Medidas da Radiação Não-Ionizante na Cidade de São José

Medidas da Radiação Não-Ionizante na
Cidade de São José dos Campos, SP.
M.F. Viegas1,3, I.M. Martin1, 2, D.V. Ferreira1, C. Otani1
1 - ITA, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, 2 - UNITAU,
Universidade de Taubaté, SP. 3 – Bolsista PIBIC/CNPq
Resumo: O intenso uso de instrumentos que geram radiações eletromagnéticas para
diversas finalidades tem elevado substancialmente as taxas de emissão de radiofreqüência
e microondas no meio ambiente. Diversos estudos estão sendo realizados buscando
descobrir se o aumento dessas taxas de radiação pode causar danos aos seres vivos, como
mutações e problemas neurológicos. O objetivo deste trabalho é aferir pela primeira vez
nesta cidade o nível de radiação médio atual não-ionizante na região de São José dos
Campos, comparando com os limites estabelecidos pela Organização Mundial de Saúde e
criar assim um banco de dados para comparação com medidas posteriores.
Abstract: The intense use of instruments that generate electromagnetic radiations for
many purposes has raised substantially taxes of radio frequency emissions and microwaves
in the environment. Diverses studies has being done to discover if the increase of these
taxes of radiation can cause damages to the living creatures, as neurological problems and
mutations. The objective of this work is to survey for the first time in this city the level of
non-ionizing current average radiation in the region of São José dos Campos, comparing
with the limits established by World Health Organization and then create a data base for
comparison with posterior measurements.
I. Introdução:
O interesse tanto da comunidade científica quanto da sociedade em geral pelos efeitos
biológicos causados por radiação eletromagnética não ionizante tem crescido há alguns
anos. Essas fontes de radiação podem ser de dois tipos: emissoras intencionais e nãointencionais. As intencionais são principalmente antenas de recepção e transmissão de
rádio, televisão, instalações de radar, serviços de comunicações móveis e outras que
normalmente situam-se próximas das pessoas e residências submetendo estas às doses de
radiação diariamente. As fontes não-intencionais incluem os equipamentos elétricos e
eletrônicos de uso comercial e industrial, que podem de alguma maneira irradiar algum tipo
de onda eletromagnética, no intervalo de freqüência em questão. No entanto diz-se que
apenas uma parcela relativamente pequena da população recebe uma exposição
significativa desta radiação.
De qualquer forma, juntamente com o aumento da utilização de ondas
eletromagnéticas, surge também a preocupação com relação aos efeitos biológicos que
possam ser causados por tal tipo de energia. Pesquisas realizadas acabaram comprovando
apenas os efeitos térmicos produzidos por este tipo de radiação em seres humanos, os quais
1
são conseqüências do aquecimento dos tecidos (moléculas) devido à absorção de energia
eletromagnética, diferente dos danos causado por radiação ionizante que possui energia
suficiente para arrancar elétrons das moléculas causando radicais livres. Geralmente
consideramos como Não-Ionizantes emissões de energia até 10 eV e com comprimento de
onda maior que 200 nm. Esta faixa compreende radiação ultravioleta, infravermelho, luz
visível, radiofreqüências principalmente em microondas. Embora até agora somente os
efeitos térmicos da radiação não-ionizante em seres vivos tenha sido comprovado, é
crescente o interesse em determinar os verdadeiros riscos de tais emissões aos seres
humanos, visto a crescente expansão de tais fontes, especialmente no caso da telefonia
celular, radares e “links” em GHz. Logo, é prudente estabelecer precauções em relação a
tais emissões, buscando minimizar os riscos de algum dano à saúde, isso faz com que certas
precauções sejam tomadas, minimizando sempre que possível o tempo de exposição ou
limitando os níveis de intensidade das radiações às quais estamos submetidos.
Seguindo essa precaução, entidades internacionais elaboraram várias normas
regulamentadoras e basearam seus parâmetros técnicos nos estudos sobre os efeitos
biológicos já comprovados. Sendo assim os sistemas de telecomunicação devem obedecer
às normas estabelecidas por estas entidades e recomendadas pela Organização Mundial de
Saúde (OMS). Aqui no Brasil, a Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) segue
também as diretrizes apontadas nas recentes normas da International Commission on NonIonizing Radiation Protection (ICNIRP) e da International Radiation Protection Association
(IRPA).
Nosso trabalho abordará essencialmente a faixa de freqüência que vai de 100 kHz até
a faixa de aproximadamente 3 GHz, compreendendo assim as emissões efetuadas pelos
aparelhos mais comuns ao nosso dia-a-dia, como rádio, televisão, celulares, radares e
outros.
