Terça-feira, 15 Março 2011 15: 30

Campos Elétricos e Magnéticos VLF e ELF

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Campos elétricos e magnéticos de frequência extremamente baixa (ELF) e frequência muito baixa (VLF) abrangem a faixa de frequência acima dos campos estáticos (> 0 Hz) até 30 kHz. Para este artigo, ELF é definido como estando na faixa de frequência > 0 a 300 Hz e VLF na faixa > 300 Hz a 30 kHz. Na faixa de frequência > 0 a 30 kHz, os comprimentos de onda variam de ∞(infinito) a 10 km e, portanto, os campos elétrico e magnético atuam essencialmente de forma independente um do outro e devem ser tratados separadamente. A intensidade do campo elétrico (E) é medido em volts por metro (V/m), a intensidade do campo magnético (H) é medida em amperes por metro (A/m) e a densidade do fluxo magnético (B) em tesla (T).

Um debate considerável sobre possíveis efeitos adversos à saúde foi expresso por trabalhadores que usam equipamentos que operam nessa faixa de frequência. De longe, a frequência mais comum é 50/60 Hz, usada para geração, distribuição e uso de energia elétrica. Preocupações de que a exposição a campos magnéticos de 50/60 Hz possa estar associada a um aumento da incidência de câncer foram alimentadas por relatórios da mídia, distribuição de desinformação e debate científico em andamento (Repacoli 1990; NRC 1996).

O objetivo deste artigo é fornecer uma visão geral das seguintes áreas temáticas:

  • fontes, ocupações e aplicações
  • dosimetria e medição
  • mecanismos de interação e efeitos biológicos
  • estudos humanos e efeitos na saúde
  • medidas protetoras
  • padrões de exposição ocupacional.

 

Descrições resumidas são fornecidas para informar os trabalhadores sobre os tipos e pontos fortes dos campos das principais fontes de ELF e VLF, efeitos biológicos, possíveis consequências para a saúde e limites de exposição atuais. Um esboço de precauções de segurança e medidas de proteção também é fornecido. Embora muitos trabalhadores usem unidades de exibição visual (VDUs), apenas breves detalhes são fornecidos neste artigo, uma vez que são abordados com mais detalhes em outras partes do enciclopédia.

Grande parte do material aqui contido pode ser encontrado com mais detalhes em várias revisões recentes (OMS 1984, 1987, 1989, 1993; IRPA 1990; ILO 1993; NRPB 1992, 1993; IEEE 1991; Greene 1992; NRC 1996).

Fontes de Exposição Ocupacional

Os níveis de exposição ocupacional variam consideravelmente e dependem fortemente da aplicação específica. A Tabela 1 apresenta um resumo das aplicações típicas de frequências na faixa > 0 a 30 kHz.

Tabela 1. Aplicações de equipamentos operando na faixa > 0 a 30 kHz

Frequência

Comprimento de onda (km)

Aplicações típicas

16.67, 50, 60 Hz

18,000-5,000

Geração, transmissão e uso de energia, processos eletrolíticos, aquecimento por indução, fornos a arco e panela, soldagem, transporte, etc., qualquer uso industrial, comercial, médico ou de pesquisa de energia elétrica

0.3–3 kHz

1,000-100

Modulação de transmissão, aplicações médicas, fornos elétricos, aquecimento por indução, endurecimento, soldagem, fusão, refino

3–30 kHz

100-10

Comunicações de alcance muito longo, navegação por rádio, modulação de transmissão, aplicações médicas, aquecimento por indução, endurecimento, soldagem, fusão, refino, VDUs

 

Geração e distribuição de energia

As principais fontes artificiais de campos elétricos e magnéticos de 50/60 Hz são aquelas envolvidas na geração e distribuição de energia e qualquer equipamento que utilize corrente elétrica. A maioria desses equipamentos opera nas frequências de energia de 50 Hz na maioria dos países e 60 Hz na América do Norte. Alguns sistemas de trem elétrico operam a 16.67 Hz.

