2 - Forno de micro-ondas - Como funciona?

O cozimento de um alimento, o que é? É a sua transformação química pelo calor.

O cozimento permite modificar o gosto, o sabor, o aspecto, a cor, a textura, o volume, o peso ou as qualidades nutritivas do alimento. Ele modifica a sua estrutura química e física e pode, assim, torná-lo assimilável, nutritivo ou mais saboroso, além de eliminar, por vezes, a toxicidade.

A exposição do alimento a uma fonte de calor (fogo, calor de uma resistência elétrica…) resultará em reações entre os seus componentes. Assim, a reação de Maillard consiste em uma interação entre os açúcares e as proteínas, o que dá o sabor ao seu assado!

Mas o que é o calor, do ponto de vista da física? É o nível de agitação das moléculas ou dos átomos… Uma molécula totalmente imóvel tem uma temperatura equivalente ao zero absoluto, ou seja, menos 273 °C! Enquanto as moléculas de dioxigênio que flutuam em uma casa agitam-se a cerca de 500 metros por segundo.

Um forno de micro-ondas, ou mais simplesmente um micro-ondas, é um aparelho eletrodoméstico usado principalmente para o aquecimento e o cozimento rápido de alimentos, por meio da agitação das moléculas de água que eles contêm, sob o efeito de uma radiação de micro-ondas.

As micro-ondas são um tipo de onda localizadas entre as ondas de rádio e a radiação infravermelha no espectro eletromagnético. No caso dos fornos de micro-ondas, a frequência de onda comumente usada é de aproximadamente 2.450 megahertz (2,45 gigahertz).

O campo eletromagnético (2.450 MHz) desenvolve uma intensa agitação das moléculas de água, que oscilam com a passagem das micro-ondas. O calor é gerado pelo atrito das moléculas de água entre si. Este efeito térmico é, portanto, o resultado da interação das micro-ondas com as moléculas de água.

A penetração das micro-ondas nos alimentos está ligada à potência do emissor. A ação térmica direta é muito intensa na superfície e nas primeiras camadas. A penetração diminui progressivamente conforme a espessura aumenta.

Estas ondas possuem também outra propriedade interessante: elas não são absorvidas pela maioria dos plásticos, vidro ou cerâmica. O metal reflete as micro-ondas, o que explica por que panelas de metal não funcionam bem em um forno de micro-ondas.

É também por este motivo que estes aparelhos têm paredes metálicas, para a reflexão.

Fig 1 O diagrama permite compreender o funcionamento dos fornos eletromecânicos utilizados pela maioria dos fabricantes, com pequenas variações conforme as opções, como os fornos combinados ou as funções grill, que possuem resistências adicionais.

O circuito elétrico é composto por três partes: a placa de alimentação Fig 2, ligada à tomada. Trata-se de uma pequena placa eletrônica na entrada, equipada com um fusível e alguns componentes de filtragem; é a alimentação geral do forno.

A alimentação elétrica passa, então, por uma série de sistemas de segurança: sobreaquecimento e porta. O circuito também alimenta uma lâmpada que ilumina a cavidade, o motor que gira o prato, o motor do ventilador de arrefecimento do magnetron, bem como a placa de comando que permite controlar o aparelho. Fig 3

Uma vez filtrada e protegida, a alimentação é ligada à alta tensão. Esta é a terceira parte, composta por um transformador, um condensador e um díodo, que estão ligados ao magnetron, a peça central do aparelho.

O temporizador eletromecânico permite selecionar a duração e os modos de cozimento. Ele é composto por um micromotor e dois sistemas mecânicos. Um sistema de came gerencia o contato do variador de potência. Um sistema de engrenagens gerencia o contato de duração do cozimento.

O micromotor é do tipo síncrono, alimentado em 230 V. A resistência do enrolamento é da ordem de vários kΩ.

O circuito de potência é composto por um transformador de três enrolamentos (230 V / AT – BT). O secundário do transformador fornece uma tensão de 1600 Volts, necessária para a criação do campo elétrico. Ele é constituído por um número muito elevado de espiras. Um multiplicador de tensão transforma esta tensão em uma tensão de 3200 V.

O magnetron é o gerador de micro-ondas. Para funcionar, ele precisa de uma corrente de 700 miliampères sob -3200 V em relação ao terra. Nosso transformador produz 1600 V; basta dobrar a tensão usando um clássico da eletrônica, o dobrador de Latour, também chamado de dobrador de Schenckel.

