campos eletromagnéticos (CEMs)

‘ CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS‘
Maria Cristina Aguiar Campos
CTN - SP
Fundação Jorge Duprat Figueiredo de Segurança e Medicina no Trabalho
FUNDACENTRO
Produzir e difundir conhecimento sobre Segurança e Saúde no Trabalho e
Meio Ambiente, para fomentar, entre os parceiros sociais, a incorporação do
tema na elaboração e gestão de políticas que visem o desenvolvimento
sustentável com crescimento econômico, promoção da eqüidade social e
proteção do meio ambiente.
www.fundacentro.gov.br
Equações de Maxwell (1865)
•
descrevem todos os fenômenos do eletromagnetismo
•
incorporam leis de Faraday e de Ampėre (generalizada)
God said ....

 
∂B
∇ x E= −
∂t

   ∂D
∇ x H= J +
∂t
 
∇. D =ρ
 
∇. B = 0
..... and there was light ....
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO
2.
REVISÃO DE CONCEITOS
3.
FONTES DE CEMs EM AMBIENTES DE TRABALHO
4.
INTERAÇÃO COM O CORPO HUMANO
5.
EFEITOS BIOLÓGICOS E DANOS À SAÚDE
6.
LIMITES DE EXPOSIÇÃO
7.
INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
8.
LEGISLAÇÃO SOBRE CEMs
9.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Exposição humana a CEMs é crescente
•
rede elétrica, antenas de TVs e rádios,
•
antenas de telefonia móvel
•
telefone celular, internet móvel
•
comunicação sem fio (WiFi, telefone, etc)
•
áreas da medicina (MRI, ondas-curtas, etc)
•
sistemas de segurança e identificação,
•
aparelhos elétricos, e muitos outros ......
Exposição Ocupacional
Trabalhador muito próximo da fonte e
geralmente por tempo prolongado
Exposição a campos mais intensos
podendo exceder limites
Exposição Ocupacional a Campos Eletromagnéticos (CEMs)
•
CEMs raramente identificados (PPRA) no ambiente de trabalho!!
•
Avaliação quantitativa de CEMs inexistente (ou inadequada) !!
2.1
Radiações Não-Ionizantes
0 até 300 GHz -
Campos Eletromagnéticos
300 – 3.000.000 GHz - Radiações Ópticas (IV, LV, UV)
2.2 Radiações, Ondas e Campos Eletromagnéticos
• radiação – propagação de energia no espaço sob a forma de ondas
• ondas eletromagnéticas - campos elétricos e magnéticos oscilantes
• ondas/radiações caracterizadas por frequência (f) e comprimento de onda (λ)
• frequência – número de oscilações por segundo – [ f ] = Hz
** som - ondas acústicas (mecânicas/elásticas) só se propagam na matéria
Ondas Eletromagnéticas
velocidade de propagação no espaço é constante e igual à velocidade da luz:
c = 3 x 108 m/s
•
grandezas relacionadas : c = λ x f , onde: c = 3 x 108 m/s
•
comprimento de onda (λ), distância entre 2 pontos em fase
c = λ×f
** ‘ T ‘ - período da onda = intervalo de tempo para completar um ciclo (T = 1 / f)
Revisão de Conceitos Básicos
(a) Eletrostática – campos elétricos estáticos (não variam no tempo)
Cargas estacionárias
•

campo E radial

• E constante no tempo
Lei de Coulomb
(b) Magnetostática – campos magnéticos constantes no tempo
Lei de Ampère
B =
μo i
2π r
** válida na magnetostática e/ou aproximação quase-estática
Campos estáticos ou quase-estáticos
são independentes
DESACOPLADOS
(c) Eletromagnetismo - campos ( E / B ) variáveis no tempo
distribuições de cargas e correntes variáveis
NOVOS FENÔMENOS
Lei de Faraday
campos magnéticos variáveis induzem no espaço próximo,
campos elétricos também variáveis, e
Lei de Ampère
campos elétricos variáveis induzem campos magnéticos
tb. variáveis (no espaço próximo),
e assim sucessivamente .......,
originando ondas eletromagnéticas que se propagam no espaço,
com velocidade constante, transportando energia eletromagnética
para pontos distantes.
• campos eletromagnéticos (CEMs)
• se propagam no espaço sob a forma de ondas
• com a velocidade da luz (c = 3 x 108 m/s)
campo magnético
A.C.
campo elétrico
Direção de Propagação da Onda
Campos e Ondas Eletromagnéticas
Campos E / H variáveis são interdependentes
ACOPLADOS
constituem os campos eletromagnéticos
2.2
Aproximação de Onda-Plana (d >> λ)


