36. Aumento da pressão barométrica
Editor de Capítulo: TJR Francisco
Conteúdo
Trabalhando sob Pressão Barométrica Aumentada
Eric Kindwall
Dees F. Gorman
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1. Instruções para trabalhadores de ar comprimido
2. Doença descompressiva: classificação revisada
37. Pressão barométrica reduzida
Editor de Capítulo: Walter Dummer
Aclimatação Ventilatória à Alta Altitude
John T. Reeves e John V. Weil
Efeitos fisiológicos da pressão barométrica reduzida
Kenneth I. Berger e William N. Rom
Considerações de saúde para gerenciar o trabalho em grandes altitudes
John B. Oeste
Prevenção de Riscos Ocupacionais em Grandes Altitudes
Walter Dummer
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38. Perigos Biológicos
Editor de Capítulo: Zuheir Ibrahim Fakhri
Riscos biológicos no local de trabalho
Zuheir I. Fakhri
Animais aquaticos
D. Zannini
Animais Terrestres Peçonhentos
JA Rioux e B. Juminer
Características clínicas da picada de cobra
David A. Warrel
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1. Ambientes ocupacionais com agentes biológicos
2. Vírus, bactérias, fungos e plantas no local de trabalho
3. Animais como fonte de riscos ocupacionais
39. Desastres, Naturais e Tecnológicos
Editor de Capítulo: Pier Alberto Bertazzi
Desastres e Acidentes Graves
Pier Alberto Bertazzi
Convenção da OIT sobre a Prevenção de Acidentes Industriais Graves, 1993 (No. 174)
Preparação para Desastres
Pedro J. Baxter
Atividades pós-desastre
Benedetto Terracini e Ursula Ackermann-Liebrich
Problemas relacionados ao clima
Jean Francês
Avalanches: Perigos e Medidas de Proteção
Gustav Pointingl
Transporte de Material Perigoso: Químico e Radioativo
Donald M. Campbell
Acidentes de Radiação
Pierre Verger e Denis Winter
Estudo de caso: o que significa dose?
Medidas de saúde e segurança ocupacional em áreas agrícolas contaminadas por radionuclídeos: a experiência de Chernobyl
Yuri Kundiev, Leonard Dobrovolsky e VI Chernyuk
Estudo de caso: o incêndio na fábrica de brinquedos Kader
Casey Cavanaugh Grant
Impactos de Desastres: Lições de uma Perspectiva Médica
José Luís Zeballos
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1. Definições de tipos de desastres
2. Número médio de vítimas em 25 anos por tipo e região - gatilho natural
3. Número médio de vítimas em 25 anos por tipo e região - gatilho não natural
4. Número médio de vítimas em 25 anos por tipo de gatilho natural (1969-1993)
5. Número médio de vítimas em 25 anos por tipo de gatilho não natural (1969-1993)
6. Gatilho natural de 1969 a 1993: Eventos ao longo de 25 anos
7. Gatilho não natural de 1969 a 1993: Eventos ao longo de 25 anos
8. Gatilho natural: número por região global e tipo em 1994
9. Gatilho não natural: número por região global e tipo em 1994
10. Exemplos de explosões industriais
11. Exemplos de grandes incêndios
12. Exemplos de grandes liberações tóxicas
13. Papel da gestão de instalações de risco maior no controle de risco
14. Métodos de trabalho para avaliação de perigos
15. Critérios da Diretiva CE para instalações de risco maior
16. Produtos químicos prioritários usados na identificação de instalações de risco maior
17. Riscos ocupacionais relacionados ao clima
18. Radionuclídeos típicos, com suas meias-vidas radioativas
19. Comparação de diferentes acidentes nucleares
20. Contaminação na Ucrânia, Bielo-Rússia e Rússia após Chernobyl
21. Contaminação estrôncio-90 após o acidente de Khyshtym (Urais 1957)
22. Fontes radioativas que envolveram o público em geral
23. Principais acidentes envolvendo irradiadores industriais
24. Oak Ridge (EUA) registro de acidentes de radiação (mundial, 1944-88)
25. Padrão de exposição ocupacional à radiação ionizante em todo o mundo
26. Efeitos determinísticos: limites para órgãos selecionados
27. Pacientes com síndrome de irradiação aguda (AIS) após Chernobyl
28. Estudos epidemiológicos de câncer de irradiação externa de alta dose
29. Câncer de tireoide em crianças na Bielorrússia, Ucrânia e Rússia, 1981-94
30. Escala internacional de incidentes nucleares
31. Medidas de proteção genéricas para a população em geral
32. Critérios para zonas de contaminação
33. Grandes desastres na América Latina e no Caribe, 1970-93
34. Perdas devido a seis desastres naturais
35. Hospitais e leitos hospitalares danificados/destruídos por 3 grandes desastres
36. Vítimas em 2 hospitais desabaram pelo terremoto de 1985 no México
37. Camas hospitalares perdidas devido ao terremoto chileno de março de 1985
38. Fatores de risco para danos causados por terremotos à infraestrutura hospitalar
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40. Eletricidade
Editor de Capítulo: Dominique Folliot
Eletricidade—Efeitos Fisiológicos
Dominique Folliot
Eletricidade estática
Claude Menguy
Prevenção e Padrões
Renzo Comini
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1. Estimativas da taxa de eletrocussão-1988
2. Relações básicas em eletrostática-Coleção de equações
3. Afinidades eletrônicas de polímeros selecionados
4. Limites de inflamabilidade inferiores típicos
5. Cobrança específica associada a operações industriais selecionadas
6. Exemplos de equipamentos sensíveis a descargas eletrostáticas
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41. Fogo
Editor de Capítulo: Casey C. Grant
Conceitos Básicos
Dougal Drysdale
Fontes de perigos de incêndio
Tamás Banky
Medidas de Prevenção de Incêndio
Pedro F. Johnson
Medidas passivas de proteção contra incêndio
Yngve Anderberg
Medidas Ativas de Proteção Contra Incêndio
Gary Taylor
Organização para proteção contra incêndio
S.Dheri
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1. Limites de inflamabilidade inferior e superior no ar
2. Pontos de inflamação e pontos de incêndio de combustíveis líquidos e sólidos
3. Fontes de ignição
4. Comparação de concentrações de diferentes gases necessários para inertização
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42. Calor e Frio
Editor de Capítulo: Jean-Jacques Vogt
Respostas Fisiológicas ao Ambiente Térmico
W.Larry Kenney
Efeitos do Estresse Térmico e do Trabalho no Calor
Bodil Nielsen
Distúrbios de Calor
Tokuo Ogawa
Prevenção do Estresse Térmico
Sarah A. Nunneley
A Base Física do Trabalho no Calor
Jacques Malchaire
Avaliação do Estresse Térmico e Índices de Estresse Térmico
Kenneth C. Parsons
Estudo de Caso: Índices de Calor: Fórmulas e Definições
Troca de calor através da roupa
Wouter A. Lotens
Ambientes Frios e Trabalho a Frio
Ingvar Holmér, Per-Ola Granberg e Goran Dahlstrom
Prevenção de Estresse por Frio em Condições Externas Externas
Jacques Bittel e Gustave Savourey
Índices e Padrões de Frio
Ingvar Holmer
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1. Concentração de eletrólitos no plasma sanguíneo e no suor
2. Índice de estresse térmico e tempos de exposição permitidos: cálculos
3. Interpretação dos valores do Índice de Estresse Térmico
4. Valores de referência para critérios de tensão e deformação térmica
5. Modelo usando a frequência cardíaca para avaliar o estresse térmico
6. Valores de referência WBGT
7. Práticas de trabalho para ambientes quentes
8. Cálculo do índice SWreq e método de avaliação: equações
9. Descrição dos termos usados na ISO 7933 (1989b)
10. Valores WBGT para quatro fases de trabalho
11. Dados básicos para a avaliação analítica usando ISO 7933
12. Avaliação analítica usando ISO 7933
13. Temperaturas do ar de vários ambientes ocupacionais frios
14. Duração do estresse por frio descompensado e reações associadas
15. Indicação de efeitos antecipados de exposição leve e severa ao frio
16. Temperatura do tecido corporal e desempenho físico humano
17. Respostas humanas ao resfriamento: reações indicativas à hipotermia
18. Recomendações de saúde para o pessoal exposto ao estresse pelo frio
19. Programas de condicionamento para trabalhadores expostos ao frio
20. Prevenção e alívio do estresse pelo frio: estratégias
21. Estratégias e medidas relacionadas a fatores e equipamentos específicos
22. Mecanismos gerais de adaptação ao frio
23. Número de dias em que a temperatura da água é inferior a 15 ºC
24. Temperaturas do ar de vários ambientes ocupacionais frios
25. Classificação esquemática do trabalho a frio
26. Classificação dos níveis de taxa metabólica
27. Exemplos de valores básicos de isolamento de roupas
28. Classificação da resistência térmica ao resfriamento de roupas de mão
29. Classificação da resistência térmica de contato de roupas de mão
30. Índice de resfriamento pelo vento, temperatura e tempo de congelamento da carne exposta
31. Poder de resfriamento do vento na carne exposta
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43. Horas de Trabalho
Editor de Capítulo: Pedro Knauth
Horas de trabalho
Pedro Knauth
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1. Intervalos de tempo desde o início do trabalho por turnos até três doenças
2. Trabalho em turnos e incidência de distúrbios cardiovasculares
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44. Qualidade do ar interno
Editor de Capítulo: Xavier Guardino Solá
Qualidade do Ar Interior: Introdução
Xavier Guardino Solá
Natureza e fontes de contaminantes químicos internos
Derrick Crump
Radão
Maria José Berenguer
Fumo do tabaco
Dietrich Hoffmann e Ernst L. Wynder
Regulamentos para fumar
Xavier Guardino Solá
Medição e Avaliação de Poluentes Químicos
M. Gracia Rosell Farrás
Contaminação Biológica
Brian Flannigan
Regulamentos, Recomendações, Diretrizes e Normas
Maria José Berenguer
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1. Classificação de poluentes orgânicos internos
2. Emissão de formaldeído de uma variedade de materiais
3. Ttl. compostos orgânicos voláteis concentrados, revestimentos de parede/piso
4. Produtos de consumo e outras fontes de compostos orgânicos voláteis
5. Principais tipos e concentrações no Reino Unido urbano
6. Medições de campo de óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono
7. Agentes tóxicos e tumorigênicos na fumaça secundária do cigarro
8. Agentes tóxicos e tumorigênicos da fumaça do tabaco
9. Cotinina urinária em não fumantes
10. Metodologia para colher amostras
11. Métodos de detecção de gases no ar interno
12. Métodos usados para a análise de poluentes químicos
13. Limites de detecção mais baixos para alguns gases
14. Tipos de fungos que podem causar rinite e/ou asma
15. Microrganismos e alveolite alérgica extrínseca
16. Microrganismos no ar e poeira interna não industrial
17. Padrões de qualidade do ar estabelecidos pela US EPA
18. Diretrizes da OMS para aborrecimentos não cancerígenos e não olfativos
19. Valores de orientação da OMS com base em efeitos sensoriais ou aborrecimento
20. Valores de referência para radônio de três organizações
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45. Controle Ambiental Interno
Editor de Capítulo: Juan Guasch Farrás
Controle de Ambientes Internos: Princípios Gerais
A. Hernández Calleja
Ar Interior: Métodos de Controle e Limpeza
E. Adán Liébana e A. Hernández Calleja
Objetivos e Princípios da Ventilação Geral e de Diluição
Emílio Castejón
Critérios de ventilação para edifícios não industriais
A. Hernández Calleja
Sistemas de aquecimento e ar condicionado
F. Ramos Pérez e J. Guasch Farrás
Ar Interior: Ionização
E. Adán Liébana e J. Guasch Farrás
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1. Poluentes internos mais comuns e suas fontes
2. Sistema de ventilação de diluição de requisitos básicos
3. Medidas de controle e seus efeitos
4. Ajustes no ambiente de trabalho e efeitos
5. Eficácia dos filtros (padrão ASHRAE 52-76)
6. Reagentes usados como absorventes para contaminantes
7. Níveis de qualidade do ar interior
8. Contaminação devido aos ocupantes de um edifício
9. Grau de ocupação de diferentes edifícios
10. Contaminação devido ao edifício
11. Níveis de qualidade do ar exterior
12. Normas propostas para fatores ambientais
13. Temperaturas de conforto térmico (baseadas em Fanger)
14. Características dos íons
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46. Iluminação
Editor de Capítulo: Juan Guasch Farrás
Tipos de Lâmpadas e Iluminação
Richard Forster
Condições Necessárias para Visual
Fernando Ramos Pérez e Ana Hernández Calleja
Condições Gerais de Iluminação
Alan Smith
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1. Saída e potência aprimoradas de algumas lâmpadas fluorescentes de 1,500 mm
2. Eficácias típicas de lâmpadas
3. Sistema Internacional de Codificação de Lâmpadas (ILCOS) para alguns tipos de lâmpadas
4. Cores e formas comuns de lâmpadas incandescentes e códigos ILCOS
5. Tipos de lâmpada de sódio de alta pressão
6. Contrastes de cores
7. Fatores de reflexão de diferentes cores e materiais
8. Níveis recomendados de iluminância mantida para locais/tarefas
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47. ruído
Editor de Capítulo: Alice H. Suter
A natureza e os efeitos do ruído
Alice H. Suter
Medição de Ruído e Avaliação de Exposição
Eduard I. Denisov e alemão A. Suvorov
Controle de Ruído de Engenharia
Dennis P. Driscoll
Programas de Conservação Auditiva
Larry H. Royster e Julia Doswell Royster
Normas e regulamentos
Alice H. Suter
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1. Limites de exposição permissíveis (PEL) para exposição ao ruído, por país
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48. Radiação: Ionizante
Editor do capítulo: Robert N. Cherry, Jr.
Introdução
Robert N. Cereja, Jr.
Biologia da Radiação e Efeitos Biológicos
Arthur C. Upton
Fontes de Radiação Ionizante
Robert N. Cereja, Jr.
Projeto do local de trabalho para segurança contra radiação
Gordon M. Lodde
Segurança de radiação
Robert N. Cereja, Jr.
Planejamento e Gerenciamento de Acidentes de Radiação
Sidney W. Porter, Jr.
49. Radiação Não Ionizante
Editor de Capítulo: Valete Bengt
Campos elétricos e magnéticos e resultados de saúde
Valete Bengt
O Espectro Eletromagnético: Características Físicas Básicas
Kjell Hansson suave
Radiação ultravioleta
David H. Sliney
Radiação infra-vermelha
R. Matthes
Luz e radiação infravermelha
David H. Sliney
lasers
David H. Sliney
Campos de Radiofrequência e Microondas
Kjell Hansson suave
Campos Elétricos e Magnéticos VLF e ELF
Michael H. Repacholi
Campos Estáticos Elétricos e Magnéticos
Martinho Grandolfo
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1. Fontes e exposições para IR
2. Função de risco térmico da retina
3. Limites de exposição para lasers típicos
4. Aplicações de equipamentos usando faixa >0 a 30 kHz
5. Fontes ocupacionais de exposição a campos magnéticos
6. Efeitos das correntes que passam pelo corpo humano
7. Efeitos biológicos de várias faixas de densidade de corrente
8. Limites de exposição ocupacional - campos elétricos/magnéticos
9. Estudos em animais expostos a campos elétricos estáticos
10. Principais tecnologias e grandes campos magnéticos estáticos
11. Recomendações ICNIRP para campos magnéticos estáticos
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50. Vibração
Editor de Capítulo: Michael J. Griffin
vibração
Michael J. Griffin
Vibração de corpo inteiro
Helmut Seidel e Michael J. Griffin
Vibração transmitida manualmente
Massimo Bovenzi
Motion Sickness
Alan J. Benson
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1. Atividades com efeitos adversos da vibração de corpo inteiro
2. Medidas preventivas para vibração de corpo inteiro
3. Exposições a vibrações transmitidas pelas mãos
4. Estágios, escala da oficina de Estocolmo, síndrome de vibração mão-braço
5. Fenômeno de Raynaud e síndrome de vibração mão-braço
6. Valores-limite de limite para vibração transmitida manualmente
7. Diretriz do Conselho da União Européia: vibração transmitida manualmente (1994)
8. Magnitudes de vibração para branqueamento de dedo
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51. Violência
Editor de Capítulo: Leon J. Warshaw
Violência no local de trabalho
Leon J. Warshaw
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1. Taxas mais altas de homicídio ocupacional, locais de trabalho nos EUA, 1980-1989
2. Taxas mais altas de homicídio ocupacional Ocupações nos EUA, 1980-1989
3. Fatores de risco para homicídios no local de trabalho
4. Guias para programas de prevenção da violência no local de trabalho
52. Unidades de exibição visual
Editor de Capítulo: Diane Berthelette
Visão geral
Diane Berthelette
Características das estações de trabalho de exibição visual
Ahmet Çakir
Problemas oculares e visuais
Paule Rey e Jean-Jacques Meyer
Riscos Reprodutivos - Dados Experimentais
Ulf Bergqvist
Efeitos reprodutivos - Evidência humana
Claire Infante-Rivard
Estudo de caso: um resumo dos estudos de resultados reprodutivos
Distúrbios músculo-esqueléticos
Gabriele Bammer
Problemas de pele
Mats Berg e Sture Lidén
Aspectos psicossociais do trabalho VDU
Michael J. Smith e Pascale Carayon
Aspectos ergonômicos da interação humano-computador
Jean Marc Robert
Padrões de Ergonomia
Tom FM Stewart
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1. Distribuição de computadores em várias regiões
2. Frequência e importância dos elementos do equipamento
3. Prevalência de sintomas oculares
4. Estudos teratológicos com ratos ou camundongos
5. Estudos teratológicos com ratos ou camundongos
6. Uso de VDU como um fator nos resultados adversos da gravidez
7. Análises para estudar causas de problemas musculoesqueléticos
8. Fatores considerados causadores de problemas musculoesqueléticos
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No que diz respeito ao aquecimento, as necessidades de uma determinada pessoa dependerão de muitos fatores. Eles podem ser classificados em dois grupos principais, os relacionados ao entorno e os relacionados a fatores humanos. Entre os relacionados com o meio pode-se contar a geografia (latitude e altitude), o clima, o tipo de exposição do espaço em que a pessoa se encontra ou as barreiras que protegem o espaço contra o ambiente externo, etc. consumo de energia do trabalhador, o ritmo de trabalho ou a quantidade de esforço necessário para o trabalho, a roupa ou roupas usadas contra o frio e as preferências ou gostos pessoais.
A necessidade de aquecimento é sazonal em muitas regiões, mas isso não significa que o aquecimento seja dispensável durante a estação fria. As condições ambientais frias afetam a saúde, a eficiência mental e física, a precisão e, ocasionalmente, podem aumentar o risco de acidentes. O objetivo de um sistema de aquecimento é manter condições térmicas agradáveis que previnam ou minimizem os efeitos adversos à saúde.
As características fisiológicas do corpo humano permitem que ele suporte grandes variações nas condições térmicas. O ser humano mantém seu equilíbrio térmico através do hipotálamo, por meio de receptores térmicos na pele; a temperatura do corpo é mantida entre 36 e 38°C, conforme mostrado na figura 1.
Figura 1. Mecanismos termorreguladores em seres humanos
Os sistemas de aquecimento precisam ter mecanismos de controle muito precisos, principalmente nos casos em que os trabalhadores realizam suas tarefas sentados ou em uma posição fixa que não estimule a circulação sanguínea nas extremidades. Onde o trabalho realizado permite certa mobilidade, o controle do sistema pode ser um pouco menos preciso. Por último, quando o trabalho executado ocorra em condições anormalmente adversas, como em câmaras frigoríficas ou em condições climáticas muito frias, podem ser tomadas medidas de apoio para proteger tecidos especiais, regular o tempo de permanência nessas condições ou fornecer calor por sistemas elétricos incorporados nas roupas do trabalhador.
Definição e Descrição do Ambiente Térmico
Um requisito que pode ser exigido de qualquer sistema de aquecimento ou ar condicionado em bom funcionamento é que ele permita o controle das variáveis que definem o ambiente térmico, dentro de limites especificados, para cada estação do ano. Essas variáveis são
Foi demonstrado que existe uma relação muito simples entre a temperatura do ar e das superfícies das paredes de um determinado espaço e as temperaturas que proporcionam a mesma sensação térmica percebida em uma sala diferente. Essa relação pode ser expressa como
onde
Tcomer = temperatura do ar equivalente para uma dada sensação térmica
Tdbt = temperatura do ar medida com um termômetro de bulbo seco
Tast = temperatura média medida da superfície das paredes.
Por exemplo, se em um determinado espaço o ar e as paredes estiverem a 20°C, a temperatura equivalente será de 20°C, e a sensação de calor percebida será a mesma de uma sala onde a temperatura média das paredes é 15°C e a temperatura do ar é 25°C, porque aquela sala teria a mesma temperatura equivalente. Do ponto de vista da temperatura, a sensação percebida de conforto térmico seria a mesma.
Propriedades do ar úmido
Na implementação de um projeto de ar condicionado, três coisas que devem ser levadas em consideração são o estado termodinâmico do ar do ambiente, do ar externo e do ar que será fornecido ao ambiente. A seleção de um sistema capaz de transformar as propriedades termodinâmicas do ar fornecido à sala será então baseada nas cargas térmicas existentes de cada componente. Portanto, precisamos conhecer as propriedades termodinâmicas do ar úmido. Eles são os seguintes:
Tdbt = a leitura da temperatura de bulbo seco, medida com um termômetro isolado do calor irradiado
Tdpt = a leitura da temperatura do ponto de orvalho. Esta é a temperatura na qual o ar seco não saturado atinge o ponto de saturação
W = uma relação de umidade que varia de zero para ar seco a Ws para ar saturado. É expressa em kg de vapor de água por kg de ar seco
RH = umidade relativa
t* = temperatura termodinâmica com bulbo úmido
v = volume específico de ar e vapor de água (expresso em unidades de m3/kg). É o inverso da densidade
H = entalpia, kcal/kg de ar seco e vapor de água associado.
Das variáveis acima, apenas três são diretamente mensuráveis. Eles são a leitura da temperatura de bulbo seco, a leitura da temperatura do ponto de orvalho e a umidade relativa. Existe uma quarta variável que é mensurável experimentalmente, definida como a temperatura de bulbo úmido. A temperatura de bulbo úmido é medida com um termômetro cujo bulbo foi umedecido e que é movimentado, normalmente com o auxílio de uma tipóia, através de ar úmido não saturado a uma velocidade moderada. Esta variável difere por uma quantidade insignificante da temperatura termodinâmica com um bulbo seco (3 por cento), então ambas podem ser usadas para cálculos sem muitos erros.
Diagrama psicrométrico
As propriedades definidas na seção anterior estão funcionalmente relacionadas e podem ser representadas em forma de gráfico. Essa representação gráfica é chamada de diagrama psicrométrico. É um gráfico simplificado derivado de tabelas da American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE). A entalpia e o grau de umidade são mostrados nas coordenadas do diagrama; as linhas traçadas mostram temperaturas secas e úmidas, umidade relativa e volume específico. Com o diagrama psicrométrico, conhecer quaisquer duas das variáveis mencionadas permite derivar todas as propriedades do ar úmido.
Condições de conforto térmico
O conforto térmico é definido como um estado de espírito que expressa satisfação com o ambiente térmico. É influenciado por fatores físicos e fisiológicos.
É difícil prescrever as condições gerais que devem ser atendidas para o conforto térmico porque as condições diferem em várias situações de trabalho; condições diferentes podem mesmo ser exigidas para o mesmo posto de trabalho quando este é ocupado por pessoas diferentes. Uma norma técnica para as condições térmicas exigidas para o conforto não pode ser aplicada a todos os países por causa das diferentes condições climáticas e seus diferentes costumes que regem o vestuário.
Estudos têm sido realizados com trabalhadores que realizam trabalhos manuais leves, estabelecendo uma série de critérios de temperatura, velocidade e umidade que são apresentados na tabela 1 (Bedford e Chrenko 1974).
Tabela 1. Normas propostas para fatores ambientais
Fator ambiental |
Norma proposta |
Temperatura do ar |
21 ° C |
Temperatura radiante média |
≥ 21°C |
Humidade relativa |
30-70% |
Velocidade do fluxo de ar |
0.05–0.1 metro/segundo |
Gradiente de temperatura (da cabeça aos pés) |
≤ 2.5 ° C |
Os fatores acima estão inter-relacionados, exigindo uma temperatura do ar mais baixa nos casos em que há alta radiação térmica e exigindo uma temperatura do ar mais alta quando a velocidade do fluxo de ar também é maior.
Geralmente, as correções que devem ser realizadas são as seguintes:
A temperatura do ar deve ser aumentada:
A temperatura do ar deve ser diminuída:
Para uma boa sensação de conforto térmico a situação mais desejável é aquela em que a temperatura do ambiente seja ligeiramente superior à temperatura do ar, e onde o fluxo de energia térmica irradiada seja o mesmo em todas as direções e não seja excessivo em cima. O aumento da temperatura pela altura deve ser minimizado, mantendo os pés aquecidos sem criar muita sobrecarga térmica. Um fator importante que influencia na sensação de conforto térmico é a velocidade do fluxo de ar. Existem diagramas que dão as velocidades do ar recomendadas em função da atividade que está sendo realizada e do tipo de vestimenta utilizada (figura 2).
