Princípio de funcionamento e diagrama do circuito do magnetrão do forno micro-ondas

Os fornos micro-ondas tornaram-se uma caraterística comum nos lares e são atualmente considerados um aparelho essencial em qualquer apartamento. Estes aparelhos oferecem a comodidade de aquecer ou cozinhar rapidamente os alimentos utilizando radiação invisível. No entanto, para compreender a origem e a segurança desta radiação para os seres humanos, é importante compreender o funcionamento do magnetrão do forno de micro-ondas – o gerador de ondas de alta frequência.

Ao compreender o funcionamento interno e o princípio de funcionamento do magnetrão do forno micro-ondas, as pessoas podem adquirir conhecimentos sobre a origem e os potenciais riscos associados à radiação emitida por este eletrodoméstico.

O que são micro-ondas e como aquecem os alimentos

As micro-ondas são uma forma de radiação electromagnética caracterizada por um comprimento de onda que varia entre 1 mm e 1 m. Este tipo específico de radiação tem várias finalidades, não se limitando ao uso doméstico, mas também encontra aplicações em sistemas de navegação e radar, bem como em comunicações celulares e televisão por satélite.

As micro-ondas podem ocorrer tanto naturalmente, como as emitidas pelo Sol, como artificialmente. São também conhecidas como radiações de frequência ultra-alta, ou UHF.

Todos os fornos micro-ondas domésticos funcionam a uma frequência de emissão específica de 2450 MHz, que é uma norma reconhecida internacionalmente. Os fabricantes de electrodomésticos devem respeitar esta frequência para garantir que os seus produtos não interferem com outros dispositivos de micro-ondas.

O físico americano Percy Spencer descobriu o efeito térmico da radiação de micro-ondas em 1942. Obteve uma patente para um dispositivo gerador de micro-ondas que podia ser utilizado para cozinhar, o que marcou o início da utilização de fornos micro-ondas nos lares.

Nos anos seguintes, esta tecnologia sofreu melhorias, permitindo a produção em massa de dispositivos económicos e eficientes para aquecer rapidamente os alimentos.

Para aquecer eficazmente qualquer substância num forno de micro-ondas, esta deve conter moléculas dipolares – moléculas que possuem cargas eléctricas opostas nas suas extremidades.

A fonte primária de água nos alimentos é o principal fator que contribui para estes processos. Quando expostas a radiação de frequência ultra-alta, estas moléculas alinham-se com o campo eletromagnético, alterando a sua orientação cerca de 5 mil milhões de vezes por segundo. Este movimento constante cria fricção entre as moléculas, resultando na geração de calor que efetivamente cozinha os alimentos.

No entanto, a profundidade de penetração das micro-ondas é limitada a cerca de 2-3 cm da superfície do alimento. Consequentemente, tudo o que se encontra abaixo desta camada depende da condução de calor das regiões aquecidas para cozinhar.

Utilizar um micro-ondas para aquecer alimentos

O dispositivo do magnetrão e a sua aplicação

O magnetrão é a principal fonte de oscilações de frequência ultra-alta na maioria dos tipos de equipamento de micro-ondas. Outros dispositivos, como os klystrons e os platinotrons, que funcionam segundo um princípio semelhante, não tiveram uma utilização tão generalizada. O magnetrão foi utilizado pela primeira vez nos fornos micro-ondas em 1960. O magnetrão multiressonador é o tipo mais utilizado na tecnologia, sendo constituído por vários componentes:

1. O ânodo, um cilindro de cobre dividido em sectores com paredes metálicas espessas. Estas cavidades volumétricas funcionam como ressonadores, formando um sistema anelar de oscilações. O ânodo é submetido a uma tensão de cerca de 4000 volts.
2. O cátodo está situado no centro do magnetrão e tem a forma de uma estrutura cilíndrica que contém um filamento. Este componente é responsável pela emissão de electrões, conseguida através da aplicação de uma tensão de 3 volts ao aquecedor (filamento).
3. Os ímanes em anel, que podem ser electroímanes ou ímanes permanentes de alta potência, são colocados nas extremidades do dispositivo. Estes ímanes são cruciais para criar um campo magnético paralelo ao eixo do magnetrão, permitindo o movimento dos electrões na mesma direção.
4. Um laço de fio é ligado ao cátodo, ancorado no interior do ressoador, e estende-se até à antena emissora. Este laço tem por função guiar a radiação de ultra-alta frequência para o guia de ondas, permitindo a sua passagem direta para a câmara de micro-ondas.

