A radiação infravermelha é aquela parte do espectro da radiação não ionizante localizada entre as micro-ondas e a luz visível. É uma parte natural do ambiente humano e, portanto, as pessoas estão expostas a ela em pequenas quantidades em todas as áreas da vida diária – por exemplo, em casa ou durante atividades recreativas ao sol. No entanto, uma exposição muito intensa pode resultar de certos processos técnicos no local de trabalho.

Muitos processos industriais envolvem a cura térmica de vários tipos de materiais. As fontes de calor usadas ou o próprio material aquecido geralmente emitem níveis tão altos de radiação infravermelha que um grande número de trabalhadores corre o risco de ser exposto.

Conceitos e Quantidades

A radiação infravermelha (IR) tem comprimentos de onda que variam de 780 nm a 1 mm. Seguindo a classificação da Comissão Internacional de Iluminação (CIE), esta banda é subdividida em IRA (de 780 nm a 1.4 μm), IRB (de 1.4 μm a 3 μm) e IRC (de 3 μm a 1 mm). Esta subdivisão segue aproximadamente as características de absorção dependentes do comprimento de onda de IR no tecido e os diferentes efeitos biológicos resultantes.

A quantidade e a distribuição temporal e espacial da radiação infravermelha são descritas por diferentes grandezas e unidades radiométricas. Devido às propriedades ópticas e fisiológicas, especialmente do olho, geralmente é feita uma distinção entre pequenas fontes “pontuais” e fontes “estendidas”. O critério para esta distinção é o valor em radianos do ângulo (α) medido no olho que é subentendido pela fonte. Este ângulo pode ser calculado como um quociente, a dimensão da fonte de luz D_L dividido pela distância de visualização r. Fontes estendidas são aquelas que apresentam um ângulo de visão no olho maior que α_minutos, que normalmente é de 11 milirradianos. Para todas as fontes estendidas, há uma distância de visualização em que α é igual a α_minutos; em distâncias de visualização maiores, a fonte pode ser tratada como uma fonte pontual. Na proteção contra radiação óptica, as grandezas mais importantes em relação a fontes estendidas são as esplendor (L, expresso em Wm^-2sr^-1) E do radiância integrada no tempo (L_p em jm^-2sr^-1), que descrevem o “brilho” da fonte. Para avaliação de risco à saúde, as quantidades mais relevantes relativas a fontes pontuais ou exposições a distâncias da fonte onde α< α_minutos, são as irradiância (E, expresso em Wm^-2), que é equivalente ao conceito de taxa de dose de exposição, e o exposição radiante (H, em Jm^-2), equivalente ao conceito de dose de exposição.

Em algumas bandas do espectro, os efeitos biológicos devido à exposição são fortemente dependentes do comprimento de onda. Portanto, quantidades espectrorradiométricas adicionais devem ser usadas (por exemplo, a radiância espectral, L_l, expresso em Wm^-2 sr^-1 nm^-1) para ponderar os valores de emissão física da fonte contra o espectro de ação aplicável relacionado ao efeito biológico.

Fontes e Exposição Ocupacional

A exposição ao IR resulta de várias fontes naturais e artificiais. A emissão espectral dessas fontes pode ser limitada a um único comprimento de onda (laser) ou pode ser distribuída em uma ampla faixa de comprimento de onda.

Os diferentes mecanismos para a geração de radiação óptica em geral são:

• excitação térmica (radiação de corpo negro)

• descarga de gás

• amplificação da luz por emissão estimulada de radiação (laser), sendo o mecanismo de descarga gasosa de menor importância na banda do IR.

A emissão das fontes mais importantes usadas em muitos processos industriais resulta da excitação térmica e pode ser aproximada usando as leis físicas da radiação de corpo negro se a temperatura absoluta da fonte for conhecida. A emissão total (M, em Wm^-2) de um radiador de corpo negro (figura 1) é descrito pela lei de Stefan-Boltzmann:

M(T) = 5.67 x 10^-8T⁴

e depende da 4ª potência da temperatura (T, em K) do corpo radiante. A distribuição espectral da radiância é descrita pela lei de radiação de Planck:

e o comprimento de onda de emissão máxima (λ_max) é descrito de acordo com a lei de Wien por:

λ_max = (2.898 x 10^-8) / T

Figura 1. Radiância espectral λ_maxde um radiador de corpo negro na temperatura absoluta mostrada em graus Kelvin em cada curva

Muitos lasers usados ​​em processos industriais e médicos emitem níveis muito altos de IR. Em geral, em comparação com outras fontes de radiação, a radiação laser tem algumas características incomuns que podem influenciar o risco após uma exposição, como duração de pulso muito curta ou irradiância extremamente alta. Portanto, a radiação laser é discutida em detalhes em outra parte deste capítulo.