Figura 2. Zonas de conforto baseadas em leituras de temperaturas gerais e velocidade das correntes de ar
Em alguns países existem normas para temperaturas ambientais mínimas, mas os valores ideais ainda não foram estabelecidos. Normalmente, o valor máximo para a temperatura do ar é dado como 20°C. Com as recentes melhorias técnicas, a complexidade da medição do conforto térmico aumentou. Muitos índices surgiram, incluindo o índice de temperatura efetiva (ET) e o índice de temperatura efetiva corrigida (CET); o índice de sobrecarga calórica; o Índice de Estresse Térmico (HSI); a temperatura de globo de bulbo úmido (WBGT); e o índice de Fanger de valores medianos (IMV), entre outros. O índice WBGT permite determinar os intervalos de descanso necessários em função da intensidade do trabalho realizado de forma a prevenir o estresse térmico nas condições de trabalho. Isso é discutido mais detalhadamente no capítulo Calor e Frio.
Zona de conforto térmico em um diagrama psicrométrico
A faixa do diagrama psicrométrico correspondente às condições em que um adulto percebe o conforto térmico foi cuidadosamente estudada e definida na norma ASHRAE com base na temperatura efetiva, definida como a temperatura medida com termômetro de bulbo seco em uma sala uniforme com 50 por cento de umidade relativa, onde as pessoas teriam o mesmo intercâmbio de calor por energia radiante, convecção e evaporação que teriam com o nível de umidade no ambiente local dado. A escala de temperatura efetiva é definida pela ASHRAE para um nível de roupa de 0.6 clo – clo é uma unidade de isolamento; 1 clo corresponde ao isolamento fornecido por um conjunto normal de roupas - que assume um nível de isolamento térmico de 0.155 K m2W-1, onde K é a troca de calor por condução medida em Watts por metro quadrado (W m-2) para um movimento de ar de 0.2 ms-1 (em repouso), para uma exposição de uma hora a uma atividade sedentária escolhida de 1 met (unidade de taxa metabólica = 50 Kcal/m2h). Essa zona de conforto é vista na figura 2 e pode ser usada para ambientes térmicos onde a temperatura medida do calor radiante é aproximadamente a mesma que a temperatura medida por um termômetro de bulbo seco e onde a velocidade do fluxo de ar é inferior a 0.2 ms-1 para pessoas vestidas com roupas leves e que realizam atividades sedentárias.
Fórmula de conforto: o método Fanger
O método desenvolvido por PO Fanger é baseado em uma fórmula que relaciona variáveis de temperatura ambiente, temperatura radiante média, velocidade relativa do fluxo de ar, pressão de vapor d'água no ar ambiente, nível de atividade e resistência térmica da roupa usada. Um exemplo derivado da fórmula de conforto é apresentado na tabela 2, que pode ser utilizado em aplicações práticas para obtenção de uma temperatura confortável em função da roupa vestida, da taxa metabólica da atividade realizada e da velocidade do fluxo de ar.
Tabela 2. Temperaturas de conforto térmico (°C), a 50% de umidade relativa (com base na fórmula de PO Fanger)
Metabolismo (Watts) |
105 |
|||
temperatura de irradiação |
clo |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Vestuário (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
30.5 |
29.0 |
27.0 |
|
1.5 |
30.6 |
29.5 |
28.3 |
|
Vestuário (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
26.7 |
24.3 |
22.7 |
|
1.5 |
27.0 |
25.7 |
24.5 |
|
Metabolismo (Watts) |
157 |
|||
temperatura de irradiação |
clo |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Vestuário (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
23.0 |
20.7 |
18.3 |
|
1.5 |
23.5 |
23.3 |
22.0 |
|
Vestuário (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
16.0 |
14.0 |
11.5 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
15.7 |
|
Metabolismo (Watts) |
210 |
|||
temperatura de irradiação |
clo |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Vestuário (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
15.0 |
13.0 |
7.4 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
16.0 |
|
Vestuário (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
-1.5 |
-3.0 |
/ |
|
1.5 |
-5.0 |
2.0 |
1.0 |
Sistemas de aquecimento
O dimensionamento de qualquer sistema de aquecimento deve estar diretamente relacionado com a obra a executar e com as características do edifício onde será instalado. É difícil encontrar, no caso de edifícios industriais, projetos onde sejam consideradas as necessidades de aquecimento dos trabalhadores, muitas vezes porque os processos e postos de trabalho ainda não foram definidos. Normalmente os sistemas são projetados com um alcance muito livre, considerando apenas as cargas térmicas que existirão na edificação e a quantidade de calor que precisa ser fornecida para manter uma determinada temperatura dentro da edificação, sem levar em consideração a distribuição de calor, a situação dos postos de trabalho e outros fatores igualmente menos gerais. Isso leva a deficiências no projeto de certos edifícios que se traduzem em deficiências como pontos frios, correntes de ar, número insuficiente de elementos de aquecimento e outros problemas.
Para obter um bom sistema de aquecimento no planejamento de um edifício, algumas considerações devem ser feitas:
Quando o aquecimento for fornecido por queimadores sem chaminés de exaustão, atenção especial deve ser dada à inalação dos produtos da combustão. Normalmente, quando os materiais combustíveis estão aquecendo óleo, gás ou coque, eles produzem dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono e outros produtos de combustão. Existem limites de exposição humana para esses compostos e eles devem ser controlados, especialmente em espaços fechados onde a concentração desses gases pode aumentar rapidamente e a eficiência da reação de combustão pode diminuir.
O planejamento de um sistema de aquecimento sempre envolve o equilíbrio de várias considerações, como baixo custo inicial, flexibilidade do serviço, eficiência energética e aplicabilidade. Portanto, o uso de eletricidade fora do horário de pico, quando poderia ser mais barato, por exemplo, poderia tornar os aquecedores elétricos mais econômicos. O uso de sistemas químicos para armazenamento de calor que podem ser usados durante o pico de demanda (usando sulfeto de sódio, por exemplo) é outra opção. Também é possível estudar a colocação de vários sistemas diferentes em conjunto, fazendo-os funcionar de forma a otimizar os custos.
A instalação de aquecedores capazes de usar gás ou óleo de aquecimento é especialmente interessante. O uso direto de eletricidade significa consumir energia de primeira classe que pode ser cara em muitos casos, mas que pode proporcionar a flexibilidade necessária em determinadas circunstâncias. As bombas de calor e outros sistemas de cogeração que aproveitam o calor residual podem proporcionar soluções que podem ser muito vantajosas do ponto de vista financeiro. O problema com esses sistemas é seu alto custo inicial.
Hoje, a tendência dos sistemas de aquecimento e ar condicionado é buscar o funcionamento ideal e a economia de energia. Os novos sistemas incluem assim sensores e comandos distribuídos pelos espaços a aquecer, obtendo um fornecimento de calor apenas durante os tempos necessários para obter conforto térmico. Esses sistemas podem economizar até 30% dos custos de energia de aquecimento. A Figura 3 mostra alguns dos sistemas de aquecimento disponíveis, indicando suas características positivas e suas desvantagens.
Figura 3. Características dos sistemas de aquecimento mais comuns empregados em canteiros de obras
Sistemas de ar condicionado
A experiência mostra que ambientes industriais próximos à zona de conforto durante os meses de verão aumentam a produtividade, tendem a registrar menos acidentes, apresentam menor absenteísmo e, em geral, contribuem para a melhoria das relações humanas. No caso de estabelecimentos comerciais, hospitais e edifícios de grandes superfícies, a climatização necessita normalmente de ser direcionada para poder proporcionar conforto térmico quando as condições exteriores o exijam.
Em certos ambientes industriais onde as condições externas são muito severas, o objetivo dos sistemas de aquecimento é mais voltado para fornecer calor suficiente para evitar possíveis efeitos adversos à saúde do que para fornecer calor suficiente para um ambiente térmico confortável. Fatores que devem ser cuidadosamente monitorados são a manutenção e o uso adequado dos equipamentos de ar condicionado, principalmente quando equipados com umidificadores, pois podem se tornar fontes de contaminação microbiana com os riscos que esses contaminantes podem representar à saúde humana.
Hoje, os sistemas de ventilação e climatização tendem a cobrir, em conjunto e muitas vezes na mesma instalação, as necessidades de aquecimento, refrigeração e condicionamento do ar de um edifício. Múltiplas classificações podem ser usadas para sistemas de refrigeração.
Dependendo da configuração do sistema podem ser classificados da seguinte forma:
Dependendo da cobertura que oferecem, podem ser classificados da seguinte forma:
Os problemas que mais frequentemente afectam este tipo de sistemas são o excesso de aquecimento ou arrefecimento, se o sistema não estiver ajustado para responder às variações das cargas térmicas, ou a falta de ventilação, se o sistema não introduzir uma quantidade mínima de ar exterior para renovar a circulação ar interior. Isso cria ambientes internos obsoletos nos quais a qualidade do ar se deteriora.
Os elementos básicos de todos os sistemas de ar condicionado são (ver também a figura 4):
Figura 4. Esquema simplificado do sistema de ar condicionado
A ionização é uma das técnicas utilizadas para eliminar o material particulado do ar. Os íons atuam como núcleos de condensação para pequenas partículas que, ao se unirem, crescem e precipitam.
A concentração de iões em espaços interiores fechados é, regra geral e se não houver fontes adicionais de iões, inferior à dos espaços abertos. Daí a crença de que aumentar a concentração de íons negativos no ar interno melhora a qualidade do ar.
Alguns estudos baseados em dados epidemiológicos e em pesquisas experimentais planejadas afirmam que o aumento da concentração de íons negativos em ambientes de trabalho leva à melhoria da eficiência do trabalhador e melhora o humor dos funcionários, enquanto os íons positivos têm um efeito adverso. No entanto, estudos paralelos mostram que os dados existentes sobre os efeitos da ionização negativa na produtividade dos trabalhadores são inconsistentes e contraditórios. Portanto, parece que ainda não é possível afirmar de forma inequívoca que a geração de íons negativos é realmente benéfica.
Ionização natural
Moléculas individuais de gás na atmosfera podem ionizar negativamente ganhando ou positivamente perdendo um elétron. Para que isso ocorra, uma determinada molécula deve primeiro ganhar energia suficiente - geralmente chamada de energia de ionização dessa molécula em particular. Muitas fontes de energia, tanto de origem cósmica quanto terrestre, ocorrem na natureza e são capazes de produzir este fenômeno: radiação de fundo na atmosfera; ondas solares eletromagnéticas (especialmente ultravioleta), raios cósmicos, atomização de líquidos como o borrifo causado por cachoeiras, movimento de grandes massas de ar sobre a superfície terrestre, fenômenos elétricos como raios e tempestades, processos de combustão e substâncias radioativas .
As configurações elétricas dos íons assim formados, embora ainda não totalmente conhecidas, parecem incluir os íons de carbonatação e H+, H3O+O+, N+, OH-, H2O- E O2-. Essas moléculas ionizadas podem se agregar por adsorção em partículas suspensas (névoa, sílica e outros contaminantes). Os íons são classificados de acordo com seu tamanho e sua mobilidade. O último é definido como uma velocidade em um campo elétrico expressa como uma unidade como centímetros por segundo por tensão por centímetro (cm/s/V/cm), ou, de forma mais compacta,
Os íons atmosféricos tendem a desaparecer por recombinação. Sua meia-vida depende de seu tamanho e é inversamente proporcional à sua mobilidade. Os íons negativos são estatisticamente menores e sua meia-vida é de vários minutos, enquanto os íons positivos são maiores e sua meia-vida é de cerca de meia hora. o carga espacial é o quociente entre a concentração de íons positivos e a concentração de íons negativos. O valor dessa relação é maior que um e depende de fatores como clima, localização e estação do ano. Em espaços de convivência, esse coeficiente pode ter valores menores que um. As características são dadas na tabela 1.
Tabela 1. Características dos íons de determinadas mobilidades e diâmetros
Mobilidade (cm2/vs) |
Diâmetro (mm) |
Características |
3.0-0.1 |
0.001-0.003 |
Pequeno, alta mobilidade, vida curta |
0.1-0.005 |
0.003-0.03 |
Intermediário, mais lento que íons pequenos |
0.005-0.002 |
> 0.03 |
Íons lentos, agregados em material particulado |
Ionização Artificial
A atividade humana modifica a ionização natural do ar. A ionização artificial pode ser causada por processos e incêndios industriais e nucleares. O material particulado suspenso no ar favorece a formação de íons Langevin (íons agregados no material particulado). Radiadores elétricos aumentam consideravelmente a concentração de íons positivos. Os aparelhos de ar condicionado também aumentam a carga espacial do ar interior.
Os locais de trabalho possuem maquinário que produz simultaneamente íons positivos e negativos, como é o caso de máquinas que são importantes fontes locais de energia mecânica (prensas, fiações e tecelagens), energia elétrica (motores, impressoras eletrônicas, copiadoras, linhas de alta tensão e instalações ), energia eletromagnética (telas de raios catódicos, televisores, monitores de computador) ou energia radioativa (terapia com cobalto-42). Esses equipamentos criam ambientes com maior concentração de íons positivos devido à meia-vida mais elevada destes últimos em relação aos íons negativos.
Concentrações ambientais de íons
As concentrações de íons variam com as condições ambientais e meteorológicas. Em áreas com pouca poluição, como em florestas e montanhas, ou em grandes altitudes, cresce a concentração de pequenos íons; em áreas próximas a fontes radioativas, cachoeiras ou corredeiras, as concentrações podem atingir milhares de pequenos íons por centímetro cúbico. Na proximidade do mar e quando os níveis de umidade são altos, por outro lado, há um excesso de íons grandes. Em geral, a concentração média de íons negativos e positivos no ar limpo é de 500 e 600 íons por centímetro cúbico, respectivamente.
Alguns ventos podem transportar grandes concentrações de íons positivos – o Föhn na Suíça, o Santa Ana nos Estados Unidos, o Sirocco no norte da África, o Chinook nas Montanhas Rochosas e o Sharav no Oriente Médio.
Em locais de trabalho onde não há fatores ionizantes significativos, geralmente há um acúmulo de íons grandes. Isso é especialmente verdadeiro, por exemplo, em locais hermeticamente fechados e em minas. A concentração de iões negativos diminui significativamente em espaços interiores e em áreas contaminadas ou poeirentas. Existem muitas razões pelas quais a concentração de íons negativos também diminui em espaços internos que possuem sistemas de ar condicionado. Uma razão é que os íons negativos permanecem presos em dutos de ar e filtros de ar ou são atraídos para superfícies que são carregadas positivamente. Telas de raios catódicos e monitores de computador, por exemplo, são carregados positivamente, criando em sua vizinhança imediata um microclima deficiente em íons negativos. Sistemas de filtragem de ar projetados para “salas limpas” que exigem que os níveis de contaminação com material particulado sejam mantidos em um mínimo muito baixo parecem também eliminar íons negativos.
Por outro lado, o excesso de umidade condensa os íons, enquanto a falta dela cria ambientes secos com grande quantidade de cargas eletrostáticas. Essas cargas eletrostáticas se acumulam em plásticos e fibras sintéticas, tanto no ambiente quanto nas pessoas.
geradores de íons
Os geradores ionizam o ar fornecendo uma grande quantidade de energia. Essa energia pode vir de uma fonte de radiação alfa (como o trítio) ou de uma fonte de eletricidade pela aplicação de alta voltagem a um eletrodo pontiagudo. As fontes radioativas são proibidas na maioria dos países por causa dos problemas secundários da radioatividade.
Os geradores elétricos são feitos de um eletrodo pontiagudo cercado por uma coroa; o eletrodo é alimentado com uma tensão negativa de milhares de volts e a coroa é aterrada. Os íons negativos são expulsos enquanto os íons positivos são atraídos para o gerador. A quantidade de íons negativos gerados aumenta proporcionalmente à tensão aplicada e ao número de eletrodos que ela contém. Geradores que possuem maior número de eletrodos e utilizam menor voltagem são mais seguros, pois quando a voltagem passa de 8,000 a 10,000 volts o gerador produzirá não só íons, mas também ozônio e alguns óxidos nitrosos. A disseminação de íons é conseguida por repulsão eletrostática.
A migração de íons dependerá do alinhamento do campo magnético gerado entre o ponto de emissão e os objetos que o cercam. A concentração de íons ao redor dos geradores não é homogênea e diminui significativamente à medida que a distância deles aumenta. Os ventiladores instalados neste equipamento aumentarão a zona de dispersão iônica. É importante lembrar que os elementos ativos dos geradores precisam ser limpos periodicamente para garantir o bom funcionamento.
Os geradores também podem ser baseados em água de atomização, em efeitos termoelétricos ou em raios ultravioleta. Existem muitos tipos e tamanhos diferentes de geradores. Eles podem ser instalados em tetos e paredes ou podem ser colocados em qualquer lugar se forem do tipo pequeno e portátil.
Medindo íons
Os dispositivos de medição de íons são feitos colocando duas placas condutoras separadas por 0.75 cm e aplicando uma tensão variável. Os íons coletados são medidos por um picoamperímetro e a intensidade da corrente é registrada. Tensões variáveis permitem a medição de concentrações de íons com diferentes mobilidades. A concentração de íons (N) é calculado a partir da intensidade da corrente elétrica gerada através da seguinte fórmula:
onde I é a corrente em amperes, V é a velocidade do fluxo de ar, q é a carga de um íon univalente (1.6x10-19) em Coulombs e A é a área efetiva das placas coletoras. Supõe-se que todos os íons tenham uma única carga e que todos sejam retidos no coletor. Deve-se ter em mente que este método tem suas limitações devido à corrente de fundo e à influência de outros fatores, como umidade e campos de eletricidade estática.
Os efeitos dos íons no corpo
Pequenos íons negativos são aqueles que supostamente têm o maior efeito biológico por causa de sua maior mobilidade. Altas concentrações de íons negativos podem matar ou bloquear o crescimento de patógenos microscópicos, mas nenhum efeito adverso em humanos foi descrito.
Alguns estudos sugerem que a exposição a altas concentrações de íons negativos produz alterações bioquímicas e fisiológicas em algumas pessoas que têm um efeito relaxante, reduzem a tensão e as dores de cabeça, melhoram o estado de alerta e reduzem o tempo de reação. Esses efeitos podem ser devidos à supressão do hormônio neuronal serotonina (5-HT) e da histamina em ambientes carregados de íons negativos; esses fatores podem afetar um segmento hipersensível da população. No entanto, outros estudos chegam a conclusões diferentes sobre os efeitos dos íons negativos no corpo. Portanto, os benefícios da ionização negativa ainda estão abertos ao debate e mais estudos são necessários antes que o assunto seja decidido.
Uma lâmpada é um conversor de energia. Embora possa realizar funções secundárias, seu objetivo principal é a transformação de energia elétrica em radiação eletromagnética visível. Existem muitas maneiras de criar luz. O método padrão para criar iluminação geral é a conversão de energia elétrica em luz.
Tipos de luz
Incandescência
Quando sólidos e líquidos são aquecidos, eles emitem radiação visível a temperaturas acima de 1,000 K; isso é conhecido como incandescência.
Esse aquecimento é a base da geração de luz nas lâmpadas de filamento: uma corrente elétrica passa por um fino fio de tungstênio, cuja temperatura sobe para cerca de 2,500 a 3,200 K, dependendo do tipo de lâmpada e de sua aplicação.
Há um limite para este método, que é descrito pela Lei de Planck para o desempenho de um radiador de corpo negro, segundo o qual a distribuição espectral da energia irradiada aumenta com a temperatura. A cerca de 3,600 K e acima, há um ganho acentuado na emissão de radiação visível, e o comprimento de onda da potência máxima muda para a faixa visível. Essa temperatura é próxima ao ponto de fusão do tungstênio, que é usado para o filamento, então o limite prático de temperatura é em torno de 2,700 K, acima do qual a evaporação do filamento torna-se excessiva. Um resultado dessas mudanças espectrais é que grande parte da radiação emitida não é emitida como luz, mas como calor na região do infravermelho. As lâmpadas de filamento podem, portanto, ser dispositivos de aquecimento eficazes e são usadas em lâmpadas projetadas para secagem de impressão, preparação de alimentos e criação de animais.
Descarga elétrica
A descarga elétrica é uma técnica utilizada em modernas fontes de luz para comércio e indústria devido à produção mais eficiente de luz. Alguns tipos de lâmpadas combinam a descarga elétrica com a fotoluminescência.
Uma corrente elétrica passando por um gás excitará os átomos e moléculas para emitir radiação de um espectro que é característico dos elementos presentes. Dois metais são comumente usados, sódio e mercúrio, porque suas características fornecem radiações úteis dentro do espectro visível. Nenhum dos metais emite um espectro contínuo e as lâmpadas de descarga têm espectros seletivos. Sua renderização de cores nunca será idêntica aos espectros contínuos. As lâmpadas de descarga são frequentemente classificadas como de alta ou baixa pressão, embora esses termos sejam apenas relativos, e uma lâmpada de sódio de alta pressão opera abaixo de uma atmosfera.
Tipos de luminescência
Fotoluminescência Ocorre quando a radiação é absorvida por um sólido e então reemitida em um comprimento de onda diferente. Quando a radiação reemitida está dentro do espectro visível, o processo é chamado fluorescência or fosforescência.
Eletroluminescência Ocorre quando a luz é gerada por uma corrente elétrica que passa por certos sólidos, como materiais de fósforo. É usado para sinais autoiluminados e painéis de instrumentos, mas não provou ser uma fonte de luz prática para a iluminação de edifícios ou exteriores.
Evolução das Lâmpadas Elétricas
Embora o progresso tecnológico tenha permitido a produção de diferentes lâmpadas, os principais fatores que influenciaram seu desenvolvimento foram as forças externas do mercado. Por exemplo, a produção de lâmpadas de filamento em uso no início deste século só foi possível após a disponibilidade de boas bombas de vácuo e a trefilação do fio de tungstênio. No entanto, foi a geração e distribuição em larga escala de energia elétrica para atender à demanda por iluminação elétrica que determinou o crescimento do mercado. A iluminação elétrica oferece muitas vantagens sobre a luz gerada a gás ou óleo, como luz constante que requer manutenção pouco frequente, bem como maior segurança de não ter chama exposta e nenhum subproduto local da combustão.
Durante o período de recuperação após a Segunda Guerra Mundial, a ênfase estava na produtividade. A lâmpada fluorescente tubular tornou-se a fonte de luz dominante porque possibilitou a iluminação sem sombras e comparativamente sem calor de fábricas e escritórios, permitindo o máximo aproveitamento do espaço. A saída de luz e os requisitos de potência para uma lâmpada tubular fluorescente típica de 1,500 mm são fornecidos na tabela 1.
Tabela 1. Saída de luz aprimorada e requisitos de potência de algumas lâmpadas fluorescentes típicas de 1,500 mm
Avaliação (W) |
Diâmetro (mm) |
enchimento de gás |
Saída de luz (lúmens) |
80 |
38 |
argão |
4,800 |
65 |
38 |
argão |
4,900 |
58 |
25 |
criptônio |
5,100 |
50 |
25 |
argão |
5,100 |
Na década de 1970, os preços do petróleo subiram e os custos de energia tornaram-se uma parte significativa dos custos operacionais. Lâmpadas fluorescentes que produzem a mesma quantidade de luz com menor consumo elétrico foram demandadas pelo mercado. O design da lâmpada foi refinado de várias maneiras. À medida que o século se aproxima, há uma crescente conscientização sobre as questões ambientais globais. Melhor uso de matérias-primas em declínio, reciclagem ou descarte seguro de produtos e a preocupação contínua com o consumo de energia (particularmente energia gerada a partir de combustíveis fósseis) estão impactando os projetos atuais de lâmpadas.
Critérios de desempenho
Os critérios de desempenho variam de acordo com a aplicação. Em geral, não existe uma hierarquia específica de importância desses critérios.
Saída de luz: A saída de lúmen de uma lâmpada determinará sua adequação em relação à escala da instalação e à quantidade de iluminação necessária.
Aparência de cores e renderização de cores: Escalas separadas e valores numéricos se aplicam à aparência e renderização de cores. É importante lembrar que os números fornecem apenas orientação e alguns são apenas aproximações. Sempre que possível, as avaliações de adequação devem ser feitas com lâmpadas reais e com as cores ou materiais que se aplicam à situação.
Vida da lâmpada: A maioria das lâmpadas exigirá substituição várias vezes durante a vida útil da instalação de iluminação, e os projetistas devem minimizar a inconveniência para os ocupantes de falhas ocasionais e manutenção. As lâmpadas são usadas em uma ampla variedade de aplicações. A vida média prevista é muitas vezes um compromisso entre custo e desempenho. Por exemplo, a lâmpada de um projetor de slides terá uma vida útil de algumas centenas de horas porque a saída máxima de luz é importante para a qualidade da imagem. Por outro lado, algumas lâmpadas de iluminação rodoviária podem ser trocadas a cada dois anos, o que representa cerca de 8,000 horas de funcionamento.
Além disso, a vida útil da lâmpada é afetada pelas condições de operação e, portanto, não há uma figura simples que se aplique a todas as condições. Além disso, a vida útil efetiva da lâmpada pode ser determinada por diferentes modos de falha. A falha física, como a ruptura do filamento ou da lâmpada, pode ser precedida por redução na saída de luz ou alterações na aparência da cor. A vida útil da lâmpada é afetada por condições ambientais externas, como temperatura, vibração, frequência de partida, flutuações de tensão de alimentação, orientação e assim por diante.
Deve-se notar que a vida média cotada para um tipo de lâmpada é o tempo para 50% de falhas de um lote de lâmpadas de teste. Esta definição de vida não é aplicável a muitas instalações comerciais ou industriais; assim, a vida prática da lâmpada é geralmente menor do que os valores publicados, que devem ser usados apenas para comparação.
