Mecanisme de Încălzire cu Microunde

Introducere

Încãlzirea cu microunde se realizeazã datoritã efectului de polarizare al radiaţiilor electromagnetice la frecvenţe cuprinse între 300 MHz şi 300 GHz.

Folosite iniţial ca produs secundar în tehnologia radarelor în timpul celui de-al II lea Rãzboi Mondial, microundele sunt folosite în prezent în aproximativ 92% din casele din SUA.

Încãlzirea cu microunde are aplicaţii în industria alimentarã la decongelarea produselor îngheţate în vederea procesãrii, la preîncãlzirea şuncii procesatã industrial şi la uscarea produselor pãstoase. În aceste aplicaţii, încãlzirea cu microunde demonstreazã avantaje importante comparativ cu metodele convenţionale prin reducerea timpului de procesare şi prin îmbunãtãţirea calitãţii produselor finite.

În general, aplicaţiile cu microunde sunt mai puţin utilizate în industria alimentarã decât în aplicaţiile casnice. Motivul acestei diferenţe este datorat lipsei informaţiilor fundamentale legate de proprietãţile dielectrice ale alimentelor şi relaţiile acestora cu caracteristicele microundelor, cât şi de costul ridicat al echipamentelor şi al electricitãţii. Îndustria alimentarã a fost reticientã în privinţa investiţiilor masive într-o tehnologie care nu s-a dovedit profitabilã la scarã mare pe termen lung. În prezent, prin dezvoltarea magnetonilor şi prin invenţia circulatorilor de feritã folosiţi la protecţia tuburilor generatoare, echipamentele cu microunde au o duratã de operare mai lungã. Preţul echipamentelor cu microunde a scãzut simţitor în ultimii ani fiind în prezent comparabil cu preţul încãlzirii prin metode convenţionale. Viitorul încãlzirii cu microunde în procesarea alimentelor este promiţãtor, dar depinde de înţelegerea interacţiunii dintre microunde şi alimente. Încãlzirea cu microunde este un proces fizic complicat care depinde de propagarea microundelor guvernata de ecuaţia lui Maxwell pentru unde electromagnetice, de interacţiunea dintre microunde şi alimente determinatã de proprietãţile dielectrice şi de dispersia cãldurii guvernatã de cãldura iniţialã şi de teoria transferului de masã.

Acest capitol oferã o privire generalã şi discuţii despre interacţiunea dintre microunde şi alimente şî prezintã o scurtã introducere despre aplicaţiile comerciale curente ale incãlzirii cu microunde în industria alimentarã. De asemenea prezintã unele cercetãri recente asupra uscãrii cu microunde, pasteurizãrii si sterilizãrii.

Mecanisme de încălzire cu microunde

Alimentele sunt, în general, slabi izolatoatori electrici. Ele au capacitatea de a magazina şi disipa energie electrică când sunt supuse unui câmp electromagnetic.

Proprietăţile dielectrice joacã un rol important în procesul de stabilire a interacţiunii între câmpul electric şi alimente.

Proprietăţile dielectrice ale unui material sunt date de:

ɛ=ɛ’-jɛ’’=|ɛ|e-jδ

unde: ɛ = constantă dielectricã relativ complexã

ɛ '= constantă dielectricã relativã

ɛ "=factor de pierderi dielectric relativ

δ = unghi de pierderi dielectric (tan δ = ɛ"/ ɛ")

ɛ' - depinde de capacitatea materialului de a stoca energie electricã (de vid ɛ'=1), în timp ce ɛ" indică disiparea energiei electrice din diferite mecanisme.

Permeabilitatea magneticã pentru majoritatea materialelor biologice este aceeaşi cu cea a aerului (μ0=4π10-7 W/AM). Prin urmare, aceste materiale nu interacţionează cu componenta undelor electromagnetice a câmpul magnetic. Materiale magnetice cum ar fi ferita interacţionează cu câmpul magnetic, rezultând cãldurã. Conversia componentei electrice a microundelor în energie termicã a unui material permeabil poate fi calculatã astfel:

Pv=5.56*10-11*fɛ’’E2

Unde: Pv = puterea de conversie pe unitatea de volum (W/m3)

f = frecvenţa (Hz)

ɛ"= factorul de pierderi dielectric relativ

E = câmp electric (V/m)

În teorie, conducţia electricã şi diversele mecanisme de polarizare (inclusiv dipolii, electronice, atomice şi Maxwell-Wagner) contribuie la factorul de pierderi dielectric . Pe o scarã de frecvenţã a microundelor din punct de vedere al importanţei practice în procesarea alimentelor; conducţia şi rotaţia dipolilor sunt principalele mecanisme care aduc pierderi.. Astfel: