Um dos aparelhos eletrônicos de uso doméstico mais difundido é o forno de micro-ondas. Ele nada mais é do que um potente transmissor cujas ondas eletromagnéticas têm por finalidade cozinhar ou aquecer alimentos. Para o profissional reparador conhecer o princípio de funcionamento dos fornos de micro-ondas pode significar mais uma fonte de renda importante. De fato, a reparação de tais equipamentos não é muito complexa podendo dar grandes lucros ao profissional que a dominá-la. Neste artigo, faremos uma análise do funcionamento desses fornos, dando ao leitor elementos para que possa trabalhar no diagnóstico de defeitos e também na sua reparação.
Nota: Artigo publicado na revista Eletrônica Total 147 de 2011
Começamos por observar que nos formos comuns temos duas partes bem separadas a serem analisadas: uma delas que é a responsável pela produção das micro- ondas e que, portanto representa o "coração" do dispositivo, e outra que consiste nos dispositivos de controle.
Para este segundo bloco, podemos ter controles realmente complexos envolvendo microcontroladores. Como esses blocos vêm em placas separadas e normalmente são usados circuitos integrados dedicados, os eventuais problemas que eles manifestam quase sempre levam à troca de toda a placa.
Assim, para os fornos mais modernos, a obtenção de placas substitutas não é muito difícil, uma vez que sempre existem as empresas autorizadas que as fornecem.
O forno de microondas
A ideia básica aproveitada nos fornos de microondas está no fato de que ondas eletromagnéticas, quando incidem em objetos que conduzam correntes, induzem nesses objetos correntes que circulam em um percurso fechado em seu interior, conforme ilustra a figura 1.
Evidentemente, como tais objetos apresentam uma resistência, a circulação dessa corrente ocorre às custas de dissipação de energia. De fato, essas correntes induzidas geram calor e o objeto tende a se aquecer tanto mais quanto mais intensa for a corrente induzida.
Um bom aquecimento do objeto e, portanto, a possibilidade de cozinhá-lo, se for um alimento, depende de dois fatores:
• A potência do sinal
• A frequência do sinal
A potência depende da capacidade do material em absorver a energia irradiada e depende diretamente da frequência.
Constata-se que uma frequência na faixa dos 1 000 aos 2 000 MHz pode penetrar suficientemente em materiais orgânicos e com isso provocar um aquecimento considerável de suas partes; observe a figura 2.
Uma potência na faixa de 600 a 2000 watts nesta faixa de frequências é mais do que suficiente para cozinhar ou aquecer alimentos comuns.
A faixa de frequências está na faixa de SHF, e corresponde ao que se denomina micro-ondas, daí a denominação "fornos de micro-ondas".
Acontece, entretanto, que a radiação intensa de sinais nesta faixa pelo aquecimento que produz nos materiais orgânicos é perigosa. Se ela penetrar no nosso corpo, o aquecimento interno provocado pode destruir células vivas com danos irreversíveis para o organismo. Uma precaução importante no uso das micro-ondas para aquecer ou cozinhar os alimentos é evitar que essas radiações escapem do local onde está o alimento que deve ser aquecido ou cozido.
Por este motivo, os fornos devem ser totalmente fechados e blindados no sentido de se evitar que a radiação de micro-ondas escape de seu interior.
É fundamental saber que as radiações dos fornos não são cumulativas. Isso significa que, tão logo o forno seja desligado, as radiações desaparecem imediatamente não ficando qualquer vestígio de sua presença nem no alimento e muito menos no próprio forno.
Assim, não existe qualquer perigo em se ingerir alimentos cozidos ou aquecidos nestes fornos, pois a radiação que os aquece e os coze desaparece no momento exato em que eles são desligados.
Uma característica importante dessa radiação é que ela pode penetrar nos alimentos por igual e, com isso, gerar calor no seu interior de maneira uniforme. Os alimentos são aquecidos ou cozidos de maneira uniforme, e não de fora para dentro como ocorre num forno comum.