As linhas de transmissão e subestações de alta tensão (AT) têm associadas a elas os campos elétricos mais fortes aos quais os trabalhadores podem estar rotineiramente expostos. A altura do condutor, a configuração geométrica, a distância lateral da linha e a tensão da linha de transmissão são de longe os fatores mais significativos ao considerar a intensidade máxima do campo elétrico no nível do solo. Em distâncias laterais de cerca de duas vezes a altura da linha, a intensidade do campo elétrico diminui com a distância de forma aproximadamente linear (Zaffanella e Deno 1978). Dentro de edifícios próximos a linhas de transmissão HV, as intensidades do campo elétrico são tipicamente menores do que o campo não perturbado por um fator de cerca de 100,000, dependendo da configuração do edifício e dos materiais estruturais.

As intensidades do campo magnético das linhas de transmissão aéreas geralmente são relativamente baixas em comparação com aplicações industriais que envolvem altas correntes. Funcionários de concessionárias de energia elétrica que trabalham em subestações ou na manutenção de linhas de transmissão energizadas formam um grupo especial exposto a campos maiores (de 5 mT e superiores em alguns casos). Na ausência de materiais ferromagnéticos, as linhas do campo magnético formam círculos concêntricos ao redor do condutor. Além da geometria do condutor de energia, a densidade máxima do fluxo magnético é determinada apenas pela magnitude da corrente. O campo magnético abaixo das linhas de transmissão HV é direcionado principalmente transversalmente ao eixo da linha. A densidade máxima de fluxo no nível do solo pode estar abaixo da linha central ou sob os condutores externos, dependendo da relação de fase entre os condutores. A densidade máxima do fluxo magnético no nível do solo para um sistema típico de linhas de transmissão aéreas de circuito duplo de 500 kV é de aproximadamente 35 μT por quiloampère de corrente transmitida (Bernhardt e Matthes 1992). Valores típicos para a densidade de fluxo magnético de até 0.05 mT ocorrem em locais de trabalho próximos a linhas aéreas, em subestações e em estações de energia operando em frequências de 16 2/3, 50 ou 60 Hz (Krause 1986).

Processo industrial

A exposição ocupacional a campos magnéticos decorre predominantemente do trabalho próximo a equipamentos industriais que utilizam altas correntes. Tais dispositivos incluem aqueles usados ​​em soldagem, refino de eletroescória, aquecimento (fornos, aquecedores de indução) e agitação.

Pesquisas sobre aquecedores de indução usados ​​na indústria, realizadas no Canadá (Stuchly e Lecuyer 1985), na Polônia (Aniolczyk 1981), na Austrália (Repacholi, dados não publicados) e na Suécia (Lövsund, Oberg e Nilsson 1982), mostram densidades de fluxo magnético em localizações do operador que variam de 0.7 μT a 6 mT, dependendo da frequência usada e da distância da máquina. Em seu estudo de campos magnéticos de aço elétrico industrial e equipamentos de soldagem, Lövsund, Oberg e Nilsson (1982) descobriram que máquinas de solda a ponto (50 Hz, 15 a 106 kA) e fornos panela (50 Hz, 13 a 15 kA) produziu campos de até 10 mT a distâncias de até 1 m. Na Austrália, descobriu-se que uma usina de aquecimento por indução operando na faixa de 50 Hz a 10 kHz fornece campos máximos de até 2.5 mT (fornos de indução de 50 Hz) em posições onde os operadores podem ficar. Além disso, os campos máximos em torno de aquecedores de indução operando em outras frequências foram de 130 μT a 1.8 kHz, 25 μT a 2.8 kHz e acima de 130 μT a 9.8 kHz.

Uma vez que as dimensões das bobinas que produzem os campos magnéticos são muitas vezes pequenas, raramente há uma grande exposição de todo o corpo, mas sim uma exposição local principalmente das mãos. A densidade do fluxo magnético nas mãos do operador pode chegar a 25 mT (Lövsund e Mild 1978; Stuchly e Lecuyer 1985). Na maioria dos casos, a densidade de fluxo é inferior a 1 mT. A força do campo elétrico perto do aquecedor de indução é geralmente baixa.

Os trabalhadores da indústria eletroquímica podem estar expostos a fortes campos elétricos e magnéticos por causa de fornos elétricos ou outros dispositivos que usam altas correntes. Por exemplo, perto de fornos de indução e células eletrolíticas industriais, as densidades de fluxo magnético podem ser medidas até 50 mT.