Eficiência: Como regra geral, a eficiência de um determinado tipo de lâmpada melhora à medida que a potência nominal aumenta, porque a maioria das lâmpadas tem alguma perda fixa. No entanto, diferentes tipos de lâmpadas apresentam variações marcantes na eficiência. Devem ser utilizadas lâmpadas da mais alta eficiência, desde que os critérios de tamanho, cor e vida útil também sejam atendidos. A economia de energia não deve ocorrer em detrimento do conforto visual ou da capacidade de desempenho dos ocupantes. Algumas eficácias típicas são dadas na tabela 2.
Tabela 2. Eficácias típicas das lâmpadas
Eficácia da lâmpada |
|
Lâmpada de filamento de 100 W |
14 lúmens/watt |
Tubo fluorescente de 58 W |
89 lúmens/watt |
400 W de sódio de alta pressão |
125 lúmens/watt |
131 W de sódio de baixa pressão |
198 lúmens/watt |
Principais tipos de lâmpadas
Ao longo dos anos, vários sistemas de nomenclatura foram desenvolvidos por normas e registros nacionais e internacionais.
Em 1993, a Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) publicou um novo Sistema Internacional de Codificação de Lâmpadas (ILCOS) destinado a substituir os sistemas de codificação nacionais e regionais existentes. Uma lista de alguns códigos curtos ILCOS para várias lâmpadas é fornecida na tabela 3.
Tabela 3. Sistema de codificação de forma abreviada do Sistema Internacional de Codificação de Lâmpadas (ILCOS) para alguns tipos de lâmpadas
Tipo (código) |
Classificações comuns (watts) |
Renderização de cores |
Temperatura de cor (K) |
Vida (horas) |
Lâmpadas fluorescentes compactas (FS) |
5-55 |
Bom estado, com sinais de uso |
2,700-5,000 |
5,000-10,000 |
Lâmpadas de mercúrio de alta pressão (QE) |
80-750 |
feira |
3,300-3,800 |
20,000 |
Lâmpadas de sódio de alta pressão (S-) |
50-1,000 |
pobre para bom |
2,000-2,500 |
6,000-24,000 |
Lâmpadas incandescentes (I) |
5-500 |
Bom estado, com sinais de uso |
2,700 |
1,000-3,000 |
Lâmpadas de indução (XF) |
23-85 |
Bom estado, com sinais de uso |
3,000-4,000 |
10,000-60,000 |
Lâmpadas de sódio de baixa pressão (LS) |
26-180 |
cor amarela monocromática |
1,800 |
16,000 |
Lâmpadas halógenas de tungstênio de baixa tensão (HS) |
12-100 |
Bom estado, com sinais de uso |
3,000 |
2,000-5,000 |
Lâmpadas de iodetos metálicos (M-) |
35-2,000 |
bom a ótimo |
3,000-5,000 |
6,000-20,000 |
Lâmpadas fluorescentes tubulares (FD) |
4-100 |
justo a bom |
2,700-6,500 |
10,000-15,000 |
Lâmpadas halógenas de tungstênio (HS) |
100-2,000 |
Bom estado, com sinais de uso |
3,000 |
2,000-4,000 |
Lâmpadas incandescentes
Essas lâmpadas usam um filamento de tungstênio em um gás inerte ou vácuo com um envelope de vidro. O gás inerte suprime a evaporação do tungstênio e diminui o escurecimento do envelope. Existe uma grande variedade de formas de lâmpadas, que são em grande parte decorativas na aparência. A construção de uma lâmpada típica de Serviço de Iluminação Geral (GLS) é dada na figura 1.
Figura 1. Construção de uma lâmpada GLS
As lâmpadas incandescentes também estão disponíveis em uma ampla gama de cores e acabamentos. Os códigos ILCOS e algumas formas típicas incluem aqueles mostrados na tabela 4.
Tabela 4. Cores e formas comuns de lâmpadas incandescentes, com seus códigos ILCOS
Cor/Forma |
Code |
Limpar |
/C |
Fosco |
/F |
Branco |
/W |
Vermelho |
/R |
Azul |
/B |
Verde |
/G |
Amarelo |
/Y |
Em forma de pêra (GLS) |
IA |
Vela |
IB |
Cônico |
IC |
Globular |
IG |
Cogumelo |
IM |
As lâmpadas incandescentes ainda são populares para iluminação doméstica devido ao seu baixo custo e tamanho compacto. No entanto, para iluminação comercial e industrial a baixa eficácia gera custos operacionais muito elevados, pelo que as lâmpadas de descarga são a escolha normal. Uma lâmpada de 100 W tem uma eficácia típica de 14 lúmens/watt em comparação com 96 lúmens/watt para uma lâmpada fluorescente de 36 W.
As lâmpadas incandescentes são simples de escurecer reduzindo a tensão de alimentação e ainda são usadas onde o escurecimento é um recurso de controle desejado.
O filamento de tungstênio é uma fonte de luz compacta, facilmente focalizada por refletores ou lentes. Lâmpadas incandescentes são úteis para iluminação de display onde o controle direcional é necessário.
Lâmpadas halógenas de tungstênio
São semelhantes às lâmpadas incandescentes e produzem luz da mesma maneira a partir de um filamento de tungstênio. No entanto, o bulbo contém gás halogênio (bromo ou iodo), que é ativo no controle da evaporação do tungstênio. Veja a figura 2.
Figura 2. O ciclo do halogênio
Fundamental para o ciclo de halogênio é uma temperatura mínima da parede do bulbo de 250 °C para garantir que o haleto de tungstênio permaneça em estado gasoso e não condense na parede do bulbo. Esta temperatura significa lâmpadas feitas de quartzo em vez de vidro. Com o quartzo é possível reduzir o tamanho do bulbo.
A maioria das lâmpadas halógenas de tungstênio tem uma vida útil melhorada em relação às equivalentes incandescentes e o filamento está em uma temperatura mais alta, criando mais luz e cores mais brancas.
As lâmpadas halógenas de tungstênio tornaram-se populares onde o tamanho pequeno e o alto desempenho são os principais requisitos. Exemplos típicos são a iluminação de palco, incluindo filmes e TV, onde o controle direcional e o escurecimento são requisitos comuns.
Lâmpadas halógenas de tungstênio de baixa tensão
Estes foram originalmente projetados para projetores de slides e filmes. Em 12 V, o filamento para a mesma potência de 230 V torna-se menor e mais grosso. Isso pode ser focado com mais eficiência, e a massa maior do filamento permite uma temperatura operacional mais alta, aumentando a saída de luz. O filamento grosso é mais robusto. Esses benefícios foram percebidos como sendo úteis para o mercado de exibição comercial e, embora seja necessário ter um transformador abaixador, essas lâmpadas agora dominam a iluminação de vitrines. Veja a figura 3.
Figura 3. Lâmpada refletora dicróica de baixa tensão
Embora os usuários de projetores de filme desejem o máximo de luz possível, muito calor danifica o meio de transparência. Foi desenvolvido um tipo especial de refletor, que reflete apenas a radiação visível, permitindo que a radiação infravermelha (calor) passe pela parte de trás da lâmpada. Esse recurso agora faz parte de muitas lâmpadas refletoras de baixa tensão para iluminação de exibição, bem como equipamentos de projetor.
Sensibilidade de tensão: Todas as lâmpadas de filamento são sensíveis à variação de tensão e a saída de luz e a vida útil são afetadas. A mudança para “harmonizar” a tensão de alimentação em toda a Europa em 230 V está sendo alcançada através do alargamento das tolerâncias às quais as autoridades geradoras podem operar. A variação é de ±10%, que é uma faixa de voltagem de 207 a 253 V. Lâmpadas incandescentes e halógenas de tungstênio não podem ser operadas de forma sensata nessa faixa, então será necessário combinar a voltagem de alimentação real com as classificações da lâmpada. Veja a figura 4.
Figura 4. Lâmpadas de filamento GLS e tensão de alimentação
As lâmpadas de descarga também serão afetadas por essa ampla variação de tensão, portanto, a especificação correta do reator se torna importante.
Lâmpadas fluorescentes tubulares
Estas são lâmpadas de mercúrio de baixa pressão e estão disponíveis nas versões “cátodo quente” e “cátodo frio”. O primeiro é o tubo fluorescente convencional para escritórios e fábricas; “cátodo quente” refere-se ao acionamento da lâmpada pelo pré-aquecimento dos eletrodos para criar ionização suficiente do gás e do vapor de mercúrio para estabelecer a descarga.
As lâmpadas de cátodo frio são usadas principalmente para sinalização e publicidade. Veja a figura 5.
Figura 5. Princípio da lâmpada fluorescente
As lâmpadas fluorescentes requerem um dispositivo de controle externo para iniciar e controlar a corrente da lâmpada. Além da pequena quantidade de vapor de mercúrio, há um gás de partida (argônio ou criptônio).
A baixa pressão do mercúrio gera uma descarga de luz azul pálida. A maior parte da radiação está na região UV em 254 nm, uma frequência de radiação característica para o mercúrio. Dentro da parede do tubo há um fino revestimento de fósforo, que absorve os raios ultravioleta e irradia a energia como luz visível. A qualidade da cor da luz é determinada pelo revestimento de fósforo. Uma variedade de fósforos está disponível com várias aparências de cores e renderização de cores.
Durante a década de 1950, os fósforos disponíveis ofereciam uma escolha de eficácia razoável (60 lúmens/watt) com luz deficiente em vermelhos e azuis, ou reprodução de cores aprimorada de fósforos “de luxo” de menor eficiência (40 lúmens/watt).
Na década de 1970, novos fósforos de banda estreita foram desenvolvidos. Estes separadamente irradiavam luz vermelha, azul e verde, mas, combinados, produziam luz branca. Ajustar as proporções deu uma variedade de aparências de cores diferentes, todas com excelente renderização de cores semelhantes. Esses trifósforos são mais eficientes do que os tipos anteriores e representam a melhor solução de iluminação econômica, embora as lâmpadas sejam mais caras. A eficácia aprimorada reduz os custos operacionais e de instalação.
O princípio do tri-fósforo foi estendido para lâmpadas multi-fósforo onde é necessária uma reprodução de cores crítica, como para galerias de arte e correspondência de cores industriais.
Os modernos fósforos de banda estreita são mais duráveis, têm melhor manutenção do lúmen e aumentam a vida útil da lâmpada.
Lâmpadas fluorescentes compactas
O tubo fluorescente não é um substituto prático para a lâmpada incandescente por causa de sua forma linear. Tubos pequenos e estreitos podem ser configurados com aproximadamente o mesmo tamanho da lâmpada incandescente, mas isso impõe uma carga elétrica muito maior no material de fósforo. O uso de tri-fósforos é essencial para alcançar uma vida útil aceitável da lâmpada. Veja a figura 6.
Figura 6. Fluorescente compacta de quatro pontas
Todas as lâmpadas fluorescentes compactas usam trifósforo, portanto, quando usadas em conjunto com lâmpadas fluorescentes lineares, estas últimas também devem ser trifósforas para garantir a consistência da cor.
Algumas lâmpadas compactas incluem o mecanismo de controle operacional para formar dispositivos de adaptação para lâmpadas incandescentes. A gama está a aumentar e permite uma fácil atualização das instalações existentes para uma iluminação mais eficiente em termos energéticos. Essas unidades integrais não são adequadas para dimerização onde isso fazia parte dos controles originais.
Engrenagem de controle eletrônico de alta frequência: Se a frequência normal de alimentação de 50 ou 60 Hz for aumentada para 30 kHz, há um ganho de 10% na eficácia das lâmpadas fluorescentes. Circuitos eletrônicos podem operar lâmpadas individuais em tais frequências. O circuito eletrônico é projetado para fornecer a mesma saída de luz que o mecanismo de controle de fio enrolado, a partir da potência reduzida da lâmpada. Isso oferece compatibilidade do pacote de lúmen com a vantagem de que a carga reduzida da lâmpada aumentará significativamente a vida útil da lâmpada. A engrenagem de controle eletrônico é capaz de operar em uma faixa de tensões de alimentação.
Não existe um padrão comum para o equipamento de controle eletrônico e o desempenho da lâmpada pode diferir das informações publicadas pelos fabricantes das lâmpadas.
O uso de equipamento eletrônico de alta frequência elimina o problema normal de cintilação, ao qual alguns ocupantes podem ser sensíveis.
lâmpadas de indução
Lâmpadas que usam o princípio da indução surgiram recentemente no mercado. São lâmpadas de mercúrio de baixa pressão com revestimento trifósforo e como produtoras de luz são semelhantes às lâmpadas fluorescentes. A energia é transferida para a lâmpada por radiação de alta frequência, a aproximadamente 2.5 MHz de uma antena posicionada centralmente dentro da lâmpada. Não há conexão física entre a lâmpada e a bobina. Sem eletrodos ou outras conexões de fios, a construção do vaso de descarga é mais simples e mais durável. A vida útil da lâmpada é determinada principalmente pela confiabilidade dos componentes eletrônicos e pela manutenção do lúmen do revestimento de fósforo.
Lâmpadas de mercúrio de alta pressão
Descargas de alta pressão são mais compactas e possuem cargas elétricas maiores; portanto, requerem tubos de arco de quartzo para suportar a pressão e a temperatura. O tubo de arco está contido em um invólucro de vidro externo com uma atmosfera de nitrogênio ou argônio-nitrogênio para reduzir a oxidação e formação de arco. A lâmpada filtra efetivamente a radiação UV do tubo de arco. Veja a figura 7.
Figura 7. Construção da lâmpada de mercúrio
Em alta pressão, a descarga de mercúrio é principalmente radiação azul e verde. Para melhorar a cor, um revestimento de fósforo da lâmpada externa adiciona luz vermelha. Existem versões de luxo com um teor de vermelho aumentado, que proporcionam maior saída de luz e reprodução de cores aprimorada.
Todas as lâmpadas de descarga de alta pressão levam algum tempo para atingir a potência máxima. A descarga inicial ocorre através do preenchimento de gás condutor e o metal evapora à medida que a temperatura da lâmpada aumenta.
Na pressão estável, a lâmpada não reiniciará imediatamente sem um equipamento de controle especial. Há um atraso enquanto a lâmpada esfria o suficiente e a pressão diminui, de modo que a tensão de alimentação normal ou o circuito do ignitor seja adequado para restabelecer o arco.
As lâmpadas de descarga têm uma característica de resistência negativa e, portanto, o reator externo é necessário para controlar a corrente. Existem perdas devido a esses componentes do equipamento de controle, portanto, o usuário deve considerar os watts totais ao considerar os custos operacionais e a instalação elétrica. Há uma exceção para lâmpadas de mercúrio de alta pressão, e um tipo contém um filamento de tungstênio que atua como dispositivo limitador de corrente e acrescenta cores quentes à descarga azul/verde. Isso permite a substituição direta de lâmpadas incandescentes.
Embora as lâmpadas de mercúrio tenham uma vida longa de cerca de 20,000 horas, a saída de luz cairá para cerca de 55% da saída inicial no final deste período e, portanto, a vida econômica pode ser menor.
Lâmpadas de iodetos metálicos
A cor e a saída de luz das lâmpadas de descarga de mercúrio podem ser melhoradas adicionando diferentes metais ao arco de mercúrio. Para cada lâmpada, a dose é pequena e, para uma aplicação precisa, é mais conveniente manusear os metais em pó como haletos. Isso se decompõe à medida que a lâmpada aquece e libera o metal.
Uma lâmpada de iodetos metálicos pode usar vários metais diferentes, cada um dos quais emite uma cor característica específica. Esses incluem:
Não há mistura padrão de metais, então lâmpadas de iodetos metálicos de diferentes fabricantes podem não ser compatíveis em aparência ou desempenho operacional. Para lâmpadas com classificações de potência mais baixas, 35 a 150 W, há uma compatibilidade física e elétrica mais próxima com um padrão comum.
As lâmpadas de iodetos metálicos requerem um mecanismo de controle, mas a falta de compatibilidade significa que é necessário combinar cada combinação de lâmpada e mecanismo para garantir as condições corretas de partida e operação.
Lâmpadas de sódio de baixa pressão
O tubo de arco é semelhante em tamanho ao tubo fluorescente, mas é feito de vidro especial com revestimento interno resistente ao sódio. O tubo de arco é formado em forma de “U” estreito e está contido em uma jaqueta de vácuo externa para garantir a estabilidade térmica. Durante a partida, as lâmpadas têm um forte brilho vermelho devido ao preenchimento de gás neon.
A radiação característica do vapor de sódio de baixa pressão é um amarelo monocromático. Isso está próximo ao pico de sensibilidade do olho humano, e as lâmpadas de sódio de baixa pressão são as lâmpadas mais eficientes disponíveis em quase 200 lúmens/watt. No entanto, as aplicações são limitadas onde a discriminação de cores não tem importância visual, como estradas principais e passagens subterrâneas e ruas residenciais.
Em muitas situações essas lâmpadas estão sendo substituídas por lâmpadas de sódio de alta pressão. Seu tamanho menor oferece melhor controle óptico, principalmente para iluminação de estradas, onde há uma preocupação crescente com o brilho excessivo do céu.
Lâmpadas de sódio de alta pressão
Essas lâmpadas são semelhantes às lâmpadas de mercúrio de alta pressão, mas oferecem melhor eficácia (mais de 100 lúmens/watt) e excelente manutenção do lúmen. A natureza reativa do sódio exige que o tubo de arco seja fabricado a partir de alumina policristalina translúcida, pois vidro ou quartzo não são adequados. O bulbo de vidro externo contém um vácuo para evitar arco elétrico e oxidação. Não há radiação UV da descarga de sódio, portanto, os revestimentos de fósforo não têm valor. Algumas lâmpadas são foscas ou revestidas para difundir a fonte de luz. Veja a figura 8.
Figura 8. Construção da lâmpada de sódio de alta pressão
À medida que a pressão de sódio aumenta, a radiação torna-se uma faixa larga ao redor do pico amarelo e a aparência é branca dourada. No entanto, à medida que a pressão aumenta, a eficiência diminui. Atualmente, existem três tipos separados de lâmpadas de sódio de alta pressão disponíveis, conforme mostrado na tabela 5.
Tabela 5. Tipos de lâmpadas de sódio de alta pressão
Tipo de lâmpada (código) |
Cor (K) |
Eficácia (lúmens/watt) |
Vida (horas) |
Padrão |
2,000 |
110 |
24,000 |
de luxo |
2,200 |
80 |
14,000 |
Branco (filho) |
2,500 |
50 |
Geralmente, as lâmpadas padrão são usadas para iluminação externa, lâmpadas de luxo para interiores industriais e White SON para aplicações comerciais/de exibição.
Escurecimento das Lâmpadas de Descarga
As lâmpadas de alta pressão não podem ser reguladas satisfatoriamente, pois a alteração da potência da lâmpada altera a pressão e, portanto, as características fundamentais da lâmpada.
As lâmpadas fluorescentes podem ser reguladas usando fontes de alta frequência geradas tipicamente dentro do equipamento de controle eletrônico. A aparência da cor permanece muito constante. Além disso, a saída de luz é aproximadamente proporcional à potência da lâmpada, com consequente economia de energia elétrica quando a saída de luz é reduzida. Ao integrar a saída de luz da lâmpada com o nível predominante de luz natural, um nível de iluminância quase constante pode ser fornecido em um interior.
O ser humano possui uma extraordinária capacidade de adaptação ao seu ambiente e ao seu entorno imediato. De todos os tipos de energia que os humanos podem utilizar, a luz é a mais importante. A luz é um elemento chave na nossa capacidade de ver, sendo necessário apreciar a forma, a cor e a perspetiva dos objetos que nos rodeiam no nosso quotidiano. A maior parte das informações que obtemos por meio de nossos sentidos, obtemos por meio da visão – cerca de 80%. Muitas vezes, e porque estamos tão acostumados a tê-lo disponível, damos por certo. Não devemos deixar de ter em mente, no entanto, que aspectos do bem-estar humano, como nosso estado de espírito ou nosso nível de fadiga, são afetados pela iluminação e pela cor das coisas que nos cercam. Do ponto de vista da segurança no trabalho, a capacidade visual e o conforto visual são extraordinariamente importantes. Isso porque muitos acidentes devem-se, entre outros motivos, a deficiências de iluminação ou a erros cometidos pelo trabalhador pela dificuldade em identificar objetos ou pelos riscos associados a máquinas, meios de transporte, contêineres perigosos etc.
Distúrbios visuais associados a deficiências no sistema de iluminação são comuns no ambiente de trabalho. Devido à capacidade de adaptação da visão a situações de iluminação deficiente, estes aspetos, por vezes, não são considerados com a seriedade que deveriam ter.
O projeto correto de um sistema de iluminação deve oferecer as condições ideais para o conforto visual. Para a consecução deste objetivo deve ser estabelecida uma linha precoce de colaboração entre arquitetos, luminografistas e responsáveis pela higiene no local de trabalho. Essa colaboração deve preceder o início do projeto, para evitar erros que seriam difíceis de corrigir após a conclusão do projeto. Entre os aspectos mais importantes que devem ser levados em consideração estão o tipo de lâmpada que será utilizada e o sistema de iluminação que será instalado, a distribuição da luminância, as eficiências de iluminação e a composição espectral da luz.
O fato de a luz e a cor afetarem a produtividade e o bem-estar psicofisiológico do trabalhador deve estimular as iniciativas dos técnicos de iluminação, fisiologistas e ergonomistas, para estudar e determinar as condições mais favoráveis de luz e cor em cada posto de trabalho. A combinação da iluminação, o contraste das luminâncias, a cor da luz, a reprodução da cor ou a seleção das cores são os elementos que determinam o clima cromático e o conforto visual.
Fatores que determinam o conforto visual
Os pré-requisitos que um sistema de iluminação deve cumprir para proporcionar as condições necessárias ao conforto visual são os seguintes:
É importante considerar a luz no local de trabalho não apenas por critérios quantitativos, mas também por critérios qualitativos. O primeiro passo é estudar o posto de trabalho, a precisão exigida das tarefas executadas, a quantidade de trabalho, a mobilidade do trabalhador e assim por diante. A luz deve incluir componentes de radiação difusa e direta. O resultado da combinação produzirá sombras de maior ou menor intensidade que permitirão ao trabalhador perceber a forma e a posição dos objetos no posto de trabalho. Os reflexos incômodos, que dificultam a percepção dos detalhes, devem ser eliminados, assim como o brilho excessivo ou sombras profundas.
A manutenção periódica da instalação de iluminação é muito importante. O objetivo é evitar o envelhecimento das lâmpadas e o acúmulo de poeira nas luminárias que resultará em uma perda constante de luz. Por esse motivo, é importante selecionar lâmpadas e sistemas de fácil manutenção. Uma lâmpada incandescente mantém sua eficiência até os momentos antes da falha, mas não é o caso das lâmpadas fluorescentes, que podem baixar sua potência para 75% após mil horas de uso.
Níveis de iluminação
Cada atividade requer um nível específico de iluminação na área onde a atividade ocorre. Em geral, quanto maior a dificuldade de percepção visual, maior também deve ser o nível médio de iluminação. Diretrizes para níveis mínimos de iluminação associados a diferentes tarefas existem em várias publicações. Concretamente, as listadas na figura 1 foram extraídas das normas europeias CENTC 169, e baseiam-se mais na experiência do que no conhecimento científico.
Figura 1. Níveis de iluminação em função das tarefas executadas
O nível de iluminação é medido com um luxímetro que converte a energia luminosa em um sinal elétrico, que é amplificado e oferece uma leitura fácil em uma escala calibrada de lux. Ao selecionar um determinado nível de iluminação para uma determinada estação de trabalho, os seguintes pontos devem ser estudados:
Unidades e magnitudes de iluminação
Várias magnitudes são comumente usadas no campo da iluminação. Os básicos são:
Fluxo luminoso: Energia luminosa emitida por unidade de tempo por uma fonte de luz. Unidade: lúmen (lm).
Intensidade luminosa: Fluxo luminoso emitido em uma determinada direção por uma luz que não é igualmente distribuída. Unidade: candela (cd).
Nível de iluminação: Nível de iluminação de uma superfície de um metro quadrado quando recebe um fluxo luminoso de um lúmen. Unidade: lux = lm/m2.
Luminância ou brilho fotométrico: É definido para uma superfície em uma determinada direção, e é a relação entre a intensidade luminosa e a superfície vista por um observador situado na mesma direção (superfície aparente). Unidade: CD/m2.
contraste: Diferença de luminância entre um objeto e seus arredores ou entre diferentes partes de um objeto.
reflectância: Proporção de luz que é refletida por uma superfície. É uma quantidade adimensional. Seu valor varia entre 0 e 1.
Fatores que afetam a visibilidade dos objetos
O grau de segurança com que uma tarefa é executada depende, em grande parte, da qualidade da iluminação e das capacidades visuais. A visibilidade de um objeto pode ser alterada de várias maneiras. Um dos mais importantes é o contraste das luminâncias devido aos fatores de reflexão, às sombras ou às cores do próprio objeto e aos fatores de reflexão da cor. O que o olho realmente percebe são as diferenças de luminância entre um objeto e seus arredores, ou entre diferentes partes do mesmo objeto. A Tabela 1 lista os contrastes entre as cores em ordem decrescente.
A luminância de um objeto, de seus arredores e da área de trabalho influenciam a facilidade com que um objeto é visto. Portanto, é de fundamental importância que a área onde a tarefa visual é realizada e seus arredores sejam cuidadosamente analisados.
