Los hornos de microondas se han integrado tanto en nuestra vida diaria que hoy en día es difícil imaginar un apartamento o una casa que no tenga este útil electrodoméstico en la cocina. La funcionalidad de los hornos de microondas le permite realizar una amplia gama de trabajos relacionados con el procesamiento térmico de alimentos: descongelación, calentamiento e incluso preparación. Puede que no lo sepas, pero también se pueden usar para desinfectar trapos y esponjas que no contengan metal. En el artículo veremos cómo se organizan los hornos de microondas y cuál es el principio de su funcionamiento.

Como suele ocurrir con los útiles e ingeniosos inventos de la humanidad, los beneficios de las ondas de microondas para uso doméstico se descubrieron por casualidad. Esto sucedió en 1942 en Raytheon, donde el físico Percy Spencer estaba estudiando las propiedades de los dispositivos con radiación de microondas.

Según una versión, el científico colocó accidentalmente un sándwich en la instalación y descubrió después de un par de minutos que se había calentado en todo el espesor. Otra versión dice que Spencer tenía una barra de chocolate derretida en su bolsillo y él, feliz con su descubrimiento, corrió de inmediato a la tienda; después de un tiempo, el científico observó cómo las ondas de microondas convertían el maíz fresco que compró en palomitas de maíz en un par de segundos. .

En 1945, Percy Spencer patentó la tecnología para el uso de microondas en la industria alimentaria y, dos años más tarde, aparecieron los primeros dispositivos similares a los modernos hornos de microondas en los hospitales y cantinas militares estadounidenses. Vale la pena mencionar por separado que estas unidades, a diferencia de las modernas, realmente se parecían a las estufas, ya que pesaban alrededor de 340 kg.

En el futuro, Sharp se hizo cargo del desarrollo y la introducción de hornos de microondas en el mercado de electrodomésticos, que posee los principales logros revolucionarios en esta industria:

• en 1962 produjeron en serie el primer horno microondas doméstico;
• en 1966, comenzaron a equipar los hornos con una mesa giratoria;
• en 1979, lanzó el primer dispositivo con control por microprocesador;
• en 1999 - creó el primer modelo de un horno de microondas con la capacidad de acceder a Internet.

Hoy en día, el mercado de los electrodomésticos cuenta con una enorme variedad de microondas con una variedad de funciones, pero todas son sencillas, económicas y seguras para la salud.

¿Cómo funciona?

Seguramente, muchos de nosotros, al menos una vez en nuestras vidas, nos interesamos en qué se basa el principio de funcionamiento de un horno de microondas y cómo resulta que los productos que se colocan en él se calientan con bastante rapidez.

El hecho es que los productos que utilizamos para cocinar contienen agua, grasas, componentes minerales y azúcar en diversas proporciones. Todas estas sustancias contienen moléculas dipolares en su estructura, lo que significa que uno de sus extremos está cargado positivamente y el otro está cargado negativamente. La carne, los cereales, las verduras y, en general, cualquier alimento contienen una gran cantidad de este tipo de moléculas.

Recuerde la física: en ausencia de un campo eléctrico, las moléculas dipolares están en una posición desordenada. Tan pronto como la sustancia está bajo la influencia de un campo eléctrico, las moléculas se reorganizan y "encajan" de acuerdo con la dirección de las líneas de fuerza: los extremos con carga positiva están hacia el polo "positivo" y los negativos hacia el “menos”. En consecuencia, cuando cambia la polaridad del campo eléctrico, las moléculas comenzarán a "girar" 180˚. Este fenómeno es la base del principio de funcionamiento del horno de microondas.

Entonces, en promedio, la frecuencia de operación de un horno de microondas es de 2,45 gigahercios. Esto significa que se producen 1.000.000 de oscilaciones (interruptores) en un segundo. Para uno de esos interruptores, la polaridad del campo eléctrico dentro del horno de microondas cambia dos veces: de "más" a "menos" y viceversa. Un simple cálculo matemático nos dice que en un segundo, el campo eléctrico en el que colocamos los alimentos cambia de polaridad 4,9 millones de veces. Es por eso que estos dispositivos se llaman hornos de microondas: la decodificación de la abreviatura abre la palabra "microondas". De hecho, hacemos que las moléculas giren a una velocidad muy alta, como resultado de la fricción de las cuales se libera calor entre sí. Bajo la influencia de un campo eléctrico, caen los 1-3 cm superiores de la sustancia, desde donde el calor se propaga en profundidad. Por eso, para cocinar algunos productos en un horno de microondas, se recomienda no encenderlo “al máximo”, sino seleccionar potencia media y aumentar el tiempo de procesamiento.

