Qué son las microondas - Conceptos básicos, aplicaciones y efectos

Las microondas están por todas partes en la tecnología actual, especialmente en las industrias televisivas más populares. Podemos observar que los programas de televisión son accesibles en todo el mundo, por lo que la amplia longitud de onda o frecuencia de las microondas permite el cambio transcontinental de los contenidos televisivos. Mediante el uso de diferentes tipos de redes complejas, las estaciones limitadas obtienen las señales de TV y transforman inmediatamente la señal en una señal inferior más adecuada. Así, los televisores privados pueden transmitir el contenido preferido. Las microondas son muy famosas entre los canales de seguridad locales y nacionales. Por ejemplo, las microondas se utilizan en las infraestructuras de guiado de misiles para controlar su velocidad y sus parámetros. Este artículo trata de una visión general de las microondas.

¿Qué son las microondas?

Las microondas se refieren a los rayos electromagnéticos con frecuencias entre 300MHz y 300GHz en el espectro electromagnético. Las microondas son pequeñas en comparación con las ondas utilizadas en la radiodifusión. Su alcance está entre las ondas de radio y las ondas infrarrojas. Las microondas viajan en línea recta y se ven ligeramente afectadas por la troposfera. No necesitan ningún medio para viajar. Los metales reflejan estas ondas. Los no metales, como el cristal y las partículas, son parcialmente transparentes a estas ondas.

Las microondas son adecuadas para la transmisión inalámbrica de señales con mayor ancho de banda. Las microondas se utilizan sobre todo en las comunicaciones por satélite, las señales de radar, los teléfonos y las aplicaciones de navegación. Otras aplicaciones en las que se utilizan las microondas son los tratamientos médicos, el secado de materiales y en los hogares para la preparación de alimentos.

En la práctica, la técnica de las microondas tiende a alejarse de las resistencias, condensadores e inductores utilizados con las ondas de radio de baja frecuencia. En su lugar, la teoría de líneas distribuidas y de transmisión es un método más útil para el diseño y el análisis. En lugar de las líneas abiertas y coaxiales que se utilizan en las frecuencias más bajas, se utilizan guías de ondas. Y los elementos lumped y los circuitos sintonizados se sustituyen por resonadores de cavidad o líneas resonantes.

Incluso a frecuencias más altas, en las que la longitud de onda de las ondas electromagnéticas se hace pequeña en comparación con el tamaño de las estructuras utilizadas para procesarlas, las microondas se han convertido en la última tecnología, y se utilizan los métodos de la óptica. Las fuentes de microondas de alta potencia utilizan tubos de vacío especializados para generar microondas.

¿Cómo funcionan las microondas?

La generación de microondas se realiza en el microhorno con la ayuda de un tubo de electrones conocido como magnetrón. Las señales de microondas se reproducen en el interior del metal del horno allí donde los alimentos absorben estas ondas. Las señales de microondas en los alimentos pueden hacer que las moléculas de agua pulsen, generando calor para cocinar los alimentos. Así, los alimentos que tienen un alto contenido de agua pueden cocinarse muy fácilmente, como las verduras frescas.

La energía de las microondas puede ser cambiada para calentar los alimentos porque esta energía es absorbida por los alimentos y no prepara alimentos contaminados o radiactivos. Aunque el calor puede generarse dentro de los alimentos directamente, los hornos de microondas no calientan los alimentos por dentro y por fuera. Una vez que se calientan los alimentos sólidos, las capas externas se calientan con las microondas, mientras que el interior de los alimentos puede calentarse gracias a la conducción del calor de las capas externas que se queman.

En comparación con la cocción normal, la cocción por microondas es más eficiente desde el punto de vista energético, porque los alimentos se calientan más rápidamente y la energía calienta simplemente el alimento, pero no toda la caja del horno. La cocción de los alimentos en el microondas no disminuye su valor nutritivo. En realidad, los alimentos cocinados en un horno de microondas pueden conservar las vitaminas y los minerales, ya que los hornos de microondas pueden calentar más rápidamente sin incluir agua.
En los hornos de microondas se utilizan recipientes de papel, plástico, vidrio y cerámica, ya que las microondas permiten que estos materiales

Algunos recipientes a base de materiales plásticos no deben utilizarse en los hornos, ya que pueden disolverse por el calor del interior de los alimentos. Por lo general, el papel de aluminio o las sartenes de metal no deben utilizarse dentro de un horno, porque estos materiales hacen que la comida se caliente de forma desigual y existe la posibilidad de que se dañe. Las instrucciones que vienen con cada horno microondas especifican los tipos de recipientes que se deben utilizar. También incluyen cómo comprobar los recipientes antes de utilizarlos en los hornos.

