ES2351828A1 - Horno microondas y procedimiento para calentar productos mediante dicho horno. - Google Patents

Horno microondas y procedimiento para calentar productos mediante dicho horno. Download PDF

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Abstract

Horno microondas y procedimiento para calentar productos mediante dicho horno. El Horno comprende un magnetrón (4), un sensor (5) capaz de medir la temperatura de los productos (2) a calentar, y medios (6, 7, 8) de control del funcionamiento del magnetrón (4) en función de la temperatura detectada por el sensor (5), y se caracteriza por el hecho de que dichos medios de control comprenden medios (6, 7) para suministrar a dicho magnetrón (4) una señal eléctrica de alta tensión cuyo valor numérico puede ser seleccionado, en función de una señal procedente de dicho sensor (5), de entre valores intermedios comprendidos en un rango predeterminado, de modo que es posible regular, a niveles intermedios, la potencia instantánea suministrada por el magnetrón (4) en función de la temperatura.

Description

Horno microondas y procedimiento para calentar productos mediante dicho horno.
La presente invención se refiere a un horno microondas que posee medios para controlar el funcionamiento del magnetrón en función de la temperatura, y a un procedimiento para calentar productos que utiliza dicho horno.
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Antecedentes de la invención
Son conocidos aparatos para calentar o cocinar productos mediante microondas, comúnmente llamados hornos microondas, que están constituidos básicamente por un magnetrón generador de un campo electromagnético de microondas y una cavidad de cocción en la que se dispone el producto a calentar o cocinar mediante las microondas generadas por el magnetrón.
En los citados hornos, la radiación electromagnética suministrada por el magnetrón hace vibrar las moléculas cuya distribución de cargas eléctricas no es simétrica (moléculas polares o con partes polares) lo que se traduce en energía térmica que permite calentar o cocinar el producto sometido al campo de microondas.
En los hornos microondas convencionales la fuente de alimentación del magnetrón consta de un transformador y de un doblador de tensión. El transformador está constituido por un bobinado primario alimentado a 220 V y dos bobinados secundarios que suministran alta tensión de 2000 V y baja tensión de 3,5 V, respectivamente. El doblador de tensión se aplica a los 2000 V que salen de uno de los bobinados secundarios para obtener los 4000 V que se aplican al ánodo del magnetrón. La tensión de 3,5 V que suministra el otro bobinado alimenta directamente el filamento del cátodo del magnetrón.
El control de la potencia del horno en los microondas convencionales se lleva a cabo controlando el tiempo de funcionamiento del magnetrón mediante ciclos/pulsos de paro-marcha. Así, en función de la potencia media de calentamiento que se desea obtener, la frecuencia de los ciclos/pulsos de marcha del magnetrón es mayor o menor. Sin embargo, la potencia instantánea suministrada en cada pulso o ciclo de funcionamiento siempre es la máxima que puede suministrar el magnetrón.
El sistema descrito de calentamiento o cocción que emplean los hornos microondas convencionales presenta el inconveniente de que produce sobrecalentamientos no deseados del producto, incluso cuando la potencia media seleccionada es muy baja.
Con objeto de evitar dichos sobrecalentamientos, se han venido desarrollando hornos microondas que disponen de un sensor para detectar la temperatura de los productos en el interior de la cavidad de calentamiento, y de medios para controlar el funcionamiento del magnetrón en función de la temperatura detectada por el sensor.
Las patentes japonesa JP7057868 y la americana US 5530229 describen algunos de estos aparatos en los que la señal procedente de los medios de detección de temperatura es procesada en un ordenador y enviada a un circuito de control que controla el tiempo de funcionamiento del magnetrón para evitar que la temperatura sobrepase un valor predeterminado, o valor consigna.
Sin embargo, en los aparatos descritos por las citadas patentes el producto se calienta sometiéndolo a pulsos/ciclos de la máxima potencia del magnetrón, lo que no garantiza que en un instante determinado la temperatura no suba por encima de lo deseado. Por lo tanto, en la práctica, se producen igualmente sobrecalentamientos que destruyen elementos termo-lábiles y provocan reacciones indeseadas (explosión de huevos, cocción de partes de alimentos en procesos de descongelación, etc...).