Para dobrar a tensão, a alta tensão proveniente do transformador é enviada a um capacitor. Na saída do capacitor, há um diodo. Também há, e agora quase sistematicamente, um fusível no circuito de alta tensão.

Um segundo enrolamento permite alimentar o filamento do magnetron em baixíssima tensão de 3,2 V, mas com uma corrente da ordem de 10 ampères.

Ele consiste em um ânodo cilíndrico, ou bloco anódico. Os elétrons dirigem-se do cátodo para este ânodo, mas, devido à presença de ímãs, forma-se uma nuvem de elétrons em rotação.

As cargas interagem então com as cavidades ressonantes, oscilações que se repercutem nas lâminas adjacentes, criando um campo magnético de altíssima frequência (2.450 MHz, ou seja, 2,45 bilhões de oscilações por segundo). No topo, é colocada uma antena que recolhe o campo magnético e o envia para o guia de onda.

As ondas são levadas a uma hélice, um dispersor de ondas, que as projeta para o interior do forno. É então que elas penetram nos alimentos ou ricocheteiam nas paredes e são reenviadas para a comida.

Regulação da potência de cozimento: Não é possível modular a potência de emissão do magnetron. Para variar a potência de cozimento, atua-se na duração de funcionamento do magnetron.

Exemplo: Potência mínima (descongelamento) ⇒ 10 segundos (a cada 30 segundos) Potência média (cozimento suave) ⇒ 20 segundos (a cada 30 segundos) Potência máxima (cozimento forte) ⇒ 30 segundos (a cada 30 segundos)

Um transformador elétrico é um conversor que permite modificar os valores da tensão e da intensidade da corrente fornecidas por uma fonte de energia elétrica alternada em um sistema de tensão e corrente de valores diferentes, mas de mesma frequência e mesma forma. Ele realiza essa transformação com um excelente rendimento.

Em um transformador estático, a energia é transferida do primário para o secundário por meio do circuito magnético que constitui a carcaça do transformador.

No caso em que todas as perdas e fugas de fluxo são negligenciadas, a relação entre o número de espiras no primário e no secundário determina totalmente a relação de transformação do transformador: U2/U1=N2/N1, sendo U1=tensão primária, U2=tensão secundária, N1=número de espiras do primário e N2=número de espiras do secundário.

O transformador de um micro-ondas é um transformador de alta tensão. Ele é utilizado como elevador de tensão. Serve para fornecer a alta tensão ao magnetron. É constituído de três enrolamentos: o enrolamento primário, alimentado em 230 V, e dois enrolamentos secundários que fornecem 3,2 V e 2100 V.

3,2 volts são necessários para a alimentação do cátodo. O enrolamento tem um diâmetro grande porque a intensidade excede 10 A.

2100 volts são necessários para criar a tensão pulsada entre o ânodo e o cátodo do magnetron. O enrolamento de alta tensão tem um diâmetro muito pequeno porque gera apenas uma corrente baixa. Uma extremidade deste enrolamento é conectada diretamente ao aterramento do aparelho.

O capacitor desempenha o papel de dobrador de tensão. Ele dobra a tensão de 1600 V proveniente do secundário do transformador para uma tensão de aproximadamente 3200 V.

Este capacitor não polarizado é construído em torno de uma capacitância entre 0,95 e 1,15 microfarads, que armazena a energia elétrica durante um semiciclo, e uma resistência interna de 10 MΩ, que garante a sua descarga.

Com o aparelho desligado, é possível haver uma tensão próxima de 4000 V em seus terminais. Mesmo que ele integre uma resistência de descarga e apesar de trabalhar com o equipamento desenergizado, é ABSOLUTAMENTE NECESSÁRIO descarregar o capacitor antes de intervir nos outros componentes do forno.

Para isso, você pode usar um resistor de 1 MΩ para curto-circuitar os terminais do capacitor. Você também pode usar um alicate de bico após ter aguardado cerca de dez minutos depois de remover o plugue da tomada.

A função de um diodo é retificar a corrente alternada em corrente contínua.

Um diodo permite que a corrente passe apenas em um sentido. Existem várias soluções possíveis para retificar a corrente. A escolhida para alimentar o magnetron é um circuito com um único diodo que alimenta o magnetron em metade dos ciclos (a meia onda positiva passa, a outra meia onda é bloqueada).

