Procesarea cu Microunde

. TEHNICI DE PROCESARE CU MICROUNDE

Microundele sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă decimetrice sau centimetrice, respectiv frecvenţe de ordinul miilor pe secundă (MHz). Se încadrează în categoria curenţilor de înaltă frecvenţă, care cuprind însă şi curenţi de unde scurte (1…100 MHz).

Încălzirea alimentelor poate fi realizată prin absorbţia energiei microundelor prin rotirea moleculelor apei şi prin translaţia componentelor ionice ale alimentelor. Aceasta energie este transformată în căldură. Factori importanţi ai încălzirii alimentelor prin microunde sunt procentul de apă şi procentul de ioni dizolvaţi (adesea saruri).

Mecanismul de încălzire dielectric se bazează pe faptul că molecula apei este un dipol, astfel că are un pol pozitiv şi unul negativ. Când dipolul este introdus în câmpul microundelor care îşi schimbă sensul cu rapiditate, dipolul încearcă să se alinieze la sensul câmpului electric. Aceasta se obţine cu o întârziere, căci moleculele trebuie să depăşească inerţia şi forţele intermoleculare din apă. Câmpul electric cedează energie moleculei de apă pentru a se alinia, apoi pierde energie datorită agitaţiei termice. Această energie este echivalentă cu o creştere în temperatura.

Mecanismul de transfer al energiei va fi eficient doar dacă timpul scurs între două schimbări succesive ale direcţiei câmpului electric este atât de scurt încât agregatele moleculare abia să se poată conforma. Dacă timpul este lung (frecvenţa joasă), alimentul va fi bun şi transferul de energie va fi mic. Dacă timpul este scurt (frecvenţa înaltă), agregatele nu se vor mişca suficient între inversările de polaritate ale câmpului şi rata transferului de energie va fi din nou scăzută. Numarul de molecule de apă unite prin legături de hidrogen este mic la temperaturi înalte, deci inerţia este redusă. Cum frecvenţa microundelor aplicate este constantă şi mai mică decât cea optimă pentru a se realiza un transfer de energie eficient, această eficienţă va scade cu creşterea temperaturii. Ionii hidrataţi precum Na+ si Cl- din sarea de bucătărie, încearcă să se mişte pe direcţia câmpului electric. Ionii sunt înconjuraţi de molecule de apă şi în mişcarea lor transferă energie moleculelor de apă. Acestea sunt mai mobile la temperaturi înalte şi nu sunt legate atât de strâns de ioni. Aceştia din urmă se mişca mai uşor şi absorb respectiv cedează mai multă energie. Căldura conductivă datorată ionilor solvataţi creşte cu creşterea temperaturii.

Microundele se produc in tuburi electronice cu modulaţii de frecvenţe, denumite magnetroane, energia fiind transmisă cu o antenă într-un tub (ghid de unde) şi difuzată într-un spatiu închis, în mod asemănător cu funcţionarea instalaţiilor de tip radar. Ghidurile de unde au, în mod uzual, o sectiune dreptunghiulară, cu dimensiuni de 42 x 84 mm. Tuburile sunt alimentate cu curent electric de înaltă tensiune, de ordinul a 3000…..10 000 V. Durata de utilizare a magnetroanelor este de 3 000…. 4000 ore.

La trecerea prin produsele dielectrice, cât şi a conductorilor slabi, energia electrică a microundelor este transformată în energie termică la randamente de cca 50 %. Fenomenul este explicat prin frecarea moleculelor polarizate care tind să se orienteze după câmpul electric, generând apariţia vascozităţii electrice. Aceasta determină o întârziere a rotirii moleculelor. Rezultă o componentă watată defazată cu un unghi de sub 90o faţă de tensiune. Cu cât complementul unghiului de defazare este mai mare, cu atât creşte cantitatea de căldură generată.

5.1.PROPRIETATILE PRODUSULUI ALIMENTAR SUPUS PROCESARII CU MICROUNDE

Interacţiile macroscopice între produsul alimentar şi un câmp al microundelor sunt exprimate printr-o mărime complexă adimensională, permitivitatea complexă, * definită de relaţia:

în care: * - permitivitatea complexă, F/m; ’ – constanta dielectrică, F/m; ” – pierderea în dielectric sau factorul de pierdere dielectric, F/m; j – coeficientul părţii imaginare a unui număr complex.

Partea reală, constanta dielectrică, ’ exprimă capacitatea de a stoca energie în material. Partea imaginară reprezintă pierderile de energie şi se numeşte factorul dielectric de pierdere, ’’. Se foloseşte adesea tg care se exprimă prin tangenta la pierdere definită ca raportul dintre factorul de pierdere şi constanta dielectrică:

Această mărime este legată de capacitatea materialului de a fi penetrat de un câmp electric şi de a disipa energia electrică sub formă de căldură.