Tabela 1. Contrastes de cores
Contrastes de cores em ordem decrescente |
|
Cor do objeto |
Cor do fundo |
Preto |
Amarelo |
Verde |
Branco |
Vermelho |
Branco |
Azul |
Branco |
Branco |
Azul |
Preto |
Branco |
Amarelo |
Preto |
Branco |
Vermelho |
Branco |
Verde |
Branco |
Preto |
O tamanho do objeto a ser observado, que pode ser adequado ou não dependendo da distância e do ângulo de visão do observador, é outro fator. Estes dois últimos fatores determinam a disposição do posto de trabalho, classificando diferentes zonas de acordo com sua facilidade de visão. Podemos estabelecer cinco zonas na área de trabalho (ver figura 2).
Figura 2. Distribuição das zonas visuais no posto de trabalho
Outro fator é o período de tempo durante o qual ocorre a visão. O tempo de exposição será maior ou menor dependendo se o objeto e o observador estão estáticos, ou se um ou ambos estão em movimento. A capacidade adaptativa do olho para se ajustar automaticamente às diferentes iluminações dos objetos também pode ter uma influência considerável na visibilidade.
Distribuição de luz; brilho
Os principais fatores nas condições que afetam a visão são a distribuição da luz e o contraste das luminâncias. No que diz respeito à distribuição da luz, é preferível ter uma boa iluminação geral em vez de uma iluminação localizada para evitar ofuscamento. Por este motivo, os acessórios elétricos devem ser distribuídos da forma mais uniforme possível para evitar diferenças de intensidade luminosa. A passagem constante por zonas que não são uniformemente iluminadas causa fadiga ocular e, com o tempo, isso pode levar a uma redução da produção visual.
O ofuscamento é produzido quando uma fonte brilhante de luz está presente no campo visual; o resultado é uma diminuição na capacidade de distinguir objetos. Trabalhadores que sofrem os efeitos do ofuscamento constante e sucessivamente podem sofrer de fadiga ocular, bem como de distúrbios funcionais, embora em muitos casos não tenham consciência disso.
O ofuscamento pode ser direto quando sua origem são fontes brilhantes de luz diretamente na linha de visão, ou por reflexão quando a luz é refletida em superfícies com alta refletância. Os fatores envolvidos no ofuscamento são:
Figura 3. Valores aproximados de luminância
Figura 4. Fatores que afetam o ofuscamento
Em geral, há mais ofuscamento quando as fontes de luz são montadas em elevações mais baixas ou quando instaladas em salas grandes, porque fontes de luz em salas grandes ou fontes de luz muito baixas podem facilmente cair dentro do ângulo de visão que produz o ofuscamento.
3. Distribuição de luminância entre diferentes objetos e superfícies: Quanto maiores forem as diferenças de luminância entre os objetos dentro do campo de visão, maior será o ofuscamento criado e maior será a deterioração na capacidade de ver devido aos efeitos sobre os processos adaptativos da visão. As disparidades máximas de luminância recomendadas são:
4. Período de tempo da exposição: Mesmo as fontes de luz com baixa luminância podem causar ofuscamento se a duração da exposição for muito prolongada.
Evitar o ofuscamento é uma proposta relativamente simples e pode ser alcançada de diferentes maneiras. Uma maneira, por exemplo, é colocar grades sob as fontes de iluminação, ou usar difusores envolventes ou refletores parabólicos que possam direcionar a luz adequadamente, ou instalar as fontes de luz de forma que não interfiram no ângulo de visão. Ao projetar o canteiro de obras, a distribuição correta da luminância é tão importante quanto a própria iluminação, mas também é importante considerar que uma distribuição de luminância muito uniforme dificulta a percepção tridimensional e espacial dos objetos.
Sistemas de iluminação
O interesse pela iluminação natural aumentou recentemente. Isso se deve menos à qualidade de iluminação que proporciona do que ao bem-estar que proporciona. Mas como o nível de iluminação de fontes naturais não é uniforme, é necessário um sistema de iluminação artificial.
Os sistemas de iluminação mais comuns utilizados são os seguintes:
Iluminação geral uniforme
Neste sistema, as fontes de luz são distribuídas uniformemente, independentemente da localização das estações de trabalho. O nível médio de iluminação deve ser igual ao nível de iluminação necessário para a tarefa que será realizada. Esses sistemas são usados principalmente em locais de trabalho onde as estações de trabalho não são fixas.
Deve obedecer a três características fundamentais: A primeira é estar equipada com dispositivos anti-encandeamento (grelhas, difusores, reflectores, etc.). A segunda é que deve distribuir uma fração da luz em direção ao teto e à parte superior das paredes. E o terceiro é que as fontes de luz devem ser instaladas o mais alto possível, para minimizar o ofuscamento e obter uma iluminação o mais homogênea possível. (Veja a figura 5)
Figura 5. Sistemas de iluminação
Este sistema procura reforçar o esquema de iluminação geral colocando candeeiros perto das bancadas de trabalho. Esses tipos de lâmpadas geralmente produzem ofuscamento e os refletores devem ser colocados de forma a bloquear a fonte de luz da visão direta do trabalhador. O uso de iluminação localizada é recomendado para aquelas aplicações onde as demandas visuais são muito críticas, como níveis de iluminação de 1,000 lux ou mais. Geralmente, a capacidade visual se deteriora com a idade do trabalhador, o que torna necessário aumentar o nível de iluminação geral ou secundá-lo com iluminação localizada. Este fenômeno pode ser claramente apreciado na figura 6.
Figura 6. Perda da acuidade visual com a idade
Iluminação geral localizada
Este tipo de iluminação consiste em fontes de teto distribuídas tendo em mente duas coisas – as características de iluminação do equipamento e as necessidades de iluminação de cada estação de trabalho. Este tipo de iluminação é indicado para aqueles espaços ou áreas de trabalho que irão requerer um alto nível de iluminação, e requer conhecer a futura localização de cada posto de trabalho antes da fase de projeto.
Cor: Conceitos Básicos
A escolha de uma cor adequada para um canteiro de obras contribui muito para a eficiência, segurança e bem-estar geral dos funcionários. Da mesma forma, o acabamento das superfícies e dos equipamentos presentes no ambiente de trabalho contribui para criar condições visuais agradáveis e um ambiente de trabalho agradável.
A luz comum consiste em radiações eletromagnéticas de diferentes comprimentos de onda que correspondem a cada uma das bandas do espectro visível. Ao misturar luz vermelha, amarela e azul, podemos obter a maioria das cores visíveis, incluindo o branco. Nossa percepção da cor de um objeto depende da cor da luz com a qual ele é iluminado e da maneira como o próprio objeto reflete a luz.
As lâmpadas podem ser classificadas em três categorias, dependendo da aparência da luz que emitem:
As cores também podem ser classificadas como quentes ou frias de acordo com sua tonalidade (ver figura 7).
Figura 7. Tonalidade das cores "quentes" e "frias"
Contraste e temperatura de cores diferentes
Os contrastes de cores são influenciados pela cor da luz selecionada, por isso a qualidade da iluminação dependerá da cor da luz escolhida para uma aplicação. A seleção da cor da luz a ser utilizada deve ser feita com base na tarefa que será realizada sob ela. Se a cor estiver próxima do branco, a reprodução da cor e a difusão da luz serão melhores. Quanto mais a luz se aproximar do extremo vermelho do espectro, pior será a reprodução da cor, mas o ambiente ficará mais quente e convidativo.
A aparência da cor da iluminação depende não apenas da cor da luz, mas também do nível de intensidade luminosa. Uma temperatura de cor está associada às diferentes formas de iluminação. A sensação de satisfação com a iluminação de um determinado ambiente depende dessa temperatura de cor. Desta forma, por exemplo, uma lâmpada de filamento incandescente de 100 W tem uma temperatura de cor de 2,800 K, um tubo fluorescente tem uma temperatura de cor de 4,000 K e um céu nublado tem uma temperatura de cor de 10,000 K.
Kruithof definiu, por meio de observações empíricas, um diagrama de bem-estar para diferentes níveis de iluminação e temperaturas de cor em um determinado ambiente (ver figura 8). Dessa forma, ele demonstrou que é possível se sentir confortável em determinados ambientes com baixos níveis de iluminação se a temperatura de cor também for baixa – se o nível de iluminação for de uma vela, por exemplo, com temperatura de cor de 1,750 K.
Figura 8. Diagrama de conforto em função da iluminação e temperaturas de cor
As cores das lâmpadas elétricas podem ser subdivididas em três grupos relacionados às suas temperaturas de cor:
Combinação e seleção de cores
A seleção de cores é muito relevante quando a consideramos em conjunto com aquelas funções onde é importante identificar os objetos que devem ser manipulados. Também é relevante ao delimitar vias de comunicação e naquelas tarefas que exigem contraste nítido.
A seleção da tonalidade não é uma questão tão importante quanto a seleção das qualidades reflexivas adequadas de uma superfície. Existem várias recomendações que se aplicam a este aspecto das superfícies de trabalho:
tectos: A superfície de um teto deve ser o mais branca possível (com um fator de reflexão de 75%), pois a luz será refletida de maneira difusa, dissipando a escuridão e reduzindo o brilho de outras superfícies. Isso também significará uma economia em iluminação artificial.
Paredes e pisos: as superfícies das paredes ao nível dos olhos podem produzir ofuscamento. Cores claras com fatores de reflexão de 50 a 75% tendem a ser adequadas para paredes. Enquanto as tintas brilhantes tendem a durar mais do que as cores foscas, elas são mais reflexivas. As paredes devem, portanto, ter um acabamento fosco ou semibrilhante.
Os pisos devem ser acabados em cores ligeiramente mais escuras do que as paredes e tetos para evitar reflexos. O fator de reflexão dos pisos deve estar entre 20 e 25%.
Equipamentos necessários: Superfícies de trabalho, máquinas e mesas devem ter fatores de reflexão entre 20 e 40%. O equipamento deve ter um acabamento duradouro de cor pura – marrons claros ou cinzas – e o material não deve ser brilhante.
O uso adequado das cores no ambiente de trabalho facilita o bem-estar, aumenta a produtividade e pode impactar positivamente na qualidade. Também pode contribuir para uma melhor organização e prevenção de acidentes.
Existe uma crença generalizada de que branquear paredes e tetos e fornecer níveis adequados de iluminação é tudo o que pode ser feito no que diz respeito ao conforto visual dos funcionários. Mas estes fatores de conforto podem ser melhorados combinando o branco com outras cores, evitando assim o cansaço e o tédio que caracterizam os ambientes monocromáticos. As cores também afetam o nível de estimulação de uma pessoa; as cores quentes tendem a ativar e relaxar, enquanto as cores frias são usadas para induzir o indivíduo a liberar ou liberar sua energia.
A cor da luz, a sua distribuição e as cores utilizadas num determinado espaço são, entre outros, fatores fundamentais que influenciam as sensações que uma pessoa sente. Dadas as muitas cores e fatores de conforto existentes, é impossível estabelecer diretrizes precisas, especialmente considerando que todos esses fatores devem ser combinados de acordo com as características e exigências de uma determinada estação de trabalho. Uma série de regras práticas básicas e gerais podem ser listadas, no entanto, que podem ajudar a criar um ambiente habitável:
Identificando objetos através da cor
A seleção de cores pode influenciar a eficácia dos sistemas de iluminação ao influenciar a fração de luz que é refletida. Mas a cor também desempenha um papel fundamental quando se trata de identificar objetos. Podemos usar cores brilhantes e atraentes ou contrastes de cores para destacar situações ou objetos que requerem atenção especial. A Tabela 2 lista alguns dos fatores de reflexão para diferentes cores e materiais.
Tabela 2. Fatores de reflexão de diferentes cores e materiais iluminados com luz branca
Cor/material |
Fator de reflexão (%) |
Branco |
100 |
WHITE PAPER: |
80-85 |
Marfim, amarelo-limão |
70-75 |
Amarelo brilhante, ocre claro, verde claro, azul pastel, rosa claro, creme |
60-65 |
Verde-limão, cinza claro, rosa, laranja, cinza-azulado |
50-55 |
Madeira loira, céu azul |
40-45 |
Carvalho, concreto seco |
30-35 |
Vermelho escuro, verde-folha, verde-oliva, verde-prado |
20-25 |
Azul escuro, roxo |
10-15 |
Preto |
0 |
De qualquer forma, a identificação por cores deve ser empregada apenas quando for realmente necessária, pois a identificação por cores só funcionará corretamente se não houver muitos objetos destacados por cores. A seguir estão algumas recomendações para identificar diferentes elementos por cor:
A iluminação é fornecida dentro dos interiores, a fim de satisfazer os seguintes requisitos:
A provisão de um ambiente de trabalho seguro deve estar no topo da lista de prioridades e, em geral, a segurança aumenta ao tornar os perigos claramente visíveis. A ordem de prioridade dos outros dois requisitos dependerá em grande parte do uso que for dado ao interior. O desempenho da tarefa pode ser melhorado garantindo que os detalhes da tarefa sejam mais fáceis de ver, enquanto ambientes visuais apropriados são desenvolvidos variando a ênfase da iluminação dada aos objetos e superfícies dentro de um interior.
A nossa sensação geral de bem-estar, incluindo moral e fadiga, é influenciada pela luz e pela cor. Sob níveis de iluminação baixos, os objetos teriam pouca ou nenhuma cor ou forma e haveria uma perda de perspectiva. Por outro lado, um excesso de luz pode ser tão indesejado quanto pouca luz.
Em geral, as pessoas preferem uma sala com luz do dia a uma sala sem janelas. Além disso, considera-se que o contato com o mundo exterior auxilia na sensação de bem-estar. A introdução de controles automáticos de iluminação, juntamente com o escurecimento de alta frequência de lâmpadas fluorescentes, tornou possível fornecer aos interiores uma combinação controlada de luz natural e luz artificial. Isso tem o benefício adicional de economizar nos custos de energia.
A percepção do caráter de um interior é influenciada tanto pelo brilho quanto pela cor das superfícies visíveis, tanto internas quanto externas. As condições gerais de iluminação dentro de um interior podem ser alcançadas usando luz do dia ou iluminação artificial, ou mais provavelmente por uma combinação de ambas.
Avaliação de Iluminação
Requisitos gerais
Os sistemas de iluminação usados em interiores comerciais podem ser subdivididos em três categorias principais: iluminação geral, iluminação localizada e iluminação local.
As instalações de iluminação geral normalmente fornecem uma iluminância aproximadamente uniforme em todo o plano de trabalho. Esses sistemas geralmente são baseados no método de projeto de lúmen, em que uma iluminância média é:
Iluminância média (lux) =
Os sistemas de iluminação localizada fornecem iluminação em áreas de trabalho gerais com um nível reduzido simultâneo de iluminação em áreas adjacentes.
Os sistemas de iluminação local fornecem iluminação para áreas relativamente pequenas que incorporam tarefas visuais. Tais sistemas são normalmente complementados por um nível específico de iluminação geral. A Figura 1 ilustra as diferenças típicas entre os sistemas descritos.
Figura 1. Sistemas de iluminação
Onde tarefas visuais devem ser executadas, é essencial atingir um nível de iluminância exigido e considerar as circunstâncias que influenciam sua qualidade.
O uso da luz do dia para iluminar tarefas tem méritos e limitações. As janelas que permitem a entrada da luz do dia em um interior fornecem uma boa modelagem tridimensional e, embora a distribuição espectral da luz do dia varie ao longo do dia, sua reprodução de cores é geralmente considerada excelente.
No entanto, uma iluminância constante em uma tarefa não pode ser fornecida apenas pela luz natural do dia, devido à sua ampla variabilidade, e se a tarefa estiver dentro do mesmo campo de visão de um céu claro, é provável que ocorra o ofuscamento incapacitante, prejudicando assim o desempenho da tarefa . O uso da luz do dia para a iluminação da tarefa tem sucesso apenas parcial, e a iluminação artificial, sobre a qual pode ser exercido maior controle, tem um papel importante a desempenhar.
Uma vez que o olho humano perceberá superfícies e objetos apenas através da luz refletida por eles, segue-se que as características da superfície e os valores de refletância, juntamente com a quantidade e a qualidade da luz, influenciarão a aparência do ambiente.
Ao considerar a iluminação de um interior, é essencial determinar o iluminância nível e compará-lo com os níveis recomendados para diferentes tarefas (ver tabela 1).
Tabela 1. Níveis típicos recomendados de iluminância mantida para diferentes locais ou tarefas visuais
|
Nível recomendado típico de iluminância mantida (lux) |
Escritórios gerais |
500 |
Estações de trabalho de computador |
500 |
Áreas de montagem de fábrica |
|
Trabalho duro |
300 |
Trabalho médio |
500 |
Bom trabalho |
750 |
Trabalho muito bom |
|
Montagem de instrumentos |
1,000 |
Montagem/conserto de joias |
1,500 |
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Iluminação para tarefas visuais
A capacidade do olho de discernir detalhes—acuidade visual— é significativamente influenciado pelo tamanho da tarefa, contraste e desempenho visual do observador. O aumento na quantidade e qualidade da iluminação também melhorará significativamente desempenho visual. O efeito da iluminação no desempenho da tarefa é influenciado pelo tamanho dos detalhes críticos da tarefa e pelo contraste entre a tarefa e o ambiente circundante. A Figura 2 mostra os efeitos da iluminância sobre a acuidade visual. Ao considerar a iluminação da tarefa visual, é importante considerar a capacidade do olho de realizar a tarefa visual com velocidade e precisão. Essa combinação é conhecida como desempenho visual. A Figura 3 apresenta efeitos típicos de iluminância no desempenho visual de uma determinada tarefa.
Figura 2. Relação típica entre acuidade visual e iluminância
Figura 3. Relação típica entre desempenho visual e iluminância
A previsão da iluminância atingindo uma superfície de trabalho é de primordial importância no projeto de iluminação. No entanto, o sistema visual humano responde à distribuição de luminância dentro do campo de visão. A cena dentro de um campo visual é interpretada pela diferenciação entre cor de superfície, refletância e iluminação. A luminância depende tanto da iluminância quanto da refletância de uma superfície. Tanto a iluminância quanto a luminância são quantidades objetivas. A resposta ao brilho, no entanto, é subjetiva.
Para produzir um ambiente que proporcione satisfação visual, conforto e desempenho, as luminâncias dentro do campo de visão precisam ser equilibradas. Idealmente, as luminâncias ao redor de uma tarefa devem diminuir gradualmente, evitando contrastes fortes. A variação sugerida na luminância em uma tarefa é mostrada na figura 4.
Figura 4. Variação na luminância em uma tarefa
O método do lúmen de projeto de iluminação leva a uma iluminância média do plano horizontal no plano de trabalho, e é possível usar o método para estabelecer valores médios de iluminância nas paredes e tetos dentro de um interior. É possível converter valores médios de iluminância em valores médios de luminância a partir de detalhes do valor médio de refletância das superfícies da sala.
A equação que relaciona luminância e iluminância é:
Figura 5. Valores típicos de iluminância relativa juntamente com valores de refletância sugeridos
A Figura 5 mostra um escritório típico com valores relativos de iluminância (de um sistema de iluminação geral suspenso) nas superfícies principais da sala junto com as refletâncias sugeridas. O olho humano tende a ser atraído para aquela parte da cena visual que é mais brilhante. Segue-se que valores de luminância mais altos geralmente ocorrem em uma área de tarefa visual. O olho reconhece os detalhes dentro de uma tarefa visual discriminando entre as partes mais claras e mais escuras da tarefa. A variação de brilho de uma tarefa visual é determinada a partir do cálculo da contraste de luminância:
onde
Lt = Luminância da tarefa
Lb = Luminância do fundo
e ambas as luminâncias são medidas em cd·m-2
As linhas verticais nesta equação significam que todos os valores de contraste de luminância devem ser considerados positivos.
O contraste de uma tarefa visual será influenciado pelas propriedades de refletância da própria tarefa. Veja a figura 5.
Controle Óptico de Iluminação
Se uma lâmpada nua for usada em uma luminária, é improvável que a distribuição de luz seja aceitável e o sistema quase certamente não será econômico. Em tais situações, é provável que a lâmpada nua seja uma fonte de ofuscamento para os ocupantes da sala e, embora alguma luz possa eventualmente atingir o plano de trabalho, é provável que a eficácia da instalação seja seriamente reduzida por causa do ofuscamento.
Será evidente que alguma forma de controle de luz é necessária, e os métodos mais freqüentemente empregados são detalhados abaixo.
Obstrução
Se uma lâmpada for instalada dentro de um invólucro opaco com apenas uma abertura para a saída de luz, a distribuição de luz será muito limitada, conforme mostra a figura 6.
Figura 6. Controle da saída de iluminação por obstrução
Reflexão
Este método usa superfícies reflexivas, que podem variar de um acabamento altamente fosco a um acabamento altamente especular ou espelhado. Este método de controle é mais eficiente do que a obstrução, pois a luz difusa é coletada e redirecionada para onde é necessária. O princípio envolvido é mostrado na figura 7.
Figura 7. Controle da saída de luz por reflexão
Distribuição
Se uma lâmpada for instalada dentro de um material translúcido, o tamanho aparente da fonte de luz é aumentado com uma redução simultânea em seu brilho. Infelizmente, os difusores práticos absorvem parte da luz emitida, o que consequentemente reduz a eficiência geral da luminária. A Figura 8 ilustra o princípio da difusão.
Figura 8. Controle da saída de luz por difusão
Refração
Este método usa o efeito “prisma”, onde normalmente um material de prisma de vidro ou plástico “dobra” os raios de luz e, ao fazê-lo, redireciona a luz para onde é necessária. Este método é extremamente adequado para iluminação interior geral. Tem a vantagem de combinar um bom controle de ofuscamento com uma eficiência aceitável. A Figura 9 mostra como a refração auxilia no controle óptico.
Em muitos casos, uma luminária usará uma combinação dos métodos de controle óptico descritos.
Figura 9. Controle da saída de luz por refração
distribuição de luminância
A distribuição da saída de luz de uma luminária é significativa na determinação das condições visuais experimentadas posteriormente. Cada um dos quatro métodos de controle óptico descritos produzirá diferentes propriedades de distribuição de saída de luz da luminária.
Velando reflexos geralmente ocorrem em áreas onde os VDUs estão instalados. Os sintomas comuns experimentados em tais situações são a capacidade reduzida de ler corretamente o texto em uma tela devido ao aparecimento de imagens indesejadas de alta luminância na própria tela, geralmente de luminárias suspensas. Pode ocorrer uma situação em que reflexos ocultos também aparecem no papel sobre uma mesa em um interior.
Se as luminárias em um interior tiverem um forte componente de saída de luz verticalmente descendente, então qualquer papel em uma mesa abaixo de tal luminária refletirá a fonte de luz nos olhos de um observador que esteja lendo ou trabalhando no papel. Se o papel tiver acabamento brilhante, a situação é agravada.
A solução para o problema é fazer com que as luminárias utilizadas tenham uma distribuição de saída de luz predominantemente em ângulo com a vertical descendente, de modo que seguindo as leis básicas da física (ângulo de incidência = ângulo de reflexão) o brilho refletido seja ser minimizado. A Figura 10 mostra um exemplo típico do problema e da solução. A distribuição da saída de luz da luminária usada para superar o problema é chamada de distribuição de asas de morcego.
Figura 10. Reflexões veladas
A distribuição de luz das luminárias também pode levar a brilho direto, e na tentativa de contornar esse problema, as unidades de iluminação local devem ser instaladas fora do “ângulo proibido” de 45 graus, conforme mostrado na figura 11.
Figura 11. Representação esquemática do ângulo proibido
Condições ideais de iluminação para conforto visual e desempenho
É apropriado, ao investigar as condições de iluminação para conforto visual e desempenho, considerar os fatores que afetam a capacidade de ver detalhes. Estes podem ser subdivididos em duas categorias - características do observador e características da tarefa.
Características do observador.
Esses incluem:
Características da tarefa.
Esses incluem:
Com referência a tarefas específicas, as seguintes perguntas precisam ser respondidas:
Para produzir condições ideais de iluminação no local de trabalho, é importante considerar os requisitos impostos à instalação de iluminação. Idealmente, a iluminação da tarefa deve revelar cor, tamanho, relevo e qualidades de superfície de uma tarefa, evitando simultaneamente a criação de sombras potencialmente perigosas, brilho e ambientes “agressivos” para a própria tarefa.
Brilho
O ofuscamento ocorre quando há luminância excessiva no campo de visão. Os efeitos do ofuscamento na visão podem ser divididos em dois grupos, denominados brilho de deficiência e brilho de desconforto.
Considere o exemplo do brilho dos faróis de um veículo que se aproxima durante a escuridão. O olho não consegue se adaptar simultaneamente aos faróis do veículo e ao brilho muito menor da estrada. Este é um exemplo de ofuscamento incapacitante, pois as fontes de luz de alta luminância produzem um efeito incapacitante devido à dispersão da luz no meio óptico. O brilho incapacitante é proporcional à intensidade da fonte de luz ofensiva.
O ofuscamento desconfortável, que é mais provável de ocorrer em interiores, pode ser reduzido ou mesmo totalmente eliminado reduzindo o contraste entre a tarefa e seu entorno. Os acabamentos foscos e com reflexão difusa nas superfícies de trabalho devem ser preferidos aos acabamentos com brilho ou com reflexão especular, e a posição de qualquer fonte de luz ofensiva deve estar fora do campo de visão normal. Em geral, o desempenho visual bem-sucedido ocorre quando a tarefa em si é mais brilhante do que seus arredores imediatos, mas não excessivamente.
A magnitude do ofuscamento desconfortável recebe um valor numérico e é comparada com valores de referência para prever se o nível de ofuscamento desconfortável será aceitável. O método de cálculo dos valores do índice de ofuscamento usado no Reino Unido e em outros lugares é considerado em “Medição”.