Fig 1 Durante a meia onda em que o diodo não conduz, carrega-se um capacitor de alta tensão, que será descarregado durante a meia onda em que o diodo conduz. A tensão do capacitor se somará à do transformador para obter a tensão de 4000 V necessária para a alimentação do magnetron.

O conjunto de capacitor e diodo é chamado de dobrador de tensão, pois permite elevar a tensão alternada de 2700 V do transformador para uma tensão contínua de 4000 V.

O diodo de alta tensão é projetado para uma tensão reversa máxima (Vr) da ordem de 6000 volts. Para suportar tal tensão, uma simples junção PN não é suficiente. É necessário empilhar várias junções em série. O diodo de potência é, portanto, um empilhamento de oito diodos Fig 2.

Devido a este empilhamento, o diodo de alta tensão não pode ser testado com um multímetro comum.

Este é um componente opcional. Ele é montado em paralelo ao capacitor Fig 1. É composto por dois diodos montados em oposição, com tensões inversas de ruptura VD1 = 6000 Volts, VD2 = 1200 Volts Fig 2. Ele permite proteger o transformador em caso de curto-circuito do diodo de potência.

O objetivo é criar um curto-circuito direto que fará o fusível do primário queimar. Se o diodo de alta tensão (HT) entrar em curto-circuito, o capacitor ficará em derivação com o enrolamento secundário HT, o que resulta no esquema equivalente Fig 3.

A tensão fornecida é uma tensão periódica alternada com um valor máximo de 3000 Volts. O diodo D2 rompe-se e entra em curto-circuito. A corrente em D1 torna-se excessiva e D1 também entra em curto-circuito. O enrolamento secundário entra em curto-circuito. Ocorre uma sobrecorrente no secundário e, em seguida, no primário.

Essa sobrecorrente é de tal magnitude que o fusível do primário queima. O transformador é protegido.

Fig 1 Interruptores térmicos “Klixon”. Eles estão instalados no magnetron e na cavidade do forno. Quando a temperatura excede os limites normais, os interruptores cortam a corrente de alimentação, protegendo contra incidentes de superaquecimento excessivo.

Fig 2 Na maioria das vezes, o fusível do micro-ondas é equipado em sua estrutura com uma mola de retorno. O fusível é constituído por um fio fusível para operar em fusão lenta sob algumas centenas de miliamperes (entre 500 e 700 mA).

A operação deve ser muito rápida para evitar que um arco elétrico se estabeleça. A mola está sob tensão mecânica e permanece esticada. Quando o fio fusível derrete, a mola retoma sua posição original, afastando rapidamente o ponto de entrada e de saída do arco elétrico, o que causa o sopro do arco, da mesma forma que se apaga uma vela!

Este fusível é alojado em uma carcaça isolante de plástico colorido, geralmente vermelha.

Fig 3 O forno de micro-ondas é equipado com um conjunto de segurança da porta. Esses contatos de porta, chamados micro-switches ou mini-interruptores, existem para proteger o membro da comunidade contra eventuais queimaduras ou lesões que o gerador de micro-ondas causaria caso a porta permanecesse aberta.

Quando nada pressiona o interruptor, ele fica em repouso. Um mini-interruptor possui três terminais. Um terminal é o comum (borne 1), por onde a corrente “chega”. Do outro lado, há uma espécie de seletor: um contato fechado em repouso (borne 2) e outro aberto em repouso (borne 4).

Quando o interruptor é pressionado, os estados se invertem: o contato 2 abre e o contato 4 fecha.

Fig 1 Motor do prato giratório: ele serve para girar os pratos e distribuir uniformemente o calor nos alimentos a serem aquecidos.

Em alguns modelos de forno, o motor de acionamento do prato giratório é alimentado pelo motor do ventilador com 30 volts em corrente alternada! É notável que, em alguns modelos de ventilador, existam três conectores: uma fase, um neutro e o terceiro apresenta, na medição, uma tensão de cerca de 30 volts.

Esta tensão intermediária é extraída da bobina do motor do ventilador. Ele atua, portanto, tanto como ventilador quanto como autotransformador para alimentar o motor do prato.

Fig 2 Ventilador: ele permite: - Resfriar o magnetron e o transformador - Renovar o ar na cavidade para evitar a condensação - Acionar, em alguns casos, o repartidor de ondas (agitador). O motor é do tipo assíncrono. A resistência do enrolamento é da ordem de uma centena de Ω.