Muitos processos industriais requerem o uso de fontes que emitem altos níveis de radiação visível e infravermelha e, portanto, um grande número de trabalhadores como padeiros, sopradores de vidro, trabalhadores de fornos, fundições, ferreiros, fundições e bombeiros estão potencialmente em risco de exposição. Além das lâmpadas, fontes como chamas, maçaricos a gás, maçaricos de acetileno, poças de metal fundido e barras de metal incandescente devem ser consideradas. Estes são encontrados em fundições, usinas siderúrgicas e em muitas outras plantas industriais pesadas. A Tabela 1 resume alguns exemplos de fontes de infravermelho e suas aplicações.

Tabela 1. Diferentes fontes de IR, população exposta e níveis aproximados de exposição

Efeitos Biológicos

A radiação óptica em geral não penetra muito profundamente no tecido biológico. Portanto, os alvos primários de uma exposição IR são a pele e os olhos. Na maioria das condições de exposição, o principal mecanismo de interação do IR é térmico. Apenas os pulsos muito curtos que os lasers podem produzir, mas que não são considerados aqui, também podem levar a efeitos mecanotérmicos. Não se espera que os efeitos da ionização ou da quebra de ligações químicas apareçam com a radiação IR porque a energia da partícula, sendo menor que aproximadamente 1.6 eV, é muito baixa para causar tais efeitos. Pela mesma razão, as reações fotoquímicas tornam-se significativas apenas em comprimentos de onda mais curtos na região visual e ultravioleta. Os diferentes efeitos na saúde dependentes do comprimento de onda do IR surgem principalmente das propriedades ópticas dependentes do comprimento de onda do tecido - por exemplo, a absorção espectral da mídia ocular (figura 2).

Figura 2. Absorção espectral do meio ocular

Efeitos no olho

Em geral, o olho está bem adaptado para se proteger contra a radiação óptica do ambiente natural. Além disso, o olho é fisiologicamente protegido contra lesões de fontes de luz intensa, como o sol ou lâmpadas de alta intensidade, por uma resposta de aversão que limita a duração da exposição a uma fração de segundo (aproximadamente 0.25 segundos).

A IRA afeta principalmente a retina, devido à transparência da mídia ocular. Ao visualizar diretamente uma fonte pontual ou feixe de laser, as propriedades de foco na região IRA tornam a retina muito mais suscetível a danos do que qualquer outra parte do corpo. Para períodos curtos de exposição, considera-se que o aquecimento da íris pela absorção de infravermelho visível ou próximo desempenha um papel no desenvolvimento de opacidades na lente.

Com o aumento do comprimento de onda, acima de aproximadamente 1 μm, a absorção pelo meio ocular aumenta. Portanto, considera-se que a absorção da radiação IRA tanto pelo cristalino quanto pela íris pigmentada desempenha um papel na formação de opacidades lenticulares. Danos à lente são atribuídos a comprimentos de onda abaixo de 3 μm (IRA e IRB). Para radiação infravermelha de comprimentos de onda superiores a 1.4 μm, o humor aquoso e a lente são particularmente fortemente absorventes.

Na região IRB e IRC do espectro, a mídia ocular torna-se opaca como resultado da forte absorção por sua água constituinte. A absorção nesta região ocorre principalmente na córnea e no humor aquoso. Além de 1.9 μm, a córnea é efetivamente o único absorvedor. A absorção da radiação infravermelha de comprimento de onda longo pela córnea pode levar ao aumento da temperatura no olho devido à condução térmica. Devido a uma rápida taxa de renovação das células superficiais da córnea, qualquer dano limitado à camada externa da córnea pode ser temporário. Na banda IRC, a exposição pode causar uma queimadura na córnea semelhante à da pele. As queimaduras da córnea não são muito prováveis ​​de ocorrer, no entanto, por causa da reação de aversão desencadeada pela sensação dolorosa causada pela forte exposição.