Medição
Pesquisas de iluminação
Uma técnica de pesquisa freqüentemente usada depende de uma grade de pontos de medição em toda a área em consideração. A base dessa técnica é dividir todo o interior em várias áreas iguais, cada uma idealmente quadrada. A iluminância no centro de cada uma das áreas é medida na altura da mesa (normalmente 0.85 metros acima do nível do chão) e um valor médio de iluminância é calculado. A precisão do valor da iluminância média é influenciada pelo número de pontos de medição usados.
Existe uma relação que permite mínimo número de pontos de medição a serem calculados a partir do valor de índice de quarto aplicável ao interior em consideração.
Aqui, o comprimento e a largura referem-se às dimensões da sala e a altura de montagem é a distância vertical entre o centro da fonte de luz e o plano de trabalho.
A relação referida é dada como:
Número mínimo de pontos de medição = (x + 2)2
Onde "x” é o valor do índice de quarto levado para o próximo número inteiro mais alto, exceto para todos os valores de RI igual ou superior a 3, x é considerado como 4. Essa equação fornece o número mínimo de pontos de medição, mas as condições geralmente exigem que mais do que esse número mínimo de pontos seja usado.
Ao considerar a iluminação de uma área de tarefa e seu entorno imediato, a variação na iluminância ou uniformidade de iluminância deve ser considerada.
Sobre qualquer área de tarefa e seu entorno imediato, a uniformidade não deve ser inferior a 0.8.
Em muitos locais de trabalho, não é necessário iluminar todas as áreas no mesmo nível. A iluminação localizada ou localizada pode fornecer algum grau de economia de energia, mas qualquer que seja o sistema usado, a variação na iluminação em um interior não deve ser excessiva.
A diversidade de iluminância é expressa como:
Em qualquer ponto da área principal do interior, a diversidade de iluminância não deve exceder 5:1.
Instrumentos usados para medir iluminância e luminância tipicamente têm respostas espectrais que variam da resposta do sistema visual humano. As respostas são corrigidas, muitas vezes pelo uso de filtros. Quando os filtros são incorporados, os instrumentos são referidos como cor corrigida.
Os medidores de iluminância têm uma correção adicional aplicada que compensa a direção da luz incidente que incide sobre a célula do detector. Os instrumentos que são capazes de medir com precisão a iluminância de várias direções da luz incidente são chamados de cosseno corrigido.
Medição do índice de brilho
O sistema usado frequentemente no Reino Unido, com variações em outros lugares, é essencialmente um processo de duas etapas. A primeira fase estabelece um índice de ofuscamento não corrigido valor (UGI). A Figura 12 fornece um exemplo.
Figura 12. Elevação e vistas em planta do interior típico usado no exemplo
A altura H é a distância vertical entre o centro da fonte de luz e o nível dos olhos de um observador sentado, que normalmente é considerado 1.2 metros acima do nível do chão. As principais dimensões da sala são então convertidas em múltiplos de H. Assim, como H = 3.0 metros, então comprimento = 4H e largura = 3H. Quatro cálculos separados de UGI devem ser feitos para determinar o pior cenário de acordo com os layouts mostrados na figura 13.
Figura 13. Possíveis combinações de orientação da luminária e direção de visualização dentro do interior considerado no exemplo
As tabelas são produzidas por fabricantes de equipamentos de iluminação que especificam, para determinados valores de refletância de tecido dentro de uma sala, valores de índice de ofuscamento não corrigido para cada combinação de valores de X e Y.
A segunda etapa do processo é aplicar fatores de correção aos valores de UGI dependendo dos valores do fluxo de saída da lâmpada e do desvio no valor da altura (H).
O valor final do índice de ofuscamento é então comparado com o valor do Limiting Glare Index para interiores específicos, fornecido em referências como o CIBSE Code for Interior Lighting (1994).
A natureza penetrante do ruído ocupacional
O ruído é um dos mais comuns de todos os riscos ocupacionais. Nos Estados Unidos, por exemplo, mais de 9 milhões de trabalhadores estão expostos a níveis de ruído ponderados A médios diários de 85 decibéis (aqui abreviado como 85 dBA). Esses níveis de ruído são potencialmente perigosos para a audição e também podem produzir outros efeitos adversos. Existem aproximadamente 5.2 milhões de trabalhadores expostos a ruído acima desses níveis na manufatura e nos serviços públicos, o que representa cerca de 35% do número total de trabalhadores nas indústrias manufatureiras dos EUA.
Os níveis de ruído perigosos são facilmente identificados e é tecnologicamente viável controlar o ruído excessivo na grande maioria dos casos, aplicando tecnologia de prateleira, reprojetando o equipamento ou processo ou adaptando máquinas ruidosas. Mas, muitas vezes, nada é feito. Há várias razões para isso. Primeiro, embora muitas soluções de controle de ruído sejam notavelmente baratas, outras podem ser caras, especialmente quando o objetivo é reduzir o risco de ruído para níveis de 85 ou 80 dBA.
Uma razão muito importante para a ausência de programas de controle de ruído e conservação auditiva é que, infelizmente, o ruído é frequentemente aceito como um “mal necessário”, uma parte dos negócios, uma parte inevitável de um trabalho industrial. Ruídos perigosos não causam derramamento de sangue, não quebram ossos, não produzem tecidos de aparência estranha e, se os trabalhadores conseguem passar pelos primeiros dias ou semanas de exposição, muitas vezes sentem que “se acostumaram” com o ruído. Mas o que provavelmente aconteceu é que eles começaram a ter uma perda auditiva temporária que diminui sua sensibilidade auditiva durante o dia de trabalho e geralmente desaparece durante a noite. Assim, o progresso da perda auditiva induzida por ruído é insidioso, pois aumenta gradualmente ao longo dos meses e anos, em grande parte despercebido até atingir proporções incapacitantes.
Outra razão importante pela qual os perigos do ruído nem sempre são reconhecidos é que existe um estigma associado à deficiência auditiva resultante. Como Raymond Hétu demonstrou tão claramente em seu artigo sobre reabilitação de perda auditiva induzida por ruído em outro lugar neste enciclopédia, as pessoas com deficiência auditiva são frequentemente consideradas idosas, mentalmente lentas e geralmente incompetentes, e aqueles em risco de sofrer deficiências relutam em reconhecer suas deficiências ou o risco por medo de serem estigmatizados. Esta é uma situação lamentável porque as perdas auditivas induzidas por ruído tornam-se permanentes e, quando somadas à perda auditiva que ocorre naturalmente com o envelhecimento, podem levar à depressão e isolamento na meia-idade e na velhice. A hora de tomar medidas preventivas é antes do início das perdas auditivas.
O escopo da exposição ao ruído
Como mencionado acima, o ruído é especialmente prevalente nas indústrias de manufatura. O Departamento do Trabalho dos EUA estimou que 19.3% dos trabalhadores da indústria e serviços públicos estão expostos a níveis de ruído médios diários de 90 dBA e acima, 34.4% estão expostos a níveis acima de 85 dBA e 53.1% a níveis acima de 80 dBA. Essas estimativas devem ser bastante típicas da porcentagem de trabalhadores expostos a níveis perigosos de ruído em outras nações. É provável que os níveis sejam um pouco mais altos em países menos desenvolvidos, onde os controles de engenharia não são usados tão amplamente, e um pouco mais baixos em países com programas de controle de ruído mais fortes, como os países escandinavos e a Alemanha.
Muitos trabalhadores em todo o mundo sofrem algumas exposições muito perigosas, bem acima de 85 ou 90 dBA. Por exemplo, o Departamento do Trabalho dos EUA estimou que quase meio milhão de trabalhadores estão expostos a níveis médios diários de ruído de 100 dBA ou mais, e mais de 800,000 a níveis entre 95 e 100 dBA apenas nas indústrias manufatureiras.
A Figura 1 classifica as indústrias manufatureiras mais ruidosas nos Estados Unidos em ordem decrescente de acordo com a porcentagem de trabalhadores expostos acima de 90 dBA e fornece estimativas de trabalhadores expostos ao ruído por setor industrial.
Figura 1. Exposição ocupacional ao ruído - a experiência dos EUA
Necessidades de pesquisa
Nos próximos artigos deste capítulo, deve ficar claro para o leitor que os efeitos sobre a audição da maioria dos tipos de ruído são bem conhecidos. Os critérios para os efeitos do ruído contínuo, variável e intermitente foram desenvolvidos há cerca de 30 anos e permanecem essencialmente os mesmos hoje. Isso não é verdade, no entanto, de ruído de impulso. Em níveis relativamente baixos, o ruído de impulso parece não ser mais prejudicial e possivelmente menos do que o ruído contínuo, dada a mesma energia sonora. Mas em níveis de som altos, o ruído de impulso parece ser mais prejudicial, especialmente quando um nível crítico (ou, mais corretamente, uma exposição crítica) é excedido. Mais pesquisas precisam ser realizadas para definir com mais precisão a forma da curva de dano/risco.
Outra área que precisa ser esclarecida é o efeito adverso do ruído, tanto na audição quanto na saúde geral, em combinação com outros agentes. Embora os efeitos combinados de ruído e drogas ototóxicas sejam bastante conhecidos, a combinação de ruído e produtos químicos industriais é uma preocupação crescente. Solventes e alguns outros agentes parecem ser cada vez mais neurotóxicos quando experimentados em conjunto com altos níveis de ruído.
Em todo o mundo, os trabalhadores expostos ao ruído nas indústrias manufatureiras e militares recebem a maior parte da atenção. Existem, no entanto, muitos trabalhadores na mineração, construção, agricultura e transporte que também estão expostos a níveis perigosos de ruído, conforme indicado na figura 1. As necessidades específicas associadas a essas ocupações precisam ser avaliadas, e o controle de ruído e outros aspectos de programas de conservação auditiva precisam ser estendidos a esses trabalhadores. Infelizmente, a provisão de programas de conservação auditiva para trabalhadores expostos ao ruído não garante que a perda auditiva e outros efeitos adversos do ruído sejam evitados. Existem métodos padrão para avaliar a eficácia dos programas de conservação auditiva, mas eles podem ser complicados e não são amplamente utilizados. É preciso desenvolver métodos de avaliação simples que possam ser usados tanto por empresas pequenas quanto grandes, e aquelas com recursos mínimos.
A tecnologia existe para diminuir a maioria dos problemas de ruído, como mencionado acima, mas há uma grande lacuna entre a tecnologia existente e sua aplicação. É necessário desenvolver métodos pelos quais as informações sobre todos os tipos de soluções de controle de ruído possam ser disseminadas para aqueles que precisam. As informações de controle de ruído precisam ser informatizadas e disponibilizadas não apenas para usuários em países em desenvolvimento, mas também para países industrializados.
Tendências futuras
Em alguns países, há uma tendência crescente de dar mais ênfase à exposição não ocupacional ao ruído e sua contribuição para a perda auditiva induzida por ruído. Esses tipos de fontes e atividades incluem caça, tiro ao alvo, brinquedos barulhentos e música alta. Esse foco é benéfico porque destaca algumas fontes potencialmente significativas de deficiência auditiva, mas pode realmente ser prejudicial se desviar a atenção de sérios problemas de ruído ocupacional.
Uma tendência muito dramática é evidente entre as nações pertencentes à União Européia, onde a padronização do ruído está progredindo em um ritmo quase ofegante. Este processo inclui padrões para emissões de ruído do produto, bem como para padrões de exposição ao ruído.
O processo de definição de padrões não está se movendo rapidamente na América do Norte, especialmente nos Estados Unidos, onde os esforços regulatórios estão parados e o movimento em direção à desregulamentação é uma possibilidade. Os esforços para regular o ruído de novos produtos foram abandonados em 1982, quando o Escritório de Ruído da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos foi fechado, e os padrões de ruído ocupacional podem não sobreviver ao clima de desregulamentação do atual Congresso dos Estados Unidos.
As nações em desenvolvimento parecem estar em processo de adoção e revisão de padrões de ruído. Esses padrões tendem ao conservadorismo, na medida em que caminham para um limite de exposição permissível de 85 dBA e para uma taxa de câmbio (relação de negociação tempo/intensidade) de 3 dB. Quão bem esses padrões são aplicados, especialmente em economias em expansão, é uma questão em aberto.
A tendência em alguns dos países em desenvolvimento é concentrar-se no controle do ruído por métodos de engenharia, em vez de lutar com as complexidades dos testes audiométricos, dispositivos de proteção auditiva, treinamento e manutenção de registros. Esta parece ser uma abordagem muito sensata sempre que possível. Às vezes, a suplementação com protetores auriculares pode ser necessária para reduzir a exposição a níveis seguros.
Os efeitos do ruído
Alguns dos materiais a seguir foram adaptados de Suter, AH, “Noise and the Conservation of Hearing”, Capítulo 2 em Hearing Conservation Manual (3ª ed.), Council for Accreditation in Occupational Hearing Conservation, Milwaukee, WI, EUA (1993 ).
A perda de audição é certamente o efeito adverso do ruído mais conhecido e provavelmente o mais grave, mas não é o único. Outros efeitos prejudiciais incluem zumbido (zumbido nos ouvidos), interferência na comunicação da fala e na percepção de sinais de alerta, interrupção do desempenho no trabalho, incômodo e efeitos extra-auditivos. Na maioria das circunstâncias, proteger a audição dos trabalhadores deve proteger contra a maioria dos outros efeitos. Essa consideração fornece suporte adicional para as empresas implementarem bons programas de controle de ruído e conservação auditiva.
Deficiência auditiva
A deficiência auditiva induzida por ruído é muito comum, mas muitas vezes é subestimada porque não há efeitos visíveis e, na maioria dos casos, nenhuma dor. Há apenas uma perda gradual e progressiva da comunicação com a família e amigos, e uma perda de sensibilidade aos sons do ambiente, como o canto dos pássaros e a música. Infelizmente, a boa audição geralmente é considerada um dado adquirido até que seja perdida.
Essas perdas podem ser tão graduais que os indivíduos não percebem o que aconteceu até que a deficiência se torne incapacitante. O primeiro sinal geralmente é que as outras pessoas parecem não falar tão claramente quanto antes. A pessoa com deficiência auditiva terá que pedir aos outros que repitam, e muitas vezes fica aborrecida com sua aparente falta de consideração. Frequentemente dizem à família e aos amigos: “Não grite comigo. Eu posso ouvir você, mas simplesmente não consigo entender o que você está dizendo.
À medida que a perda auditiva piora, o indivíduo começa a se afastar de situações sociais. Igreja, reuniões cívicas, eventos sociais e teatro começam a perder sua atração e o indivíduo optará por ficar em casa. O volume da televisão se torna uma fonte de discórdia dentro da família, e outros membros da família às vezes são expulsos da sala porque a pessoa com deficiência auditiva quer muito alto.
A presbiacusia, a perda auditiva que acompanha naturalmente o processo de envelhecimento, aumenta a deficiência auditiva quando a pessoa com perda auditiva induzida por ruído fica mais velha. Eventualmente, a perda pode evoluir para um estágio tão grave que o indivíduo não consegue mais se comunicar com a família ou amigos sem grande dificuldade, ficando então de fato isolado. Um aparelho auditivo pode ajudar em alguns casos, mas a clareza da audição natural nunca será restaurada, pois a clareza da visão ocorre com os óculos.
Deficiência auditiva ocupacional
A deficiência auditiva induzida por ruído é geralmente considerada uma doença ou doença ocupacional, e não uma lesão, porque sua progressão é gradual. Em raras ocasiões, um funcionário pode sofrer perda auditiva imediata e permanente devido a um evento muito alto, como uma explosão ou um processo muito ruidoso, como rebitagem em aço. Nessas circunstâncias, a perda auditiva é algumas vezes referida como uma lesão e é chamada de “trauma acústico”. A circunstância usual, no entanto, é uma diminuição lenta na capacidade auditiva ao longo de muitos anos. A quantidade de comprometimento dependerá do nível de ruído, da duração da exposição e da suscetibilidade de cada trabalhador. Infelizmente, não há tratamento médico para deficiência auditiva ocupacional; só existe prevenção.
Os efeitos auditivos do ruído estão bem documentados e há pouca controvérsia sobre a quantidade de ruído contínuo que causa vários graus de perda auditiva (ISO 1990). Que o ruído intermitente causa perda auditiva também é incontestável. Mas períodos de ruído interrompidos por períodos de silêncio podem oferecer ao ouvido interno uma oportunidade de se recuperar de uma perda auditiva temporária e, portanto, podem ser um pouco menos perigosos do que o ruído contínuo. Isso é verdade principalmente para ocupações ao ar livre, mas não para ambientes internos, como fábricas, onde os intervalos necessários de silêncio são raros (Suter 1993).
O ruído de impulso, como o ruído de tiros e batidas de metal, também prejudica a audição. Há alguma evidência de que o perigo do ruído impulsivo é mais grave do que o de outros tipos de ruído (Dunn et al. 1991; Thiery e Meyer-Bisch 1988), mas nem sempre é esse o caso. A quantidade de dano dependerá principalmente do nível e duração do impulso, podendo ser pior quando houver ruído contínuo de fundo. Há também evidências de que fontes de ruído impulsivo de alta frequência são mais prejudiciais do que aquelas compostas de frequências mais baixas (Hamernik, Ahroon e Hsueh 1991; Price 1983).
A perda auditiva devido ao ruído geralmente é temporária no início. Durante um dia barulhento, o ouvido fica cansado e o trabalhador experimenta uma redução na audição conhecida como mudança de limiar temporária (TTS). Entre o final de um turno de trabalho e o início do próximo, a orelha geralmente se recupera de grande parte do TTS, mas muitas vezes, parte da perda permanece. Após dias, meses e anos de exposição, o TTS leva a efeitos permanentes e novas quantidades de TTS começam a se acumular nas perdas agora permanentes. Um bom programa de testes audiométricos tentará identificar essas perdas auditivas temporárias e fornecer medidas preventivas antes que as perdas se tornem permanentes.
Evidências experimentais indicam que vários agentes industriais são tóxicos ao sistema nervoso e produzem perda auditiva em animais de laboratório, principalmente quando ocorrem em combinação com ruído (Fechter 1989). Esses agentes incluem (1) perigos de metais pesados, como compostos de chumbo e trimetilestanho, (2) solventes orgânicos, como tolueno, xileno e dissulfeto de carbono, e (3) um asfixiante, monóxido de carbono. Pesquisas recentes sobre trabalhadores industriais (Morata 1989; Morata et al. 1991) sugerem que algumas dessas substâncias (disulfeto de carbono e tolueno) podem aumentar o potencial prejudicial do ruído. Há também evidências de que certas drogas que já são tóxicas para o ouvido podem aumentar os efeitos nocivos do ruído (Boettcher et al. 1987). Exemplos incluem certos antibióticos e drogas quimioterápicas contra o câncer. Os responsáveis pelos programas de conservação auditiva devem estar cientes de que os trabalhadores expostos a esses produtos químicos ou em uso dessas drogas podem ser mais susceptíveis à perda auditiva, principalmente quando expostos a ruídos adicionais.
Deficiência auditiva não ocupacional
É importante entender que o ruído ocupacional não é a única causa de perda auditiva induzida por ruído entre os trabalhadores, mas a perda auditiva também pode ser causada por fontes fora do local de trabalho. Essas fontes de ruído produzem o que às vezes é chamado de “sociocusia”, e seus efeitos na audição são impossíveis de diferenciar da perda auditiva ocupacional. Eles só podem ser presumidos fazendo perguntas detalhadas sobre as atividades recreativas e outras atividades ruidosas do trabalhador. Exemplos de fontes sociocúsicas podem ser ferramentas de carpintaria, motosserras, motocicletas sem abafamento, música alta e armas de fogo. O tiro frequente com armas de grande calibre (sem proteção auditiva) pode contribuir significativamente para a perda auditiva induzida por ruído, enquanto a caça ocasional com armas de menor calibre tem maior probabilidade de ser inofensiva.
A importância da exposição não ocupacional ao ruído e a sociocusia resultante é que essa perda auditiva aumenta a exposição que um indivíduo pode receber de fontes ocupacionais. Para o bem da saúde auditiva geral dos trabalhadores, eles devem ser aconselhados a usar proteção auditiva adequada quando se envolverem em atividades recreativas ruidosas.
Zumbido
O zumbido é uma condição que frequentemente acompanha a perda auditiva temporária e permanente por ruído, bem como outros tipos de perda auditiva neurossensorial. Muitas vezes referido como um “zumbido nos ouvidos”, o zumbido pode variar de leve em alguns casos a grave em outros. Às vezes, os indivíduos relatam que se incomodam mais com o zumbido do que com a deficiência auditiva.
É provável que as pessoas com zumbido percebam mais em condições silenciosas, como quando estão tentando dormir à noite ou quando estão sentadas em uma cabine à prova de som fazendo um teste audiométrico. É um sinal de que as células sensoriais do ouvido interno estão irritadas. Muitas vezes, é um precursor da perda auditiva induzida por ruído e, portanto, um importante sinal de alerta.
Interferência de comunicação e segurança
O fato de que o ruído pode interferir ou “mascarar” a comunicação de fala e os sinais de alerta é apenas senso comum. Muitos processos industriais podem ser executados muito bem com um mínimo de comunicação entre os trabalhadores. Outros trabalhos, no entanto, como os realizados por pilotos de linha aérea, engenheiros ferroviários, comandantes de tanques e muitos outros dependem fortemente da comunicação por voz. Alguns desses trabalhadores utilizam sistemas eletrônicos que suprimem o ruído e amplificam a fala. Atualmente, existem sofisticados sistemas de comunicação, alguns com dispositivos que cancelam sinais acústicos indesejados para que a comunicação ocorra com mais facilidade.
Em muitos casos, os trabalhadores só precisam se virar, esforçando-se para entender as comunicações acima do ruído e gritando ou sinalizando acima dele. Às vezes, as pessoas podem desenvolver rouquidão ou mesmo nódulos vocais ou outras anormalidades nas cordas vocais devido ao esforço excessivo. Esses indivíduos podem precisar ser encaminhados para atendimento médico.
As pessoas aprenderam com a experiência que em níveis de ruído acima de 80 dBA eles devem falar muito alto e em níveis acima de 85 dBA eles devem gritar. Em níveis muito acima de 95 dBA, eles precisam se aproximar para se comunicar. Especialistas em acústica desenvolveram métodos para prever a quantidade de comunicação que pode ocorrer em situações industriais. As previsões resultantes dependem das características acústicas do ruído e da fala (ou outro sinal desejado), bem como da distância entre o locutor e o ouvinte.
É geralmente conhecido que o ruído pode interferir na segurança, mas apenas alguns estudos documentaram esse problema (por exemplo, Moll van Charante e Mulder 1990; Wilkins e Acton 1982). Houve inúmeros relatos, no entanto, de trabalhadores que tiveram roupas ou mãos presas em máquinas e ficaram gravemente feridos enquanto seus colegas de trabalho ignoravam seus gritos de socorro. Para evitar falhas de comunicação em ambientes ruidosos, alguns empregadores instalaram dispositivos de alerta visual.
Outro problema, reconhecido mais pelos próprios trabalhadores expostos ao ruído do que pelos profissionais de conservação auditiva e saúde ocupacional, é que os protetores auditivos podem, por vezes, interferir na percepção da fala e dos sinais de alerta. Isso parece ser verdade principalmente quando os usuários já têm perdas auditivas e os níveis de ruído caem abaixo de 90 dBA (Suter 1992). Nesses casos, os trabalhadores têm uma preocupação muito legítima com o uso de proteção auditiva. É importante estar atento às suas preocupações e implementar controles de ruído de engenharia ou aprimorar o tipo de proteção oferecida, como protetores embutidos em um sistema de comunicação eletrônica. Além disso, os protetores auriculares agora estão disponíveis com uma resposta de frequência mais plana e de “alta fidelidade”, o que pode melhorar a capacidade dos trabalhadores de entender a fala e os sinais de alerta.
Efeitos no desempenho do trabalho
Os efeitos do ruído no desempenho do trabalho foram estudados tanto em laboratório quanto em condições reais de trabalho. Os resultados mostraram que o ruído geralmente tem pouco efeito sobre o desempenho do trabalho repetitivo e monótono e, em alguns casos, pode realmente aumentar o desempenho do trabalho quando o nível do ruído é baixo ou moderado. Altos níveis de ruído podem prejudicar o desempenho do trabalho, especialmente quando a tarefa é complicada ou envolve fazer mais de uma coisa ao mesmo tempo. O ruído intermitente tende a ser mais perturbador do que o ruído contínuo, principalmente quando os períodos de ruído são imprevisíveis e incontroláveis. Algumas pesquisas indicam que as pessoas são menos propensas a ajudar umas às outras e mais propensas a exibir comportamento antissocial em ambientes barulhentos do que em ambientes silenciosos. (Para uma análise detalhada dos efeitos do ruído no desempenho do trabalho, consulte Suter 1992).
Aborrecimento
Embora o termo “incômodo” seja mais frequentemente associado a problemas de ruído da comunidade, como aeroportos ou pistas de corrida, os trabalhadores industriais também podem se sentir incomodados ou irritados com o ruído de seu local de trabalho. Esse incômodo pode estar relacionado à interferência da fala e do desempenho no trabalho descritos acima, mas também pode ser devido ao fato de muitas pessoas terem aversão ao ruído. Às vezes, a aversão ao barulho é tão forte que o trabalhador procura emprego em outro lugar, mas essa oportunidade nem sempre é viável. Após um período de adaptação, a maioria não parecerá tão incomodada, mas ainda pode reclamar de fadiga, irritabilidade e insônia. (O ajuste será mais bem-sucedido se os trabalhadores jovens estiverem adequadamente equipados com protetores auditivos desde o início, antes que desenvolvam qualquer perda auditiva.) Curiosamente, esse tipo de informação às vezes vem à tona depois de uma empresa inicia um programa de controle de ruído e conservação auditiva porque os trabalhadores teriam se conscientizado do contraste entre as condições anteriores e as condições melhoradas posteriormente.
