Proiectarea unui Aplicator pentru Procesarea Materialelor Dielectrice

Proiectarea unui aplicator pentru procesarea materialelor dielectrice în câmp de microunde. Aplicatorul este de forma paralelipipedica având urmatoarele dimensiuni:

- frecventa de lucru a aplicatorului

- temperatura mediului ambiant de la care începe procesarea

- temperatura maxima pâna la care are loc procesarea

- curentul anodic

- densitatea maxima a curentului emis de catod

CAPITOLUL I

PRINCIPII GENERALE ASUPRA DISPOZITIVELOR

CU MICROUNDE

1.1. Consideratii teoretice privind încalzirea cu microunde

Tehnologiile moderne care au la baza încalzirea cu microunde s-au dezvoltat rapid datorita avantajului pe care îl ofera acest procedeu de încalzire fata de procedeele clasice

La sfârsitul anilor ’40 si începutul anilor ’50 s-au obtinut date importante despre proprietati ale materialelor, cercetarile de pionerat asupra proprietatilor multor materiale organice si anorganice în domeniul de frecventa cuprinsa între 100 < f < 1010 Hz, s-au format de atunci si ramân înca o baza solida pentru utilizarea microundelor în industrie.

Microundele sunt unde electromagnetice ale caror frecvente corespund spectrului cuprins între 300 MHz – 100 GHz. Pentru a evita interferenta cu sistemele de telecomunicatii au fost atribuite benzile de frecventa pentru aplicatiile industriale , stiintifice si medicale , astfel 2450 MHz ( lungimea de unda asociata fiind de 12,25 cm ) si respectiv 915 MHz (lungimea de unda este de 33,3 cm).

La frecvente sub 100 MHz, sunt folosite conventional circuite cu fir deschis, proces numit si prelucrari la frecvente radio. Peste frecvente de 500 MHz, nu pot fi utilizate circuite cu fir, aici puterea fiind transmisa materialului care urmeaza a fi prelucrat prin intermediul ghidurilor de unda.

Un material izolant poate fi încalzit prin aplicarea energiei în forma de unde electromagnetice de înalta frecventa. Originea acestei încalziri sta în abilitatea câmpului electric pentru a polariza schimbarile din material si inabilitatea acestei polarizari de a urma întoarceri extrem de rapide ale câmpului electric. Într-o banda de frecventa data, vectorul de polarizare P, ramâne în urma câmpului electric aplicat, curentul rezultant are o componenta în faza cu câmpul electric aplicat, rezultând o risipa de putere în cadrul materialului.

Cuplat cu aceste efecte de polarizare , un dielectric poate fi încalzit prin efecte de conducere directa datorita de exemplu, redistribuirii de particule de sarcina sub influenta câmpului electric aplicat în exterior formând cai de conducere, în particular în amestecuri de materiale eterogene.

Efectul microundelor asupra unui material depinde mult de proprietatile fizice din interiorul sau. Deci, rezulta ca un material care are în mijlocul sau pierderi dielectrice se va încalzi mai usor decât decât materialele cu pierderi dielectrice slabe.

Încalzirea cu microunde, prin definitie, selecteaza frecventele care au lungimea de unda în general proportionala cu dimensiunile materialului de procesat. Dimensiunile relative ale lungimii de unda si ale cavitatii la frecventa de 2,45 GHz sunt astfel încât lungimea cavitatii sa fie multiplu de lungimea de unda.

Cuptoare destinate acestui scop se produc înca din 1945, conceptia originala a acestui echipament fiind atribuita lui Spencer(1949 , 1950, 1952).

Primele eforturi în aceste directii au fost initiate de firmele americane Raytheon Company, General Electric Company si Westinghouse Company. Rayethon a efectuat cercetari cu echipamente la frecventa de 2,450 GHz, în timp ce General Electric a preferat sa lucreze la frecventa de 915 MHz.

Este cunoscut un aplicator cu microunde înca înainte de 1945, utilizat de aviatia americana, aplicator care era capabil sa dezghete si sa încalzeasca 250 de grame de carne de la -12 0C la 77 0C, într-un minut. Sunt cunoscute mai multe versiuni ale acestor încalzitoare cu microunde.

În Europa începând cu anii 1960 au aparut firme având ca domeniu de activitate utilizarea microundelor. Primele firme în acest domeniu au fost Philips, Atlas Electronik.

Aplicatiile industriale au fost continuate de catre firme mai mici, astfel au aparut Industries Micro-ondes Internationales în Franta, Calores AB în Suedia , etc.

În anul 1968, în Japonia au debutat primele aplicatii industriale care au utilizat microundele. Acestea au fost utilizate pentru distrugerea mucegaiului, uscarea produselor din orez, decongelare.

În anul 1964, Ernie Okress, a organizat în Florida, un simpozion destinat aplicatiilor cu microunde numit ” International Microwave Power Institut ”, care vizeaza promovarea tuturor aplicatiilor cu microunde, cu exceptia telecomunicatiilor si radarului

Totusi putem spune ca piata industriala de microunde a cunoscut o dezvoltare destul de lenta, deoarece multe dintre aplicatii nu au avut un succes imediat. Cercetarile fiind continuate de catre firme mici. Aceasta dezvoltare lenta se datoreaza în primul rând costului investitiei

Cu toate aceste inconveniente microundele sunt preferate în multe din aplicatiile unde nu pot fi utilizate metodele traditionale.