Introducción
Las
microondas no son absorbidas por la
mayoría de los plásticos, vidrio o cerámica. El metal refleja las microondas,
por lo que las cacerolas de metal no funcionan bien en un horno de microondas.
Las ondas de radio penetran en la comida y excitan las moléculas de agua,
azúcar y grasa de los alimentos más o menos uniformemente, a diferencia de un
horno convencional, donde el calor se desplaza hacia el interior por conducción.
En un horno de microondas se produce calor en todas partes a la vez, debido a
que las moléculas son excitadas todas juntas.
Los
hornos de microondas son considerados muy eficientes, porque calientan solo la
comida y no las diferentes partes del horno. Esto, sin embargo, es una verdad
relativa, porque no se está teniendo en cuenta la eficiencia del proceso de la
generación de las microondas, como veremos más adelante.
El fenómeno físico
Las
ondas electromagnéticas son ondas viajeras, es decir que son ondas cuya
elongación varía en función del tiempo y que a su vez se desplazan en el
espacio sobre un eje x de
coordenadas. Además, como se ve en la
Fig.1 , las ondas electromagnéticas son “dobles” consistiendo
en una onda eléctica sobre un plano y una onda magnética sobre un plano
perpendicular al primero. En el caso de los hornos de microondas, la parte útil
para el proceso es la onda eléctrica. Las pequeñas flechita de color rojo y
azul, coincidiendo con la elongación de la onda electromagnética, en la Fig.1 , representan a los
vectores campo eléctrico y campo magnético, respectivamente, en cada instante
de tiempo y en cada posición de la onda electromagnética viajera y como veremos
a continuación, en la parte inferior de la figura, se ha representado una
molécula de agua sometida a la acción de la parte positiva y de la parte negativa
del campo eléctrico de la onda electromagnética.
Respecto
a la velocidad, las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz, es
decir a 300.000Km/seg.
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Fig.1 - La onda
electromagnética viajera de microondas y su acción sobre una molécula de agua
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Moléculas polares y
moléculas no polares
Las moléculas polares y no polares son todas eléctricamente neutras,
es decir tienen sus cargas eléctricas negativas de igual valor que las
positivas, con lo que su carga resultante es nula. La diferencia entre las
moléculas polares y las no polares es que las primeras tienen su carga positiva
separada de la negativa una cierta distancia. En cambio las moléculas no
polares las tienen todas juntas, con una distancia nula entre si.
En la Fig.2
se muestra una molécula de agua (H2O), que es una molécula polar y la principal
responsable del calentamiento de los alimentos en los hornos de microondas.
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Fig.2 – Molécula de agua (H2O), formada
por dos átomos de hidrógeno (H2) y un
átomo de oxígeno (O), a la izquierda y su
representación esquemática a la derecha.
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Antes de someter a las moléculas de agua a un campo
eléctrico, se encuentran desordenadas como se muestra en la Fig.3 (izquierda). Cuando
son sometidas a la acción de un campo eléctrico, las moléculas giran para
alinearse con el campo, resultando una orientación diferente, según sea el
sentido del campo eléctrico, como se muestra en la Fig.3 (derecha).
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| Fig.3 – Moléculas polares sin campo eléctrico aplicado (izquierda) y moléculas polares bajo la influencia de campos eléctricos de distinto sentido |
En la
Fig.1 se muestra el mismo resultado producido por las partes
positivas y negativas de la microonda.
Cuando las moléculas no polares son sometidas a un
campo eléctrico, sus cargas se separan y quedan ordenadas igual que lo que
muestra del lado derecho la
Fig.3 , pero este resultado se obtiene por el movimiento
interno de separación de las cargas (inducción) y las moléculas no giran,
para lograrlo.
En cambio las moléculas polares si giran y al
hacerlo se rozan unas con otras produciendo calor, responsable del
calentamiento de los alimentos en un horno de microondas.