¿Cómo funciona un horno de microondas?

Un horno de microondas doméstico consta de las siguientes partes funcionales:

• una cámara de metal con una puerta de metal en la que se colocan los productos para calentar;
• magnetrón: un dispositivo que emite ondas de microondas;
• transformador para alimentar el magnetrón;
• circuitos de control y conmutación;
• una guía de ondas que transmite la radiación creada en el magnetrón a la cámara.

Además, el diseño del horno incluye los siguientes componentes que no afectan el proceso de calentamiento en sí, pero sirven para mejorar el funcionamiento del dispositivo:

• soporte giratorio para un impacto uniforme de las olas;
• un circuito que asegura el funcionamiento del temporizador;
• un circuito de seguridad que bloquea el funcionamiento del dispositivo en diversas situaciones (por ejemplo, cuando se abre la puerta);
• se necesitaba un ventilador para ventilar la piedra y enfriar el magnetrón.

¿Cómo funciona un magnetrón?

El magnetrón es el dispositivo principal de un horno de microondas, que emite las ondas de microondas necesarias para calentar. De hecho, es un diodo de electrovacío de alta frecuencia con un ánodo de cobre cilíndrico. Desde la pared interior, este ánodo se divide en varios sectores con paredes de cobre.

El cátodo, realizado en forma de varilla, es el centro de este diseño (mira la imagen), gracias al filamento colocado en su interior se emiten electrones. Los potentes imanes en forma de anillo se encuentran en los extremos del dispositivo. Con la ayuda del campo magnético creado por ellos dentro del magnetrón, se genera radiación de microondas.

Durante el funcionamiento se aplica una tensión de 4 kV al ánodo y sólo 3 V al filamento, lo que provoca la emisión de electrones captados por un campo eléctrico de alta tensión. La frecuencia de generación del magnetrón está determinada por el voltaje del ánodo y la geometría de las cámaras del resonador.

Para eliminar la energía, se utiliza un bucle de alambre especial, que va desde el cátodo hasta el emisor en forma de antena. Desde allí, a través de la guía de ondas, las ondas de microondas ingresan a la cámara principal. La potencia de salida de los magnetrones instalados en los hornos de microondas domésticos suele ser de 800 vatios.

Para reducir la intensidad del magnetrón, el circuito de control lo enciende por pequeños intervalos de tiempo, con pausas entre ellos. Entonces, por ejemplo, para que la potencia de salida del magnetrón sea del 50% (400 W), es necesario encenderlo y apagarlo alternativamente cada 5 segundos. Este principio de control se llama modulación de ancho de pulso.

El funcionamiento del magnetrón va acompañado de la liberación de una gran cantidad de calor, por lo tanto, para evitar el sobrecalentamiento, está equipado con un radiador de placas, que recibe constantemente aire del ventilador.

fusible térmico

La sobrecarga térmica (sobrecalentamiento) es la causa más común de falla de los magnetrones, por lo que se les instalan fusibles térmicos o relés térmicos. Es de particular importancia para los hornos de microondas con funciones que requieren una operación prolongada del magnetrón, como una parrilla.

Se selecciona un dispositivo específico en función de los indicadores de temperatura nominal que están impresos en su caja.

El principio de su trabajo es bastante simple:

• El interruptor térmico tiene una carcasa de aluminio y se instala en el lugar cuya temperatura se desea controlar con una conexión bridada, proporcionando contacto térmico directo.
• La placa bimetálica ubicada dentro del fusible está preconfigurada para operar a una temperatura determinada.
• Tan pronto como el dispositivo se calienta hasta el límite especificado, la placa se dobla y, con la ayuda de un empujador, rompe la conexión en las placas del grupo de contacto, como resultado de lo cual el horno de microondas se apaga.
• A medida que el dispositivo se enfría, la placa bimetálica toma su forma anterior, el pulsador vuelve a su posición inicial y el grupo de contactos se cierra de nuevo, suministrando energía.

La importancia de un ventilador

Una de las partes más importantes de cualquier horno de microondas es el ventilador incorporado. Gracias a él, no solo se enfría el magnetrón, sino el resto del circuito.