Devido à sua conceção simples e ao seu baixo custo, os magnetrões têm encontrado numerosas aplicações em vários domínios, sendo as mais predominantes:

• Fornos micro-ondas. Para além da sua capacidade de cozinhar e descongelar rapidamente os alimentos nos fornos domésticos, os magnetrões também facilitam as tarefas industriais. Um forno de micro-ondas industrial pode ser utilizado para aquecer, secar, fundir, assar e muito mais. É importante notar que as micro-ondas não devem ser utilizadas em vazio, uma vez que a radiação não será absorvida e poderá danificar o guia de ondas.
• Quando se trata de radar, há um componente vital que desempenha um papel significativo no funcionamento do sistema – a antena de radar. Ligada a uma guia de ondas, esta antena tem a forma de um irradiador cónico e funciona em conjunto com um refletor parabólico, frequentemente designado por prato. Desempenhando uma tarefa crucial, a antena ajuda na transmissão e receção de sinais.

Magnetrões no radar

Princípio de funcionamento do magnetrão

O magnetrão funciona convertendo a energia eléctrica em radiação electromagnética de frequência extremamente elevada, que provoca movimento nas moléculas de água dos alimentos. As moléculas de dipolo, que mudam constantemente de direção, geram calor, permitindo um aquecimento rápido dos alimentos, mantendo as suas propriedades benéficas. O magnetrão é o dispositivo responsável pela geração de micro-ondas.

Um magnetrão é um tipo de válvula eléctrica que utiliza o processo de emissão de termoelectrões. Este processo ocorre quando a superfície do emissor ou cátodo é aquecida, fazendo com que os electrões mais activos abandonem a superfície. No entanto, isso só acontece quando uma tensão é aplicada ao ânodo. Quando esta tensão é aplicada, é criado um campo elétrico e os electrões começam a mover-se em direção ao ânodo ao longo das suas linhas de força. Se os electrões forem atingidos por um campo magnético, as suas trajectórias serão desviadas na direção das linhas do campo magnético.

O ânodo do magnetrão é concebido como um cilindro que contém cavidades, ou ressonadores, que alojam um cátodo com um filamento. Posicionados nas extremidades do ânodo, dois ímanes em anel geram um campo magnético interno. Este campo altera o percurso dos electrões, fazendo-os orbitar em torno do cátodo em vez de se deslocarem diretamente para o ânodo. À medida que os electrões passam pelos ressoadores, transferem parte da sua energia para induzir a criação de um campo robusto de frequência ultra-alta no interior das cavidades. Este campo é então emitido para o mundo exterior através de um laço de fio ligado a uma antena-emissor.

Para ativar o magnetrão, um ânodo tem de ser alimentado com uma alta tensão de aproximadamente 3-4 mil volts. Assim, o magnetrão é ligado à rede eléctrica doméstica através de um transformador de alta tensão. Além disso, o circuito do forno de micro-ondas inclui um guia de ondas para a transmissão de radiação dentro da câmara, um circuito de comutação, uma unidade de controlo, bem como componentes de proteção e refrigeração. Além disso, as paredes internas da câmara e uma fina malha metálica na porta do aparelho servem para conter a radiação dentro dos seus limites.

Uma ilustração do diagrama esquemático do magnetrão

Como o magnetrão afecta a potência do micro-ondas

Muitos fabricantes de fornos micro-ondas actuais oferecem agora a opção de selecionar a potência do aparelho. O modo de funcionamento (descongelação ou aquecimento) e a velocidade a que os alimentos são aquecidos dependem deste parâmetro. Infelizmente, devido às características de conceção do magnetrão, a sua potência não pode ser reduzida. Por conseguinte, para diminuir a intensidade do aquecimento, a potência é fornecida ao magnetrão em intervalos específicos. Estas pausas no funcionamento do magnetrão podem ser observadas ligando o micro-ondas à potência média e ouvindo o seu som.

