Como funciona o micro-ondas – o princípio de funcionamento do micro-ondas e do magnetrão

Um forno de micro-ondas, vulgarmente conhecido como micro-ondas, é um aparelho de cozinha altamente conveniente que simplifica muito a vida quotidiana. Com este prático aparelho à sua disposição, já não precisa de passar longos períodos de tempo na cozinha, à espera que os alimentos aqueçam. O forno micro-ondas, também designado por micro-ondas, foi concebido para cozinhar ou reaquecer rapidamente os alimentos, bem como para descongelar produtos congelados. Ao contrário de um forno tradicional, que aquece os alimentos principalmente à superfície, o micro-ondas distribui o calor uniformemente por todo o volume do prato.

As micro-ondas, que podem penetrar profundamente em quase todos os tipos de alimentos, são capazes de diminuir significativamente o tempo necessário para o aquecimento. Neste artigo, abordaremos os princípios de funcionamento e a conceção deste aparelho de cozinha essencial.

O princípio de funcionamento do forno de micro-ondas

Para abordar esta questão, são necessárias algumas informações preliminares. A maioria dos alimentos contém normalmente os seguintes componentes: sais, gorduras, açúcar e água. Para que as micro-ondas funcionem efetivamente e aqueçam os alimentos, é necessária a presença de moléculas de dipolo nos produtos.

Estas moléculas têm uma carga eléctrica positiva de um lado e uma carga negativa do outro. Embora existam quantidades suficientes destas moléculas em alimentos como as gorduras e o açúcar, a principal molécula dipolar é a água.

Quando se trata de vegetais, carne, frutas e peixe, estes contêm um número significativo de moléculas dipolares, com quantidades que chegam aos milhões. Na ausência de um campo elétrico, estas moléculas organizam-se de forma aleatória.

As micro-ondas nos fornos micro-ondas têm uma frequência de 2450 MHz. Na presença de um campo eletromagnético, elas alinham-se em direcções opostas: o "plus" aponta num sentido, enquanto o "menos" aponta para o outro. Quando o campo muda de polaridade, as moléculas rodam 180 graus.

Nos fornos micro-ondas, as micro-ondas funcionam a uma frequência de 2450 MHz. Um hertz refere-se a uma oscilação por segundo, e um megahertz equivale a um milhão de vibrações. A polaridade muda duas vezes em cada período de onda.

Quando expostas à radiação micro-ondas, as moléculas dos alimentos começam a rodar mais frequentemente, esfregando-se efetivamente umas contra as outras. Esta fricção liberta calor, que é responsável pelo aquecimento dos alimentos.

O processo de aquecimento no micro-ondas pode ser comparado à forma como as palmas das mãos aquecem quando as esfregamos. As micro-ondas só afectam a camada superficial dos alimentos e não penetram a uma profundidade superior a 1-3 cm.

No entanto, o calor estende-se ainda mais se considerarmos os princípios da condução de calor. Por isso, recomenda-se a utilização de uma potência média quando se aquece um pedaço grande de carne no micro-ondas. Embora demore mais tempo, este método resulta num melhor aquecimento global, uma vez que o calor consegue penetrar mais profundamente na carne a partir das camadas exteriores.

Esta mesma técnica aplica-se também às sopas. Retirando-os periodicamente do forno e mexendo-os, ajuda o calor a distribuir-se uniformemente e a penetrar no interior da sopa.

Os modelos mais recentes de micro-ondas podem oferecer uma "Radiação dupla" que utiliza duas fontes de radiação separadas. Esta divisão permite um aquecimento mais uniforme dos alimentos e aumenta a eficiência global do forno micro-ondas.

Diagrama esquemático de um forno de micro-ondas

Uma representação exemplar fornecerá uma planta do forno de micro-ondas Samsung RE290D. O diagrama esquemático ajudará a compreender o funcionamento dos fornos produzidos por qualquer fabricante. Podem variar, salvo algumas alterações. A representação visual do circuito está acessível na fotografia em anexo.

O contacto de terra da ficha está ligado ao corpo na parte esquerda, enquanto a ligação do ponto médio do filtro de desacoplamento do condensador ajuda a reduzir a interferência da radiação de alta frequência.