Propiedades de las microondas

Las principales propiedades de las microondas son las siguientes

• Estas ondas se mueven en línea recta para reflejarse a lo largo de las caras conductoras.
• Simplemente se atenúan en menos distancias.
• No se reproducen a través de la Ionosfera.
• Las microondas emiten energía electromagnética con menos longitudes de onda.
• Las corrientes de microondas suministran a través de una fina capa de cable.
• Las microondas se reflejan a través de las superficies metálicas.
• Fluyen a través del plástico o el vidrio
• La transmisión de las microondas puede verse afectada por efectos de la señal como la refracción, la desviación, la interferencia y la difracción.

Tipos de microondas

Los microondas están disponibles en diferentes tipos en función de la aplicación, como los siguientes.

Encimera

Los microondas de sobremesa son un estándar, así como un microondas tradicional. Su rango de medidas va desde 0,5 pies cúbicos hasta más de 2. Pueden disponerse en cualquier cara abierta dentro de la habitación de tu cocina. Son autoportantes, por lo que se pueden mover fácilmente.

• Los rangos de capacidad de las latas de energía son amplios
• El tamaño del modelo de encimera oscila entre 18 y 24 pulgadas de tamaño, 10 y 18 pulgadas de altura y 18 y 22 pulgadas de profundidad.
• Son razonables incluyendo la funcionalidad y las características flexibles

Sobre el alcance

Estos tipos de microondas están dispuestos sobre la encimera en la posición de una campana variada. El funcionamiento de este microondas es similar al de la encimera, pero elimina el vapor, el humo y los olores de la cocción mediante un sistema de ventilación incorporado.

• Incluye una función de cocción por sensor para que los alimentos puedan recalentarse
• La anchura de estos microondas oscila entre 29 y 30 pulgadas, 16 y 18 pulgadas de altura y 15 a 16 pulgadas de profundidad.
• En comparación con el tipo convencional, estos microondas son ligeramente más cortos.
• Incluye una luz incorporada para iluminar la superficie mientras se cocina.
• Diferentes opciones de ventilación
• Están disponibles en diferentes tamaños y rangos

Construido en

Estos microondas se colocan en una pared o en un armario para que funcionen cómodamente. Con una capacidad similar a la de otros modelos de microondas, el diseño fijo incluye las ventajas de ahorrar espacio en la encimera y permite cocinar a varias personas a la vez.

• Requiere una elevada inversión inicial.
• Requiere una instalación profesional.
• Están disponibles en diferentes gamas
• Las dimensiones de estos microondas son similares a los modelos de sobremesa, incluyendo capacidades similares.

Cajón para microondas

• Se colocan debajo de la pared para que podamos extraerlo de forma similar a un cajón.
• Los alimentos pueden colocarse o extraerse desde la vista superior en lugar de la parte frontal del microondas
• Son caros en comparación con otros tipos, pero incluyen más funciones proporcionando un aspecto suave y moderno dentro de la cocina.
• Estos microondas están disponibles con cierres de seguridad para evitar que los niños curiosos descubran la máquina.
• Este tipo de cajón para microondas es fácil de manejar con una sola mano.
• Las anchuras de los cajones para microondas están disponibles en dos tamaños; sin embargo, las medidas interiores son similares mientras que la anchura exterior es de 24 pulgadas o de 30 pulgadas. Las dimensiones interiores son de 7,5 o 16 pulgadas de ancho, 7,1 o 8 pulgadas de alto y 16 pulgadas de profundidad, o bien 1,2 pies cúbicos.

Microondas de convección

En este tipo de microondas, la cocción puede circular y el aire caliente ayuda a que los alimentos se cocinen uniformemente. Junto con la velocidad de cocción interior, el microondas proporciona las técnicas combinadas para cocinar diferentes tipos de alimentos muy rápidamente, especialmente los productos horneados.

• La potencia oscila entre 600 y 1300 vatios.
• La capacidad oscila, para el tamaño compacto, entre 0,5 pies cúbicos y 0,8 pies cúbicos, para el tamaño medio, entre 0,8 pies cúbicos y 1,4 pies cúbicos, y para el tamaño grande, entre 0,4 y más de 2 pies cúbicos.
• Las gamas de dimensiones externas, sin embargo, ofrecen tamaños similares de microondas de sobremesa.
• Los microondas de convección calientan rápidamente los alimentos.
• En estos microondas no se pueden utilizar utensilios metálicos ni sartenes

¿Cómo se producen los microondas?

Los dispositivos de tubo de vacío generan microondas que funcionan con el movimiento balístico del electrón que se controla mediante campos magnéticos o eléctricos. También existen otros generadores de microondas, como el klystron, el magnetrón de cavidad, el giroscopio y el TWT (tubo de onda viajera).