Entonces, para resumir, decimos que las moléculas
polares, constituyen dipolos permanentes, que cuando son sometidos a un campo
eléctrico se alínean con dicho campo, para lo cual deben girar las moléculas.
En cambio, en las moléculas no polares, al ser sometidas a la acción de un
campo eléctrico, se producen dipolos inducidos, que no hacen girar las moléculas,
sino que desplazan las cargas para lograrlo y por consiguiente las microondas
no producen calor.
La energía, para hacer girar a las moléculas polares,
proviene de la energía del campo electromagnético, por lo que cuando se dice
que absorben las microondas, como lo hicimos más arriba, lo que queríamos decir
es que absorben la energía de la onda electromagnética de microondas.
Al ser la frecuencia de la onda de microondas de 2.500MHz,
y al girar las moléculas polares dos veces por ciclo, quiere decir que las
moléculas giran 5.000.000.000 de veces por segundo.
El aumento de temperatura que se produce en las moléculas
polares, como consecuencia de su rozamiento, se transmite a las moléculas no
polares de los alimentos mediante el proceso de conducción del calor.
Ondas
Estacionarias y calentamiento desparejo
Las microondas producidas en un horno de microondas son
generadas por una válvula electrónica llamada magnetrón, diseñada originalmente
para ser usada en el radar y como se muestra en la Fig.4 , se encuentra ubicada
a la derecha del horno, mirando la puerta desde afuera.
Las ondas electromagnéticas emitidas por la válvula son ondas viajeras, como
ya dijimos, es decir que son ondas cuya elongación varía en función del tiempo
y que a su vez se desplazan en el espacio sobre un eje x de coordenadas. Cuando estas ondas inciden sobre las paredes
interiores metálicas del gabinete del horno, dan lugar a la formación de ondas
reflejadas que se suman con ondas emitidas en la misma dirección, velocidad,
frecuencia y sentido contrario, dando lugar a la existencia de algunas ondas
estacionarias, que varían en el tiempo, pero permanecen quietas en el espacio,
es decir no viajan.Ver Fig.5.
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Fig.4 – Vista frontal de un horno de microondas con plato
giratorio, mostrando
la salida de las microondas generadas por la magnetrón e
incidiendo y reflejándose
sobre las paredes interiores metálicas del gabinete.
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Estas ondas estacionarias,
calentarían más algunas partes de los alimentos que otras, si no fuera por el
plato giratorio que se encarga de dar a la comida las mismas posibilidades de
absorber igual energía en todo su volumen.
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Fig.
5 – Formación de una onda estacionaria (en color violeta)
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Eficiencia
de los hornos de microondas
En los hornos de microondas hay que considerar dos
eficiencias: la eficiencia para generar las microondas y la eficiencia de las
microondas para producir calor en el interior del horno. La eficiencia para
generar las microondas es de alrededor del 60% (incluído el giro del plato y la
ventilación de la magnetrón). La eficiencia de las microondas para producir
calor en los alimentos, es considerada muy alta porque las microondas calientan
solo los alimentos y no calientan el horno, ni el aire. Si bien esta
característica es real, ya que las microondas al reflejarse en las paredes interiores
metálicas del horno, no las calientan, si lo hacen los alimentos, ya que emiten
calor hacia las paredes del horno a medida que son calentados por las ondas. El
resultado es que, indirectamente, una parte de la energía de las microondas se
pierde por este mecanismo. No sabemos cuanto es este segundo rendimiento, pero
podemos decir que la eficiencia de todo el horno completo no será nunca mayor
del 60%.
Además, la composición de los alimentos va a influir en
gran manera de la eficiencia de las microondas para calentarlos, ya que el
diferente contenido de agua de los alimentos puede darnos resultados muy
diversos.
El físico Tom Murphy recientemente comparó la eficiencia energética de los
diferentes métodos de hervir agua y encontró que la eficiencia del horno de
microondas era sólo alrededor del 40%, que es aproximadamente la mitad de la
eficiencia de un calentador de agua eléctrico a resistencia.