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Descripción de la invención
El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados, desarrollando un horno microondas que permite calentar o cocinar productos de forma rápida, controlada y reproducible, evitando sobrecalentamientos no deseados.
De acuerdo con este objetivo, según un primer aspecto, la presente invención se refiere a un horno microondas que comprende un magnetrón, un sensor capaz de medir la temperatura de los productos a calentar, y medios de control del funcionamiento del magnetrón en función de la temperatura detectada por el sensor, y que se caracteriza por el hecho de que dichos medios de control comprenden medios para suministrar a dicho magnetrón una señal eléctrica de alta tensión cuyo valor numérico puede ser seleccionado, en función de una señal procedente de dicho sensor, de entre valores intermedios comprendidos en un rango predeterminado, de modo que es posible regular a niveles intermedios la potencia instantánea suministrada por el magnetrón en función de la temperatura.
\newpage
Según un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para calentar productos mediante el citado horno que comprende las etapas de:
a)
medir la temperatura de los productos mediante un sensor,
b)
controlar el funcionamiento del magnetrón en función de la temperatura detectada por dicho sensor,
y que se caracteriza por el hecho de que la etapa b) comprende la etapa de suministrar a dicho magnetrón una señal eléctrica de alta tensión cuyo valor numérico puede ser seleccionado, en función de una señal procedente de dicho sensor, de entre valores intermedios comprendidos en un rango predeterminado, de modo que es posible regular, a niveles intermedios, la potencia instantánea suministrada por el magnetrón en función de la temperatura.
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En la presente invención, la potencia del campo electromagnético suministrado por el magnetrón es regulada, en función de la temperatura detectada por el sensor, seleccionando el valor de la señal de alta tensión que se aplica al mismo magnetrón. De este modo, contrariamente a lo que ocurre en los hornos del estado de la técnica, en los que el producto se calienta sometiéndolo a pulsos de la máxima potencia del magnetrón, en el horno y procedimiento de la presente invención el producto se calienta sometiéndolo a una potencia que puede ser regulada, en función de la temperatura, a niveles intermedios comprendidos entre un máximo y un mínimo.
Gracias a ello, la energía puede ser dosificada a una velocidad predeterminada en función de las necesidades del producto, por lo que el horno presenta la ventaja de que garantiza unas condiciones de calentamiento o cocción reproducibles, estables y controladas, evitando de un modo muy efectivo cualquier tipo de sobrecalentamiento y reacciones indeseadas.
Así, el aparato pueda ser empleado con éxito en procesos de calentamiento o cocción de productos en los que se requiere un control exacto de la temperatura para conservar las propiedades físico-químicas de dichos productos (por ejemplo, cocciones en baño de agua, aromatización de aceites, procesos de templado de chocolate, formación de geles, cocción de huevos, etc...). Con el horno reivindicado, dichos procesos pueden llevarse a cabo de un modo rápido y reproducible sin necesidad de emplear otro tipo de sistemas de calentamiento (baños maría, baños termostáticos) que resultan mucho más lentos y requieren un consumo de energía mucho más elevado.
Ventajosamente, dicho sensor es un sensor óptico, preferentemente un sensor de infrarrojos que permite medir la temperatura de la superficie de los productos de un modo no invasivo.
Preferentemente, dicho sensor está alojado en el interior de un elemento que lo protege de los vapores o gases que podrían falsear la medida. De este modo, el horno puede trabajar con seguridad a altas temperaturas.
De acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, se proporciona una realización preferida del horno en la que los medios de control del funcionamiento del magnetrón comprenden medios para acondicionar la señal procedente del sensor, y medios para convertir la señal acondicionada procedente de dicho sensor en una señal de alta tensión para ser suministrada de forma continua al ánodo de dicho magnetrón.