II. JUSTIFICATIVA
II.1 - Interação da Radiação Eletromagnética com a Matéria:
O efeito causado pela radiação eletromagnética na matéria é resultado da transferência
de energia desta radiação para o material afetado. Tais efeitos podem ser térmicos, se
ocasionarem o aquecimento do material, ou não térmicos, caso a interação do campo com o
material não libere quantidade significativa de calor. Entre os fatores responsáveis pela
absorção estão: constante dielétrica, condutividade, geometria e conteúdo de água existente
no referido corpo. No caso do corpo humano a composição do tecido é tal que diferentes
faixas de freqüência correspondem a diferentes taxas de condutividade e de constante
dielétrica.
II.2 - Constante Dielétrica e Condutividade nos Tecidos:
Como podemos ver nos gráficos mostrados nas figuras 1 e 2 a condutividade
dielétrica e condutividade variam significativamente com a elevação dos valores de
freqüência. A constante dielétrica relativa do sangue é elevada especialmente na faixa entre
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10 e 100 MHz. Isto se deve a polarização das membranas; acima de 100 MHz elas perdem
sua influência; acima de 10 GHz a constante reflete o conteúdo de água no sangue.
Figura 1 – Constante Dielétrica em função da freqüência (Ref. 1 )
A condutividade dos tecidos decresce bruscamente para valores de freqüência acima
de 1 GHz, como podemos verificar na figura 2. Em tecidos gordurosos, existe uma
dependência linear entre o conteúdo de água e condutividade. Assim, um tecido que
contenha 20% de água apresenta o dobro da condutividade de um tecido com 10% de água.
Figura 2 – Condutividade em função da Freqüência (Ref 1)
II.3 - Profundidade de Penetração da Radiação
Chamado de “Efeito Skin” é definido como sendo a profundidade “nba” na qual a
amplitude da radiação é reduzida em 1/e, e a densidade de potência é reduzida em 1/e²,
correspondendo, portanto, a aproximadamente 86,5% da energia sendo dissipada. Tal
profundidade é função do material e da freqüência da radiação incidente. No caso de
tecidos vivos, ela decai com o aumento de freqüência.
A relação entre freqüência e profundidade é dada por:
d = ( ? / p f µ )1/2
(1)
3
onde ? é a resistividade do material e µ é a permeabilidade magnética do tecido,
respectivamente.
Figura 3 – Variação da profundidade de penetração da energia da onda em função da freqüência (Ref.1).
II.4 - Taxa de Absorção Específica(SAR):
Esta grandeza determina a taxa de potência absorvida pelo tecido por unidade de
massa. Entre os fatores que alteram a taxa de absorção estão os calores específicos do
tecidos e a densidade do mesmo. No caso do corpo humano a taxa de absorção é menor no
tecido gorduroso do que nos músculos, devido à presença de água.
II.5 - Efeitos Térmicos:
São chamados de efeitos térmicos geralmente aqueles resultantes de um
aquecimento do tecido, como por exemplo, queimaduras resultantes da exposição ao Sol.
Entretanto, ao contrário do infravermelho, radiações de comprimento de onda menor, como
radiofreqüência e microondas, não são somente absorvidas pelas camadas mais superficiais.
Assim, podem ocorrer alterações em tecidos mais profundos, sem que estas sejam notadas.
A seguir estão listados alguns efeitos térmicos:
Catarata
O olho é considerado um órgão crítico em relação ao efeito de radiações
Não-Ionizantes, sendo particularmente suscetível ao efeito térmico.
Assim, pequena quantidade de energia pode danificar o cristalino,
causando catarata (opacidade do cristalino, geralmente irreversível). O
motivo de o cristalino ser particularmente sensível deve-se ao fato deste
estar localizado em uma região superficial e estar envolvido por meio
aquoso. Estudos estimam que exposições a radiação superior a 500 MHz,
com densidade excedendo 150 mW/m2, por um tempo suficientemente
longo, podem causar danos graves ao cristalino(ref)
Testículos
Os testículos também constituem um dos órgãos críticos a efeitos
térmicos das radiações eletromagnéticas, por serem extremamente
sensíveis a elevações de temperatura. O aumento da temperatura pode
levar a destruição das células intersticiais, levando à esterilidade.
Exposições a microondas resultam em lesões testiculares e afetam a
espermatogênese.