Localizado na área de entrada da fonte de alimentação está um fusível de tipo suave chamado FU1. Para verificar o seu estado, pode utilizar métodos eléctricos, tais como testar o circuito com um multímetro colocado no modo ohmímetro.

Existe também um segundo fusível que serve para proteger o micro-ondas de um funcionamento de emergência, nomeadamente se os micro-interruptores da porta estiverem avariados.

Para que o magnetrão, a fonte de radiação, comece a funcionar, os contactos de avaria da porta têm de estar abertos, enquanto todos os outros contactos têm de estar fechados. Se algum destes contactos se desligar, a tensão de alimentação do transformador de alta tensão é cortada.

Forno micro-ondas Samsung RE290D

A ligação entre o temporizador e os motores da ventoinha de arrefecimento é assegurada pelo contacto do relé de segurança. Se o fusível do monitor se queimar, isso resulta na falha do enrolamento do relé.

O temporizador aloja o interrutor responsável pela seleção da potência. Após os algoritmos, o interrutor retira a tensão do circuito do magnetrão.

A resistência R1 é utilizada para reduzir temporariamente a corrente de arranque do transformador. Para este efeito, é necessário um contacto de relé de irrupção que funcione corretamente.

O contacto do relé de inrush tem a função de limitar o impulso causado pela descarga do condensador, que pode acumular carga antes de ser ligado. Isto assegura um arranque sem problemas do forno micro-ondas.

Para quem está familiarizado, o circuito de alimentação deste forno Samsung é simples. As principais variações nos fornos micro-ondas provêm das suas unidades electrónicas, que têm diferentes designs e funcionalidades.

Design do forno micro-ondas

No forno micro-ondas, existem numerosos componentes essenciais, pelo que vale a pena familiarizar-se com as suas funções. A configuração interna inclui uma cavidade metálica responsável pelo aquecimento dos alimentos, juntamente com uma porta que protege contra fugas de radiação.

Para assegurar um aquecimento homogéneo dos alimentos, a cavidade está equipada com um prato giratório que funciona através de um motor. No entanto, também estão presentes outros elementos críticos.

Unidade de controlo

Unidade de controlo do micro-ondas

As opções do painel de controlo para o micro-ondas incluem:

• controlos mecânicos
• controlos electrónicos

A unidade de controlo é responsável pela manutenção dos níveis de potência predefinidos e desliga automaticamente o aparelho após um período de tempo pré-determinado.

Na unidade de controlo eletrónico, existe um microcomputador com uma vasta gama de capacidades. Isto permite-lhe ser utilizado para outros fins durante o fabrico de fornos. Por exemplo, pode ser programado para mostrar a hora ou tocar pequenas melodias para assinalar o fim do ciclo de cozedura.

A unidade de controlo é o componente do micro-ondas com o qual o utilizador interage diretamente. Inclui botões, interruptores mecânicos e reguladores que são utilizados para definir os parâmetros de funcionamento. Estes controlos permitem ao utilizador ajustar a potência, selecionar o modo e escolher programas específicos.

Cada vez mais, assiste-se a um aumento da utilização de painéis tácteis como unidades de controlo. Funcionam de forma semelhante aos botões mecânicos tradicionais, mas oferecem um maior nível de fiabilidade. Além disso, estes sistemas avançados permitem capacidades de programação, possibilitando o ajuste da potência e da duração da saída de radiação.

Unidade de geração de radiação de micro-ondas

Este é o "núcleo" do forno micro-ondas. O componente assemelha-se a um tubo de vácuo, semelhante aos que se encontram nos antigos televisores de tubo de raios catódicos.

A sua função principal é produzir uma onda electromagnética forte a uma frequência elevada. Quando os electrões passam por um campo magnético, é gerada uma onda, cujo comprimento varia.

A unidade de geração é composta por várias fontes de micro-ondas. Para permitir a entrada das ondas na zona de cozedura do forno, existem guias de ondas no interior do forno. Estes guias de ondas estão situados atrás de uma placa de mica, que está escondida atrás de uma das paredes laterais.

Sistemas de proteção primária e secundária

Os sensores de controlo são responsáveis por monitorizar o bom funcionamento dos componentes electrónicos e de hardware essenciais, garantindo que não se encontram em estado de emergência. A sua função principal é promover o funcionamento sem problemas do forno micro-ondas, servindo também como proteção contra avarias potencialmente perigosas.

