La invenció de maneres de cuinar aliments i utilitzar el foc havia tingut un gran paper en l'evolució dels éssers humans. Hem après a utilitzar el foc per cuinar, per fondre metalls , per als processos de producció a les indústries, etc. Però el gran avenç va ser quan vam inventar maneres de fer les mateixes coses sense utilitzar el foc. Amb el transcurs del temps i desenvolupament de tecnologies , hem desenvolupat moltes alternatives d’ús en lloc de foc per als processos de calefacció. Un d’aquests invents tan remarcables és el principi del “escalfament dielèctric”. Vegem com funciona aquest principi i com s’aplica.
Què és la calefacció dielèctrica?
La definició d’escalfament dielèctric es pot afirmar com: ‘el procés d’escalfament del material provocant moviment dielèctric a les seves molècules mitjançant alternant camps elèctrics “. Tots els materials estan formats per molècules compostes d’àtoms. El Esquema del circuit de calefacció dielèctric es mostra a continuació.
Les molècules polars contenen moments dipolars elèctrics. Quan aquestes molècules s’exposen al camp elèctric, intenten alinear-se en la direcció del camp. Quan el camp aplicat oscil·la, aquestes molècules del material sofreixen rotacions per mantenir-se alineades amb el camp. Quan el camp canvia de direcció, aquestes molècules també inverteixen la seva direcció. Aquest procés s'anomena 'rotació dielèctrica'.
La temperatura de les molècules està relacionada amb l’energia cinètica de les molècules. En la rotació dielèctrica de les molècules, a mesura que augmenta l’energia cinètica de les molècules, augmenta la temperatura de les molècules. Quan les molècules xoquen o entren en contacte amb altres molècules, aquesta energia es transfereix a totes les parts del material, escalfant així el material.
Així, la rotació dielèctrica en el material sovint es coneix com escalfament dielèctric del material. Aquest escalfament es fa mitjançant camps elèctrics de freqüències de RF o camps electromagnètics. El camp aplicat hauria de ser oscil·lant perquè es produeixi la rotació dielèctrica. La freqüència i la longitud d'ona del camp aplicat també afecten el funcionament del sistema.
Funcionament de la calefacció dielèctrica
Com es descriu a continuació, el diagrama de circuits del sistema de calefacció dielèctric consta de dues plaques metàl·liques a les quals s’aplica el camp elèctric. El material a escalfar es col·loca entre aquests dos metalls. Hi ha dos tipus de maneres en què el material s’escalfa mitjançant el procés d’escalfament.
Calefacció mitjançant ones de baixa freqüència, com a efecte de camp proper i calefacció amb ones d’alta freqüència mitjançant ones electromagnètiques. El tipus de materials escalfats mitjançant aquests diferents tipus d’ones també és diferent.
Les ones de baixa freqüència tenen longituds d’ona més altes. Així poden penetrar a través de materials no conductors més profundament que les ones electromagnètiques. Els sistemes que utilitzin camps de baixa freqüència haurien de tenir una distància entre el radiador i l’absorbidor inferior a 1 / 2π de la longitud d’ona. Per tant, el procés d’escalfament mitjançant un camp elèctric de baixa freqüència és a prop del procés.
Els sistemes de freqüència més alta tenen longituds d'ona més baixes. Ones electromagnètiques i microones s’utilitzen per a aquests sistemes. En aquests sistemes, la distància entre plaques metàl·liques és més gran que la longitud d'ona del camp aplicat. En aquests sistemes, entre les plaques metàl·liques es formen ones electromagnètiques de camp llunyà convencionals.
Aplicacions del escalfament dielèctric
El principi de l'escalfament dielèctric que utilitzava camps elèctrics d'alta freqüència es va proposar a la dècada de 1930 als Bell Telephone Laboratories. Al variar la freqüència dels camps elèctrics, els sistemes dielèctrics estan dissenyats per a molts tipus d'aplicacions.
Quan s’utilitzen les microones
En aquest escalfament dielèctric, els 2,45 GHz del microones de freqüència s'utilitza. Els forns de microones que s’utilitzen a la llar són un exemple d’aquest tipus d’aplicacions. Aquests sistemes proporcionen un sistema de calefacció menys penetrant i altament eficient. La calefacció volumètrica de microones proporciona una profunditat de penetració més gran. Així, aquest escalfament s’utilitza per escalfar líquids, suspensions i sòlids a escala industrial.
Microones
L’escalfament volumètric de microones s’aplica per a pasteurització, pasteurització flash, química de microones, esterilització, conservació d’aliments, producció de biocombustibles, etc.
Quan s’utilitzen les freqüències de ràdio
- El dielèctric de RF sovint troba aplicacions a la zona de producció de cultius.
- Aquest tipus d'escalfament s'utilitza per matar algunes plagues en els aliments després de la collita del cultiu.
- Aquest tipus de calefacció pot escalfar els materials de manera uniforme.
- Aquest tipus de calefacció pot processar els aliments ràpidament.
- La diatermia, el procés d’escalfament per radiofreqüència del múscul per a la teràpia muscular, utilitza aquest tipus d’escalfament.
- El procés anomenat teràpia amb hipertermia, en el qual s’acostumen a temperatures més altes
- mata el càncer i els teixits tumorals, s’aplica escalfament amb freqüències de RF
Processament d'aliments
En la post-cocció de galetes a la línia de producció, l'escalfament dielèctric per RF reduirà el temps de cocció. Les galetes de mida, forma i color adequades es poden produir amb forn, però l’escalfament per radiofreqüència pot eliminar la humitat restant de les parts ja secs de les galetes.
- La calefacció per radiofreqüència pot augmentar la capacitat del forn, que s’utilitza a les fàbriques de producció d’aliments, fins a un 50%.
- Els productes per a nadons a base de cereals i els cereals per esmorzar utilitzen el post-forn per escalfament dielèctric per RF.
- En l'assecat dels aliments, s'utilitza la cocció dielèctrica juntament amb la cocció convencional.
- Quan s’utilitza un dielèctric electromagnètic per coure s’aconsegueix una millor qualitat dels aliments.
- Les propietats nutricionals i sensorials dels aliments es poden conservar durant el processament dels aliments quan s’utilitza escalfament dielèctric electromagnètic, ja que es poden aconseguir temperatures de processament més altes en un temps menor.
Des del període de la seva invenció, l’escalfament dielèctric s’utilitza de diverses formes. D’un menjar increïble processador segons un mètode precís de electrocirurgia, el dielèctric havia trobat la seva aplicació en gairebé tots els camps de la ciència.
La configuració del mecanisme de calefacció dielèctrica es pot considerar similar a l'estructura de el condensador . Al condensador el dielèctric es col·loca entre dues plaques conductores i es produeix electricitat en un dielèctric. Mentre que en un sistema de calefacció dielèctric, el material a escalfar es col·loca entre dues plaques conductores, a les quals s’aplica un camp elèctric i es genera calor a l’interior del material.
Ara un dia calefacció dielèctrica ha trobat moltes aplicacions en la indústria agrícola, per a la implementació de molts mètodes de control de plagues. El camp elèctric aplicat a un forn de microones és un camp de freqüència inferior o superior?
