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Forno de Micro-ondas − Algumas Informações

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Magnétron

Essa válvula termiônica para gerar micro-ondas foi inventada pelos ingleses na época da segunda guerra mundial, para uso nos primeiros equipamentos de radar. Pouco depois do fim da guerra, um pesquisador de uma empresa americana fabricante de radares notou que, trabalhando próximo a uma antena, algumas barras de chocolate que levava no bolso haviam amolecido. E, assim, descobriu-se a propriedade das micro-ondas de aquecer alimentos.

A Figura 01 dá um arranjo simplificado. Não há grade de controle e o anodo é um cilindro metálico com cavidades conforme indicação à direita da figura (nas atuais, as cavidades são formadas por aletas radiais). Na parte externa do encapsulamento (não indicado) há ímãs permanentes que geram um campo magnético na direção axial (vertical, na figura).

Magnétron
Fig 01

Os elétrons emitidos pelo catodo são acelerados, na direção do anodo, pelo campo elétrico devido à tensão aplicada. Ao mesmo tempo, estão sob ação de um campo magnético na direção perpendicular. Da teoria do Eletromagnetismo (relação de Lorentz), a força resultante é dada por $\vec F = q \vec E + q \vec v \times \vec B$. Onde q é carga elétrica, v é velocidade, E e B são os vetores de campo elétrico e magnético. Na segunda parcela dessa igualdade, desde que há o produto vetorial da velocidade pelo campo magnético, a força é perpendicular ao plano desses vetores. Assim, há um componente tangencial de força, que provoca um fluxo circular de elétrons no espaço entre catodo e anodo. O fluxo circular passa tangencialmente pelas aberturas das cavidades, provocando a emissão de ondas eletromagnéticas (cavidade ressonante). O efeito é análogo ao som emitido quando se sopra, na direção adequada, a boca de uma garrafa vazia.


Aquecimento por micro-ondas

Um forno típico tem de 500 a 1000 W de potência de micro-ondas, frequência cerca de 2,45 GHz. O aquecimento se deve principalmente às vibrações das moléculas de água. Recipientes de vidro, plástico, papel quase não absorvem radiação.

Desde que as superfícies internas do forno são boas refletoras da radiação, praticamente toda a energia fornecida pelo magnétron está disponível para o aquecimento e, portanto, a sua velocidade depende apenas da potência do equipamento e da quantidade de alimento. Desconsiderando as perdas por convecção, o tempo para aquecer é, grosso modo, proporcional à quantidade, para a mesma potência. Assim, por exemplo, um litro de água deve ferver aproximadamente no dobro do tempo do de meio litro.

O aquecimento não se dá de dentro para fora. Micro-ondas penetram apenas alguns centímetros e, portanto, a superfície aquece mais rápido que o interior. Entretanto, essa penetração é suficiente para fazer diferença em relação aos fornos convencionais, nos quais o aquecimento é aplicado apenas na superfície.


Circuito básico

A figura a seguir mostra um circuito básico de potência para operação do magnétron. Nele, o anodo é conectado à massa e, portanto, a parte viva da fonte deve ser negativa. Valores de tensão entre catodo e anodo estão na faixa de 5000 V.

Circuito de potência forno de micro-ondas
Fig 02

Nessa configuração, o circuito opera como um dobrador de tensão / retificador de meia onda (no semiciclo positivo, o diodo conduz e, portanto, o capacitor é carregado pela tensão do secundário do transformador. No negativo, o diodo não conduz e a tensão no magnétron é a soma da tensão do secundário com a do capacitor)


Outras partes / Controle

Há necessidade de acessórios como ventiladores de resfriamento, fusíveis, proteções térmicas e intertravamentos para impedir a operação com porta aberta. A potência de aquecimento é regulada de uma forma simples, pelo liga-desliga do circuito do magnétron através de um relé ou triac. Na Figura 03, exemplo de tempos ligado / desligado para potências altas e baixas.

Controle de potência
Fig 03

Nos modelos mais antigos o tempo de operação é ajustado com temporizadores eletromecânicos. Os modelos atuais fazem uso de circuitos digitais operados por microcontroladores que disponibilizam funções diversas tais como exibição de hora, ajuste da potência e do tempo de operação de acordo com o alimento e o tipo de aquecimento desejado, etc.