Outra particularidade importante é que materiais dielétricos como o vidro ou a porcelana não são afetados pelas radiações, ou seja, elas não geram calor ao incidirem nesses materiais. Observamos então que podemos colocar no forno de micro-ondas um alimento para aquecer e retirá-lo depois bem quente, com seu prato totalmente frio. (figura 3)
A válvula magnetron
A produção de micro-ondas na faixa de giga-hertz como a exigida pelos fornos de micro-ondas só se tornou possível com a invenção, durante a Segunda Guerra Mundial, da válvula magnetron. Essa válvula foi originalmente desenvolvida para compor os equipamentos de radar que tinham por finalidade detectar os aviões alemães.
No radar, um sinal de micro-ondas era emitido, e quando encontrava um obstáculo, era refletido. Junto ao transmissor havia uma antena receptora que captava a reflexão ou "eco".
Pela intensidade, direção e tempo de ida e volta do eco era possível deter- minar a posição exata do avião inimigo, conforme indica a figura 4. Na figura 5 exibimos o aspecto interno de uma válvula magnetron.
Observe que ela possui diversas cavidades internas e no centro um anodo que é ligado a uma fonte de alta tensão. Os elétrons emitidos pelo catodo são acelerados, mas na presença de um forte campo magnético que é produzido por ímãs. Com a ação do campo, eles têm a trajetória deflexionado em espirais que se ajustam exatamente ao formato das cavidades. A corrente, que cor- responde ao movimento dos elétrons, passa a oscilar dentro das cavidades, chegando depois ao anodo.
No anodo, temos um sinal de altíssima frequência que corresponde justamente às oscilações dos elétrons. A frequência do sinal é determinada pelas dimensões das cavidades e não pela tensão de alimentação da válvula.
Uma característica importante é que a potência pode ser variada pela simples alteração da tensão de alimentação. Um forno consiste, portanto, em um simples oscilador com uma válvula desse tipo, que já tem nas suas características os elementos que determinam a frequência de operação e uma fonte de alimentação de alta tensão.
Não existe, neste caso, a necessidade de circuitos osciladores, amplificadores e circuitos ressonantes para se obter as micro-ondas.
As válvulas magnetron dos fornos de micro-ondas têm o aspecto da figura 6 e podem gerar sinais numa faixa de potência de 200 a 1 000 watts tipicamente sendo alimentadas por tensões entre 600 e 2000 volts em geral
Como todas as válvulas, ela possui um filamento para que seu catodo emissor de elétrons seja aquecido e, além disso, opera com temperatura bastante alta. Um sistema de ventilação é acoplado para ajudar na sua refrigeração.
Com o tempo de uso, as válvulas perdem sua capacidade de emissão, ou seja, "enfraquecem", e esse é certamente um tipo de defeito comum nos fornos mais antigos.
O circuito de um forno de microondas
Na figura 7 temos um circuito típico de um forno de micro-ondas dos mais simples, ou seja, sem controles eletrônicos e temporizadores. Conforme vemos, a tensão de entrada de alimentação serve para alimentar o circuito da fonte eletrônica incluindo alguns dispositivos adicionais de utilidade.
Esses dispositivos são o ventilador, que serve para transferir o calor gerado pela válvula para o meio exterior, o prato rotativo que alguns possuem e que é acionado por um motor, além de um sistema de iluminação e o "timer" simples que consiste num pequeno motor.
Destacamos também o varistor, que protege o circuito contra transientes que possam causar problemas de sobrecargas aos circuitos eletrônicos, e o fusível com valores entre 10 e 25 ampères.
Temos ainda na entrada do circuito um termostato de proteção. Em caso de algum problema com o circuito que provoque um excesso de consumo, como, por exemplo, uma sobrecarga pela operação sem carga (quando o forno funciona sem alimento dentro), o termostato desarma, desligando a alimentação.
O transformador da fonte tem um secundário de alta tensão que fornece algo entre 600 e 2000 volts conforme a potência de forno, sob corrente que chega a 0,5 ampères e que alimenta o anodo da válvula magnetron.
Um diodo de alta tensão e um capacitor de filtro filtram a alta tensão do secundário do transformador. O capacitor empregado neste circuito é de tipo especial para uma tensão da ordem de 2000 volts, possuindo valores típicos situados na faixa de 0,5 a 1 μF. São usados capacitores a óleo, material de elevada constante dielétrica e tensão de ruptura, sendo por isso ideais para operação com tensões muito elevadas.