Unidades de exibição visual

O uso de unidades de exibição visual (VDUs) ou terminais de exibição de vídeo (VDTs), como também são chamados, cresce a uma taxa cada vez maior. Os operadores de VDT expressaram preocupação sobre os possíveis efeitos das emissões de radiações de baixo nível. Campos magnéticos (frequência de 15 a 125 kHz) tão altos quanto 0.69 A/m (0.9 μT) foram medidos nas piores condições perto da superfície da tela (Bureau of Radiological Health 1981). Este resultado foi confirmado por muitas pesquisas (Roy et al. 1984; Repacholi 1985 IRPA 1988). Análises abrangentes de medições e pesquisas de VDTs por agências nacionais e especialistas individuais concluíram que não há emissões de radiação de VDTs que possam ter consequências para a saúde (Repacoli 1985; IRPA 1988; ILO 1993a). Não há necessidade de realizar medições de radiação de rotina, pois, mesmo sob condições de pior caso ou modo de falha, os níveis de emissão estão bem abaixo dos limites de qualquer padrão internacional ou nacional (IRPA 1988).

Uma revisão abrangente das emissões, resumo da literatura científica aplicável, padrões e diretrizes foram fornecidos no documento (ILO 1993a).

As aplicações médicas

Pacientes que sofrem de fraturas ósseas que não cicatrizam bem ou unem foram tratados com campos magnéticos pulsados ​​(Bassett, Mitchell e Gaston 1982; Mitbreit e Manyachin 1984). Estudos também estão sendo conduzidos sobre o uso de campos magnéticos pulsados ​​para melhorar a cicatrização de feridas e a regeneração de tecidos.

Vários dispositivos geradores de pulsos de campo magnético são usados ​​para estimulação do crescimento ósseo. Um exemplo típico é o dispositivo que gera uma densidade média de fluxo magnético de cerca de 0.3 mT, um pico de força de cerca de 2.5 mT e induz picos de intensidade de campo elétrico no osso na faixa de 0.075 a 0.175 V/m (Bassett, Pawluk e Pila 1974). Perto da superfície do membro exposto, o dispositivo produz um pico de densidade de fluxo magnético da ordem de 1.0 mT, causando picos de densidade de corrente iônica de cerca de 10 a 100 mA/m2 (1 a 10 μA/cm2) no tecido.

Medição

Antes do início das medições dos campos ELF ou VLF, é importante obter o máximo de informações possível sobre as características da fonte e a situação de exposição. Esta informação é necessária para a estimativa das intensidades de campo esperadas e a seleção da instrumentação de pesquisa mais apropriada (Tell 1983).

As informações sobre a fonte devem incluir:

  • frequências presentes, incluindo harmônicos
  • poder transmitido
  • polarização (orientação de E campo)
  • características de modulação (valores de pico e médios)
  • ciclo de trabalho, largura de pulso e frequência de repetição de pulso
  • características da antena, como tipo, ganho, largura do feixe e taxa de varredura.

 

As informações sobre a situação de exposição devem incluir:

  • distância da fonte
  • existência de quaisquer objetos de dispersão. A dispersão por superfícies planas pode aumentar a E campo por um fator de 2. Um realce ainda maior pode resultar de superfícies curvas, por exemplo, refletores de canto.

 

Os resultados das pesquisas realizadas em ambientes ocupacionais estão resumidos na tabela 2.

Tabela 2. Fontes ocupacionais de exposição a campos magnéticos

fonte

Fluxo magnético
densidades (mT)

Distância (m)

VDTs

Até 2.8 x 10-4

0.3

linhas HV

Até 0.4

abaixo da linha

Centrais Elétricas

Até 0.27

1

Arcos de soldagem (0–50 Hz)

0.1-5.8

0-0.8

Aquecedores de indução (50–10 kHz)

0.9-65

0.1-1

Forno panela 50 Hz

0.2-8

0.5-1

Forno de arco de 50 Hz

Até 1

2

Agitador de indução de 10 Hz

0.2-0.3

2

Soldagem por eletroescória de 50 Hz

0.5-1.7

0.2-0.9

equipamento terapêutico

1-16

1

Fonte: Allen 1991; Bernhardt 1988; Krause 1986; Lövsund, Oberg e Nilsson 1982; Repacholi, dados inéditos; Stuckly 1986; Stuchly e Lecuyer 1985, 1989.