Recentemente, vários fabricantes de electrodomésticos anunciaram que introduziram vários modelos de fornos micro-ondas que utilizam um sistema de alimentação por inversor. A implementação deste sistema não só permite aumentar o espaço útil dentro da câmara, reduzindo o tamanho do emissor, como também ajuda a diminuir o consumo global de energia do dispositivo. Em contraste com os modelos tradicionais, os fornos do tipo inversor ajustam suavemente a temperatura de aquecimento, mas o seu preço é significativamente mais elevado.

Arrefecimento e proteção do magnetrão

Durante o funcionamento, o magnetrão gera uma quantidade significativa de calor, sendo necessária a instalação de um radiador no seu corpo para dissipar o calor. Uma vez que o sobreaquecimento é a principal causa de avaria do magnetrão, são implementadas medidas adicionais para o proteger:

1. Relé do termóstato. Este dispositivo protege tanto o magnetrão como o grelhador (se presente no modelo). Equipado com uma placa bimetálica, o relé termostático pode ser ajustado a uma temperatura específica. Se a temperatura ultrapassar este limite, a placa dobra-se, abrindo o circuito de alimentação.
2. Ventilador. Para além de arrefecer o radiador do magnetrão, o ventilador também desempenha outras funções benéficas, tais como arrefecer os componentes electrónicos do dispositivo, promover a circulação de ar dentro da câmara durante o funcionamento do grelhador e expelir o vapor quente através de aberturas dedicadas.
3. Mecanismo de bloqueio. A porta do micro-ondas está equipada com vários micro-interruptores que garantem que o magnetrão não pode ser ativado enquanto a porta estiver aberta.

O magnetrão pode ser substituído?

Uma das principais vantagens dos magnetrões modernos utilizados nos fornos micro-ondas domésticos é a sua permutabilidade. Os magnetrões produzidos por diferentes empresas podem ser utilizados em vários modelos de micro-ondas, permitindo uma substituição fácil, se necessário. O único requisito nestes casos é garantir que as especificações de potência são compatíveis. Para comprar um magnetrão, pode visitar várias lojas de eletrónica; no entanto, é importante compreender os parâmetros e a rotulagem para fazer a escolha certa. Os seguintes modelos de magnetrões são normalmente encontrados em micro-ondas:

• 2M 213 (com uma potência nominal de 600 W e 700 W em carga);
• 2M 214 (com uma potência de 1000 W);
• 2M 246 (com a potência mais alta de 1150 W).

Não é aconselhável substituir o magnetrão em casa, mesmo depois de ter estudado minuciosamente todos os parâmetros essenciais do aparelho. Em primeiro lugar, removê-lo de forma autónoma pode revelar-se bastante difícil e, em segundo lugar, garantir o seu funcionamento seguro após a instalação só pode ser feito por um especialista qualificado.

Uma configuração média do magnetrão

Diagnóstico de falhas e causas da sua ocorrência

Para garantir que não está a desperdiçar dinheiro num novo dispositivo, é importante diagnosticar o antigo antes de investir num magnetrão de substituição. Isto pode ser feito em casa, utilizando um aparelho de teste normal para verificar se existem defeitos. Para o fazer, siga estes passos:

1. Em primeiro lugar, desligar o micro-ondas da fonte de alimentação.
2. Em seguida, retire a tampa protetora e inspeccione visualmente a peça.
3. Utilizando um aparelho de teste ou um multímetro, teste os principais elementos da placa de circuitos.
4. Não se esqueça de inspecionar também o termorelé.

Após a conclusão do diagnóstico, podem ser tiradas conclusões sobre a falha de componentes específicos. As principais causas de avaria do magnetrão podem ser atribuídas ao seguinte:

• Falha da tampa do tubo de vácuo. Pode substituí-la encontrando uma tampa semelhante de outro magnetrão. Os assentos da tampa têm uma configuração padrão.
• Quebra do aquecedor. Quando o micro-ondas é ligado sem nada no interior ou com uma carga incorrecta, o magnetrão pode sobreaquecer, provocando um aquecimento excessivo do filamento e a sua eventual quebra. Para diagnosticar este problema, é necessário medir a resistência entre as pernas do condensador. Se o valor estiver entre 5-7 ohms, o aquecedor ainda está a funcionar.
• Avaria do condensador de passagem. Se o aparelho de teste não mostrar um valor "infinito" Se o valor da resistência entre os seus contactos for muito baixo, o condensador tem de ser substituído.