Na realidade, o diodo, por outro lado, é formado por 5 diodos de silício para alta tensão ligados em série. Isso significa que, para conduzir, estes diodos precisam de uma tensão direta de pelo menos 3,5 volts (5 x 0,7 volts de cada diodo).
O diodo e o capacitor são ligados de tal forma que o circuito também funciona como um dobrador de tensão, isto é, a tensão de anodo da válvula magnetron pode chegar em alguns casos a 4 000 volts. Temos ainda um secundário adicional de baixa tensão que serve para alimentar o filamento da válvula magnetron.
A potência do forno é controlada por meio de um TRIAC. O potenciômetro de controle ligado ao TRIAC fica no painel e determina a intensidade da radiação de micro-ondas a ser aplicada no forno, conforme ilustra a figura 8.
O timer atua sobre um relé de modo que, ao final do tempo programado, ele corta a alimentação automaticamente. Um dispositivo importante neste circuito é o interruptor de segurança que é acoplado à porta do forno. Ele corta a alimentação do circuito se a porta do forno for aberta quando em funciona- mento. Isso evita o escape da radiação de micro-ondas. Em outras palavras, o forno só funciona se a porta estiver fechada.
Nos circuitos mais sofisticados, encontramos diversos dispositivos adicionais como, por exemplo, programação digital e informação do tempo em um painel digital; observe a figura 9.
Na figura 10 mostramos um circuito de forno de micro-ondas mais sofisticado em que já temos uma placa de controle digital com base em um microprocessador que tem todas as funções programadas.
Para o circuito indicador encontramos também um setor de alimentação contínua de baixa tensão, devidamente separado do circuito de alta tensão que alimenta a válvula magnetron.
O Forno em sua totalidade
Evidentemente, os fornos de micro- ondas devem ter uma montagem apropriada que possa alojar os componentes sensíveis e que operam com tensões elevadas do setor oscilador, além de ter o local em que as micro- ondas são aplicadas aos alimentos.
Na figura 11 temos um forno simples visto em corte, observando-se os setores do circuito eletrônico e o compartimento onde ficam os alimentos.
O compartimento onde devem ser colocados os alimentos é totalmente revestido de metal de modo que as ondas possam ser refletidas em todas as direções e assim incidir no alimento de maneira uniforme. Veja que é muito importante ligar o forno somente com alguma coisa dentro. Como nos transmissores comuns, se a operação for feita sem carga, ou seja, sem algo que absorva a energia, esta energia se refletirá no circuito e voltará para a válvula podendo danificá-la.
Em um transmissor sem antena corre-se o risco de queimar os componentes das etapas de saída, do mesmo modo que num forno de micro-ondas vazio. Um prato rotativo garante que o alimento receba as radiações de maneira uniforme, independentemente de seu formato.
A porta do forno é de vidro, que consiste num material que deixa passar as radiações. Para que isso não ocorra, uma retícula de metal é colocada neste vidro e suas dimensões devem ser tais que os vãos sejam menores que o comprimento de onda do sinal com que o forno trabalha.
Assim, o próprio vidro da porta também atua como refletor dos sinais impedindo sua saída para o meio exterior, o que, como vimos anterior- mente, poderia ser perigoso para os usuários.
No setor eletrônico encontramos o transformador que, pela potência, consiste num componente bastante volumoso e pesado.
Junto ao transformador temos os demais componentes do circuito eletrônico, destacando-se a válvula magnetron que aplica seus sinais diretamente à cavidade. Como este setor do circuito opera com tensões muito altas e, portanto, extremamente perigosas, o máximo cuidado é tomado com sua proteção. Desse modo, para o profissional que vai trabalhar com fornos fica o alerta para não tocar na válvula e, principalmente, nos terminais de alta tensão do transformador e diodo retificador.
Orientação para os clientes
Muitas pessoas costumam consultar profissionais (amigos ou de confiança) quando desejam comprar fornos de micro-ondas.
A confiabilidade do profissional aumenta muito quando ele é capaz de dar informações corretas sobre os aparelhos. Nada mais desagradável do que descobrir que a pergunta feita a alguém que você pensa dominar o assunto, foi respondida de maneira incorreta.
Confira no box 1 algumas perguntas comuns que as pessoas podem fazer aos profissionais sobre fornos de microondas.