Ciclo de descongelamiento
(Defrost cycle)
La función denominada descongelamiento, se diferencia de
las de cocinar y recalentar alimentos por el hecho de que si bien las moléculas
de agua líquida giran facilmente, al ser sometidas a las microondas, no ocurre
lo mismo con el hielo.
Entonces, todos los mecanismos posibles de los ciclos de
descongelamiento (manual, automático computarizado, basado en el peso de los
alimentos, etc) se basan en descongelar “un poco” los alimentos congelados a
potencia de microondas y tiempos de exposición reducidos, para que el hielo se
transforme parcialmente en agua líquida y luego cortar la emisión de ondas para
darle tiempo al agua a calentar por conducción el hielo que quedó y después volver a emitir ondas para conseguir más agua.
Los
“efectos locos” de los hornos de microondas
Hay toda una colección de efectos indeseables que pueden
ocurrir en un horno de microondas y para evitarlos lo mejor es leer el manual
del fabricante de su horno de microondas y seguir al pie de la letra todas sus
indicaciones.
Uno de estos efectos locos, que más panico produce, es el
de colocar elemento metálicos puntiagudos, o filosos dentro del horno, lo que
provoca una acumulación de cargas en las puntas de un tenedor, por ejemplo y
hacen saltar el arco desde las puntas del tenedor hacia la parte metálica
interior del horno que está conectada a tierra. Entonces el tenedor actúa como
una nube cargada de electricidad en un día de tormenta y las paredes del horno
como la tierra, perforando el dieléctrico del aire y saltando el arco (chipa)
entre el tenedor y las paredes del horno, de una manera similar a la caída de
un rayo.
Otro efecto que se produce cuando se pone en
funcionamiento el horno sin alimentos en su interior. Al no haber nada que
absorba la energía de las ondas, se produce en su interior una verdadera
“revolución” de ondas que van y vienen sin saber que hacer con su energía.
Por último, los fabricantes le recomiendan no poner a
cocinar huevos con cáscara, en el microondas, porque explotan. La causa es que por
el calentamiento interno de yema y clara, aumenta mucho la presión en el interior
del huevo y cuando esta supera la resistencia de la cáscara, explota.
Incluso los fabricantes recomiendan, que aún cuando se
cocine un huevo sin cáscara, pinchar yema y clara previamente.
Los
temas en discusión
Los temas en discusión son muchos y variados, sobre las
ventajas y desventajas de usar el horno de microondas y sus efectos sobre los
alimentos, las consecuencias para quien los ingiere y los peligros de las
radiaciones sobre el cuerpo humano.
Estas discusiones para los microondas, superan ampliamente
en cantidad y variación, a discusiones similares sobre los teléfonos celulares,
por ejemplo, que Ud pega a su oreja cuando habla.
La
seguridad contra las radiaciones
Los hornos de microondas emiten en el recinto interior donde
se calientan los alimentos potencias muy altas de ondas electromagnéticas, del
orden de 800 a
1.000vatios. Eso es mucha potencia, comparada con las que se usan en
comunicaciones. Si uno metiera una mano en el interior del horno, sería
realmente peligroso. Pero los hornos están blindados por el gabinete metálico y
por la malla metálica de su puerta, que atenúan fuertemente la salida de las
microondas al ambiente en que Ud se encuentra. De modo que mientras la puerta
del horno se encuentre bien cerrada, las personas no correrían riesgos. Además
las puertas cuentan con enclavamientos que paran inmediatemente la emisión de
ondas en cuanto uno abre la puerta del horno.
Según la
Administración de Alimentos y Fármacos de Estados Unidos, a
una distancia de unos 5 cm ,
la cantidad de energía de microondas que puede filtrarse es de unos 5
milivatios por centímetro cuadrado, lo que está "muy por debajo del nivel
que pueda dañar a la gente".
No obstante, cuanto más lejos Ud se ubique, mejor.
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