Usar un termostato solo para evitar el sobrecalentamiento de los componentes del microondas no es suficiente. En primer lugar, esto conducirá a la operación constante del fusible térmico y al encendido/apagado del magnetrón, lo que afectará negativamente no solo a este, sino también a otros dispositivos. En segundo lugar, en algunos hornos de microondas, el termostato simplemente no puede hacer frente al calor: en los aparatos con función de parrilla, no puede prescindir de un ventilador.

Durante el funcionamiento del horno de microondas, se genera una gran cantidad de calor no solo por los componentes incluidos en su diseño, sino también por los productos calentados. Y dado que el principal "objetivo" de las ondas de microondas es el agua, el calentamiento también va acompañado de la liberación de vapor. El ventilador le permite deshacerse del exceso de aire húmedo, forzando la entrada de aire fresco en la cámara. Debido a esto, el vapor liberado escapa a través de los orificios de ventilación hacia el exterior.

En los hornos de microondas con un ventilador ubicado en la parte posterior del dispositivo, salen conductos de aire especiales que llevan aire fresco primero al magnetrón y luego a la cámara.

Sistema de protección

La poderosa radiación de alta frecuencia del magnetrón puede causar daños irreparables a la salud humana (y no solo), por lo tanto, se presta especial atención a la prevención de este peligro en los modelos modernos de hornos de microondas.

Para proteger al usuario y a otros seres vivos de la radiación dañina, las cámaras de los hornos de microondas están hechas de metal blindado. Y dado que la cámara en sí también se coloca en una caja de metal, en realidad se lleva a cabo un aislamiento de radiación de microondas de dos niveles.

Puede hacer una pregunta bastante razonable: ¿es peligrosa la puerta de vidrio a través de la cual observamos la preparación del plato? ¿No es ella un "agujero" en esta defensa? Tenga calma: el cristal está cubierto con una malla metálica especial de malla fina que refleja la radiación emitida por el magnetrón con una frecuencia de hasta 2,45 GHz (con una longitud de onda de hasta 122 mm) de regreso a la cámara.

Igualmente importante es qué tan bien se cierra la puerta y se ajusta al cuerpo. El espacio entre su ranura y el cuerpo se mide especialmente en la fábrica (es igual a ¼ de la longitud de onda, por ejemplo, 122/4 = 30,5 mm) y debe mantenerse durante toda la vida útil. Esta distancia contribuye a la formación de una onda electromagnética estacionaria, que no va más allá del dispositivo, debido a que el valor de amplitud en el punto de contacto entre el cuerpo y la puerta es cero. Un esquema tan simple y efectivo para organizar la protección contra la radiación se conoce como estrangulador de microondas.

¿Qué sucede cuando se abre la puerta?

Existe la opinión de que cuando se abre la puerta del microondas en el momento de la operación, la peligrosa radiación de alta frecuencia cae sobre el usuario, lo que causa un gran daño al cuerpo. De hecho, esto es solo un mito: el circuito de control del magnetrón incluye varios interruptores que responden al estado de la puerta. Su número depende del modelo específico, pero generalmente hay al menos tres de ellos. Uno es el encargado de apagar el magnetrón en el momento en que se abre la puerta, el segundo es para la retroiluminación y el tercero transmite al microprocesador información sobre la posición de la puerta. El funcionamiento de estos interruptores está organizado de manera que el magnetrón solo puede funcionar cuando la puerta del horno de microondas está bien cerrada.

Bloque de control

La unidad de control desempeña el papel más importante en el funcionamiento de cualquier horno de microondas. De hecho, es el cerebro del horno, realizando dos funciones básicas:

• mantiene el valor de potencia en un nivel dado;
• termina el instrumento después de que haya transcurrido un período de tiempo específico.

El circuito de la unidad de control de los modelos más antiguos era un diseño de dos interruptores, uno de los cuales servía para configurar el temporizador y el otro para seleccionar la intensidad del procesamiento. Con el desarrollo de la tecnología, el "relleno" de microondas también ha mejorado: las unidades de control electrónico han reemplazado a las unidades de control electromecánicas, que hoy ya han sido reemplazadas por microprocesadores. Su ventaja radica no solo en la compacidad, sino también en una funcionalidad más amplia, que incluye:

• ajuste de potencia mediante el teclado táctil o de pulsadores;
• visualización de la potencia actual en la pantalla;
• reloj incorporado;
• numerosos ajustes preestablecidos para preparar varios platos y realizar tareas específicas (varios modos de descongelación para diferentes tipos de productos);
• cálculos automáticos: por ejemplo, ingresa solo el peso de la pieza de carne descongelada, y el propio horno selecciona la potencia para ello;
• una gran selección de señales sonoras para la finalización del ciclo de trabajo.