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II.6 - Efeitos Não-Térmicos:
Os efeitos não-térmicos são efeitos bioquímicos ou eletrofísicos causados pelos
campos magnéticos induzidos, e não diretamente pelo aumento de temperatura, ou ainda
por interações de colisões de partículas como prótons, elétrons, nêutrons e íons com o
material estudado. Embora os estudos sobre tais efeitos gerem polêmica devido a resultados
conflitantes, podemos citar algumas conseqüências dos efeitos não-térmicos registradas na
literatura.
Fluxo de Íons
Alguns estudos mostraram que a radiação eletromagnética pode
alterar o fluxo de íons entre as membranas celulares, alterando o
funcionamento celular em processos como síntese de DNA e
transcrição de RNA. Outros efeitos relacionam-se a alterações das
propriedades eletrofisiológicas das células nervosas, podendo,
assim, gerar problemas neurológicos.
Barreira CérebroSangue
A barreira que existe entre o compartimento vascular e o tecido que
regula a passagem de substâncias para dentro e fora do cérebro é
chamada barreira cérebro-sangue. Alterações no fluxo de cálcio na
barreira devido à microondas sugerem um efeito não-térmico.
Estudo em ratos com pulsos de radiofreqüência de 30µW/cm²
indicaram significativa alteração no estado da barreira.
Sistema Imunológico Alterações no sistema imunológico de ratos foram constatadas
quando a taxa de absorção atingiu valores maiores que 0,4 mW/g.
Além disso foram detectadas importantes alterações na química
sanguínea e no sistema endócrino quando os valores de taxa de
absorção ultrapassaram 1 mW/g.
Câncer
Entre as questões que persistem é o modo como radiações de baixa
freqüência e sua potência podem alterar cadeias de DNA, causando
mutações nas células. Novas normas em relação às emissões de
radiação estabelecem limites mais restringentes aos valores
considerados prejudiciais à população.
II.7 - Emissão de Radiofreqüência por Aparelhos de uso Comum:
A utilização pela raça humana de aparelhos que produzem emissões
eletromagnéticas é cada vez maior. Embora não sejam constatados danos diretos causados
por tais aparelhos, a exposição duradoura por uma gama diversa de freqüências de radiação
eletromagnética pode causar danos em longo prazo ao nosso organismo.
Abaixo citamos alguns destes aparelhos e suas respectivas faixas de operação:
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Celulares
Os celulares encontrados no mercado operam nas seguintes
freqüências: TDMA – 800 MHz, CDMA – 800 MHz a 1,9 GHz,
dependendo do modelo, GSM – 800 MHz a 1,9 GHz, dependendo
do modelo. A potência de emissão de tais celulares é no intervalo de
1 a 10 mW.
Telefones Sem Fio
Antenas
Transmissoras de
Sinal para
Celular(ERB)
Operam na faixa de freqüência em torno de 900 MHz.
Muitas destas antenas podem ser encontradas hoje, especialmente
em áreas urbanas, transmitindo na freqüência dos celulares, porém
com potência muito mais elevada. Já existem projetos de leis para
proibir a instalação de tais antenas a menos de 300m de hospitais,
escolas e creches, e proibir a emissão de mais de 100 µW/cm².
Antenas
Antenas de TV e de Rádio FM operam na faixa de 80 a 175 MHz.
Transmissoras de TV Embora comparativamente com as antenas de celular sua freqüência
de operação seja menor, sua potência de operação espantosa (cerca
de 1000kW) pode causar danos sérios a populações próximas.
Satélites
A cada dia aumenta o volume de informações transmitidas por
satélites. Por operar a mais de 36000 km (satélites geoestacionários),
sua freqüência na casa dos GHz acaba tendo seus possíveis danos
atenuados pela enorme distância.
Transmissores de
Radioamadores
Radioamadores operam aparelhos com freqüência de 50 kHz a 100
MHz possuem potência de no máximo 5W.
Bluetooth
Bluetooth é uma tecnologia de rádio de curto-alcance criada pela
Ericsson em meados da década de 90. Esta tecnologia sem fio
possibilita a transmissão de dados em curtas distâncias entre
telefones, computadores e outros aparelhos eletroeletrônicos.
Operando na faixa de 2,4 GHz, sua potência de cerca de 1mW é
capaz de operar a até 10m. Contudo, amplificadores podem elevar
este alcance até 100m.
Computadores
As emissões geradas por CPUs, monitores e acessórios é
estritamente de baixa freqüência. Contudo, é recomendado não
utilizar laptops sobre o colo. Não se recomenda trabalhar próximo
ao monitor ou cpu de um computador.
Babá Eletrônica
Estes pequenos emissores trabalham na freqüência de 30 a 433 MHz
e com baixa potência. Entretanto, o fato de seu uso ser prolongado e
ocorrer essencialmente próximo de crianças muito pequenas torna-o
alvo possível de danos celulares.