En esta realización, el ánodo del magnetrón es alimentado de forma continua y a cada instante por una señal de alta tensión cuyo valor es seleccionado en función de la señal acondicionada procedente del sensor de temperatura. De este modo, contrariamente a lo que ocurre en los hornos del estado de la técnica, en el horno de la presente invención el producto se calienta aplicando una potencia continua que puede ser variada o regulada a cada instante para mantener una temperatura predeterminada. Gracias a ello, el proceso de calentamiento puede llevarse a cabo de un modo muy fiable, dosificando de forma continua y uniforme la energía sobre el producto, lo que posibilita en todo momento un control eficiente de la temperatura, similar al que se obtiene con los sistemas convencionales de calentamiento por conducción tipo baño maría.
Según la misma realización preferida, preferentemente, los medios de control del funcionamiento del magnetrón comprenden un transformador de baja tensión para alimentar de forma continua el filamento del cátodo del magnetrón. De este modo, es posible regular de un modo muy preciso, en una escala de segundos, la señal de alta tensión que recibe el ánodo, puesto que el cátodo se encuentra siempre activo.
Preferentemente, dichos medios de control del funcionamiento del magnetrón determinan el valor de dicha señal eléctrica de alta tensión en función de la señal procedente de dicho sensor, comparando la temperatura detectada con una temperatura consigna, mediante un controlador proporcional integral derivativo (PID).
Este sistema de control permite modular la alimentación del magnetrón en función de un algoritmo de control que determina de forma continua, en función de la temperatura detectada por el sensor, la potencia requerida, es decir, el valor numérico de la señal eléctrica de alta tensión que debe suministrarse al ánodo del magnetrón para adquirir una temperatura predeterminada.
Aún más preferentemente, dichos medios de control del funcionamiento del magnetrón comprenden un microprocesador para programar ciclos de funcionamiento que proporcionan fases de calentamiento a potencias y/o temperaturas preestablecidas, permitiendo dichos ciclos definir un perfil de calentamiento o cocción predeterminado en función del tipo de producto.
Gracias a ello, es posible realizar múltiples estrategias de calentamiento o cocción que pueden ser almacenadas en dicho microprocesador y aplicadas cuando es necesario, sin necesidad de realizar un control visual del proceso de calentamiento.
Ventajosamente, el horno comprende medios para extraer de la cavidad de calentamiento los vapores o gases producidos. De este modo se evita que dichos vapores o gases interfieran en la medida óptica de la temperatura.
Otra vez ventajosamente, el horno comprende un dispositivo para remover el producto en la cavidad de calentamiento de dicho horno. Este dispositivo puede ser extraible o no, pero en cualquier caso su función será la de posibilitar un calentamiento uniforme de los productos líquidos, semi-líquidos o semi-sólidos.
De acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención que se refiere a un procedimiento para calentar productos mediante el horno reivindicado, se proporciona una realización preferida de dicho procedimiento, en el que la etapa b) en la que se controla el funcionamiento del magnetrón, comprende la etapa de acondicionar la señal procedente de dicho sensor y la etapa de convertir dicha señal acondicionada en una señal eléctrica de alta tensión que es suministrada de forma continua al ánodo de dicho magnetrón.
Preferentemente, dicha etapa b) comprende además la etapa de suministrar de forma continua al filamento del cátodo del magnetrón, una señal eléctrica de baja tensión.
Otra vez preferentemente, la etapa b) comprende la etapa de programar ciclos de funcionamiento del magnetrón que proporcionan fases de calentamiento a potencias y/o temperaturas preestablecidas, permitiendo dichos ciclos definir un perfil de calentamiento predeterminado en función del tipo de producto.
