayectorias se desviarán en la dirección de las líneas del campo magnético.

El ánodo del magnetrón está diseñado como un cilindro que contiene cavidades, o resonadores, que albergan un cátodo con un filamento. Situados en los bordes del ánodo, dos anillos magnéticos generan un campo magnético interno. Este campo altera la trayectoria de los electrones, que orbitan alrededor del cátodo en lugar de dirigirse directamente al ánodo. Cuando los electrones pasan por los resonadores, transfieren parte de su energía para inducir la creación de un robusto campo de ultra alta frecuencia dentro de las cavidades. Este campo se emite al exterior a través de un bucle de alambre conectado a una antena emisora.

Para activar el magnetrón, es necesario suministrar un ánodo con un alto voltaje de aproximadamente 3-4 mil voltios. Por ello, el magnetrón se conecta a la red eléctrica doméstica mediante un transformador de alta tensión. Además, el circuito del horno microondas incluye una guía de ondas para transmitir la radiación dentro de la cámara, un circuito de conmutación, una unidad de control, así como componentes de protección y refrigeración. Además, las paredes interiores de la cámara y una fina malla metálica en la puerta del aparato sirven para contener la radiación dentro de sus confines.

Una ilustración del diagrama esquemático del magnetrón

Cómo afecta el magnetrón a la potencia de microondas

Muchos fabricantes de hornos microondas actuales ofrecen ahora la opción de seleccionar la potencia del aparato. El modo de funcionamiento (descongelar o calentar) y la velocidad a la que se calientan los alimentos dependen de este parámetro. Lamentablemente, debido a las características de diseño del magnetrón, no se puede reducir su potencia. Por lo tanto, para disminuir la intensidad del calentamiento, se suministra energía al magnetrón a intervalos específicos. Estas pausas en el funcionamiento del magnetrón pueden observarse encendiendo el microondas a media potencia y escuchando su sonido.

Recientemente, varios fabricantes de electrodomésticos hicieron el anuncio de que han introducido varios modelos de hornos de microondas que utilizan un sistema de suministro de energía del inversor. La implantación de este sistema no sólo permite aumentar el espacio útil dentro de la cámara al reducir el tamaño del emisor, sino que también ayuda a disminuir el consumo total de energía del aparato. A diferencia de los modelos tradicionales, los hornos de tipo inverter ajustan suavemente la temperatura de calentamiento, pero su precio es significativamente más elevado.

Refrigeración y protección del magnetrón

Durante su funcionamiento, el magnetrón genera una cantidad importante de calor, por lo que es necesario instalar un radiador en su cuerpo para disipar el calor. Dado que el sobrecalentamiento es la principal causa de avería del magnetrón, se aplican medidas adicionales para protegerlo:

1. Relé del termostato. Este dispositivo protege tanto el magnetrón como la rejilla (si está presente en el modelo). Equipado con una placa bimetálica, el relé del termostato puede ajustarse a una temperatura específica. Si la temperatura supera este umbral, la placa se dobla, abriendo el circuito de alimentación.
2. Ventilador. Además de enfriar el radiador del magnetrón, el ventilador también cumple otras funciones beneficiosas, como enfriar los componentes electrónicos del aparato, promover la circulación del aire dentro de la cámara durante el funcionamiento de la parrilla y expulsar el vapor caliente a través de rejillas de ventilación específicas.
3. Mecanismo de bloqueo. La puerta del microondas está equipada con varios microinterruptores que garantizan que el magnetrón no pueda activarse mientras la puerta esté abierta.

¿Puede sustituirse el magnetrón?

Una de las principales ventajas de los magnetrones modernos utilizados en los hornos microondas domésticos es su intercambiabilidad. Los magnetrones fabricados por diferentes empresas pueden utilizarse en varios modelos de microondas, lo que permite sustituirlos fácilmente en caso necesario. El único requisito en estos casos es asegurarse de que las especificaciones de alimentación son compatibles. Para comprar un magnetrón, se pueden visitar numerosas tiendas de electrónica; sin embargo, es importante comprender los parámetros y el etiquetado para hacer la elección correcta. Los siguientes modelos de magnetrones se encuentran habitualmente en los microondas:

• 2M 213 (con una potencia nominal de 600 W y 700 W bajo carga);
• 2M 214 (con una potencia de 1000 W);
• 2M 246 (con la potencia más alta de 1150 W).

No es aconsejable sustituir el magnetrón en casa, ni siquiera después de haber estudiado a fondo todos los parámetros esenciales del aparato. En primer lugar, desmontarlo de forma independiente podría resultar bastante complicado y, en segundo lugar, garantizar su funcionamiento seguro tras la instalación sólo puede hacerlo un especialista cualificado.

Una configuración media del magnetrón

Diagnóstico de averías y causas de su aparición

Para no malgastar el dinero en un aparato nuevo, es importante diagnosticar el antiguo antes de invertir en un magnetrón de repuesto. Esto se puede hacer en casa utilizando un comprobador normal para comprobar si hay algún defecto. Para ello, siga estos pasos:

1. En primer lugar, desconecte el microondas de la fuente de alimentación.
2. A continuación, retire la cubierta protectora e inspeccione visualmente la pieza.
3. Utilizando un tester o multímetro, compruebe los principales elementos de la placa de circuitos.
4. No olvide inspeccionar también el termorelé.

Una vez realizado el diagnóstico, se pueden extraer conclusiones sobre el fallo de determinados componentes. Las principales causas de avería del magnetrón pueden atribuirse a lo siguiente:

• Fallo de la tapa del tubo de vacío. Puedes sustituirla tú mismo buscando una tapa similar de otro magnetrón. Los asientos del capuchón tienen una configuración estándar.
• Rotura del calentador. Cuando el microondas se enciende sin nada en su interior o con una carga incorrecta, el magnetrón puede sobrecalentarse, provocando un calentamiento excesivo del filamento y su eventual rotura. Para diagnosticar este problema, es necesario medir la resistencia entre las patas del condensador. Si el valor está entre 5-7 ohmios, el calentador sigue funcionando.
• Desglose del condensador de paso. Si el comprobador no muestra un "infinito" valor de resistencia entre sus contactos, es necesario sustituir el condensador.