O sensor de controlo

Para garantir a segurança dos indivíduos contra a exposição a micro-ondas, os fornos de micro-ondas estão equipados com um mecanismo de bloqueio composto por vários interruptores:

• O interrutor primário;
• O interrutor secundário;
• O interrutor da porta;
• O interrutor do monitor.

O funcionamento da unidade geradora de micro-ondas só começa quando os contactos dos interruptores primário e secundário estão fechados (i.e., quando a porta está fechada).

O objetivo do interrutor da porta é impedir a ativação do relé de controlo de potência. Encontra-se principalmente em aparelhos com uma unidade de controlo eletrónico.

Funções do micro-ondas

O aquecimento por micro-ondas é uma técnica comummente utilizada pelas pessoas para aquecer alimentos. No entanto, este método tem potencial para fazer muito mais. Com a ajuda de um micro-ondas, também é possível cozinhar espetadas, frango grelhado, cozer batatas e muito mais.

É preciso ter em conta que o "grelhador" o modo requer uma potência de 1500 watts, o que significa que o forno consumirá uma quantidade significativa de eletricidade. Além disso, o magnetrão, que gera a radiação, tem um tempo de vida limitado.

Por conseguinte, uma utilização menos frequente do micro-ondas pode ajudar a prolongar a sua vida útil. Atualmente, não é comum as pessoas substituírem completamente os fogões tradicionais por micro-ondas.

Segue-se uma lista das funções disponíveis nos fornos micro-ondas e respectivas finalidades:

• Grelhador móvel: Esta caraterística permite ao utilizador ajustar o ângulo de inclinação. Os apreciadores de frango grelhado escolhem frequentemente fornos com esta capacidade;
• Convecção. Aquecimento de alimentos com recurso a ar quente. Os fabricantes afirmam que esta caraterística foi especificamente concebida para a cozedura. No entanto, tem um preço elevado, uma vez que os modelos com esta função são normalmente caros, pesados e volumosos. O descongelamento é possível devido à presença de uma grande ventoinha na parte de trás do aparelho que sopra o ar quente;
• Bio-revestimento. Também designado por revestimento cerâmico, embora os fabricantes utilizem nomes diferentes. As vantagens deste tipo de revestimento incluem a sua resistência, durabilidade e inércia biológica (impedindo que as bactérias se multipliquem no interior do micro-ondas, mesmo com lavagens pouco frequentes). Quanto mais caro for o modelo de micro-ondas, mais avançada é a tecnologia de revestimento nele utilizada.
• Descongelação. O forno funciona com o nível de potência mais baixo necessário para descongelar alimentos.
• Intellowave. Este sistema garante um aquecimento homogéneo dos alimentos, por exemplo, de um grande pedaço de carne. Os sensores incorporados monitorizam partes específicas dos alimentos, determinam a temperatura da superfície e ajustam a potência em conformidade.
• Fornecimento de vapor. Uma funcionalidade adicional que evita que os alimentos sequem durante o processo de cozedura.
• Ventilação da câmara de cozedura. Útil para evitar a absorção de odores residuais por um prato novo.

Estas são as funcionalidades principais, mas há uma constante adição de novas funcionalidades.

O que é um magnetrão

O magnetrão de micro-ondas é um componente que produz radiação de alta frequência no interior da câmara de trabalho. Esta radiação interage com as moléculas dos alimentos, provocando o seu aquecimento. Isto elimina a necessidade de fontes de calor externas.

Como resultado, as micro-ondas normalmente não excedem uma temperatura de +100 graus Celsius. O magnetrão é um componente crucial que pode ocasionalmente funcionar mal. Nestes casos, pode ser substituído por um novo, mas deve ser compatível em termos de potência, frequência e localização dos terminais.

Princípio de funcionamento do magnetrão

converte
eletricidade

radiação electromagnética de alta frequência

o movimento

Aquecimento



gera

micro-ondas

O magnetrão de micro-ondas pode ser comparado a um díodo de electrovácuo, funcionando com base no princípio da emissão de termoelectrões. Isto ocorre quando a superfície do cátodo ou do emissor é aquecida, provocando a expulsão dos electrões activos. No entanto, para facilitar este processo, é aplicada uma tensão ao ânodo.