El solicitante ha comprobado que el horno y procedimiento de la presente invención resulta especialmente útil para tratar alimentos o elaborar recetas culinarias, puesto que permite sacar provecho de la rapidez que ofrece el sistema de radiación por microondas, asegurando al mismo tiempo unas condiciones de calentamiento estables y reproducibles que eran propias, hasta ahora, de los sistemas de calentamiento convencionales por conducción o convección. Además, se ha observado que el horno reivindicado evita que exploten las bolsas u otro tipo de recipientes con alimentos envueltos, los cuales, sometidos a la acción del microondas convencional y debido a la presión que va aumentando del vapor de agua, revientan con facilidad.
En la presente invención, por magnetrón se entenderá cualquier dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía electromagnética en forma de un campo de microondas y, preferentemente, un dispositivo formado por al menos un cátodo caldeado por un filamento, un ánodo al que se aplica alta tensión y un imán que rodea al conjunto.
De igual modo, por señal eléctrica de alta tensión se entenderá una señal cuyo valor numérico está comprendido entre 1500 V y 4000 V de tensión.
También, por señal eléctrica de baja tensión se entenderá una señal cuyo valor numérico está comprendido entre 220 V y 2 V de tensión.
Además, por potencia suministrada por el magnetrón se entenderá la potencia del campo electromagnético generado por el magnetrón al aplicar al ánodo de dicho magnetrón dicha señal eléctrica de alta tensión y al cátodo de dicho magnetrón dicha señal eléctrica de baja tensión.
Breve descripción de los dibujos
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a titulo de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.
En dichos dibujos,
la figura 1 muestra el diagrama unifilar de la realización del horno de la presente invención.
la figura 2 es una representación esquemática de los componentes del horno.
la figura 3 es una representación gráfica que muestra la evolución en el tiempo de la potencia instantánea suministrada por el magnetrón para conseguir una temperatura consigna predeterminada.
Descripción de una realización preferida
A continuación se describe una realización del horno 1 de la presente invención, que al igual que los hornos microondas convencionales, comprende un único magnetrón 4 destinado a generar un campo electromagnético de microondas y una única cavidad 3 de calentamiento en la que se dispone el producto 2 a calentar (ver figura 2).
Sin embargo, tal y como se muestra en la misma figura 2 y en el diagrama unifilar de la figura 1, además de los componentes electrónicos convencionales propios de un horno microondas (interruptores, relés, temporizadores, limitadores térmicos y mecánicos, filtros y contactos de emergencia, entre otros), el horno 1 de la realización que se describe presenta los siguientes componentes:
\sqbullet
un sensor 5 óptico que mide la temperatura de la superficie de los productos, preferentemente un sensor 5 de infrarrojos,
\sqbullet
un controlador 6 que acondiciona la señal procedente del sensor 5 y que permite seleccionar la operación del horno 1 en modo manual (potencia fijada) y modo automático (temperatura fijada), así como definir perfiles de calentamiento en función del tipo de producto a calentar,
\sqbullet
un converso 7 que traduce la señal (4/20 mA) acondicionada por el controlador 5 a una señal eléctrica de alta tensión (>2000 V) que alimenta el ánodo del magnetrón 4,
\sqbullet
un transformador 8 de baja tensión cuya bobina del secundaria proporciona una tensión de 3,5 V al filamento del cátodo del magnetrón 4,
\sqbullet
un ventilador anti-bao 9 que tiene la función de generar una corriente de aire delante de la superficie de la lente del sensor de infrarrojos para evitar lecturas erróneas,
\sqbullet
un contacto 10 de emergencia para el paro de los componentes de alta tensión, en caso de un exceso de temperatura en el interior de la cavidad 3, y
\sqbullet
un indicador óptico 11 del estado del contacto 10.
\sqbullet
un elemento 12 para proteger al sensor 5 de los gases y vapores generados.
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Tal y como ya se ha comentado, el horno 1 descrito presenta la particularidad de que permite regular la potencia instantánea suministrada por el magnetrón 4, en función de la temperatura de los productos 2.