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Wi-fi
Uma Wireless LAN (WLAN) é uma rede local sem fio padronizada
pelo IEEE 802.11. É conhecida também pelo nome de Wi-Fi,
abreviatura de “wireless fidelity” (fidelidade sem fios). Opera na
faixa de freqüência de 2,4 a 5,8 GHz é a capaz de transmitir dados a
curta distância. O Bluetooth é um outro padrão de transmissão
“wireless”. Deve-se evitar trabalhar constantemente nesse ambiente.
Forno Microondas
A faixa de operação do forno microondas se encontra em 2,45 GHz,
com potência entre 500 e 1000 W. Se fosse possível as microondas
escaparem do forno, elas poderiam provocar queimaduras da mesma
forma que são capazes de cozinhar os alimentos.
II.8 - Limites Recomendados pela OMS:
Abaixo constam alguns limites de emissão de radiações eletromagnéticas
recomendados pela Organização Mundial de Saúde:
Potências para Freqüências
Européias
Freqüência
Antenas Transmissoras de
Sinal para Celular
50 Hz
50 Hz
Campo
Elétrico
(V/m)
Campo
Magnético
(µT)
Exposição
máxima à
População
5000
100
4,5
9
Ocupacional
10000
500
22,5
45
Fontes
Campos Magnéticos Naturais
900 MHz
1,9 GHz
Freqüência
do Forno de
Microondas
2,45 GHz
Densidade de Densidade de Densidade de
Energia
Energia
Energia
(W/m²)
(W/m²)
(W/m²)
10
Exposição Máxima Recomendada à População
Campo Elétrico (V/m)
Campo Magnético (µT)
200
70 (Terra)
7
Potência Principal
100
0,2
Proximidades de Torres de
Transmissão de Energia
10000
20
Trens Elétricos
10
0,7
Exposição Máxima Recomendada à População (W/m²)
Transmissores de Radio e
TV
0,1
Radares
0,2
Fornos de Microondas
0,5
II.9 - A Região de São José dos Campos, SP.
O processo de industrialização que passou por São José dos Campos, SP, após a
década de 50 que atraiu uma grande quantidade de indústrias, a existência de
Universidades (ITA, UNIVAP, UNIP, UNESP, FACAP e EEI), centro urbano e a
passagem de linhas de alta tensão cortando a cidade tornam-na um local perfeito para o
estudo de radiações eletromagnéticas Não-Ionizantes. Entre os pontos de maior interesse
pode citar a região do centro da cidade, linhas de alta tensão e antenas de celular (ERB).
São José dos Campos, SP, situa-se na latitude 23º10'49” S e longitude 45º53'16” W. O
município possui área de 1142 km2 e localiza-se a uma altitude de 580 mts., com
população de 559717 habitantes(IBGE-2002) e renda per capita aproximadamente de
US$8433,00.
III. Aparelhos Utilizados no Experimento:
Numa primeira fase de medidas estaremos interessados em medir em diversos
pontos mais densos de fontes RF, as intensidades de campo elétrico (V/m), de campo
magnético (A/m) e a densidade de Potência (W/m2). A faixa de freqüência que será coberta
nessa fase é de 7 MHz a 3 GHz. Toda energia irradiada por qualquer tipo de fonte
eletromagnética cobrindo essa faixa de freqüência será medida por um detector (HF
Detektor II Professional) da AARONIA AG da Alemanha. Esse detector observa o campo
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elétrico em três direções e fornece leituras já em dBm desde –70 dBm até 20 dBm. Um outro
detector Trifield Meter Model 100XE mede o campo elétrico de 0.5 até 1 kV/m, densidade
de potencia de 0.01 a 10 mW/cm2 , e campo magnético de 0.5 a 100mGauss, dentro do
intervalo de freqüência de 7 MHz até 3 GHz. Na Figura 4 mostra-se estes detetores e na
Figura 5 mostra-se o Analisador de Espectro tipo HP 8592 B.
Na fase seguinte alem de medir-se os valores do campo elétrico, campo magnético e
densidade de potência, observa-se o espectro de freqüência do ponto medido agora no
intervalo de 9 kHz à 22 GHz, através do analisador de espectro tipo HP 8592 B como
mostra a figura 5. Esse dispositivo experimental bastante valioso nos permite alem da
detecção da freqüência emissora avaliar a intensidade do sinal elétrico medido.