Como resultado do campo elétrico gerado, os eléctrodos são postos em movimento, seguindo as linhas de força em direção ao ânodo. Quando um eletrão entra na área do campo magnético, a sua trajetória é alterada.

A forma do ânodo do magnetrão é cilíndrica e contém cavidades. No interior, existe um cátodo com um filamento. Nos bordos do ânodo estão colocados ímanes em anel que criam um campo magnético. Consequentemente, os electrões não podem deslocar-se diretamente do cátodo para o ânodo devido à presença destes ímanes.

A sua trajetória é interrompida e iniciam um movimento circular em torno do cátodo. Os ressoadores recebem uma parte da sua própria energia dos electrões que os atravessam (permutabilidade). Consequentemente, é gerado um campo robusto e de alta frequência no interior da cavidade, que é conduzido para o exterior através de um laço de fio.

O magnetrão torna-se operacional quando é aplicada uma tensão elevada de 3000 – 4000 V ao ânodo. Por conseguinte, é necessário ligar o magnetrão ao sistema elétrico doméstico através de um transformador de alta tensão.

Dispositivo magnetrão

O magnetrão é um elemento responsável pela geração de oscilações de alta frequência. Existem outros dispositivos que funcionam com base num princípio semelhante, como os klystrons e os platinotrons, mas que não tiveram uma utilização generalizada.

Em 1960, os fornos de micro-ondas começaram a utilizar o magnetrão pela primeira vez. Atualmente, é utilizado um elemento multiressonador. Eis os diferentes componentes e as suas descrições:

• Ânodo. Trata-se de um cilindro de cobre composto por vários sectores. Possui cavidades de ressonância que geram um sistema circular de oscilações.
• Cátodo. Posicionado no centro do magnetrão, este cilindro aloja um filamento responsável pela emissão de electrões.
• Ímanes em anel. Estes ímanes estão posicionados nas extremidades do forno e criam um campo magnético que é paralelo ao magnetrão. Isto faz com que os electrões se movam na mesma direção.
• Laço de fio. Encontrado no ressonador, este laço está ligado ao cátodo e conduz à antena emissora. O seu objetivo é dirigir a radiação de alta frequência para o guia de ondas, que entra depois na câmara de trabalho do micro-ondas.

Devido à sua construção simples, os magnetrões encontram aplicações não só em fornos de micro-ondas, mas também em sistemas de radar.

Ligação do magnetrão

O método de inclusão consiste em retificar a alta tensão num único meio-período. A saída do transformador funciona por curto-circuito do enrolamento de saída, com uma duração não superior a 5 minutos.

Não faz sentido transportar um magnetrão danificado para reparação – mesmo as oficinas bem equipadas não o fazem. É por isso que é necessário comprar uma peça nova.

Ao remover o magnetrão do micro-ondas, certifique-se de que marca os pinos de ligação para evitar confusões durante a reinstalação. Se os pinos estiverem incorretamente ligados, o magnetrão não funcionará corretamente.

Qualquer pessoa que tenha conhecimentos básicos de utilização de uma chave de fendas e de ligação de díodos pode efetuar a substituição. Não é necessário compreender o funcionamento, a conceção ou a eficiência do elemento. Nem sempre é possível encontrar um substituto exato para o magnetrão.

No entanto, uma peça semelhante será suficiente. Certifique-se de que a potência é a mesma ou superior e de que a montagem e o conetor correspondem.

Independentemente da empresa que os produz, todos os magnetrões são essencialmente o mesmo dispositivo, variando apenas o design. Por conseguinte, é importante garantir um ajuste apertado entre o análogo e o guia de ondas aquando da substituição desta peça.

Graças à produção generalizada de unidades de micro-ondas, as micro-ondas tornaram-se num aparelho de cozinha simples, mas muito útil, que simplifica bastante o processo de cozinhar e reaquecer alimentos. São fáceis de manter e o seu design não inclui quaisquer peças insubstituíveis, o que aumenta a sua fiabilidade. Algumas pessoas acreditam que a radiação de micro-ondas é prejudicial, mas isso não passa de um mito.