Alguns testes / diagnósticos

Vazamentos de micro-ondas podem ser verificados com um dispositivo simples conforme Figura 04. É usado um diodo SBD (Schottky Barrier Diode) em conjunto com um LED comum. Os condutores que saem do diodo são deixados no seu comprimento original e em forma retilínea.

Teste de vazamento de micro-ondas
Fig 04

Os condutores do LED são soldados próximos ao diodo. Assim, funciona como um dipolo de 1/4 de onda. O conjunto deve ser colado em um suporte não condutor e aproximado dos locais de verificação. Se houver vazamento, o LED deverá apresentar alguma luminosidade.

Diodo: se estiver em curto, provavelmente será percebido um ruído do transformador quando o ciclo de aquecimento é iniciado. Pode não provocar a queima do fusível. Se aberto, uma corrente alternada será aplicada no magnétron e somente um semiciclo será aproveitado, o que resulta num aquecimento pequeno ou quase imperceptível.

Teste do diodo de alta tensão
Fig 05

Para apresentar elevada tensão inversa, o diodo é internamente formado por vários elementos em série e, assim, a tensão da bateria dos multímetros comuns não é suficiente para um teste conclusivo. De qualquer forma, a resistência inversa deve ser maior que 10 MΩ. O circuito da Figura 05 permite uma melhor avaliação: bom de 6 a 10 V, em curto de 0 a 2 V, aberto ou invertido 15 V.

Magnétron: seguem defeitos mais frequentes e testes que podem ser feitos com meios usuais.

a) Filamento em curto com a massa: sintomas semelhantes aos do diodo em curto. Pode ser verificado com multímetro. A resistência filamento-massa deve ser infinita.

b) Filamento aberto: também pode ser verificado com um multímetro. Nesse caso, o forno não aquece. Muitas vezes o problema está nos contatos e não no magnétron.

c) Filamento com polos em curto: difícil de verificar com multímetro pois a resistência normal é bastante baixa. É um defeito raro. Uma fonte com tensão adequada e potência suficiente pode ser usada para testar.

d) Magnétron gaseificado (entrada de ar): pode provocar a queima ou curto do filamento. Não há meio fácil de verificar senão pela substituição por um em bom estado.

e) Por fim, inspeção visual para possíveis danos físicos que provocam arcos, superaquecimento (neste caso, a proteção térmica atua de forma frequente).

Capacitor: se em curto provoca queima do fusível. Se aberto, não há aquecimento. A resistência entre os terminais ou terminal-massa deve ser na faixa de mega-ohms. Se menor que 1 MΩ, pode ser considerado em curto.

Transformador: além da inspeção visual, um multímetro pode ser usado para verificar a resistência dos enrolamentos e possíveis fugas para a massa (do primário e do secundário do filamento. O secundário de alta já tem um polo ligado à massa). Valores típicos de resistência dos enrolamentos são primário de 0,1 a 0,5 ohms e secundário de alta de 25 a 150 ohms. Quanto ao secundário do filamento, ela é muito baixa para ser perceptível com o multímetro comum.


Segurança

Um forno de micro-ondas em bom estado não oferece riscos para o usuário. Entretanto, o reparo sem conhecimento e/ou adoção de procedimentos de segurança pode ser perigoso. Seguem alguns riscos.

• Bypass de bloqueios para operação com porta aberta pode afetar pessoa próxima.

• Se o magnétron não conduzir por algum motivo como filamento aberto, pode ser deduzido pelo circuito da Figura 02 que o capacitor permanecerá carregado após o desligamento da fonte. Deve sempre ser descarregado com uso de um resistor e não por curto-circuito nos terminais.

• Ao contrário dos flybacks de televisores e monitores de tubos de raios catódicos, a fonte de alta tensão tem potência razoável e pode ser fatal em caso de contato acidental.
Referências
Pesquisa na Internet em 04/2008. Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Abr/2018 (retoques de textos e imagens. Conteúdo básico não alterado)