Se utiliza una fuente de alimentación independiente para alimentar el circuito de control. Se utiliza un bloque de relés para transmitir señales y comandos entre la unidad, el teclado, el magnetrón, la parrilla, la lámpara y el ventilador. Para conectar otros componentes al circuito (indicación, teclado), se utilizan bucles.

tecnología de inversor

Muchos consumidores, al elegir un horno de microondas, buscan un modelo con un gran volumen de cámara para garantizar la máxima versatilidad. Desafortunadamente, los elementos funcionales a menudo ocupan una gran parte del volumen total del dispositivo, respectivamente, el tamaño del horno es grande, pero su volumen utilizable es pequeño. Este problema fue uno de los principales antes de la llegada de los hornos inverter.

Esta tecnología puede reducir significativamente el espacio ocupado por el magnetrón mediante el uso de componentes más pequeños. Esto le permite crear cámaras más grandes, manteniendo las dimensiones de todo el microondas dentro de los estándares aceptados.

La tecnología inverter se distingue cardinalmente por el hecho de que en tales hornos de microondas el emisor no tiene que funcionar constantemente a la máxima potencia, a diferencia de los magnetrones clásicos. La intensidad del procesamiento se regula por pulsos, de modo que las poderosas oleadas de energía de microondas no caigan sobre los alimentos, lo que afecta su calidad. Los estudios han confirmado que el repollo procesado en un microondas inverter retiene un tercio más de vitamina C, y la carne de cerdo retiene un 41% más de vitamina B1.

Además de ser compactos y útiles, los hornos de microondas inverter también son dispositivos más económicos, debido al uso de solo la cantidad de electricidad necesaria para mantener la potencia seleccionada. El ajuste de pulso fino del modo de funcionamiento también sirve para acelerar la descongelación de los productos.

Hasta la fecha, el buque insignia en la aplicación de esta tecnología es Panasonic, que acaba de lanzar al mercado el primer horno microondas inverter.

Mitos sobre la radiación de microondas

Hay varios conceptos erróneos bien establecidos sobre la nocividad y los peligros del uso de hornos de microondas. De hecho, la mayoría (generalmente todos) están equivocados. A continuación se enumeran los mitos típicos del horno de microondas por los que realmente no vale la pena preocuparse.

1. Un horno microondas puede dañar los aparatos eléctricos que se encuentren a pocos metros de distancia si se deja encendido durante mucho tiempo. De hecho, los hornos de microondas modernos están completamente protegidos de la radiación que sale de la cámara. La radiación mínima, que puede estar en las inmediaciones del dispositivo, no excede la radiación de una unidad de sistema informático.
2. Los hornos de microondas pueden hacer que el usuario se vuelva alérgico a las ondas electromagnéticas. Simplemente no es posible. Hay pocas personas en el mundo con una enfermedad tan rara y sus causas no tienen nada que ver con el uso de un microondas. Por lo general, ningún electrodoméstico emite radiaciones tan peligrosas, ya que todos los modelos cuentan con certificación de seguridad.
3. Los productos se vuelven radiactivos cuando se exponen a microondas. Esto también es incorrecto. La radiación de microondas no es ionizante, por lo que no cambia las propiedades de los alimentos. La declaración sobre la carcinogenicidad de los productos sometidos al procesamiento por microondas también es incorrecta: las microondas tienen un principio de funcionamiento completamente diferente al de los rayos X y, una vez más, no pueden afectar las propiedades de los productos de ninguna manera.
4. Las microondas representan un alto riesgo para la salud. Esto ya se ha dicho en parte: el efecto directo de la radiación de microondas es realmente perjudicial para los tejidos, sin embargo, sujeto a las reglas para operar un microondas, nunca estará expuesto a tal efecto. De hecho, la radiación de un horno de microondas representa solo una pequeña fracción del campo electromagnético total en el que nos encontramos usando muchos otros electrodomésticos.

Solo recuerde que la puerta del horno debe cerrarse herméticamente, y el cuerpo debe estar intacto, y tampoco toque el microondas en funcionamiento con las manos y otras partes del cuerpo y puede estar tranquilo, a una distancia de medio metro del aparato. no está expuesto a más radiación electromagnética que cuando ve la televisión.