Efeitos extra-auditivos
Como estressor biológico, o ruído pode influenciar todo o sistema fisiológico. O ruído age da mesma forma que outros estressores, fazendo com que o corpo responda de maneiras que podem ser prejudiciais a longo prazo e levar a distúrbios conhecidos como “doenças do estresse”. Diante do perigo nos tempos primitivos, o corpo passava por uma série de mudanças biológicas, preparando-se para lutar ou fugir (a clássica resposta de “lutar ou fugir”). Há evidências de que essas alterações ainda persistem com a exposição ao ruído alto, mesmo que a pessoa se sinta “adaptada” ao ruído.
A maioria desses efeitos parece ser transitória, mas com a exposição contínua, alguns efeitos adversos demonstraram ser crônicos em animais de laboratório. Vários estudos de trabalhadores industriais também apontam nessa direção, enquanto alguns estudos não mostram efeitos significativos (Rehm 1983; van Dijk 1990). A evidência é provavelmente mais forte para efeitos cardiovasculares, como aumento da pressão arterial ou alterações na química do sangue. Um conjunto significativo de estudos laboratoriais em animais mostrou níveis elevados crônicos de pressão arterial resultantes da exposição ao ruído em torno de 85 a 90 dBA, que não retornaram à linha de base após o término da exposição (Peterson et al. 1978, 1981 e 1983).
Estudos da química do sangue mostram níveis aumentados das catecolaminas epinefrina e norepinefrina devido à exposição ao ruído (Rehm 1983), e uma série de experimentos realizados por investigadores alemães encontraram uma conexão entre a exposição ao ruído e o metabolismo do magnésio em humanos e animais (Ising e Kruppa 1993). O pensamento atual sustenta que os efeitos extra-auditivos do ruído são provavelmente mediados psicologicamente, por meio da aversão ao ruído, tornando muito difícil obter relações dose-resposta. (Para uma visão geral abrangente desse problema, consulte Ising e Kruppa 1993.)
Como os efeitos extra-auditivos do ruído são mediados pelo sistema auditivo, o que significa que é necessário ouvir o ruído para que ocorram efeitos adversos, a proteção auditiva adequadamente ajustada deve reduzir a probabilidade desses efeitos da mesma forma que ocorre com a perda auditiva .
Para a prevenção dos efeitos adversos do ruído nos trabalhadores, deve-se prestar atenção à escolha da instrumentação apropriada, métodos de medição e procedimentos para avaliar a exposição dos trabalhadores. É importante avaliar corretamente os diferentes tipos de exposição ao ruído, como ruído contínuo, intermitente e impulsivo, para distinguir ambientes de ruído com diferentes espectros de frequência, bem como considerar a variedade de situações de trabalho, como oficinas de martelamento de forja, salas que abrigam compressores de ar, processos de soldagem ultrassônica e assim por diante. Os principais objetivos da medição de ruído em ambientes ocupacionais são (1) identificar trabalhadores superexpostos e quantificar suas exposições e (2) avaliar a necessidade de controle de ruído de engenharia e outros tipos de controle indicados. Outros usos da medição de ruído são para avaliar a eficácia de controles de ruído específicos e para determinar os níveis de fundo em salas audiométricas.
Medindo instrumentos
Os instrumentos para medição de ruído incluem sonômetros, dosímetros de ruído e equipamentos auxiliares. O instrumento básico é o medidor de nível de som, um instrumento eletrônico composto por um microfone, um amplificador, vários filtros, um dispositivo de quadratura, um mediador exponencial e um medidor calibrado em decibéis (dB). Os sonômetros são categorizados por sua precisão, variando do mais preciso (tipo 0) ao menos preciso (tipo 3). O tipo 0 é geralmente usado em laboratório, o tipo 1 é usado para outras medições precisas de nível sonoro, o tipo 2 é o medidor de uso geral e o tipo 3, o medidor de pesquisa, não é recomendado para uso industrial. A Figura 1 e a Figura 2 ilustram um medidor de nível de som.
Figura 1. Medidor de nível de som—verificação de calibração. Cortesia de Larson Davis
Figura 2. Medidor de nível de som com tela de vento. Cortesia de Larson Davis
As especificações para medidores de nível de som podem ser encontradas em normas nacionais e internacionais, como a International Organization for Standardization (ISO), a International Electrotechnical Commission (IEC) e a American National Standards Institute (ANSI). As publicações IEC IEC 651 (1979) e IEC 804 (1985) referem-se a medidores de nível sonoro dos tipos 0, 1 e 2, com ponderações de frequência A, B e C, e “lento”, “rápido” e “impulso” constantes de tempo. ANSI S1.4-1983, conforme alterado pelo ANSI S1.4A-1985, também fornece especificações para medidores de nível de som.
Para facilitar uma análise acústica mais detalhada, conjuntos de filtros de banda de oitava completa e banda de 1/3 de oitava podem ser anexados ou incluídos em medidores de nível de som modernos. Hoje em dia, os medidores de nível de som estão se tornando cada vez mais pequenos e fáceis de usar, ao mesmo tempo em que suas possibilidades de medição estão se expandindo.
Para medir exposições a ruídos não estacionários, como aqueles que ocorrem em ambientes de ruído intermitente ou impulsivo, um medidor de nível de som integrado é mais conveniente de usar. Esses medidores podem medir simultaneamente os níveis de som equivalente, pico e máximo, e calcular, registrar e armazenar vários valores automaticamente. O dosímetro de ruído ou “dosímetro” é uma forma de sonômetro integrador que pode ser levado no bolso da camisa ou preso à roupa do trabalhador. Os dados do dosímetro de ruído podem ser computadorizados e impressos.
É importante certificar-se de que os instrumentos de medição de ruído estejam sempre devidamente calibrados. Isso significa verificar acusticamente a calibração do instrumento antes e depois de cada dia de uso, bem como fazer avaliações eletrônicas em intervalos apropriados.
Métodos de Medição
Os métodos de medição de ruído a utilizar dependem dos objetivos de medição, nomeadamente, avaliar o seguinte:
O padrão internacional ISO 2204 fornece três tipos de métodos para medição de ruído: (1) o método de pesquisa, (2) o método de engenharia e (3) o método de precisão.
O método de pesquisa
Este método requer a menor quantidade de tempo e equipamento. Os níveis de ruído de uma zona de trabalho são medidos com um medidor de nível de som usando um número limitado de pontos de medição. Embora não haja uma análise detalhada do ambiente acústico, devem ser observados fatores temporais, como se o ruído é constante ou intermitente e quanto tempo os trabalhadores ficam expostos. A rede de ponderação A é geralmente usada no método de pesquisa, mas quando há um componente predominante de baixa frequência, a rede de ponderação C ou a resposta linear podem ser apropriadas.
O método de engenharia
Com este método, as medições de nível de som ponderadas A ou aquelas que usam outras redes de ponderação são complementadas com medições usando filtros de banda de oitava completa ou 1/3 de oitava. O número de pontos de medição e as faixas de frequência são selecionados de acordo com os objetivos de medição. Fatores temporais devem ser registrados novamente. Este método é útil para avaliar a interferência na comunicação de fala calculando os níveis de interferência de fala (SILs), bem como para projetar programas de redução de ruído e para estimar os efeitos auditivos e não auditivos do ruído.
O método de precisão
Este método é necessário para situações complexas, onde é necessária a descrição mais completa do problema de ruído. As medições gerais do nível de som são complementadas com medições de banda de oitava completa ou 1/3 de oitava e históricos de tempo são registrados para intervalos de tempo apropriados de acordo com a duração e as flutuações do ruído. Por exemplo, pode ser necessário medir os níveis de som de pico de impulsos usando a configuração de “retenção de pico” de um instrumento ou medir níveis de infra-som ou ultra-som, exigindo recursos especiais de medição de frequência, diretividade do microfone e assim por diante.
Aqueles que usam o método de precisão devem certificar-se de que a faixa dinâmica do instrumento seja suficientemente grande para evitar “overshoot” ao medir impulsos e que a resposta de frequência seja ampla o suficiente se o infra-som ou o ultra-som forem medidos. O instrumento deve ser capaz de fazer medições de frequências tão baixas quanto 2 Hz para infra-som e até pelo menos 16 kHz para ultra-som, com microfones suficientemente pequenos.
As seguintes etapas de “bom senso” podem ser úteis para o medidor de ruído iniciante:
Se as medições forem feitas ao ar livre, os dados meteorológicos pertinentes, como vento, temperatura e umidade, devem ser anotados se forem considerados importantes. Um pára-brisas deve sempre ser usado para medições externas e até mesmo para algumas medições internas. As instruções do fabricante devem ser sempre seguidas para evitar a influência de fatores como vento, umidade, poeira e campos elétricos e magnéticos, que podem afetar as leituras.
Procedimentos de medição
Existem duas abordagens básicas para medir o ruído no local de trabalho:
Avaliação da exposição do trabalhador
Para avaliar o risco de perda auditiva devido a exposições a ruídos específicos, o leitor deve consultar a norma internacional ISO 1999 (1990). A norma contém um exemplo dessa avaliação de risco em seu Anexo D.
As exposições ao ruído devem ser medidas nas proximidades do ouvido do trabalhador e, ao avaliar o perigo relativo das exposições dos trabalhadores, as subtrações devem não ser feita para a atenuação fornecida pelos dispositivos de proteção auditiva. A razão para esta ressalva é que há evidências consideráveis de que a atenuação fornecida pelos protetores auriculares quando usados no trabalho é muitas vezes menos da metade da atenuação estimada pelo fabricante. A razão para isso é que os dados do fabricante são obtidos em condições de laboratório e esses dispositivos geralmente não são ajustados e usados de forma tão eficaz no campo. No momento, não existe um padrão internacional para estimar a atenuação dos protetores auriculares à medida que são usados no campo, mas uma boa regra seria dividir os valores de laboratório pela metade.
Em algumas circunstâncias, especialmente aquelas que envolvem tarefas difíceis ou trabalhos que exigem concentração, pode ser importante minimizar o estresse ou a fadiga relacionados à exposição ao ruído adotando medidas de controle de ruído. Isso pode ser verdade mesmo para níveis de ruído moderados (abaixo de 85 dBA), quando há pouco risco de deficiência auditiva, mas o ruído é irritante ou cansativo. Nesses casos, pode ser útil realizar avaliações de sonoridade usando ISO 532 (1975), Método para calcular o nível de sonoridade.
A interferência na comunicação de fala pode ser estimada de acordo com a ISO 2204 (1979) usando o “índice de articulação”, ou mais simplesmente medindo os níveis de som nas bandas de oitava centradas em 500, 1,000 e 2,000 Hz, resultando no “nível de interferência de fala” .
Critérios de exposição
A seleção dos critérios de exposição ao ruído depende do objetivo a ser alcançado, como a prevenção da perda auditiva ou a prevenção do estresse e da fadiga. As exposições máximas permitidas em termos de níveis médios diários de ruído variam entre as nações de 80 a 85 a 90 dBA, com parâmetros comerciais (taxas de câmbio) de 3, 4 ou 5 dBA. Em alguns países, como a Rússia, os níveis de ruído permitidos variam entre 50 e 80 dBA, de acordo com o tipo de trabalho executado e levando em consideração a carga mental e física de trabalho. Por exemplo, os níveis permitidos para trabalho de computador ou desempenho de trabalho administrativo exigente são de 50 a 60 dBA. (Para mais informações sobre os critérios de exposição, consulte o artigo “Normas e regulamentos” neste capítulo.)
Idealmente, o meio mais eficaz de controle de ruído é impedir que a fonte de ruído entre no ambiente da fábrica em primeiro lugar - estabelecendo um programa eficaz de "Compre Silencioso" para fornecer ao local de trabalho equipamentos projetados para produzir baixo ruído. Para realizar tal programa, uma declaração de especificações clara e bem escrita para limitar as características de ruído de novos equipamentos, instalações e processos da planta deve ser projetada para levar em consideração o risco de ruído. Um bom programa também inclui monitoramento e manutenção.
Uma vez instalados os equipamentos e identificado o excesso de ruído por meio de medições de nível sonoro, o problema de controle do ruído torna-se mais complicado. No entanto, existem controles de engenharia disponíveis que podem ser adaptados a equipamentos existentes. Além disso, geralmente há mais de uma opção de controle de ruído para cada problema. Portanto, torna-se importante para o indivíduo que gerencia o programa de controle de ruído determinar os meios mais viáveis e econômicos disponíveis para a redução de ruído em cada situação.
Controlando o ruído na fábrica e no design do produto
O uso de especificações escritas para definir os requisitos do equipamento, sua instalação e aceitação é uma prática padrão no ambiente atual. Uma das principais oportunidades na área de controle de ruído disponível para o projetista de fábrica é influenciar a seleção, compra e layout de novos equipamentos. Quando devidamente escrito e administrado, a implementação de um programa de “Compre Silencioso” por meio de especificações de compra pode ser um meio eficaz de controlar o ruído.
A abordagem mais proativa para controlar o ruído na fase de projeto de instalações e aquisição de equipamentos existe na Europa. Em 1985, os doze estados membros da Comunidade Européia (CE)—agora a União Européia (UE)—adotaram Diretivas de “Nova Abordagem” projetadas para tratar de uma ampla classe de equipamentos ou máquinas, em vez de padrões individuais para cada tipo de equipamento. Até o final de 1994, haviam sido emitidas três Diretivas de “Nova Abordagem” que continham requisitos sobre ruído. Essas Diretrizes são:
O primeiro item listado acima (89/392/EEC) é comumente chamado de Diretriz de Máquinas. Esta diretiva obriga os fabricantes de equipamentos a incluir o controle de ruído como parte essencial da segurança das máquinas. O objetivo básico dessas medidas é que, para que as máquinas ou equipamentos sejam vendidos na UE, eles devem atender aos requisitos essenciais em relação ao ruído. Como resultado, tem havido uma grande ênfase no design de equipamentos de baixo ruído desde o final da década de 1980 por fabricantes interessados em comercializar na UE.
Para empresas fora da UE que tentam implementar um programa voluntário “Buy Quiet”, o grau de sucesso alcançado depende em grande parte do tempo e do comprometimento de toda a hierarquia de gerenciamento. A primeira etapa do programa é estabelecer critérios de ruído aceitáveis para a construção de uma nova fábrica, expansão de uma instalação existente e aquisição de novos equipamentos. Para que o programa seja eficaz, os limites de ruído especificados devem ser vistos tanto pelo comprador quanto pelo fornecedor como um requisito absoluto. Quando um produto não atende a outros parâmetros de projeto do equipamento, como tamanho, taxa de fluxo, pressão, aumento de temperatura permitido e assim por diante, ele é considerado inaceitável pela administração da empresa. Este é o mesmo compromisso que deve ser seguido em relação aos níveis de ruído para que o programa “Compre Tranquilo” seja bem-sucedido.
No que diz respeito ao aspecto do tempo mencionado acima, quanto mais cedo no processo de design forem considerados os aspectos de ruído de um projeto ou compra de equipamentos, maior será a probabilidade de sucesso. Em muitas situações, o projetista da fábrica ou o comprador do equipamento poderá escolher os tipos de equipamento. O conhecimento das características do ruído das várias alternativas permitir-lhe-á especificar as mais silenciosas.
Além da seleção do equipamento, é essencial o envolvimento precoce no projeto do layout do equipamento dentro da planta. A realocação do equipamento no papel durante a fase de concepção de um projeto é claramente muito mais fácil do que a movimentação física do equipamento posteriormente, especialmente quando o equipamento estiver em operação. Uma regra simples a seguir é manter juntas as máquinas, processos e áreas de trabalho com nível de ruído aproximadamente igual; e separar áreas particularmente ruidosas e particularmente silenciosas por zonas tampão com níveis de ruído intermediários.
A validação dos critérios de ruído como requisito absoluto requer um esforço cooperativo entre o pessoal da empresa de departamentos como engenharia, jurídico, compras, higiene industrial e meio ambiente. Por exemplo, os departamentos de higiene industrial, segurança e/ou pessoal podem determinar os níveis de ruído desejados para os equipamentos, bem como realizar pesquisas sonoras para qualificar os equipamentos. Em seguida, os engenheiros da empresa podem escrever a especificação de compra, bem como selecionar tipos de equipamentos silenciosos. O agente de compras provavelmente administrará o contrato e contará com os representantes do departamento jurídico para assistência na execução. O envolvimento de todas essas partes deve começar com o início do projeto e continuar por meio de solicitações de financiamento, planejamento, projeto, licitação, instalação e comissionamento.
Mesmo o documento de especificação mais completo e conciso tem pouco valor, a menos que o ônus da conformidade seja colocado no fornecedor ou fabricante. Linguagem contratual clara deve ser usada para definir os meios de determinar a conformidade. Os procedimentos da empresa destinados a estabelecer garantias devem ser consultados e seguidos. Pode ser desejável incluir cláusulas de penalidade por não conformidade. O mais importante na estratégia de cumprimento é o compromisso do comprador em garantir que os requisitos sejam atendidos. O compromisso com os critérios de ruído em troca de custo, data de entrega, desempenho ou outras concessões deve ser a exceção e não a regra.
Nos Estados Unidos, a ANSI publicou o padrão ANSI S12.16: Diretrizes para Especificação de Ruído de Máquinas Novas (1992). Esta norma é um guia útil para escrever uma especificação interna de ruído da empresa. Além disso, esta norma fornece orientação para a obtenção de dados de nível de som de fabricantes de equipamentos. Uma vez obtidos do fabricante, os dados podem ser usados por projetistas de plantas no planejamento de layouts de equipamentos. Devido aos vários tipos de equipamentos e ferramentas distintos para os quais este padrão foi preparado, não existe um único protocolo de levantamento apropriado para a medição de dados de nível de som. Como resultado, esta norma contém informações de referência sobre o procedimento de medição de som apropriado para testar uma variedade de equipamentos estacionários. Esses procedimentos de pesquisa foram preparados pela organização comercial ou profissional apropriada nos Estados Unidos, responsável por um determinado tipo ou classe de equipamento.
Adaptação de equipamentos existentes
Antes que alguém possa decidir o que precisa ser feito, torna-se necessário identificar a causa raiz do ruído. Para este fim, é útil ter uma compreensão de como o ruído é gerado. O ruído é criado na maior parte por impactos mecânicos, fluxo de ar de alta velocidade, fluxo de fluido de alta velocidade, áreas de superfície vibrantes de uma máquina e, frequentemente, pelo produto que está sendo fabricado. No que diz respeito ao último item, é frequente nas indústrias de manufatura e processo, como fabricação de metal, fabricação de vidro, processamento de alimentos, mineração e assim por diante, que a interação entre o produto e as máquinas transmite a energia que cria o ruído.
Identificação da fonte
Um dos aspectos mais desafiadores do controle de ruído é a identificação da fonte real. Em um ambiente industrial típico, geralmente existem várias máquinas operando simultaneamente, o que dificulta a identificação da causa raiz do ruído. Isso é especialmente verdadeiro quando um medidor de nível de som padrão (SLM) é usado para avaliar o ambiente acústico. O SLM normalmente fornece um nível de pressão sonora (SPL) em um local específico, que é provavelmente o resultado de mais de uma fonte de ruído. Portanto, cabe ao topógrafo empregar uma abordagem sistemática que ajudará a separar as fontes individuais e sua contribuição relativa para o SPL geral. As seguintes técnicas de pesquisa podem ser usadas para ajudar a identificar a origem ou fonte de ruído:
Um dos métodos mais eficazes para localizar a fonte do ruído é medir seu espectro de frequência. Uma vez que os dados são medidos, é muito útil representar graficamente os resultados para que se possa observar visualmente as características da fonte. Para a maioria dos problemas de redução de ruído, as medições podem ser realizadas com filtros de banda de oitava completa (1/1) ou de um terço (1/3) usados com o SLM. A vantagem da medição de banda de 1/3 de oitava é que ela fornece informações mais detalhadas sobre o que está emanando de um equipamento. A Figura 1 mostra uma comparação entre medições de banda de oitava de 1/1 e 1/3 realizadas perto de uma bomba de nove pistões. Conforme ilustrado nesta figura, os dados da banda de 1/3 de oitava identificam claramente a frequência de bombeamento e muitos de seus harmônicos. Se alguém usar apenas 1/1, ou dados de banda de oitava completa, conforme representado pela linha sólida e plotado em cada frequência de banda central na figura 1, torna-se mais difícil diagnosticar o que está ocorrendo dentro da bomba. Com dados de banda de oitava de 1/1, há um total de nove pontos de dados entre 25 Hertz (Hz) e 10,000 Hz, conforme mostrado nesta figura. No entanto, há um total de 27 pontos de dados nesta faixa de frequência com o uso de medições de banda de 1/3 de oitava. Claramente, os dados da banda de 1/3 de oitava fornecerão dados mais úteis para identificar a causa raiz de um ruído. Esta informação é crítica se o objetivo for controlar o ruído na fonte. Se o único interesse for tratar o caminho ao longo do qual as ondas sonoras são transmitidas, então os dados de banda de 1/1 de oitava serão suficientes para fins de seleção de produtos ou materiais acusticamente adequados.
Figura 1. Comparação entre dados de banda de oitava de 1/1 e 1/3
A Figura 2 mostra uma comparação entre o espectro de banda de 1/3 de oitava medido a 3 pés do tubo cruzado de um compressor de resfriador de líquido e o nível de fundo medido a aproximadamente 25 pés de distância (observe as aproximações dadas na nota de rodapé). Esta posição representa a área geral onde os funcionários normalmente caminham por esta sala. Na maior parte, a sala do compressor não é ocupada rotineiramente pelos trabalhadores. A única exceção existe quando os trabalhadores de manutenção estão consertando ou revisando outros equipamentos na sala. Além do compressor, existem várias outras grandes máquinas operando nessa área. Para auxiliar na identificação das fontes primárias de ruído, vários espectros de frequência foram medidos próximos a cada um dos equipamentos. Quando cada espectro foi comparado com os dados na posição de fundo na passarela, apenas o tubo cruzado da unidade do compressor exibiu uma forma de espectro semelhante. Consequentemente, pode-se concluir que esta é a principal fonte de ruído que controla o nível medido na passagem dos funcionários. Assim, conforme ilustrado na figura 2, por meio do uso de dados de frequência medidos próximos ao equipamento e comparando graficamente as fontes individuais com os dados registrados nas estações de trabalho dos funcionários ou outras áreas de interesse, muitas vezes é possível identificar as fontes dominantes de ruídos claramente.
Figura 2. Comparação do tubo cruzado versus nível de fundo
Quando o nível de som flutua, como no caso de equipamentos cíclicos, é útil medir o nível de som geral ponderado A versus o tempo. Com este procedimento é importante observar e documentar quais eventos estão ocorrendo ao longo do tempo. A Figura 3 exibe o nível de ruído medido na estação de trabalho do operador durante um ciclo completo da máquina. O processo representado na figura 3 representa o de uma embaladora de produtos, que possui um tempo de ciclo de aproximadamente 95 segundos. Conforme mostrado na figura, o nível máximo de ruído de 96.2 dBA ocorre durante a liberação do ar comprimido, 33 segundos no ciclo da máquina. Os outros eventos importantes também são rotulados na figura, o que permite identificar a origem e a contribuição relativa de cada atividade durante o ciclo completo de empacotamento.
Figura 3. Estação de trabalho para operador de embalagem
Em ambientes industriais onde há várias linhas de processo com o mesmo equipamento, vale a pena comparar os dados de frequência de equipamentos semelhantes entre si. A Figura 4 mostra essa comparação para duas linhas de processo semelhantes, ambas fabricando o mesmo produto e operando na mesma velocidade. Parte do processo envolve o uso de um dispositivo acionado pneumaticamente que perfura um orifício de meia polegada no produto como fase final de sua produção. A inspeção desta figura revela claramente que a linha nº 1 tem um nível de som geral 5 dBA mais alto que a linha nº 2. Além disso, o espectro representado pela linha nº 1 contém uma frequência fundamental e muitos harmônicos que não aparecem no espectro da linha nº 2. Consequentemente, é necessário investigar a causa dessas diferenças. Freqüentemente, diferenças significativas serão uma indicação da necessidade de manutenção, como foi a situação do mecanismo de perfuração final da linha #2. No entanto, este problema de ruído específico exigirá medidas de controle adicionais, uma vez que o nível geral na linha nº 1 ainda é relativamente alto. Mas o objetivo dessa técnica de pesquisa é identificar os diferentes problemas de ruído que podem existir entre itens de equipamentos e processos semelhantes que podem ser facilmente remediados com manutenção eficaz ou outros ajustes.
Figura 4. Operação de perfuração final para linhas de processo idênticas
Conforme mencionado acima, um SLM normalmente fornece um SPL que compreende energia acústica de uma ou mais fontes de ruído. Em condições ideais de medição, seria melhor medir cada item do equipamento com todos os outros equipamentos desligados. Embora essa situação seja ideal, raramente é prático desligar a usina para permitir o isolamento de uma fonte específica. Para contornar essa limitação, muitas vezes é eficaz usar medidas de controle temporárias com certas fontes de ruído que fornecerão alguma redução de ruído de curto prazo para permitir a medição de outra fonte. Alguns materiais disponíveis que podem proporcionar uma redução temporária incluem invólucros de compensado, mantas acústicas, silenciadores e barreiras. Freqüentemente, a aplicação permanente desses materiais criará problemas de longo prazo, como acúmulo de calor, interferência no acesso do operador ou no fluxo do produto ou quedas de pressão dispendiosas associadas a silenciadores selecionados incorretamente. No entanto, para ajudar no isolamento de componentes individuais, esses materiais podem ser eficazes como controle de curto prazo.