Instrumentação

Um instrumento de medição de campo elétrico ou magnético consiste em três partes básicas: a sonda, os condutores e o monitor. Para garantir medições apropriadas, as seguintes características de instrumentação são necessárias ou desejáveis:

  • A sonda deve responder apenas ao E campo ou o H campo e não para ambos simultaneamente.
  • A sonda não deve produzir perturbação significativa do campo.
  • Os condutores da sonda para o monitor não devem perturbar significativamente o campo na sonda ou acoplar energia do campo.
  • A resposta de frequência da sonda deve cobrir a faixa de frequências necessária para ser medida.
  • Se usado no campo próximo reativo, as dimensões do sensor da sonda devem ser preferencialmente menores que um quarto de comprimento de onda na frequência mais alta presente.
  • O instrumento deve indicar o valor quadrático médio (rms) do parâmetro de campo medido.
  • O tempo de resposta do instrumento deve ser conhecido. É desejável ter um tempo de resposta de cerca de 1 segundo ou menos, de modo que os campos intermitentes sejam facilmente detectados.
  • A sonda deve responder a todos os componentes de polarização do campo. Isso pode ser obtido por resposta isotrópica inerente ou por rotação física da sonda em três direções ortogonais.
  • Boa proteção contra sobrecarga, operação com bateria, portabilidade e construção robusta são outras características desejáveis.
  • Os instrumentos fornecem uma indicação de um ou mais dos seguintes parâmetros: média E campo (V/m) ou quadrado médio E campo (V2/m2); média H campo (A/m) ou quadrado médio H campo (A2/m2).

 

Surveys

Geralmente, são realizadas pesquisas para determinar se os campos existentes no local de trabalho estão abaixo dos limites estabelecidos pelos padrões nacionais. Assim, a pessoa que faz as medições deve estar totalmente familiarizada com esses padrões.

Todos os locais ocupados e acessíveis devem ser pesquisados. O operador do equipamento em teste e o vistoriador devem estar o mais longe possível da área de teste. Todos os objetos normalmente presentes, que podem refletir ou absorver energia, devem estar em posição. O agrimensor deve tomar precauções contra queimaduras e choques por radiofrequência (RF), particularmente perto de sistemas de alta potência e baixa frequência.

Mecanismos de Interação e Efeitos Biológicos

Mecanismos de interação

Os únicos mecanismos estabelecidos pelos quais os campos ELF e VLF interagem com sistemas biológicos são:

  • Campos elétricos que induzem uma carga superficial em um corpo exposto que resulta em correntes (medidas em mA/m2) dentro do corpo, cuja magnitude está relacionada com a densidade de carga da superfície. Dependendo das condições de exposição, tamanho, forma e posição do corpo exposto no campo, a densidade de carga da superfície pode variar muito, resultando em uma distribuição variável e não uniforme das correntes no interior do corpo.
  • Os campos magnéticos também atuam nos seres humanos induzindo campos elétricos e correntes dentro do corpo.
  • Cargas elétricas induzidas em um objeto condutor (por exemplo, um automóvel) exposto a campos elétricos ELF ou VLF podem fazer com que a corrente passe por uma pessoa em contato com ela.
  • O acoplamento do campo magnético a um condutor (por exemplo, uma cerca de arame) faz com que correntes elétricas (da mesma frequência do campo de exposição) passem pelo corpo de uma pessoa em contato com ele.
  • Descargas transitórias (faíscas) podem ocorrer quando pessoas e objetos de metal expostos a um forte campo elétrico se aproximam suficientemente.
  • Campos elétricos ou magnéticos podem interferir com dispositivos médicos implantados (por exemplo, marcapassos cardíacos unipolares) e causar mau funcionamento do dispositivo.

 

As duas primeiras interações listadas acima são exemplos de acoplamento direto entre pessoas e campos ELF ou VLF. As últimas quatro interações são exemplos de mecanismos de acoplamento indiretos porque podem ocorrer apenas quando o organismo exposto está nas proximidades de outros corpos. Esses corpos podem incluir outros seres humanos ou animais e objetos como automóveis, cercas ou dispositivos implantados.

