Sistem Teknik Sanayi Fırınları: Hibrit Mikrodalga Fırını

Mikrodalga frekansları, elektromanyetik spektrumda 300 MHz ile 300 GHz arasında radyo frekansları ile kızılötesi radyasyon arasındadır. Mikrodalganın karşılık gelen dalga boyları, Şekil 1’de gösterildiği gibi 1 m ile 1 mm arasındadır. Bu frekans aralığı ile mikrodalgalar iki ana uygulamada kullanılabilir: bilgi iletimi(telekomünikasyon) veya enerji iletimi. Mikrodalgaların geniş uygulama alanı telekomünikasyon, endüstriyel, tıbbi, bilimsel ve askeri uygulamalardır. Bu geniş uygulama yelpazesi nedeniyle, parazit etkilerini en aza indirmek ve bilgi güvenliğini sağlamak için mikrodalgalarla enerji iletimi için tahsis edilen frekanslar ISM (Industrial Scientific Medical) tarafından sınırlandırılmıştır. ISM, enerji uygulamalarının iletimi için 915 MHz ve 2450 MHz’e izin verir.

Mikrodalga ısıtma için neredeyse tüm ev uygulamaları 2450 MHz kullanır, bazı endüstriyel mikrodalga uygulamaları da 915 MHz kullanır. Frekans seçimi, ısıtma amacına bağlıdır. Mikrodalga ısıtma sistemleri, Şekil 2’de gösterildiği gibi temelde üç bileşenden oluşur. 1. Mikrodalga güç kaynağı (jeneratör): Endüstriyel uygulamalardaki mikrodalga güç kaynağı genellikle 2450 MHz veya 915 MHz’de çalışan magnetronlardır. 2. İletim hattı (dalga kılavuzu): Dalga kılavuzları, jeneratörden bir aplikatöre mikrodalgalar iletmek için kullanılmaktadır. 3. Mikrodalga aplikatör (Kavite): Kavite, malzemelerin yerleştirildiği ısıtma odasıdır.

Mikrodalga ısıtma hem elektrik hem de manyetik alan tarafından sağlanır. Magnetron gücüne, dalga kılavuzu ve kavite boyutuna ve ısıtma malzemesinin elektromanyetik ve termofiziksel özelliklerine bağlı olarak, alan kuvveti malzemenin ve kavitenin içinde değişir. Bir mikrodalga alanında, elektrik alanı bileşeni çok hızlı salınır (2,45 GHz’de alan 4,9 x 109 kere/saniye salınır.) ve moleküllerin döngüsel olarak yeniden yönlendirilmesiyle sağlanan güçlü çalkalama, kilovat kapasiteli bir kaynağın mikrodalga radyasyonu kullanıldığında 10 ° C / sn’yi aşan ısıtma hızlarına yol açabilen yoğun bir iç ısınma ile sonuçlanabilir. Bir malzeme parçası mikrodalga ışınlamasına maruz kaldığında, mikrodalgalar şunlar olabilir:

a) Elektrik iletkeni ise yüzeyinden yansıyan (örneğin metaller, grafit vb.),

b) İyi dielektrik özelliklere sahip iyi yalıtkanlar (örn. kuvars cam, porselen, seramikler) olması durumunda malzemeye absorpsiyon olmadan nüfuz edin,

c) Dielektrik kayıp ise malzeme tarafından absorbe edilir (dielektrik kayıpları olarak adlandırılan bu malzeme su gibi hızla salınan bir elektromanyetik alanda ısı oluşumuyla sonuçlanan bir malzemedir.)

Mikrodalga ısıtma, dielektrik ısıtmayı baz alarak bazı polar sıvıların ve katıların mikrodalga enerjisini absorbe etme ve ısıya dönüştürme yeteneğine dayanır. Bu bağlamda, önemli bir özellik dipollerin iyonik iletim veya dipolar polarizasyon yoluyla hareketliliği ve elektrik alanın yönüne göre bunların yönlendirme kabiliyetidir. Çift kutupların(dipol) yönü elektrik alanın büyüklüğü ve yönü ile değişir. Kalıcı bir dipol momenti olan moleküller, alanın yönüyle tamamen veya en azından kısmen dönme yoluyla kendilerini hizalayabilirler. Bu nedenle, moleküler sürtünme ve dielektrik kaybı yoluyla ısı şeklinde enerji kaybedilir. Bu işlem tarafından üretilen ısı miktarı, matrisin kendisini uygulanan elektrik alanının frekansı ile hizalama kabiliyetiyle doğrudan ilişkilidir. Dipolün yeniden hizalanması veya uygulanan alanla çok hızlı yeniden yönlendirilmesi için yeterli zamanı yoksa, ısıtma meydana gelmez. Tüm ticari sistemlerde kullanılan 2,45GHz frekans tahsil edilen, bu iki uç nokta arasına yerleştirilir ve alanda hizalanmak için moleküler dipol süresini sunar, ancak alternatif alanı tam olarak takip etmez. Mikrodalga ışınımı koşulları altında belirli bir malzemenin ısıtma özellikleri, dielektrik özelliklerine bağlıdır.

Kuvvetli iletken bir malzeme (örneğin, bir metal) mikrodalga radyasyonuna maruz kaldığında, mikrodalgalar büyük ölçüde yüzeyinden yansıtılır. Bununla birlikte, malzeme mikrodalgalar tarafından etkili bir şekilde ısıtılmaz; Mikrodalga radyasyonunun elektrik alanına yanıt olarak, elektronlar malzemenin yüzeyinde serbestçe hareket eder ve elektron akışı, malzemeyi dirençli (ohmik) bir ısıtma mekanizması yoluyla ısıtabilir. İzolatörler (örneğin porselen) söz konusu olduğunda, mikrodalgalar herhangi bir emilim, kayıp veya ısı oluşumu olmaksızın malzemeye nüfuz edebilir. Mikrodalgalara karşı şeffaftırlar. Bazı dielektrikler için, doğası gereği elektromanyetik olan mikrodalga radyasyonunun geçişi sırasında ya kalıcı ya da indüklenmiş çift kutupların yeniden yönlendirilmesi, mikrodalga enerjisinin emilimine ve sözde dielektrik ısıtma mekanizmasına bağlı olarak ısı oluşumuna neden olabilir.

 

Hibrit Mikrodalga Fırını hakkında daha fazla bilgi sahibi olmak ve dergimizi incelemek için tıklayın:  INDUSTRIAL FURNACES 3. SAYI