Estos tipos de dispositivos funcionan principalmente en el modo de densidad modulada en lugar del modo de corriente modulada. Las microondas de menor potencia se generan a través de algunos dispositivos de estado sólido como el diodo túnel, el FET, el diodo IMPATT y el diodo Gunn, etc.

Las microondas desempeñan un papel fundamental en los hornos de microondas para mantener frescos los alimentos. En este tipo de hornos, la frecuencia puede seleccionarse para que sea igual a la frecuencia de resonancia de las moléculas de agua, de modo que la energía de estas ondas pueda transferirse poderosamente como energía cinética (KE) de las moléculas de agua que se transfiere a través de todo el alimento sin desperdiciar energía.

Aplicaciones y usos de las microondas

Las aplicaciones más comunes están en el rango de 1 a 40 GHz. Las microondas son adecuadas para las señales de transmisión inalámbrica (protocolo LAN inalámbrico Ex- Bluetooth) que tienen un mayor ancho de banda. Las microondas se utilizan habitualmente en los sistemas de radar, donde el radar utiliza la radiación de microondas para detectar el alcance, la distancia y otras características de los dispositivos de detección y las aplicaciones móviles de banda ancha.

La tecnología de microondas se utiliza en la radio para la radiodifusión y la telecomunicación de la transmisión porque, debido a su pequeña longitud de onda, las ondas altamente direccionales son más pequeñas y, por lo tanto, más prácticas de lo que serían en longitudes de onda más largas (frecuencias más bajas) antes de la introducción de la transmisión por fibra óptica. Las microondas se utilizan generalmente en los teléfonos para la comunicación a larga distancia.

Otras aplicaciones en las que se utilizan las microondas son los tratamientos médicos; el calentamiento por microondas se utiliza para el secado y curado de productos, y en los hogares para la preparación de alimentos (hornos de microondas).

Una aplicación de las microondas

El horno de microondas se utiliza habitualmente para cocinar sin usar agua. La alta energía de las microondas hace girar las moléculas polares de agua, grasa y azúcares de los alimentos. Esta rotación provoca una fricción que da lugar a la generación de calor. Este proceso se llama calentamiento dieléctrico. La excitación por parte de las microondas es casi uniforme, por lo que los alimentos se calientan uniformemente. La cocción en el horno microondas es rápida, eficaz y segura.

El horno de microondas consta de un transformador de alta tensión que pasa la energía al Magnetrón, una cámara de Magnetrón, una unidad de control del Magnetrón, una guía de ondas y la cámara de cocción. La energía del horno de microondas tiene una frecuencia de 2,45 GHz con una longitud de onda de 12,24 cm. Las microondas se propagan en forma de ciclos alternos, de modo que las moléculas polares (un extremo positivo y el otro negativo) se alinean según los ciclos alternos. Esta autoalineación provoca la rotación de las moléculas polares.

Las moléculas polares en rotación chocan con otras moléculas y las ponen en movimiento. El calentamiento inducido por las microondas es más eficaz si el tejido tiene un alto contenido de agua, ya que hay moléculas de agua libres para girar. Las grasas, los azúcares, el agua congelada, etc. muestran un menor calentamiento dieléctrico debido a la presencia de menos moléculas de agua libres. El microondas cocina primero la parte exterior del alimento y luego la interior, de forma similar a la cocción ordinaria con llama.

La cámara de cocción del horno de microondas es una jaula de Faraday que impide que las microondas salgan al exterior. La puerta de cristal del horno ayuda a ver el interior del horno. La jaula de Faraday, al igual que la puerta, está bien protegida mediante una malla conductora para mantener el apantallamiento. Las perforaciones de la malla son de menor tamaño para que las microondas no puedan escapar a través de ella.

La eficiencia eléctrica del horno de microondas es alta, ya que el horno convierte sólo una parte de la energía eléctrica. Un horno típico consume 1100 de energía eléctrica para producir 700 vatios de energía de microondas. Los 400 vatios restantes se disipan en forma de calor en el magnetrón. Se necesita energía adicional para el funcionamiento de otros componentes del horno, como la lámpara, el motor de la placa giratoria del ventilador de refrigeración, etc.

Bandas de microondas

Las microondas se encuentran en el extremo superior del espectro radioeléctrico, pero suelen diferenciarse de las ondas de radio en función de la tecnología que las utiliza. Las microondas se dividen en subbandas en función de sus longitudes de onda, que proporcionan información diferente. Las bandas de frecuencia de las microondas son las siguientes

Banda L

Las bandas L tienen un rango de frecuencia entre 1 GHz y 2 GHz y su longitud de onda en el espacio libre es de 15 cm a 30 cm. Estas gamas de ondas se utilizan en la navegación, los teléfonos móviles GSM y en aplicaciones militares. Pueden utilizarse para medir la humedad del suelo de los bosques tropicales.