Onda-plana : campos E e H perpendiculares entre si,
e ambos, perpendiculares à direção de propagação (X)
Aproximação de onda-plana
• válida na região de campo distante (d >> λ)
( I ) Razão entre magnitude dos campos E / H é constante
E
= Z = impedância de onda
H
Z =
μ
ε
** Z - impedância de onda
vácuo
E
= 120 π = 377 Ω
H
Z - depende das características do meio
µ = permeabilidade magnética
ε = constante dielétrica
(II)
Densidade de potência
[ S ] = densidade de potência por unidade de área (watts / m2 )

Vetor de Poynting S – direção e magnitude do fluxo de energia

 


S = E x H = E ⋅ H ⋅ sen θ = E ⋅ H
E2
S =
120 π
=
E2
377
 W 


2 
m


 W 

S = 120 π H 2 = H 2 ⋅ 377 
2 
 m 
Densidade de potência irradiada por antenas transmissoras
(ex., telefonia móvel, sistemas wireless)
Pisotr.
S =
4 π r2
S =
P x GL
4 π r2
 W 


2 
 m 
 W 
 2 
 m 
antenas isotrópicas
antenas direcionais (painel, discos)
GL - ganho linear da antena
Radiações Não-Ionizantes
0 até 300 GHz – Campos Eletromagnéticos (CEMs)
300 a 3.000.0000 GHz – Radiações Ópticas (IV, LV, UV)
Região Óptica do Espectro
IR
LV
UV
LV
IR
UV
Luz Visível
3. FONTES DE CEMs EM AMBIENTES DE TRABALHO
3.1 Fontes Intencionais
• antenas transmissoras
Antenas tipo painel (telefonia móvel/celular)
Antenas
Direcionais
‘ganho’ variável; feixe focalizado
lóbulo principal (pequena abertura angular)
lóbulos secundários (laterais e traseiros)
fora do feixe principal potência decresce rapidamente
** mesmo nas laterais e ‘costas’ de antenas setoriais os campos podem ser intensos
3.2 Fontes Não – Intencionais de CEMs
• transmissão e distribuição de energia elétrica
• aparelhos de ressonância magnética
• hipertermia no tratamento contra câncer
• máquinas de aquecimento industrial
Ressonância Magnética (MRI)
Campos magnéticos estáticos (0,5 < B < 5 T)
Radiofrequências (RF) - 40 a 80 MHz
Linhas de Distribuição
ELF (60 Hz)
Diatermia – 27 MHz
Seladora
Aquecimento dielétrico
(f ≈ 27 MHz)
(solda para plásticos)
** próximo aos eletrodos - perigo
** campos elétricos muito intensos
** exposição ocupacional pode exceder limites
** características de projeto (p.ex.: blindagem, posição do operador) das máquinas, e
a potência de operação, influenciam diretamente os níveis de exposição
Correntes induzidas no operador
Aquecimento por indução magnética
(metais)
Especificações técnicas
Model:
SP-12KW
Output Power: 12 kW
Frequency: 80 ~ 300 kHZ
Water Flow: 3 L/min
Net Weight: 28kg
** campos magnéticos costumam ser muito intensos
** exposição ocupacional pode exceder limites
Correntes induzidas (medidas invasivas) - aquecimento por indução magnética
Soldagem – correntes elétricas podem ser elevadas
campos magnéticos podem ser muito intensos
** CEMs geralmente ignorados !!
3.2 Aplicações Principais e Frequências Características
• Medicina/tratamentos
fisioterapia (f = 27.1 MHz )
Ressonância Magnética (f = 10 a 70 MHz)
tratamentos de hipertermia (f = 2450 MHz)
• Aquecimento na
Indústria
dielétrico – 10 MHz < f < 30 MHz (plásticos)
indução – 10 kHz < f < 10 MHz (metais)
microondas – secagem de grãos, alimentos
•
Comunicações
telefonia móvel (900 MHz, 1800 MHz), TV,
radiodifusão, redes sem fio (WiFi, Bluetooth)
radares militares, satélites, dentre outros
Exemplos de Campos Estáticos
CAMPOS MAGNÉTICOS ESTÁTICOS
• Eletrólise industrial - (ex.: produção de alumínio e cloro)
• outros processos eletroquímicos - p. ex.: eletrodeposição
correntes contínuas muito elevadas
campos magnéticos muito intensos
Ressonância magnética
campos magnéticos intensos
0,5 ≤ B ≤ 5 T
Eletrólise na produção de cloro
4.
INTERAÇÃO COM O CORPO HUMANO
4.1 - Interação com o corpo humano
•
parte da onda é refletida de volta para o primeiro meio
•
parte da onda é refratada e transmitida para o segundo meio
Campo magnético externo
Correntes induzidas no corpo
