¿Que es la energía electromagnética?

calentamiento por ondas electromagnéticas

La energía electromagnética es la energía que se disipa dentro de un material sometido a unas ondas electromagnéticas, como las microondas o la radiofrecuencia, o cualquier otra frecuencia dentro de la banda ISM.

El calentamiento por ondas electromagnéticas (sean microondas o radiofrecuencia) es una forma de calentamiento dieléctrico, es decir la generación de calor en materiales de baja conductividad eléctrica, mediante la aplicación de un campo eléctrico de alta frecuencia.

A diferencia de las técnicas tradicionales, dónde el calor generado por conducción, convección o radiación infrarroja se transfiere al producto desde la superficie hacia dentro, un campo de ondas electromagnéticas genera calor directamente dentro del producto. La generación de calor es instantánea.

Al utilizar energía de microondas, se genera calor dentro del volumen del producto transformando directamente la energía electromagnética en energía cinética molecular.

Por lo tanto, el proceso de calentamiento mediante ondas electromagnéticas, salvo en el caso de los buenos conductores de corriente eléctrica como los metales, se debe a las pérdidas dieléctricas del producto. Estas pérdidas están causadas por la vibración y rotación de moléculas polarizadas y por la polarización y movimientos de traslación de las partículas iónicas dentro del material inducido por la rápida inversión de polaridad del campo electromagnético. Como las moléculas de agua son altamente polares, más que todos los sustratos en los que generalmente se encuentra el agua, los campos electromagnéticos pueden calentar rápidamente los materiales húmedos.

Respecto a las técnicas de conducción, convección o radiación infrarroja, las ventajas de los equipos de energía electromagnética son de manera general:

  • Calentamiento uniforme dentro del producto
  • Tiempos de proceso cortos
  • Equipo de tamaño reducido
  • Arranque inmediato del proceso
  • Control preciso de la temperatura
  • Mejor conservación de las características físicas, químicas y sensoriales del producto
  • Una mayor eficiencia energética

¿Comparativa microondas/radiofrecuencia?

¿Como funciona la radiofrecuencia?

En BEMENS no creemos que las microondas sean mejores que la radiofrecuencia o viceversa. 

Los métodos de calentamiento por radiofrecuencia (RF) y microondas (MW) están basados en el mismo principio: la energía electromagnética. 

Nuestros equipos funcionan en diferentes frecuencias de la banda ISM: 27,12 MHz, 433 MHz, 915 MHz ó 2450 MHz. Lo importante es poder determinar, para cada proceso y producto, a que frecuencia debemos trabajar, teniendo en cuenta las diferentes profundidades de penetración en el producto, que depende de la frecuencia utilizada, y las propiedades dieléctricas del producto, que también puede variar según la frecuencia, pero también en función de la temperatura inicial del producto a tratar.

La profundidad de penetración depende de las propiedades dieléctricas del material. La profundidad de penetración se utiliza para indicar la profundidad a la que la densidad de potencia ha disminuido al 37% de su valor inicial en la superficie. Pueden consultar unos ejemplos en ¿Cómo funciona el calentamiento por microondas?

Los materiales con un factor de pérdida más alto εr ’’ (parte imaginaria de la permitividad compleja) muestran una absorción de energía más rápida. La densidad de potencia disminuirá exponencialmente desde la superficie hasta la región del núcleo.

La profundidad de penetración disminuye al aumentar la frecuencia. Por lo tanto, la capacidad de penetración de las microondas es inferior a la de la radiofrecuencia.

Por esta razón, justamente se utilizan en muchas instalaciones industriales una frecuencia más baja (915 MHz) que para los hornos domésticos (2450 MHz)

¿Cómo funciona la radiofrecuencia?

equipos de radiofrecuencia

En general, todos los equipos de radiofrecuencia constan principalmente de dos partes: el generador y el aplicador, que es la parte dónde se coloca el producto a tratar y que recibe la energía electromagnética emitida por el generador.

El generador convierte la electricidad de la red eléctrica en energía electromagnética de radiofrecuencia.

Los componentes de un generador de radiofrecuencia son:

  • Un circuito de condensadores e inductancias
  • Un triodo (válvula de vacío)
  • Una fuente de alimentación de CC de alta tensión

Cuando el producto entra en el aplicador (que sea un túnel o un horno batch), se sitúa entre dos placas metálicas (electrodos) que forman un condensador y están conectadas al generador de radiofrecuencia, cuya frecuencia de oscilación es muy alta. Al alternar el voltaje entre las placas, las moléculas de agua de producto vibran y giran intentando alinearse al cambio de polaridad de las placas. La fricción intermolecular producida es la que genera el calor, presente de manera uniforme en todo el producto.

La capacidad de producción está determinada por la tensión aplicada entre las dos placas/electrodos y el tiempo de exposición a la energía electromagnética (en el caso de los túneles, se regula este tiempo gracias al control de la velocidad de la cinta transportadora).

¿Que son las frecuencias ISM?

Equipos de diatermia médica

Las bandas de radio industriales, científicas y médicas (ISM, Industrial Scientific and Medical) son  partes del espectro de radio reservadas internacionalmente para el uso de energía de radiofrecuencia  (RF) para fines industriales, científicos y médicos distintos de las telecomunicaciones. Las bandas  ISM se establecieron por primera vez en la Conferencia Internacional de Telecomunicaciones de la  la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) en 1947. 

Frecuencias ISM  Longitud de onda
433,92 MHz ± 0.2%  69,14 cm
915 MHz ± 13 MHz  32,75 cm
2450 MHz ± 50 MHz  12,24 cm
5800 MHz ± 75 MHz  5,17 cm
24125 MHz ± 125 MHz  1,36 cm

Los ejemplos de aplicaciones son los procesos de calentamiento por radiofrecuencia, los hornos de  microondas y equipos de diatermia médica. Las emisiones de estos dispositivos pueden crear  interferencias electromagnéticas e interrumpir las comunicaciones de radio utilizando la misma  frecuencia, por lo que estos dispositivos se limitaron a ciertas bandas de frecuencias. En general, los  equipos de comunicaciones que operan en estas bandas deben tolerar cualquier interferencia  generada por las aplicaciones ISM, y los usuarios no tienen protección regulatoria contra la  operación del dispositivo ISM.