Figura 4 – Detectores Trifield Meter e HF Detektor II Professional
Figura 5 – Analisador de Espectro tipo HP 8592 B
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V. Metodologia:
Nesta primeira fase de medidas efetuamos 14 km de extensão fazendo medidas em
cada meio quilômetro de separação isto nas duas direções privilegiadas orientados em
norte-sul e leste-oeste. Foi elaborado um mapa da região de São José dos Campos, e a
trajetória de medidas anotado os pontos variando de 1 até 50. Em locais de linhas de alta
tensão e torres repetidoras de antenas celulares foram efetuadas medidas sempre que
possível. Em uma próxima fase utilizaremos um aparelho GPS de medidas da latitude e
longitude geográfica dos pontos medidos.
V.1 Resultados das Medidas:
Na figura 6 plotamos os valores obtidos de campo elétrico em dBm diretamente
observado pelo HF-Detektor II Profissional (já calibrado) pela fabrica Aaronia AG da
Alemanha em 2005. Na figura 7 mostramos os mesmos dados porem transformados de
dBm em Volts/metro em função dos pontos medidos.
Na figura 8 plotamos os valores obtidos de campo magnético, em miliGauss
diretamente observados pelo detector Trifield Meter model 100XE já calibrado em 2005,
obtido da Less EMF ,USA.
Figura 6 – Campo Elétrico em dBm
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Figura 7 – Campo Elétrico em V/m (valores/100)
Figura 8 – Campo Magnético em mG
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V.2 Discussão dos Resultados:
Estes resultados são preliminares e mostram que as linhas de alta tensão que cruzam a
cidade são realmente as fontes mais expressivas de campo elétrico e magnético na
superfície da cidade. O máximo valor de campo elétrico encontrado foi de 0,4 V/m isto no
ponto 5 próximo a linha alta tensão de 13000 Volts que cruza a cidade no sentido norte –
sul. Seis pontos tem campo elétrico próximo a 35 V/m. Encontramos 22 regiões com
valores de 15 V/m e 31 pontos com valores indo de 0 a 10 V/m.
No que diz respeito ao campo magnético verifica-se que a região 37 apresenta campo
magnético de 50mG acima do valor fixo terrestre de 0,3 G, os pontos 31 e 40 apresentam
variações de 15 mG, o ponto 50 apresenta variação de 25 mG. Todos outros pontos
apresentam valores abaixo de 10 mG.
V.3 Conclusão:
Medidas externas (outdoor) da radiação não ionizante na cidade de São José dos
Campos, é bastante fraca estando no limite inferior inferida pela Anatel. Medimos numa
região ainda limitada em termos de amostragem de sinais, porém cobrindo o centro
populacional mais significativo da cidade. Regiões próximas às linhas de alta tensão, no
solo apresentam valores altos de campo elétrico, medimos até 500V/m. Os valores de
campo magnético mesmo nessas regiões são fracos e não ultrapassam os 100 mG, além do
campo terrestre A densidade de potência RF é extremamente variável, chegando a atingir
valores bem acima de 1 mW/cm2 em alguns períodos, por exemplo nas duas primeiras
semanas de maio de 2005. No entanto nos dias que realizamos o conjunto de medidas
apresentadas neste trabalho não observamos estes valores altos. Foram cobertos medidas
nas direções norte-sul com 14 quilômetros e leste-oeste também com 14 quilômetros de
extensão.
V.4 Referencias:
1 - Curso de Engenharia de Segurança do Trabalho – Radiações Não-Ionizantes – Prof.
Alwin Elbern, UFRGS, site http://www.prorad.com.br/pro/mi.pdf
2 - EPA Draft Report, March 1990, Nature, vol. 345, pag. 463, Inglaterra, 1990.
3 - Science, vol. 249, pag 1379, September 1990.
4 - NRC – USA – “ Possible Health Effects of Exposure to Residential Eletric and
Magnetic Fields” (1996).
5 – Michaelson, S.M. “Health Implications of Exposure to Radiofrequency microwave
Energies” Br. Jour. Indust. Med. 39,105 (1982).
6 – Michaelson, S.M. “Human Exposure to Nonionising Radiant Energy – Potential Hazard
and Safety Standards.” Proc. IEEE vol.60,4, 389-421 (1972).
7 – United Nation Enviromental Program / WHO/IRPA “Enviromental Health Criteria 16.
Radiofrequency and Microwaves.” WHO, Genebra, 1981.
8 – Gusev, A.A; Martin, I.M.; Pugacheva, G.I; Viegas, M.F.; Ferreira, D.V. e Otani, C.
“The Shelter of High Energy Electrons Produced by the Powerful HF Transmitter”, aceito
para publicação IEEE-USA, Brasilia, IMOC,2005.
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