Campo elétrico incidente
Correntes elétricas induzidas
5.
EFEITOS BIOLÓGICOS E DANOS À SAÚDE
5.1 – Efeitos Imediatos da Exposição Aguda
únicos efeitos aceitos como bem estabelecidos
•
eletro - estimulação de nervos e músculos (até 110 kHz)
•
stress térmico de corpo inteiro (100 kHz - 6 GHz)
•
aquecimento localizado – (100 kHz - 10 GHz)
•
efeito auditivo das microondas (300 MHz - 10 GHz)
•
aquecimento superficial de tecidos (10 GHz - 300 GHz)
Freqüência
Mecanismos de
Interação
f < 100 kHz
correntes elétricas
induzidas
100 kHz < f < 10 GHz
10 < f < 300 GHz
absorção de energia
eletromagnética
Efeito Biológico
eletroestimulação de
nervos e
músculos (não-térmico)
aquecimento profundo
de
tecidos (térmico)
absorção superficial
de energia
aquecimento superficial
de
eletromagnética
tecidos (térmico)
5.2 EFEITOS ADVERSOS À SAÚDE
Exposição a campos muito intensos, quando o aquecimento
exceder a capacidade de compensação do organismo
Efeitos/danos com grau de severidade variável
•
catarata (olhos muito sensíveis)
•
esterilidade (gônadas sensíveis)
•
choque térmico (pode ser fatal)
Efeitos Biológicos de Campos Estáticos
• campos elétricos – nenhum efeito reconhecido
• campos magnėticos – vertigem, náuseas, fosfenos (movimento)
5.3 INCERTEZA CIENTÍFICA
Efeitos Não-Térmicos ??
p.ex.: quebras de DNA, alterações dos níveis de melatonina, fluxo de Ca++ ??
‘exposições crônicas’ (campos de baixa intensidade)
induziriam (a longo prazo) - câncer, leucemia ???
POLÊMICA!!
intensa atividade de pesquisa em andamento
• estudos laboratoriais (genotoxicidade – p.ex.: REFLEX)
• estudos epidemiológicos (população – p.ex.: INTERPHONE)
**
milhares de trabalhos
INCONCLUSIVOS !!
31/Maio/2011
IARC - Agência Internacional de Pesquisa sobre Câncer
CEMs de radiofreqüência (RF e microondas)
‘possivelmente carcinogênicos para humanos’ – Grupo 2B
IARC – Março/2002
Campos magnéticos B (ELF) – Grupo 2B
(evidência limitada para leucemia infantil)
Campos elétricos E (ELF)
Grupo 3B
Campos (E / B) estáticos
6. LIMITES DE EXPOSIÇÃO a CEMs
6.1 – Fundamentos e Critérios
ICNIRP (ACGIH, FCC, IEEE) – EFEITOS TÉRMICOS
aumento de temperatura limitado a : ∆T = 1o C
• SAR (specific absorption rate) – taxa de absorção específica
• [ SAR ] = W / kg - taxa de absorção de energia por unidade de massa do tecido
** ICNIRP – International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection
SAR =
E ind
2
σ
ρ
•
depende da intensidade do campo elétrico induzido E ind
•
propriedades do tecido (ρ= densidade; σ = condutividade elétrica)
•
SAR medidas apenas em laboratório (p/ telefones celulares)
•
manual dos telefones deve apresentar valor de SAR
DERIVAÇÃO DE VALORES DE REFERÊNCIA
•
necessidade de limitar grandezas facilmente mensuráveis
•
campos elétrico e magnético derivados no limite ∆T = 1o C
•
densidade de potência – derivável ou diretamente medida
•
simulação numérica usada para derivar E e H
FATOR DE SEGURANÇA (ICNIRP)
Diferenças nos indivíduos – sensibilidade em função da idade,
estado de saúde, dentre outros
** fator de segurança ocupacional = 10
** fator de segurança p/ público = 50
Exposição a múltiplas frequências (‘sites multi-usuários)
No caso da eletroestimulação, p/ calcular a
intensidade relativa ‘total’ da exposição
somam-se as razões entre as densidades de
corrente induzidas por cada frequência, (‘Ji‘),
e os respectivos limites (‘ JL , i ‘), até 10 MHz,
como mostrado em (5).
No caso de efeitos térmicos, somam-se as
razões entre os valores da SAR induzida
(‘SARi’) e limite (‘SARL , i’), até 10 GHz.
Entre 10 GHz e 300 GHz, somam-se as
razões entre as densidades de potência (‘Si’) e
(‘SL’), de acordo com (6).
** acima de 10 GHz a interação é superficial, então utiliza-se a densidade de potência ‘S’
** www.icnirp.de
** 2010 - ELF mudou
7. INSTRUMENTAÇÃO E MÉTODOS DE MEDIDAS DE CEMs