Outro método disponível para isolar uma determinada máquina ou componente é ligar e desligar diferentes equipamentos ou seções de uma linha de produção. Para conduzir efetivamente este tipo de análise de diagnóstico, o processo deve ser capaz de funcionar com o item selecionado desligado. Em seguida, para que esse procedimento seja legítimo, é fundamental que o processo de fabricação não seja afetado de forma alguma. Se o processo for afetado, é totalmente possível que a medição não seja representativa do nível de ruído em condições normais. Por fim, todos os dados válidos podem ser classificados pela magnitude do valor geral de dBA para ajudar a priorizar equipamentos para controle de ruído de engenharia.
Selecionando as opções apropriadas de controle de ruído
Uma vez que a causa ou fonte do ruído é identificada e se sabe como ele se irradia para as áreas de trabalho dos funcionários, o próximo passo é decidir quais podem ser as opções de controle de ruído disponíveis. O modelo padrão usado com relação ao controle de quase todos os perigos à saúde é examinar as várias opções de controle que se aplicam à fonte, caminho e receptor. Em algumas situações, o controle de um desses elementos será suficiente. No entanto, em outras circunstâncias, pode ser necessário o tratamento de mais de um elemento para obter um ambiente de ruído aceitável.
O primeiro passo no processo de controle de ruído deve ser tentar alguma forma de tratamento da fonte. Com efeito, a modificação da fonte aborda a causa raiz de um problema de ruído, enquanto o controle do caminho de transmissão do som com barreiras e invólucros trata apenas os sintomas do ruído. Nas situações em que existem várias fontes dentro de uma máquina e o objetivo é tratar a fonte, será necessário abordar todos os mecanismos geradores de ruído componente por componente.
Para ruído excessivo gerado por impactos mecânicos, as opções de controle a serem investigadas podem incluir métodos para reduzir a força motriz, reduzir a distância entre os componentes, equilibrar equipamentos rotativos e instalar acessórios de isolamento de vibração. No que diz respeito ao ruído proveniente do fluxo de ar ou fluido em alta velocidade, a principal modificação é reduzir a velocidade do meio, assumindo que esta é uma opção viável. Às vezes, a velocidade pode ser reduzida aumentando a área da seção transversal da tubulação em questão. As obstruções na tubulação devem ser eliminadas para permitir um fluxo simplificado, o que por sua vez reduzirá as variações de pressão e a turbulência no meio a ser transportado. Finalmente, a instalação de um silenciador ou silenciador de tamanho adequado pode proporcionar uma redução significativa no ruído geral. O fabricante do silenciador deve ser consultado para obter assistência na seleção do dispositivo adequado, com base nos parâmetros operacionais e restrições estabelecidos pelo comprador.
Quando as áreas de superfície vibratória de uma máquina atuam como uma caixa de ressonância para o ruído aéreo, as opções de controle incluem uma redução na força motriz associada ao ruído, criação de seções menores a partir de áreas de superfície maiores, perfuração da superfície, aumento da rigidez do substrato ou massa, e aplicação de material de amortecimento ou acessórios de isolamento de vibração. Com relação ao uso de materiais de isolamento e amortecimento de vibração, o fabricante do produto deve ser consultado para obter assistência na seleção dos materiais e procedimentos de instalação apropriados. Finalmente, em muitas indústrias, o produto real que está sendo fabricado geralmente é um radiador eficiente de som transmitido pelo ar. Nessas situações, é importante avaliar maneiras de proteger firmemente ou apoiar melhor o produto durante a fabricação. Outra medida de controle de ruído a ser investigada seria reduzir a força de impacto entre a máquina e o produto, entre partes do próprio produto ou entre itens separados do produto.
Freqüentemente, o redesenho do processo ou do equipamento e a modificação da fonte podem se mostrar inviáveis. Além disso, pode haver situações em que é praticamente impossível identificar a causa raiz do ruído. Quando qualquer uma dessas situações existir, a utilização de medidas de controle para tratamento do percurso de transmissão do som seria um meio eficaz para reduzir o nível geral de ruído. As duas medidas primárias de redução para tratamentos de caminhos são os fechamentos acústicos e as barreiras.
O desenvolvimento de gabinetes acústicos está bem avançado no mercado atual. Caixas prontas para uso e caixas personalizadas estão disponíveis em vários fabricantes. Para adquirir o sistema apropriado, é necessário que o comprador forneça informações sobre o nível geral de ruído atual (e possivelmente dados de frequência), as dimensões do equipamento, a meta de redução de ruído, a necessidade de fluxo de produto e o acesso do funcionário, e quaisquer outras restrições operacionais. O fornecedor poderá usar essas informações para selecionar um item de estoque ou fabricar um invólucro personalizado para atender às necessidades do comprador.
Em muitas situações, pode ser mais econômico projetar e construir um gabinete em vez de comprar um sistema comercial. Ao projetar caixas, muitos fatores devem ser levados em consideração para que a caixa seja satisfatória do ponto de vista acústico e de produção. As diretrizes específicas para o projeto de gabinete são as seguintes:
Dimensões do gabinete. Não há nenhuma diretriz crítica para o tamanho ou dimensões de um invólucro. A melhor regra a seguir é quanto maior melhor. É fundamental que haja espaço suficiente para permitir que o equipamento execute todos os movimentos pretendidos sem entrar em contato com o invólucro.
Muro do recinto. A redução de ruído proporcionada por um invólucro depende dos materiais utilizados na construção das paredes e da estanqueidade do invólucro. A seleção dos materiais apropriados para a parede do invólucro deve ser determinada usando as seguintes regras práticas (Moreland 1979):
TLnecessário=NR+20dBA
TLnecessário=NR+15dBA
TLnecessário=NR+10dBA.
Nestas expressões TLnecessário é a perda de transmissão necessária da parede ou painel do invólucro e NR é a redução de ruído desejada para atender à meta de redução.
Selos. Para máxima eficiência, todas as juntas da parede do gabinete devem ser bem ajustadas. Aberturas em torno de penetrações de tubos, fiação elétrica e assim por diante, devem ser vedadas com mástique não endurecedor, como calafetagem de silicone.
Absorção interna. Para absorver e dissipar a energia acústica, a área da superfície interna do invólucro deve ser revestida com material acusticamente absorvente. O espectro de frequência da fonte deve ser usado para selecionar o material apropriado. Os dados de absorção publicados pelo fabricante fornecem a base para combinar o material com a fonte de ruído. É importante combinar os fatores de absorção máximos com as frequências da fonte que possuem os níveis de pressão sonora mais altos. O fornecedor ou fabricante do produto também pode ajudar na seleção do material mais eficaz com base no espectro de frequência da fonte.
Isolamento do gabinete. É importante que a estrutura do invólucro seja separada ou isolada do equipamento para garantir que vibrações mecânicas não sejam transmitidas ao próprio invólucro. Quando partes da máquina, como penetrações de tubos, entram em contato com o invólucro, é importante incluir acessórios de isolamento de vibração no ponto de contato para curto-circuitar qualquer caminho de transmissão potencial. Finalmente, se a máquina fizer o piso vibrar, a base do invólucro também deve ser tratada com material de isolamento de vibração.
Fornecer fluxo de produto. Como na maioria dos equipamentos de produção, haverá a necessidade de mover o produto para dentro e para fora do gabinete. O uso de canais ou túneis revestidos acusticamente pode permitir o fluxo do produto e ainda fornecer absorção acústica. Para minimizar o vazamento de ruído, recomenda-se que todas as passagens sejam três vezes mais longas que a largura interna da maior dimensão da abertura do túnel ou canal.
Fornecer acesso ao trabalhador. Portas e janelas podem ser instaladas para fornecer acesso físico e visual ao equipamento. É fundamental que todas as janelas tenham pelo menos as mesmas propriedades de perda de transmissão que as paredes do gabinete. Em seguida, todas as portas de acesso devem vedar firmemente em todas as bordas. Para evitar o funcionamento do equipamento com as portas abertas, recomenda-se a inclusão de um sistema de intertravamento que permita o funcionamento somente com as portas totalmente fechadas.
Ventilação do invólucro. Em muitas aplicações de gabinete, haverá acúmulo excessivo de calor. Para passar o ar de resfriamento pelo gabinete, um soprador com capacidade de 650 a 750 pés cúbicos/metros deve ser instalado na saída ou no duto de descarga. Finalmente, os dutos de admissão e descarga devem ser revestidos com material absorvente.
Proteção de material absorvente. Para evitar que o material absorvente seja contaminado, uma barreira contra respingos deve ser aplicada sobre o revestimento absorvente. Este deve ser de um material muito leve, como um filme plástico de um mil. A camada absorvente deve ser retida com metal expandido, chapa perfurada ou tela de hardware. O material de revestimento deve ter pelo menos 25% de área aberta.
Um tratamento alternativo do caminho de transmissão de som é usar uma barreira acústica para bloquear ou proteger o receptor (o trabalhador em risco de perigo de ruído) do caminho direto do som. Uma barreira acústica é um material de alta perda de transmissão, como uma divisória ou parede sólida, inserida entre a fonte de ruído e o receptor. Ao bloquear o caminho direto da linha de visão para a fonte, a barreira faz com que as ondas sonoras cheguem ao receptor pela reflexão de várias superfícies na sala e pela difração nas bordas da barreira. Como resultado, o nível geral de ruído é reduzido no local do receptor.
A eficácia de uma barreira é uma função de sua localização em relação à fonte de ruído ou receptores e de suas dimensões gerais. Para maximizar a redução potencial de ruído, a barreira deve estar localizada o mais próximo possível da fonte ou do receptor. Em seguida, a barreira deve ser tão alta e larga quanto possível. Para bloquear o caminho do som de forma eficaz, um material de alta densidade, da ordem de 4 a 6 lb/ft3, deve ser usado. Finalmente, a barreira não deve conter aberturas ou lacunas, o que pode reduzir significativamente sua eficácia. Caso seja necessária a inclusão de janela para acesso visual ao equipamento, é importante que a janela tenha um índice de transmissão sonora no mínimo equivalente ao do próprio material de barreira.
A opção final para reduzir a exposição do trabalhador ao ruído é tratar o espaço ou área onde o funcionário trabalha. Essa opção é mais prática para as atividades de trabalho, como inspeção de produtos ou estações de monitoramento de equipamentos, onde o movimento dos funcionários é limitado a uma área relativamente pequena. Nessas situações, pode-se instalar cabine ou abrigo acústico para isolar os funcionários e aliviar os níveis excessivos de ruído. As exposições diárias ao ruído serão reduzidas, desde que uma parte significativa do turno de trabalho seja passada dentro do abrigo. Para construir tal abrigo, devem ser consultadas as diretrizes descritas anteriormente para o projeto do invólucro.
Em conclusão, a implementação de um programa eficaz de “Compre Silencioso” deve ser o passo inicial em um processo de controle total do ruído. Essa abordagem é projetada para evitar a compra ou instalação de qualquer equipamento que possa apresentar um problema de ruído. No entanto, para aquelas situações em que já existem níveis excessivos de ruído, é necessário avaliar sistematicamente o ambiente de ruído para desenvolver a opção de controle de engenharia mais prática para cada fonte de ruído individual. Ao determinar a prioridade relativa e a urgência da implementação de medidas de controle de ruído, devem ser consideradas as exposições dos funcionários, a ocupação do espaço e os níveis gerais de ruído da área. Obviamente, um aspecto importante do resultado desejado é obter a máxima redução da exposição do funcionário ao ruído para os fundos monetários investidos e, ao mesmo tempo, garantir o maior grau de proteção do funcionário.
Os autores agradecem ao Departamento de Trabalho da Carolina do Norte pela permissão para reutilizar materiais desenvolvidos durante a redação de um guia da indústria NCDOL sobre conservação auditiva.
O principal objetivo dos programas de conservação auditiva ocupacional (HCPs) é prevenir a perda auditiva induzida por ruído no local de trabalho devido a exposições perigosas ao ruído no local de trabalho (Royster e Royster 1989 e 1990). No entanto, a pessoa - que posteriormente será caracterizada como o "indivíduo-chave" - responsável por tornar o HCP eficaz deve usar o bom senso para modificar essas práticas para se adequar à situação local, a fim de atingir o objetivo desejado: proteção dos trabalhadores contra exposições prejudiciais ao ruído ocupacional. Um objetivo secundário desses programas deve ser educar e motivar os indivíduos de forma que eles também optem por se proteger de exposições prejudiciais ao ruído não ocupacional e transmitir seus conhecimentos sobre conservação auditiva para suas famílias e amigos.
A Figura 1 mostra as distribuições de mais de 10,000 amostras de exposição ao ruído de quatro fontes em dois países, incluindo uma variedade de ambientes de trabalho industriais, de mineração e militares. As amostras são valores médios ponderados de 8 horas com base em taxas de câmbio de 3, 4 e 5 dB. Esses dados indicam que cerca de 90% das exposições diárias equivalentes ao ruído são de 95 dBA ou menos, e apenas 10% excedem 95 dBA.
Figura 1. Risco estimado de exposição ao ruído para diferentes populações
A importância dos dados na figura 1, supondo que se apliquem à maioria dos países e populações, é simplesmente que a grande maioria dos funcionários expostos ao ruído precisa atingir apenas 10 dBA de proteção contra o ruído para eliminar o perigo. Quando do uso de protetores auriculares (PAFs) para alcançar essa proteção, os responsáveis pela saúde do trabalhador devem se preocupar em adequar a cada indivíduo um dispositivo que seja confortável, prático para o ambiente, que leve em consideração as necessidades auditivas do indivíduo (capacidade de ouvir sinais de alerta, fala, etc.) e fornece uma vedação acústica quando usado dia após dia em ambientes do mundo real.
Este artigo apresenta um conjunto condensado de boas práticas de conservação auditiva, conforme resumido na lista de verificação apresentada na figura 2.
Figura 2. Lista de verificação de boas práticas de HCP
Benefícios da Conservação Auditiva
A prevenção da perda auditiva ocupacional beneficia o funcionário, preservando as habilidades auditivas que são essenciais para uma boa qualidade de vida: comunicação interpessoal, prazer da música, detecção de sons de alerta e muito mais. O HCP oferece um benefício de triagem de saúde, uma vez que perdas auditivas não ocupacionais e doenças de ouvido potencialmente tratáveis são frequentemente detectadas por meio de audiogramas anuais. A redução da exposição ao ruído também reduz o estresse potencial e a fadiga relacionada ao ruído.
O empregador se beneficia diretamente com a implementação de um HCP eficaz que mantém a boa audição dos funcionários, uma vez que os trabalhadores permanecerão mais produtivos e versáteis se suas habilidades de comunicação não forem prejudicadas. HCPs eficazes podem reduzir as taxas de acidentes e promover a eficiência do trabalho.
Fases de um HCP
Consulte a lista de verificação na figura 2 para obter detalhes de cada fase. Diferentes pessoas podem ser responsáveis por diferentes fases, e essas pessoas compõem a equipe HCP.
Pesquisas de exposição sonora
Medidores de nível de som ou dosímetros de ruído pessoal são usados para medir os níveis de som no local de trabalho e estimar a exposição ao ruído dos trabalhadores para determinar se um HCP é necessário; se assim for, os dados coletados ajudarão a estabelecer políticas HCP apropriadas para proteger os funcionários (Royster, Berger e Royster 1986). Os resultados da pesquisa identificam quais funcionários (por departamento ou cargo) serão incluídos no HCP, quais áreas devem ser destacadas para uso obrigatório de protetor auditivo e quais dispositivos de proteção auditiva são adequados. São necessárias amostras adequadas de condições de produção representativas para classificar as exposições em faixas (abaixo de 85 dBA, 85-89, 90-94, 95-99 dBA, etc.). A medição dos níveis sonoros ponderados A durante a pesquisa geral de ruído geralmente identifica fontes de ruído dominantes em áreas da fábrica onde estudos de controle de ruído de engenharia de acompanhamento podem reduzir significativamente as exposições dos funcionários.
Controles de ruído de engenharia e administrativos
Os controles de ruído podem reduzir a exposição dos funcionários ao ruído a um nível seguro, eliminando a necessidade de um programa de conservação auditiva. Os controles de engenharia (consulte “Controle de ruído de engenharia” [NOI03AE] neste capítulo) envolvem modificações da fonte de ruído (como a instalação de silenciadores nos bocais de exaustão de ar), o caminho do ruído (como a colocação de gabinetes de bloqueio de som ao redor do equipamento) ou o receptor (como construir um gabinete ao redor da estação de trabalho do funcionário). A contribuição do trabalhador é frequentemente necessária ao projetar tais modificações para garantir que sejam práticas e não interfiram em suas tarefas. Obviamente, as exposições perigosas ao ruído dos funcionários devem ser reduzidas ou eliminadas por meio de controles de ruído de engenharia sempre que for prático e viável.
Os controles administrativos de ruído incluem a substituição de equipamentos antigos por novos modelos mais silenciosos, adesão a programas de manutenção de equipamentos relacionados ao controle de ruído e mudanças nos horários de trabalho dos funcionários para reduzir as doses de ruído, limitando o tempo de exposição quando prático e tecnicamente aconselhável. Planejar e projetar para atingir níveis de ruído não perigosos quando novas instalações de produção são colocadas on-line é um controle administrativo que também pode eliminar a necessidade de um HCP.
Educação e motivação
Os membros e funcionários da equipe HCP não participarão ativamente da conservação auditiva, a menos que entendam sua finalidade, como se beneficiarão diretamente do programa e que a conformidade com os requisitos de segurança e saúde da empresa é uma condição de emprego. Sem uma educação significativa para motivar ações individuais, o HCP falhará (Royster e Royster 1986). Os tópicos a serem abordados devem incluir o seguinte: a finalidade e os benefícios do HCP, métodos e resultados de pesquisa de som, uso e manutenção de tratamentos de controle de ruído de engenharia para reduzir exposições, exposições perigosas a ruído fora do trabalho, como o ruído prejudica a audição, consequências de perda auditiva na vida diária, seleção e adaptação de dispositivos de proteção auditiva e importância do uso consistente, como o teste audiométrico identifica alterações auditivas para indicar a necessidade de maior proteção e as políticas de HCP do empregador. Idealmente, esses tópicos podem ser explicados a pequenos grupos de funcionários em reuniões de segurança, com tempo suficiente para perguntas. Em HCPs eficazes, a fase educacional é um processo contínuo - não apenas uma apresentação anual - pois os profissionais de saúde aproveitam as oportunidades diárias para lembrar os outros sobre como conservar sua audição.
Proteção auditiva
O empregador fornece dispositivos de proteção auditiva (tampões, protetores auriculares e dispositivos semi-insertíveis) para os funcionários usarem enquanto existirem níveis perigosos de ruído no local de trabalho. Como não foram desenvolvidos controles viáveis de ruído de engenharia para muitos tipos de equipamentos industriais, os protetores auriculares são a melhor opção atual para prevenir a perda auditiva induzida por ruído nessas situações. Conforme indicado anteriormente, a maioria dos trabalhadores expostos ao ruído precisa atingir apenas 10 dB de atenuação para se proteger adequadamente do ruído. Com a grande variedade de protetores auriculares disponíveis hoje, a proteção adequada pode ser facilmente alcançada (Royster 1985; Royster e Royster 1986) se os dispositivos forem adaptados individualmente a cada funcionário para obter uma vedação acústica com conforto aceitável e se o trabalhador for ensinado como use o dispositivo corretamente para manter uma vedação acústica, mas de forma consistente sempre que houver risco de ruído.
Avaliações audiométricas
Cada indivíduo exposto deve receber uma verificação auditiva inicial seguida de novas verificações anuais para monitorar o estado da audição e detectar qualquer alteração auditiva. Um audiômetro é usado em uma cabine de atenuação de som para testar os limiares auditivos do funcionário em 0.5, 1, 2, 3, 4, 6 e 8 kHz. Se o HCP for eficaz, os resultados audiométricos dos funcionários não mostrarão alterações significativas associadas a danos auditivos induzidos por ruído no trabalho. Se forem encontradas alterações auditivas suspeitas, o técnico de audiometria e o fonoaudiólogo ou médico que revisa o registro podem aconselhar o funcionário a usar os HPDs com mais cuidado, avaliar se são necessários HPDs de melhor ajuste e motivar o indivíduo a ser mais cuidadoso na proteção de seus ouvir dentro e fora do trabalho. Às vezes, causas não ocupacionais de alteração auditiva podem ser identificadas, como tiroteio ou exposição a ruídos de passatempo, ou problemas de ouvido médicos. O monitoramento audiométrico é útil apenas se o controle de qualidade dos procedimentos de teste for mantido e se os resultados forem usados para iniciar o acompanhamento de indivíduos com alterações auditivas significativas (Royster 1985).
Manutenção de Registros
Os requisitos para o tipo de registros a serem mantidos e a duração para mantê-los variam entre os países. Em países onde as questões de litígio e compensação do trabalhador são questões importantes, os registros devem ser mantidos por mais tempo do que o exigido pelos regulamentos ocupacionais, pois geralmente são úteis para fins legais. O objetivo da manutenção de registros é documentar como os funcionários foram protegidos do ruído (Royster e Royster 1989 e 1990). Registros especialmente importantes incluem os procedimentos e resultados da pesquisa de som, calibração e resultados audiométricos, ações de acompanhamento em resposta às alterações auditivas dos funcionários e documentação de ajuste e treinamento de protetores auditivos. Os registros devem incluir os nomes do pessoal que realizou as tarefas do HCP, bem como os resultados.
Avaliação do Programa
Características de programas eficazes
Profissionais de saúde bem-sucedidos compartilham as seguintes características e promovem uma “cultura de segurança” com relação a todos os programas de segurança (óculos de segurança, “capacetes”, comportamento seguro de levantamento, etc.).
O “indivíduo-chave”
A estratégia mais importante para fazer com que as cinco fases do HCP funcionem juntas de forma eficaz é uni-las sob a supervisão de um indivíduo de importância central (Royster e Royster 1989 e 1990). Em empresas menores, onde uma pessoa pode realmente realizar todas as facetas do HCP, a falta de coordenação geralmente não é um problema. No entanto, à medida que o tamanho da organização aumenta, diferentes tipos de funcionários se envolvem no HCP: pessoal de segurança, pessoal médico, engenheiros, higienistas industriais, supervisores de ferramentas, supervisores de produção e outros. Com pessoal de várias disciplinas realizando diferentes aspectos do programa, torna-se muito difícil coordenar seus esforços, a menos que um “indivíduo-chave” seja capaz de supervisionar todo o HCP. A escolha de quem deve ser essa pessoa é fundamental para o sucesso do programa. Uma das principais qualificações para o indivíduo-chave é o interesse genuíno no HCP da empresa.
O indivíduo-chave está sempre acessível e está sinceramente interessado em comentários ou reclamações que possam ajudar a melhorar o HCP. Esse indivíduo não assume uma atitude remota ou fica em um escritório, executando o HCP no papel por mandato, mas passa o tempo nos andares de produção ou onde quer que os trabalhadores estejam ativos para interagir com eles e observar como os problemas podem ser evitados ou resolvidos.
Comunicações e funções ativas
Os principais membros da equipe de profissionais de saúde devem se reunir regularmente para discutir o andamento do programa e garantir que todas as tarefas sejam cumpridas. Uma vez que as pessoas com diferentes tarefas entendam como suas próprias funções contribuem para o resultado geral do programa, elas cooperarão melhor para prevenir a perda auditiva. O indivíduo-chave pode alcançar essa comunicação e cooperação ativas se a administração fornecer a ele autoridade para tomar decisões de HCP e alocar recursos para agir de acordo com as decisões assim que forem tomadas. O sucesso do HCP depende de todos, desde o chefe até o último estagiário contratado; todos têm um papel importante. O papel da administração é principalmente apoiar o HCP e fazer cumprir suas políticas como uma faceta do programa geral de saúde e segurança da empresa. Para gerentes intermediários e supervisores, o papel é mais direto: eles ajudam a realizar as cinco fases. O papel dos funcionários é participar ativamente do programa e ser agressivo ao fazer sugestões para melhorar a operação do HCP. No entanto, para que a participação dos funcionários seja bem-sucedida, a gerência e a equipe de HCP devem ser receptivas aos comentários e realmente responder às sugestões dos funcionários.
Protetores auditivos - eficazes e aplicados
A importância das políticas de proteção auditiva para o sucesso do HCP é enfatizada por duas características desejadas de HCPs eficazes: aplicação estrita da utilização de protetores auditivos (deve haver aplicação real, não apenas uma política de papel) e a disponibilidade de protetores que são potencialmente eficazes para uso por os usuários no ambiente de trabalho. Dispositivos potencialmente eficazes são práticos e confortáveis o suficiente para os funcionários usarem de forma consistente e fornecem atenuação de som adequada sem prejudicar a comunicação por meio de superproteção.