En la realización que se describe, dicha regulación se consigue aplicando, de forma continua y mediante el conversor 7, una señal de alta tensión al ánodo del magnetrón 4 cuyo valor numérico varia en función de la señal procedente del controlador 6 asociado al sensor 5 de temperatura. Mientras se lleva a cabo la regulación de la señal de alta tensión, el filamento del cátodo es caldeado de forma continua mediante una señal separada procedente del transformador 8 de baja tensión. De este modo, el control de la potencia puede llevarse a cabo de un modo muy preciso en una escala de tiempo de segundos.
Así, contrariamente a lo que ocurre en los hornos del estado de la técnica en los que el producto se calienta sometiéndolo a pulsos de la máxima potencia del magnetrón, en la presente invención el producto 2 puede ser calentado sometiéndolo a una potencia continua cuyo valor puede ser regulado o variado a cada instante, en función de temperatura detectada por el sensor 5, para mantener una temperatura consigna predeterminada (ver figura 3).
En el caso representado en la figura 3, la potencia 13 requerida en cada momento se ha determinado mediante un sistema de control proporcional integral derivativo (PID) que compara en cada instante la temperatura 14 detectada con la temperatura consigna. Esta forma de trabajo del horno 1 corresponde a un modo de funcionamiento automático en el que la alimentación del magnetrón 4 es modulada por el controlador 6 en función de dicha temperatura consigna. Sin embargo, el mismo horno 1 también puede trabajar definiendo, mediante un microprocesador, ciclos de funcionamiento del magnetrón en los que se combinan fases de calentamiento a temperaturas preestablecidas, con fases de calentamiento a potencias preestablecidas, en las que el ánodo del magnetrón recibe de forma continua una señal de alta tensión de valor fijo durante un tiempo predeterminado.
El solicitante ha comprobado que la programación de ciclos de funcionamiento del magnetrón 4 resulta de mucha utilidad para tratar alimentos u elaborar recetas culinarias que requieren fases de calentamiento con control exacto de la temperatura. Es el caso, por ejemplo, del proceso de templado de chocolate, producción de geles, confite de aceites, producción de cremas, entre otros.
En el caso concreto del templado del chocolate, se ha comprobado que es posible definir una estrategia de calentamiento/fusión del chocolate fiable y reproducible, similar a la que se lleva a cabo mediante los sistemas convencionales de calentamiento por conducción tipo baño maría, pero mucho más rápida, segura y eficiente.
Para la producción de geles a partir de sustancias como el agar agar o la gelatina cola de pez, entre otras, el solicitante ha comprobado que es posible definir una estrategia de calentamiento que asegura la hidratación del gel y la conservación del producto una vez reconstituido, sin el riesgo de que éste sea destruido al entrar en ebullición.
Hasta ahora, la utilización de geles en las elaboraciones culinarias ha sido muy limitada, puesto que su empleo estaba limitado al uso de sistemas lentos de calentamiento como los ya citados baños maría o termostáticos. El horno 1 de la presente invención permitirá elaborar y calentar geles de un modo rápido, fiable y reproducible, lo que abre un nuevo horizonte en el campo de la elaboración de alimentos blandos para personas con problemas de deglución.
A pesar de que se ha descrito y representado una realización concreta de la presente invención, es evidente que el experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones, o substituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, aunque se ha hecho referencia en la presente memoria a un horno 1 microondas que comprende un único magnetrón 4, dicho horno 1 podría tener más de un magnetrón 4 y medios para controlar el funcionamiento de cada uno de dichos magnetrones 4.
De igual modo, aunque en la realización que se describe se ha hecho referencia al suministro continuo de una señal variable de alta tensión al ánodo del magnetrón 4, dicha señal variable podría suministrarse también, por ejemplo, de modo discontinuo.
También debe tenerse en cuenta que, aunque en la realización que se describe los medios de control se han diseñado de modo que la señal de alta tensión suministrada al ánodo puede adquirir valores intermedios seleccionados de entre cualquier valor intermedio comprendido en un rango predeterminado, dichos medios de control podrían diseñarse de modo que el valor numérico de la señal pudiera adquirir valores seleccionados de entre un conjunto de valores intermedios discretos comprendidos en el mismo rango, que permitieran establecer, por ejemplo, una distribución de potencias en forma de escala.