7.1 Medições do Tipo ‘Banda-Larga’ (RF e Microndas)
EMR – 300
(‘banda-larga’)
• Sondas isotrópicas (E/H)
• Memória; alarme
• Display digital
• Software para análise de dados
** sites multi-usuários - medida do campo total
7.3 Monitoração Pessoal (‘dosímetro’)
RadMan - XT (Narda)
• Limites Ocupacionais – (ICNIRP)
• Memória interna
• Alarme sonoro e visual
• Software para análise de dados
• ‘frequency shaped’
** avaliação de campos E/H considerando variação dos limites vs. frequências
** útil para sites multi-usuários
Níveis de Exposição (% limite ICNIRP) x Tempo
8.
LEGISLAÇÃO SOBRE CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS
8.1 No Brasil
(1)
Lei 11.934 (Maio/2009)
•
Diretrizes p/ Exposição Humana a CEM (adota ICNIRP)
•
Limites Ocupacionais e para População em Geral
•
Intervalo de 0 a 300 GHz
•
regulamentações
Obs.: alguns municípios (Porto Alegre, Campinas, S. J. dos Campos)
têm legislação própria c/ limites mais restritivos, além de
distâncias, etc ....)
(2)
Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho
•
NR – 15 (Insalubridade: Anexo 7 - RNI) – REVISĀO
•
NR - 09 implicitamente refere-se a ACGIH
•
Anexo 7 – REVISÃO
** limites da ACGIH são menos restritivos que ICNIRP
ANEXO 7 (NR –15)
1.
Para os efeitos desta norma, são radiações não-ionizantes as microondas,
ultravioletas e laser
** não inclui f < 3 kHz (vide espectro eletromagnético abaixo)
2. As operações ou atividades que exponham os trabalhadores às radiações nãoionizantes, sem a proteção adequada, serão consideradas insalubres, em decorrência
de laudo de inspeção realizada no local de trabalho. (115.011-1 / I3)
3. As atividades ou operações que exponham os trabalhadores às radiações da luz
negra (ultravioleta na faixa 400 a 320 nm) não serão consideradas insalubres.
8.2 Legislação Internacional
• Diretrizes da ICNIRP adotadas em vários países europeus
• Diretiva Européia - implementação adiada de 2008 para 2013 (??)
apenas exposição ocupacional a CEMs até 300 GHz
adoção por todos os países da Comunidade Européia (27)
limites da ICNIRP como requisito mínimo
empregador responsável por proteger o trabalhador
** publicada em 2004 deveria vigorar a partir de 2008, adiou-se p/ 2013
9. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Redução e controle da exposição a CEMs
•
manter maior distância possível de fontes de CEMs/RNIs
•
monitoração pessoal (‘dosímetros’ ou ‘exposímetros’) é útil
•
para CEMs existem ‘roupas’ (tipo astronauta) - reduzem apenas E
•
mudanças de projeto (enclausurar eletrodos, operação remota)
• blindagem física para campos H difícil, eficaz p/ E
** EPIs amplamente utilizados apenas para IR, LV e UV (capacetes, óculos, etc)
OBS.: Sites com antenas transmissoras (TV, telefonia móvel, rádio)
•
diminuição/desligamento de potência de transmissores
•
revezamento de equipe ou limitação da permanência
•
ações de fiscalização e controle por órgãos públicos
IMPORTANTĺSSIMO
•
promover capacitação do trabalhador e do empregador
•
treinamento/capacitação específica para o trabalhador
•
fiscalização e controle por órgãos públicos
** implementar sinalização de alerta contra CEMs
Sites Importantes
(1) ANATEL – mapas de medições / cálculos de CEMs de ERBs (por endereço)
http://sistemas.anatel.gov.br/sigwebmaprni/index.zul
(2) www.elettra2000.it – site italiano com excelente material didático
(3) www.icnirp.org – em ‘publications’: diretrizes p/ EMF (até 300GHz), radiações UV,
Laser, IR (infra-vermelho)
(4) www.stuk.fi
(5) www.iarc.fr – pesquisas sobre agentes carcinogênicos
(6) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/magcur.html#c2
(7) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html#hph
(8) OMS - EMF Project - http://www.who.int/peh-emf/en/
cristina.campos @ fundacentro.gov.br