Embora outros mecanismos de interação entre tecidos biológicos e campos ELF ou VLF tenham sido postulados ou haja alguma evidência para apoiar sua existência (OMS 1993; NRPB 1993; NRC 1996), nenhum demonstrou ser responsável por qualquer consequência adversa à saúde.

Efeitos na saúde

As evidências sugerem que a maioria dos efeitos estabelecidos da exposição a campos elétricos e magnéticos na faixa de frequência > 0 a 30 kHz resulta de respostas agudas à carga de superfície e à densidade de corrente induzida. As pessoas podem perceber os efeitos da carga de superfície oscilante induzida em seus corpos por campos elétricos ELF (mas não por campos magnéticos); esses efeitos tornam-se irritantes se suficientemente intensos. Um resumo dos efeitos das correntes que passam pelo corpo humano (limiares de percepção, let-go ou tétano) é dado na tabela 3.

Tabela 3. Efeitos das correntes que passam pelo corpo humano

Efeito

Assunto

Corrente limite em mA

   

50 e 60 Hz

300 Hz

1000 Hz

KHz 10

KHz 30

Percepção

Homem

Mulher

Crianças

1.1

0.7

0.55

1.3

0.9

0.65

2.2

1.5

1.1

15

10

9

50

35

30

Choque de soltura

Homem

Mulher

Crianças

9

6

4.5

11.7

7.8

5.9

16.2

10.8

8.1

55

37

27

126

84

63

tetanização torácica;
choque severo

Homem

Mulher

Crianças

23

15

12

30

20

15

41

27

20.5

94

63

47

320

214

160

Fonte: Bernhardt 1988a.

As células nervosas e musculares humanas foram estimuladas pelas correntes induzidas pela exposição a campos magnéticos de vários mT e 1 a 1.5 kHz; as densidades de corrente limite são consideradas acima de 1 A/m2. Sensações visuais tremeluzentes podem ser induzidas no olho humano pela exposição a campos magnéticos tão baixos quanto cerca de 5 a 10 mT (a 20 Hz) ou correntes elétricas aplicadas diretamente na cabeça. A consideração dessas respostas e dos resultados de estudos neurofisiológicos sugere que funções sutis do sistema nervoso central, como raciocínio ou memória, podem ser afetadas por densidades de corrente acima de 10 mA/m2 (NRPB 1993). Os valores limiares provavelmente permanecerão constantes até cerca de 1 kHz, mas aumentarão com o aumento da frequência a partir daí.

Vários in vitro estudos (OMS 1993; NRPB 1993) relataram alterações metabólicas, como alterações na atividade enzimática e no metabolismo proteico e diminuição da citotoxicidade dos linfócitos, em várias linhagens celulares expostas a campos elétricos ELF e VLF e correntes aplicadas diretamente à cultura celular. A maioria dos efeitos foi relatada em densidades de corrente entre cerca de 10 e 1,000 mA/m2, embora essas respostas sejam menos claramente definidas (Sienkiewicz, Saunder e Kowalczuk 1991). No entanto, vale a pena notar que as densidades de corrente endógenas geradas pela atividade elétrica dos nervos e músculos são tipicamente tão altas quanto 1 mA/m2 e pode atingir até 10 mA/m2 no coração. Essas densidades de corrente não afetarão adversamente os nervos, músculos e outros tecidos. Tais efeitos biológicos serão evitados restringindo a densidade de corrente induzida a menos de 10 mA/m2 em frequências de até cerca de 1 kHz.

Várias possíveis áreas de interação biológica que têm muitas implicações para a saúde e sobre as quais nosso conhecimento é limitado incluem: possíveis mudanças nos níveis noturnos de melatonina na glândula pineal e alterações nos ritmos circadianos induzidas em animais pela exposição a campos elétricos ou magnéticos ELF, e possíveis efeitos dos campos magnéticos ELF nos processos de desenvolvimento e carcinogênese. Além disso, há algumas evidências de respostas biológicas a campos elétricos e magnéticos muito fracos: isso inclui a mobilidade alterada de íons de cálcio no tecido cerebral, mudanças nos padrões de disparo neuronal e comportamento alterado do operando. Foram relatadas “janelas” de amplitude e frequência que desafiam a suposição convencional de que a magnitude de uma resposta aumenta com o aumento da dose. Esses efeitos não estão bem estabelecidos e não fornecem uma base para o estabelecimento de restrições à exposição humana, embora sejam necessárias mais investigações (Sienkievicz, Saunder e Kowalczuk 1991; OMS 1993; NRC 1996).