Efeitos na pele

A radiação infravermelha não penetra profundamente na pele. Portanto, a exposição da pele a infravermelhos muito fortes pode levar a efeitos térmicos locais de gravidade variável e até mesmo queimaduras graves. Os efeitos na pele dependem das propriedades ópticas da pele, como a profundidade de penetração dependente do comprimento de onda (figura 3 ). Especialmente em comprimentos de onda mais longos, uma exposição extensa pode causar um alto aumento de temperatura local e queimaduras. Os valores limite para esses efeitos são dependentes do tempo, devido às propriedades físicas dos processos de transporte térmico na pele. Uma irradiação de 10 kWm^-2, por exemplo, pode causar uma sensação dolorosa em 5 segundos, enquanto uma exposição de 2 kWm^-2 não causará a mesma reação em períodos menores que aproximadamente 50 segundos.

Figura 3. Profundidade de penetração na pele para diferentes comprimentos de onda

Se a exposição for prolongada por períodos muito longos, mesmo em valores bem abaixo do limiar da dor, a carga de calor para o corpo humano pode ser grande. Especialmente se a exposição cobrir todo o corpo como, por exemplo, na frente de um derretimento de aço. O resultado pode ser um desequilíbrio do sistema de termorregulação fisiologicamente bem equilibrado. O limite para tolerar tal exposição dependerá de diferentes condições individuais e ambientais, como a capacidade individual do sistema de termorregulação, o metabolismo corporal real durante a exposição ou a temperatura ambiente, umidade e movimento do ar (velocidade do vento). Sem nenhum trabalho físico, uma exposição máxima de 300 Wm^-2 pode ser tolerado por mais de oito horas sob certas condições ambientais, mas esse valor diminui para aproximadamente 140 Wm^-2 durante o trabalho físico pesado.

Padrões de exposição

Os efeitos biológicos da exposição aos infravermelhos, que dependem do comprimento de onda e da duração da exposição, são intoleráveis ​​apenas se forem excedidos certos limites de intensidade ou valores de dose. Para se proteger contra essas condições intoleráveis ​​de exposição, organizações internacionais como a Organização Mundial da Saúde (OMS), a Organização Internacional do Trabalho (OIT), o Comitê Internacional para Radiação Não Ionizante da Associação Internacional de Proteção contra Radiação (INIRC/IRPA) e seus sucessor, a Comissão Internacional de Proteção contra Radiação Não Ionizante (ICNIRP) e a Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais (ACGIH) sugeriram limites de exposição para radiação infravermelha de fontes ópticas coerentes e incoerentes. A maioria das sugestões nacionais e internacionais sobre diretrizes para limitar a exposição humana à radiação infravermelha são baseadas ou mesmo idênticas aos valores limite sugeridos (TLVs) publicados pela ACGIH (1993/1994). Esses limites são amplamente reconhecidos e frequentemente usados ​​em situações ocupacionais. Eles são baseados no conhecimento científico atual e destinam-se a prevenir lesões térmicas da retina e da córnea e evitar possíveis efeitos retardados no cristalino do olho.

A revisão de 1994 dos limites de exposição da ACGIH é a seguinte:

1. Para a proteção da retina contra lesões térmicas em caso de exposição à luz visível (por exemplo, no caso de fontes de luz potentes), a radiância espectral L_λ em W/(m² sr nm) ponderado contra a função de risco térmico da retina R_λ (ver tabela 2) ao longo do intervalo de comprimento de onda Δ_λ e somados na faixa de comprimento de onda de 400 a 1400 nm, não devem exceder:

onde t é a duração da visualização limitada a intervalos de 10^-3 a 10 segundos (ou seja, para condições de visualização acidental, visualização não fixa), e α é a subtensão angular da fonte em radianos calculada por α = extensão máxima da fonte/distância até a fonte R_λ  (mesa 2 ).

2. Para proteger a retina dos riscos de exposição de lâmpadas de calor infravermelhas ou qualquer fonte de infravermelho próximo, onde um forte estímulo visual está ausente, a radiação infravermelha na faixa de comprimento de onda de 770 a 1400 nm conforme vista pelo olho (com base em uma pupila de 7 mm diâmetro) para condições de visualização prolongadas devem ser limitadas a:

Esse limite é baseado em um diâmetro pupilar de 7 mm, pois, nesse caso, a resposta de aversão (fechar o olho, por exemplo) pode não existir devido à ausência de luz visível.

3. Para evitar possíveis efeitos retardados na lente do olho, como catarata retardada, e para proteger a córnea da superexposição, a radiação infravermelha em comprimentos de onda superiores a 770 nm deve ser limitada a 100 W/m² por períodos superiores a 1,000 s e para:

ou por períodos mais curtos.