Claims (16)

1. Horno microondas que comprende un magnetrón (4), un sensor (5) capaz de medir la temperatura de los productos (2) a calentar, y medios (6, 7, 8) de control del funcionamiento del magnetrón (4) en función de la temperatura detectada por el sensor (5), caracterizado por el hecho de que dichos medios de control comprenden medios (6, 7) para suministrar a dicho magnetrón (4) una señal eléctrica de alta tensión cuyo valor numérico puede ser seleccionado, en función de una señal procedente de dicho sensor (5), de entre valores intermedios comprendidos en un rango predeterminado, de modo que es posible regular, a niveles intermedios, la potencia instantánea suministrada por el magnetrón (4) en función de la temperatura.
2. Horno según la reivindicación 1, en el que dichos medios de control comprenden medios (6) para acondicionar la señal procedente de dicho sensor, y medios para convertir (7) la señal acondicionada procedente de dicho sensor (5) en una señal de alta tensión para ser suministrada de forma continua al ánodo de dicho magnetrón (4).
3. Horno según la reivindicación 2, en el que dichos medios de control comprenden un transformador (8) de baja tensión para alimentar de forma continua el filamento del cátodo del magnetrón (4).
4. Horno según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dichos medios de control determinan el valor de dicha señal eléctrica de alta tensión comparando la temperatura detectada por el sensor (5) con una temperatura consigna, mediante un controlador (6) proporcional integral derivativo (PID).
5. Horno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de control comprenden un microprocesador para programar ciclos de funcionamiento que proporcionan fases de calentamiento a potencias y/o temperaturas preestablecidas, permitiendo dichos ciclos definir un perfil de calentamiento o cocción predeterminado en función del tipo de producto.
6. Horno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios para extraer de la cavidad (3) de calentamiento de dicho horno (1) los vapores o gases producidos.
7. Horno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un dispositivo para remover el producto en la cavidad (3) de calentamiento de dicho horno (1).
8. Procedimiento para calentar productos mediante el horno (1) reivindicado según las reivindicaciones 1 a 7, que comprende las etapas de;
a)
medir la temperatura de los productos (2) mediante un sensor (5),
b)
controlar el funcionamiento del magnetrón (4) en función de la temperatura detectada por dicho sensor (5),
caracterizado por el hecho de que la etapa b) comprende la etapa de suministrar a dicho magnetrón (4) una señal eléctrica de alta tensión cuyo valor numérico puede ser seleccionado, en función de una señal procedente de dicho sensor (5), de entre valores intermedios comprendidos en un rango predeterminado, de modo que es posible regular a niveles intermedios la potencia instantánea suministrada por el horno (1) en función de la temperatura.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la etapa b) comprende la etapa de acondicionar la señal procedente de dicho sensor (5) y la etapa de convertir dicha señal acondicionada en una señal eléctrica de alta tensión que es suministrada de forma continua al ánodo de dicho magnetrón (4).
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la etapa b) comprende además la etapa de suministrar de forma continua al filamento del cátodo del magnetrón (4), una señal eléctrica de baja tensión.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa b) comprende la etapa de programar ciclos de funcionamiento del magnetrón que proporcionan fases de calentamiento a potencias y/o temperaturas preestablecidas, permitiendo dichos ciclos definir un perfil de calentamiento predeterminado en función del tipo de producto.
12. Procedimiento u horno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos sensor (5) es un sensor óptico, preferentemente un sensor de infrarrojos.
13. Procedimiento u horno según la reivindicación 12, en el que dicho sensor (5) está alojado en el interior de un elemento (12) que lo protege de los vapores o gases.
14. Procedimiento u horno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho sensor (5) mide la temperatura de la superficie de los productos (2).
15. Procedimiento u horno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos productos son alimentos (2).
16. Procedimiento u horno según la reivindicación 15, en el que dichos alimentos (2) se calientan en dicho microondas sumergidos en un baño de agua o aceite.
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