A Tabela 4 fornece as faixas aproximadas de densidades de corrente induzida para vários efeitos biológicos em humanos.

Tabela 4. Faixas aproximadas de densidade de corrente para vários efeitos biológicos

Efeito

Densidade de corrente (mA/m2)

Estimulação direta de nervos e músculos

1,000-10,000

Modulação na atividade do sistema nervoso central
Alterações no metabolismo celular in vitro

100-1,000

Alterações na função da retina
Prováveis ​​alterações no sistema nervoso central
Alterações no metabolismo celular in vitro


10-100

Densidade de corrente endógena

1-10

Fonte: Sienkiewicz et al. 1991.

Padrões de Exposição Ocupacional

Quase todos os padrões com limites na faixa > 0-30 kHz têm como justificativa a necessidade de manter os campos e correntes elétricas induzidas em níveis seguros. Normalmente, as densidades de corrente induzida são restritas a menos de 10 mA/m2. A Tabela 5 apresenta um resumo de alguns limites atuais de exposição ocupacional.

Tabela 5. Limites ocupacionais de exposição a campos elétricos e magnéticos na faixa de frequência > 0 a 30 kHz (observe que f está em Hz)

País/Referência

Alcance de frequência

Campo elétrico (V/m)

Campo magnético (A/m)

Internacional (IRPA 1990)

50 / 60 Hz

10,000

398

EUA (IEEE 1991)

3–30 kHz

614

163

EUA (ACGIH 1993)

1–100 Hz

100–4,000 Hz

4–30 kHz

25,000

2.5 x 106/f

625

60 /f

60 /f

60 /f

Alemanha (1996)

50 / 60 Hz

10,000

1,600

Reino Unido (NRPB 1993)

1–24 Hz

24–600 Hz

600–1,000 Hz

1–30 kHz

25,000

6 x 105/f

1,000

1,000

64,000 /f

64,000 /f

64,000 /f

64

 

Medidas protetoras

As exposições ocupacionais que ocorrem perto de linhas de transmissão de alta tensão dependem da localização do trabalhador no solo ou no condutor durante o trabalho em linha viva em alto potencial. Ao trabalhar sob condições de linha viva, roupas de proteção podem ser usadas para reduzir a intensidade do campo elétrico e a densidade de corrente no corpo a valores semelhantes aos que ocorreriam no trabalho no solo. Roupas de proteção não enfraquecem a influência do campo magnético.

As responsabilidades pela proteção dos trabalhadores e do público em geral contra os efeitos potencialmente adversos da exposição a campos elétricos e magnéticos ELF ou VLF devem ser claramente atribuídas. Recomenda-se que as autoridades competentes considerem as seguintes etapas:

  • desenvolvimento e adoção de limites de exposição e a implementação de um programa de conformidade
  • desenvolvimento de normas técnicas para reduzir a suscetibilidade à interferência eletromagnética, por exemplo, para marca-passos
  • desenvolvimento de normas que definem zonas com acesso limitado em torno de fontes de fortes campos elétricos e magnéticos devido à interferência eletromagnética (por exemplo, para marca-passos e outros dispositivos implantados). O uso de sinais de alerta apropriados deve ser considerado.
  • exigência de atribuição específica de uma pessoa responsável pela segurança dos trabalhadores e do público em cada local com alto potencial de exposição
  • desenvolvimento de procedimentos de medição padronizados e técnicas de pesquisa
  • requisitos para a educação dos trabalhadores sobre os efeitos da exposição a campos elétricos e magnéticos ELF ou VLF e as medidas e regras destinadas a protegê-los
  • elaboração de diretrizes ou códigos de prática para a segurança do trabalhador em campos elétricos e magnéticos ELF ou VLF. A OIT (1993a) oferece excelente orientação para tal código.

 

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Leia 12771 vezes Última modificação em quarta-feira, 27 de julho de 2011 21:51

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Conteúdo

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