4. Para pacientes afácicos, funções de ponderação separadas e TLVs resultantes são fornecidos para a faixa de comprimento de onda da luz ultravioleta e visível (305–700 nm).

Tabela 2. Função de risco térmico da retina

Fonte: ACGIH 1996.

Medição

Existem técnicas e instrumentos radiométricos confiáveis ​​que permitem analisar o risco para a pele e os olhos da exposição a fontes de radiação óptica. Para caracterizar uma fonte de luz convencional, geralmente é muito útil medir a radiância. Para definir as condições de exposição perigosa de fontes ópticas, a irradiância e a exposição radiante são de maior importância. A avaliação de fontes de banda larga é mais complexa do que a avaliação de fontes que emitem em comprimentos de onda únicos ou bandas muito estreitas, pois as características espectrais e o tamanho da fonte devem ser considerados. O espectro de certas lâmpadas consiste em uma emissão contínua em uma ampla faixa de comprimento de onda e emissão em determinados comprimentos de onda únicos (linhas). Erros significativos podem ser introduzidos na representação desses espectros se a fração de energia em cada linha não for adicionada adequadamente ao contínuo.

Para avaliação de riscos à saúde, os valores de exposição devem ser medidos em uma abertura limite para a qual os padrões de exposição são especificados. Normalmente, uma abertura de 1 mm é considerada o menor tamanho de abertura prática. Comprimentos de onda superiores a 0.1 mm apresentam dificuldades devido aos efeitos de difração significativos criados por uma abertura de 1 mm. Para esta banda de comprimento de onda foi aceita uma abertura de 1 cm² (11 mm de diâmetro), porque os pontos quentes nesta banda são maiores do que em comprimentos de onda mais curtos. Para a avaliação dos perigos da retina, o tamanho da abertura foi determinado por um tamanho médio da pupila e, portanto, foi escolhida uma abertura de 7 mm.

Em geral, as medições na região óptica são muito complexas. Medições feitas por pessoal não treinado podem levar a conclusões inválidas. Um resumo detalhado dos procedimentos de medição pode ser encontrado em Sliney e Wolbarsht (1980).

Medidas protetoras

A proteção padrão mais eficaz contra a exposição à radiação óptica é o fechamento total da fonte e todos os caminhos de radiação que podem sair da fonte. Com tais medidas, o cumprimento dos limites de exposição deve ser fácil de alcançar na maioria dos casos. Quando este não for o caso, a proteção individual é aplicável. Por exemplo, deve-se usar a proteção ocular disponível na forma de óculos ou visores adequados ou roupas de proteção. Se as condições de trabalho não permitirem a aplicação de tais medidas, pode ser necessário controle administrativo e acesso restrito a fontes muito intensas. Em alguns casos, a redução da potência da fonte ou do tempo de trabalho (pausas de trabalho para recuperação do estresse térmico), ou de ambos, pode ser uma medida possível para proteger o trabalhador.

Conclusão

Em geral, a radiação infravermelha das fontes mais comuns, como lâmpadas, ou da maioria das aplicações industriais, não causará nenhum risco aos trabalhadores. Em alguns locais de trabalho, no entanto, o IR pode causar risco à saúde do trabalhador. Além disso, há um rápido aumento na aplicação e uso de lâmpadas especiais e em processos de alta temperatura na indústria, ciência e medicina. Se a exposição dessas aplicações for suficientemente elevada, não podem ser excluídos os efeitos nocivos (principalmente nos olhos, mas também na pele). Espera-se que a importância dos padrões de exposição à radiação óptica reconhecidos internacionalmente aumente. Para proteger o trabalhador da exposição excessiva, devem ser obrigatórias medidas de proteção como blindagem (olhos) ou roupas de proteção.

Os principais efeitos biológicos adversos atribuídos à radiação infravermelha são as cataratas, conhecidas como catarata do soprador de vidro ou catarata do forno. A exposição a longo prazo, mesmo em níveis relativamente baixos, causa estresse térmico ao corpo humano. Em tais condições de exposição, fatores adicionais, como temperatura corporal e perda de calor por evaporação, bem como fatores ambientais, devem ser considerados.

A fim de informar e instruir os trabalhadores, alguns guias práticos foram desenvolvidos nos países industrializados. Um resumo abrangente pode ser encontrado em Sliney e Wolbarsht (1980).

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