Banda S

Las microondas de banda S tienen un rango de frecuencia entre 2 GHz y 4 GHz y su longitud de onda es de 7,5 cm a 15 cm. Estas ondas pueden utilizarse en balizas de navegación, comunicaciones ópticas y redes inalámbricas.

Banda C

Las ondas de la banda C tienen un rango entre 4 GHz y 8 GHz y su longitud de onda está entre 3,75 cm y 7,5 cm. Las microondas de la banda C penetran los terrones, el polvo, el humo, la nieve y la lluvia para revelar la superficie terrestre. Estas microondas pueden utilizarse en las telecomunicaciones por radio de larga distancia.

Banda X

El rango de frecuencias de las microondas de la banda S es de 8 GHz a 12 GHz, con una longitud de onda de entre 25 mm y 37,5 mm. Estas ondas se utilizan en comunicaciones por satélite, comunicaciones de banda ancha, radares, comunicaciones espaciales y señales de radioaficionados.

Banda Ku

Estas ondas ocupan el rango de frecuencias entre 12 GHz y 18 GHz y tienen una longitud de onda de entre 16,7 mm y 25 mm. "Ku" se refiere al cuarzo. Estas ondas se utilizan en las comunicaciones por satélite para medir los cambios de energía de los pulsos de microondas y pueden determinar la velocidad y la dirección del viento cerca de las zonas costeras.

Banda K y Banda Ka

El rango de frecuencias de las ondas de la banda K está entre 18 GHz y 26,5 GHz. Estas ondas tienen una longitud de onda entre 11,3 mm y 16,7 mm. Para la banda Ka, el rango de frecuencias es de 26,5 GHz a 40 GHz y ocupan una longitud de onda de entre 5 mm y 11,3 mm. Estas ondas se utilizan en las comunicaciones por satélite, las observaciones astronómicas y los radares. Los radares de esta gama de frecuencias proporcionan datos de corto alcance, alta resolución y gran cantidad de datos a la velocidad de renovación.

Banda V

Esta banda se mantiene para una alta atenuación. Las aplicaciones de radar se limitan a un rango corto de aplicaciones. El rango de frecuencia de estas ondas es de 50 GHz a 75 GHz. La longitud de onda de estas microondas está entre 4,0 mm y 6,0 mm. Hay algunas bandas más, como U, E, W, F, D y P, que tienen frecuencias muy altas y se utilizan en varias aplicaciones.

La radiación de microondas y su efecto sobre la salud

La radiación es una energía que proviene de una fuente y viaja a través de algún medio o espacio. Generalmente, la radiación de radiofrecuencia será producida por varios dispositivos como transmisores de TV y radio, calentadores de inducción y calentadores dieléctricos. La radiación de microondas será producida por dispositivos de radar, antenas parabólicas y hornos de microondas.

Debido a la radiación de microondas, la temperatura del cuerpo puede aumentar. Hay un mayor riesgo de daños por calor en los órganos que tienen un mal control de la temperatura, como el cristalino de los ojos. Como la energía de la radiación absorbida por el cuerpo varía con la frecuencia, es muy difícil medir la tasa de absorción.

Ventajas de la tecnología de microondas

Las ventajas de la tecnología de microondas son las siguientes

1. No requiere ninguna conexión por cable.
2. Pueden transportar grandes cantidades de información debido a sus altas frecuencias de funcionamiento.
3. Podemos acceder a más números de canales.
4. Adquisición de terrenos de bajo coste: cada torre ocupa una pequeña superficie.
5. Las señales de alta frecuencia/longitud de onda corta requieren una antena pequeña.

Desventajas

Las desventajas de la tecnología de microondas son las siguientes

1. Atenuación por objetos sólidos: pájaros, lluvia, nieve y niebla.
2. Es muy caro construir torres largas.
3. Se refleja en superficies planas como el agua y el metal.
4. Difractado (dividido) alrededor de objetos sólidos.
5. Refractado por la atmósfera, lo que hace que el haz se proyecte lejos del receptor.

Ahora ya has entendido el concepto de microondas y las aplicaciones y efectos del artículo anterior, así que si tienes alguna duda del tema anterior o de los proyectos eléctricos y electrónicos, deja la sección de comentarios más abajo.

Crédito de la foto:

• Bandas de microondas por gstatic
• Medidor de ondas para medir en la banda Ku Por gstatic
• Efecto de la radiación de microondas tras una llamada telefónica Por wikimedia