Influências externas limitadas no HCP
Se as decisões locais do HCP forem limitadas por políticas impostas pela sede corporativa, o indivíduo-chave pode precisar da assistência da alta administração para obter exceções às regras corporativas ou externas para atender às necessidades locais. O indivíduo-chave também deve manter controle estrito sobre quaisquer serviços prestados por consultores externos, contratados ou funcionários do governo (como pesquisas de som ou audiogramas). Quando contratados são usados, é mais difícil integrar seus serviços de forma coesa no HCP geral, mas é fundamental fazê-lo. Se o pessoal da fábrica não seguir adiante usando as informações fornecidas pelos contratados, os elementos contratados do programa perderão eficácia. A experiência indica claramente que é muito difícil estabelecer e manter um HCP eficaz que dependa predominantemente de contratados externos.
Em contraste com as características anteriores, segue uma lista de algumas causas comuns de ineficácia do HCP.
Avaliação objetiva dos dados audiométricos
Os dados audiométricos da população exposta ao ruído fornecem evidências de que o HCP está prevenindo a perda auditiva ocupacional. Ao longo do tempo, a taxa de alteração auditiva para funcionários expostos ao ruído não deve ser maior do que a de controles pareados sem trabalhos ruidosos. Para fornecer uma indicação precoce da eficácia do HCP, foram desenvolvidos procedimentos para análise de banco de dados audiométricos usando a variabilidade ano a ano nos valores limiares (Royster e Royster 1986; ANSI 1991).
Condições
No campo do ruído ocupacional, os termos regulamento, padrão e legislação são frequentemente usados de forma intercambiável, embora tecnicamente possam ter significados ligeiramente diferentes. Um padrão é um conjunto codificado de regras ou diretrizes, muito parecido com um regulamento, mas pode ser desenvolvido sob os auspícios de um grupo de consenso, como a Organização Internacional de Padronização (ISO). A legislação consiste em leis prescritas por autoridades legislativas ou por órgãos governamentais locais.
Muitos padrões nacionais são chamados de legislação. Alguns órgãos oficiais também usam os termos normas e regulamentos. O Conselho das Comunidades Europeias (CEC) emite instruções. Todos os membros da Comunidade Européia precisavam “harmonizar” seus padrões de ruído (regulamentos ou legislação) com a Diretiva EEC de 1986 sobre exposição ocupacional ao ruído até o ano de 1990 (CEC 1986). Isso significa que os padrões e regulamentos de ruído dos países membros devem ser pelo menos tão protetores quanto a Diretiva EEC. Nos Estados Unidos, um regulamento é uma regra ou ordem prescrita por uma autoridade governamental e geralmente tem mais a natureza de uma formalidade do que de um padrão.
Algumas nações têm código de boas práticas, que é um pouco menos formal. Por exemplo, o padrão nacional australiano para exposição ocupacional ao ruído consiste em dois parágrafos curtos que estabelecem regras obrigatórias, seguidos por um código de prática de 35 páginas que fornece orientação prática sobre como o padrão deve ser implementado. Códigos de prática geralmente não têm força legal de regulamentos ou legislação.
Outro termo que é usado ocasionalmente é recomendação, que é mais uma diretriz do que uma regra obrigatória e não é executável. Neste artigo, o termo padrão será usado genericamente para representar padrões de ruído de todos os graus de formalidade.
Padrões de consenso
Uma das normas de ruído mais utilizadas é a ISO 1999, Acústica: Determinação da Exposição Ocupacional ao Ruído e Estimativa da Deficiência Auditiva Induzida pelo Ruído (ISO 1990). Este padrão de consenso internacional representa uma revisão de uma versão anterior menos detalhada e pode ser usado para prever a quantidade de perda auditiva esperada em vários percentis da população exposta em várias frequências audiométricas em função do nível e duração da exposição, idade e sexo.
A ISO está atualmente muito ativa na área de padronização de ruído. Seu comitê técnico TC43, “Acoustics”, está trabalhando em um padrão para avaliar a eficácia dos programas de conservação auditiva. Segundo von Gierke (1993), o Subcomitê 43 (SC1) do TC1 possui 21 grupos de trabalho, alguns dos quais estão considerando mais de três padrões cada. O TC43/SC1 emitiu 58 normas relacionadas ao ruído e 63 normas adicionais estão em estado de revisão ou preparação (von Gierke 1993).
Critérios de Risco de Danos
O termo critérios de risco de dano refere-se ao risco de deficiência auditiva de vários níveis de ruído. Muitos fatores entram no desenvolvimento desses critérios e padrões, além dos dados que descrevem a quantidade de perda auditiva resultante de uma certa quantidade de exposição ao ruído. Existem considerações técnicas e políticas.
As perguntas a seguir são bons exemplos de considerações de política: Qual proporção da população exposta ao ruído deve ser protegida e quanta perda auditiva constitui um risco aceitável? Devemos proteger até mesmo os membros mais sensíveis da população exposta contra qualquer perda de audição? Ou devemos proteger apenas contra uma deficiência auditiva compensável? Isso equivale a uma questão de qual fórmula de perda auditiva usar, e diferentes órgãos governamentais variaram amplamente em suas seleções.
Nos anos anteriores, foram tomadas decisões regulatórias que permitiam quantidades substanciais de perda auditiva como um risco aceitável. A definição mais comum costumava ser um nível médio de limiar auditivo (ou “cerca baixa”) de 25 dB ou mais nas frequências audiométricas de 500, 1,000 e 2,000 Hz. Desde aquela época, as definições de “deficiência auditiva” ou “deficiência auditiva” tornaram-se mais restritivas, com diferentes nações ou grupos de consenso defendendo diferentes definições. Por exemplo, algumas agências do governo dos EUA agora usam 25 dB em 1,000, 2,000 e 3,000 Hz. Outras definições podem incorporar uma cerca baixa de 20 ou 25 dB a 1,000, 2,000 e 4,000 Hz e podem incluir uma faixa mais ampla de frequências.
Em geral, como as definições incluem frequências mais altas e “cercas” mais baixas ou níveis de limiar auditivo, o risco aceitável torna-se mais rigoroso e uma porcentagem maior da população exposta parecerá estar em risco devido a determinados níveis de ruído. Para que não haja risco de perda auditiva devido à exposição ao ruído, mesmo nos membros mais sensíveis da população exposta, o limite de exposição permissível deve ser tão baixo quanto 75 dBA. De fato, a Diretiva da CEE estabeleceu um nível equivalente (Leq) de 75 dBA como o nível em que o risco é desprezível, e esse nível também foi apresentado como meta para instalações de produção suecas (Kihlman 1992).
No geral, o pensamento predominante sobre esse assunto é que é aceitável que uma força de trabalho exposta ao ruído perca parte da audição, mas não muito. Quanto a quanto é demais, não há consenso neste momento. Com toda a probabilidade, a maioria das nações elabora normas e regulamentos na tentativa de manter o risco em um nível mínimo, levando em conta a viabilidade técnica e econômica, mas sem chegar a um consenso sobre questões como frequências, cercas ou porcentagem da população a ser protegido.
Apresentando os Critérios de Risco de Danos
Os critérios para perda auditiva induzida por ruído podem ser apresentados de duas maneiras: mudança de limiar permanente induzida por ruído (NIPTS) ou risco percentual. NIPTS é a quantidade de mudança de limiar permanente remanescente em uma população após subtrair a mudança de limiar que ocorreria “normalmente” por outras causas que não o ruído ocupacional. O risco percentual é a porcentagem de uma população com uma certa quantidade de deficiência auditiva induzida por ruído depois de subtraindo a porcentagem de uma população semelhante não expostos ao ruído ocupacional. Este conceito às vezes é chamado excesso de risco. Infelizmente, nenhum dos métodos é isento de problemas.
O problema de usar apenas o NIPTS é que é difícil resumir os efeitos do ruído na audição. Os dados são geralmente dispostos em uma grande tabela mostrando a mudança de limiar induzida por ruído para cada frequência audiométrica em função do nível de ruído, anos de exposição e percentil da população. O conceito de risco percentual é mais atraente porque usa números únicos e parece fácil de entender. Mas o problema com o risco percentual é que ele pode variar enormemente dependendo de uma série de fatores, particularmente a altura da cerca do nível do limiar auditivo e as frequências usadas para definir deficiência auditiva (ou deficiência).
Com ambos os métodos, o usuário precisa ter certeza de que as populações expostas e não expostas são cuidadosamente combinadas para fatores como idade e exposição não ocupacional ao ruído.
Padrões Nacionais de Ruído
A Tabela 1 apresenta algumas das principais características dos padrões de exposição ao ruído de várias nações. A maioria das informações é atual até esta publicação, mas alguns padrões podem ter sido revisados recentemente. Os leitores são aconselhados a consultar as versões mais recentes dos padrões nacionais.
Tabela 1. Limites de exposição permitidos (PEL), taxas de câmbio e outros requisitos para exposição ao ruído de acordo com o país
nação, data |
PEL Lav., 8 horas, dBAa |
Taxa de câmbio, dBAb |
Lmax rms Lpico SPL |
Controle de engenharia nível dBAc |
Teste audiométrico nível dBAc |
Argentina |
90 |
3 |
110 dBA |
||
Austrália,1 1993 |
85 |
3 |
Pico de 140 dB |
85 |
85 |
Brasil, 1992 |
85 |
5 |
115 dBA |
85 |
|
Canadá,2 1990 |
87 |
3 |
87 |
84 |
|
CEC,3, 4 1986 |
85 |
3 |
Pico de 140 dB |
90 |
85 |
Chile |
85 |
5 |
115 dBA |
||
China,5 1985 |
70-90 |
3 |
115 dBA |
||
Finlândia, 1982 |
85 |
3 |
85 |
||
França, 1990 |
85 |
3 |
Pico de 135 dB |
85 |
|
Alemanha,3, 6 1990 |
85 |
3 |
Pico de 140 dB |
90 |
85 |
Hungria |
85 |
3 |
125 dBA |
90 |
|
Índia,7 1989 |
90 |
115 dBA |
|||
Israel, 1984 |
85 |
5 |
115 dBA |
||
Itália, 1990 |
85 |
3 |
Pico de 140 dB |
90 |
85 |
Países Baixos, 8 1987 |
80 |
3 |
Pico de 140 dB |
85 |
|
Nova Zelândia,9 1981 |
85 |
3 |
115 dBA |
||
Noruega,10 1982 |
85 |
3 |
110 dBA |
80 |
|
Espanha, 1989 |
85 |
3 |
Pico de 140 dB |
90 |
80 |
Suécia, 1992 |
85 |
3 |
115 dBA |
85 |
85 |
Reino Unido, 1989 |
85 |
3 |
Pico de 140 dB |
90 |
85 |
Estados Unidos,11 1983 |
90 |
5 |
115 dBA |
90 |
85 |
Uruguai |
90 |
3 |
110 dBA |
a PEL = Limite de exposição permitido.
b Taxa de câmbio. Às vezes chamada de taxa de duplicação ou taxa de negociação de tempo/intensidade, essa é a quantidade de alteração no nível de ruído (em dB) permitida para cada redução pela metade ou duplicação da duração da exposição.
c Como o PEL, os níveis que iniciam os requisitos para controles de engenharia e testes audiométricos também, presumivelmente, são níveis médios.
Fontes: Arenas 1995; Gunn; Embleton 1994; OIT 1994. Padrões publicados de várias nações foram posteriormente consultados.
Notas para a tabela 1.
1 Os níveis para controles de engenharia, testes auditivos e outros elementos do programa de conservação auditiva são definidos em um código de prática.
2 Há alguma variação entre as províncias canadenses individuais: Ontário, Quebec e New Brunswick usam 90 dBA com uma taxa de câmbio de 5 dB; Alberta, Nova Scotia e Newfoundland usam 85 dBA com uma taxa de câmbio de 5 dB; e a Colúmbia Britânica usa 90 dBA com uma taxa de câmbio de 3 dB. Todos requerem controles de engenharia ao nível do PEL. Manitoba exige certas práticas de conservação auditiva acima de 80 dBA, protetores auditivos e treinamento mediante solicitação acima de 85 dBA e controles de engenharia acima de 90 dBA.
3 O Conselho das Comunidades Européias (86/188/EEC) e a Alemanha (UVV Larm-1990) declaram que não é possível dar um limite preciso para a eliminação dos perigos auditivos e o risco de outros danos à saúde causados pelo ruído. Portanto, o empregador é obrigado a reduzir o nível de ruído tanto quanto possível, levando em consideração o progresso técnico e a disponibilidade de medidas de controle. Outras nações da CE também podem ter adotado essa abordagem.
4 Os países incluídos na Comunidade Européia eram obrigados a ter padrões que pelo menos estivessem em conformidade com a Diretiva da EEC até 1º de janeiro de 1990.
5 A China exige diferentes níveis para diferentes atividades: por exemplo, 70 dBA para linhas de montagem de precisão, oficinas de processamento e salas de informática; 75 dBA para salas de serviço, observação e descanso; 85 dBA para novas oficinas; e 90 dBA para oficinas existentes.
6 A Alemanha também tem padrões de ruído de 55 dBA para tarefas mentalmente estressantes e 70 dBA para trabalho de escritório mecanizado.
7 Recomendação.
8 A legislação de ruído da Holanda exige controle de ruído de engenharia em 85 dBA “a menos que isso não possa ser razoavelmente exigido”. Proteção auditiva deve ser fornecida acima de 80 dBA e os trabalhadores são obrigados a usá-la em níveis acima de 90 dBA.
9 A Nova Zelândia exige um máximo de 82 dBA para uma exposição de 16 horas. Os protetores auriculares devem ser usados em níveis de ruído superiores a 115 dBA.
10 A Noruega exige um PEL de 55 dBA para trabalhos que exigem muita concentração mental, 85 dBA para trabalhos que exigem comunicação verbal ou grande precisão e atenção e 85 dBA para outros ambientes de trabalho ruidosos. Os limites recomendados são 10 dB mais baixos. Trabalhadores expostos a níveis de ruído superiores a 85 dBA devem usar protetores auriculares.
11 Esses níveis se aplicam ao padrão de ruído da OSHA, abrangendo trabalhadores da indústria em geral e do comércio marítimo. Os serviços militares dos EUA exigem padrões um pouco mais rigorosos. A Força Aérea dos EUA e o Exército dos EUA usam um PEL de 85 dBA e uma taxa de câmbio de 3 dB.
A Tabela 1 mostra claramente a tendência da maioria das nações de usar um limite de exposição permissível (PEL) de 85 dBA, enquanto cerca de metade dos padrões ainda usa 90 dBA para conformidade com os requisitos de controles de engenharia, conforme permitido pela Diretiva EEC. A grande maioria das nações listadas acima adotou a taxa de câmbio de 3 dB, exceto Israel, Brasil e Chile, que usam a regra de 5 dB com um nível de critério de 85 dBA. A outra exceção notável são os Estados Unidos (no setor civil), embora tanto o Exército dos EUA quanto a Força Aérea dos EUA tenham adotado a regra de 3 dB.
Além de seus requisitos para proteger os trabalhadores contra a perda auditiva, vários países incluem provisões para prevenir outros efeitos adversos do ruído. Algumas nações afirmam a necessidade de proteção contra os efeitos extra-auditivos do ruído em seus regulamentos. Tanto a Diretiva da EEC quanto a norma alemã reconhecem que o ruído no local de trabalho envolve um risco para a saúde e segurança dos trabalhadores além da perda auditiva, mas que o conhecimento científico atual dos efeitos extra-auditivos não permite definir níveis seguros precisos.
O padrão norueguês inclui um requisito de que os níveis de ruído não devem exceder 70 dBA em ambientes de trabalho onde a comunicação por voz é necessária. A norma alemã defende a redução do ruído para a prevenção de riscos de acidentes, e tanto a Noruega quanto a Alemanha exigem um nível máximo de ruído de 55 dBA para aumentar a concentração e evitar o estresse durante as tarefas mentais.
Alguns países têm padrões de ruído especiais para diferentes tipos de locais de trabalho. Por exemplo, a Finlândia e os Estados Unidos têm padrões de ruído para táxis de veículos motorizados, a Alemanha e o Japão especificam níveis de ruído para escritórios. Outros incluem o ruído como um dos muitos perigos regulamentados em um determinado processo. Outras normas ainda se aplicam a tipos específicos de equipamentos ou máquinas, como compressores de ar, motosserras e equipamentos de construção.
Além disso, algumas nações promulgaram normas separadas para dispositivos de proteção auditiva (como a Diretiva EEC, Holanda e Noruega) e para programas de conservação auditiva (como França, Noruega, Espanha, Suécia e Estados Unidos).
Algumas nações usam abordagens inovadoras para atacar o problema do ruído ocupacional. Por exemplo, a Holanda tem um padrão separado para locais de trabalho recém-construídos, e a Austrália e a Noruega fornecem informações aos empregadores para instruir os fabricantes no fornecimento de equipamentos mais silenciosos.
Há pouca informação sobre o grau em que esses padrões e regulamentos são aplicados. Alguns especificam que os empregadores “devem” tomar certas ações (como em códigos de prática ou diretrizes), enquanto a maioria especifica que os empregadores “devem”. Padrões que usam “devem” são mais propensos a serem obrigatórios, mas nações individuais variam amplamente em sua capacidade e inclinação para garantir a aplicação. Mesmo dentro do mesmo país, a aplicação dos padrões de ruído ocupacional pode variar consideravelmente com o governo no poder.
A radiação ionizante está em toda parte. Chega do espaço exterior como raios cósmicos. Está no ar como emissões de radônio radioativo e sua progênie. Os isótopos radioativos que ocorrem naturalmente entram e permanecem em todos os seres vivos. É inevitável. De fato, todas as espécies deste planeta evoluíram na presença de radiação ionizante. Embora os humanos expostos a pequenas doses de radiação possam não mostrar imediatamente quaisquer efeitos biológicos aparentes, não há dúvida de que a radiação ionizante, quando administrada em quantidades suficientes, pode causar danos. Esses efeitos são bem conhecidos tanto em espécie quanto em grau.
Embora a radiação ionizante possa causar danos, ela também tem muitos usos benéficos. O urânio radioativo gera eletricidade em usinas nucleares em muitos países. Na medicina, os raios x produzem radiografias para diagnóstico de lesões e doenças internas. Os médicos de medicina nuclear usam material radioativo como traçadores para formar imagens detalhadas de estruturas internas e para estudar o metabolismo. Radiofármacos terapêuticos estão disponíveis para tratar distúrbios como hipertireoidismo e câncer. Os médicos de radioterapia usam raios gama, feixes de píon, feixes de elétrons, nêutrons e outros tipos de radiação para tratar o câncer. Os engenheiros usam material radioativo em operações de exploração de poços de petróleo e em medidores de densidade de umidade do solo. Os radiologistas industriais usam raios X no controle de qualidade para examinar as estruturas internas dos dispositivos fabricados. Sinais de saída em edifícios e aeronaves contêm trítio radioativo para fazê-los brilhar no escuro em caso de falha de energia. Muitos detectores de fumaça em residências e prédios comerciais contêm amerício radioativo.
Esses muitos usos de radiação ionizante e materiais radioativos melhoram a qualidade de vida e ajudam a sociedade de várias maneiras. Os benefícios de cada uso devem sempre ser comparados com os riscos. Os riscos podem ser para os trabalhadores diretamente envolvidos na aplicação da radiação ou material radioativo, para o público, para as gerações futuras e para o meio ambiente ou para qualquer combinação destes. Além das considerações políticas e econômicas, os benefícios devem sempre superar os riscos quando a radiação ionizante está envolvida.
Radiação ionizante
A radiação ionizante consiste em partículas, incluindo fótons, que causam a separação de elétrons de átomos e moléculas. No entanto, alguns tipos de radiação de energia relativamente baixa, como a luz ultravioleta, também podem causar ionização em determinadas circunstâncias. Para distinguir esses tipos de radiação da radiação que sempre causa ionização, um limite arbitrário de energia inferior para radiação ionizante geralmente é definido em torno de 10 kiloelétrons volts (keV).
A radiação diretamente ionizante consiste em partículas carregadas. Tais partículas incluem elétrons energéticos (às vezes chamados de negatrons), pósitrons, prótons, partículas alfa, mésons carregados, múons e íons pesados (átomos ionizados). Esse tipo de radiação ionizante interage com a matéria principalmente por meio da força de Coulomb, repelindo ou atraindo elétrons de átomos e moléculas em virtude de suas cargas.
A radiação indiretamente ionizante consiste em partículas não carregadas. Os tipos mais comuns de radiação indiretamente ionizante são os fótons acima de 10 keV (raios x e raios gama) e todos os nêutrons.
Os fótons de raios X e raios gama interagem com a matéria e causam ionização de pelo menos três maneiras diferentes:
para um determinado fóton qualquer um desses pode ocorrer, exceto que a produção de pares só é possível para fótons com energia maior que 1.022 MeV. A energia do fóton e o material com o qual ele interage determinam qual interação é mais provável de ocorrer.
A Figura 1 mostra as regiões em que cada tipo de interação de fótons domina em função da energia do fóton e do número atômico do absorvedor.
Figura 1. Importância relativa das três principais interações dos fótons na matéria
As interações de nêutrons mais comuns com a matéria são colisões inelásticas, captura de nêutrons (ou ativação) e fissão. Tudo isso são interações com núcleos. Um núcleo colidindo inelasticamente com um nêutron é deixado em um nível de energia mais alto. Ele pode liberar essa energia na forma de um raio gama ou emitindo uma partícula beta, ou ambos. Na captura de nêutrons, um núcleo afetado pode absorver o nêutron e ejetar energia como raios gama ou x ou partículas beta, ou ambos. As partículas secundárias então causam ionização conforme discutido acima. Na fissão, um núcleo pesado absorve o nêutron e se divide em dois núcleos mais leves, quase sempre radioativos.
Quantidades, Unidades e Definições Relacionadas
A Comissão Internacional de Unidades e Medidas de Radiação (ICRU) desenvolve definições formais internacionalmente aceitas de quantidades e unidades de radiação e radioatividade. A Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP) também estabelece padrões para definição e uso de várias grandezas e unidades usadas na segurança contra radiação. Segue uma descrição de algumas grandezas, unidades e definições comumente usadas em segurança contra radiação.
Dose absorvida. Esta é a grandeza dosimétrica fundamental para a radiação ionizante. Basicamente, é a energia que a radiação ionizante transmite à matéria por unidade de massa. Formalmente,
onde D é a dose absorvida, de é a energia média transmitida à matéria de massa dm. A dose absorvida tem unidades de joules por quilograma (J kg-1). O nome especial para a unidade de dose absorvida é gray (Gy).
Atividade. Essa quantidade representa o número de transformações nucleares de um determinado estado de energia nuclear por unidade de tempo. Formalmente,
onde A é a atividade, dN é o valor esperado do número de transições nucleares espontâneas do estado de energia dado no intervalo de tempo dt. Está relacionado com o número de núcleos radioativos N por:
onde l é a constante de decaimento. A atividade tem unidades de segundos inversos (s-1). O nome especial para a unidade de atividade é o becquerel (Bq).
Constante de decaimento (eu). Essa quantidade representa a probabilidade por unidade de tempo de ocorrer uma transformação nuclear para um determinado radionuclídeo. A constante de decaimento tem unidades de segundos inversos (s-1). Está relacionado com a meia-vida t½ de um radionuclídeo por:
A constante de decaimento l está relacionada com o tempo de vida médio, t, de um radionuclídeo por:
A dependência temporal da atividade A(t) e do número de núcleos radioativos N(t) pode ser expressa por e respectivamente.
Efeito biológico determinístico. Este é um efeito biológico causado pela radiação ionizante e cuja probabilidade de ocorrência é zero em pequenas doses absorvidas, mas aumentará abruptamente até a unidade (100%) acima de algum nível de dose absorvida (o limiar). A indução de catarata é um exemplo de efeito biológico estocástico.
Dose efetiva. A dose eficaz E é a soma das doses equivalentes ponderadas em todos os tecidos e órgãos do corpo. É uma quantidade de segurança de radiação, portanto seu uso não é apropriado para grandes doses absorvidas entregues em um período de tempo relativamente curto. É dado por:
onde w T é o fator de ponderação do tecido e HT é a dose equivalente para o tecido T. A dose efetiva tem unidades de J kg-1. O nome especial para a unidade de dose efetiva é o sievert (Sv).
Dose equivalente. A dose equivalente HT é a dose absorvida média sobre um tecido ou órgão (ao invés de um ponto) e ponderada para a qualidade da radiação que é de interesse. É uma quantidade de segurança de radiação, portanto seu uso não é apropriado para grandes doses absorvidas entregues em um período de tempo relativamente curto. A dose equivalente é dada por:
onde DT, R é a dose absorvida média sobre o tecido ou órgão T devido à radiação R e w R
é o fator de ponderação da radiação. A dose equivalente tem unidades de J kg-1. O nome especial para a unidade de dose equivalente é o sievert (Sv).
Meia-vida. Essa quantidade é a quantidade de tempo necessária para que a atividade de uma amostra de radionuclídeo seja reduzida pela metade. Equivalentemente, é a quantidade de tempo necessária para que um determinado número de núcleos em um determinado estado radioativo reduza pela metade. Possui unidades fundamentais de segundos (s), mas também é comumente expresso em horas, dias e anos. Para um determinado radionuclídeo, a meia-vida t½ está relacionado com a constante de decaimento l por:
Transferência linear de energia. Essa quantidade é a energia que uma partícula carregada transmite à matéria por unidade de comprimento à medida que atravessa a matéria. Formalmente,
onde L é a transferência linear de energia (também chamada potência de parada de colisão linear) e de é a energia média perdida pela partícula ao percorrer uma distância dl. A transferência linear de energia (LET) tem unidades de J m-1.
Tempo de vida médio. Essa quantidade é o tempo médio que um estado nuclear sobreviverá antes de sofrer uma transformação para um estado de energia mais baixo, emitindo radiação ionizante. Tem unidades fundamentais de segundos (s), mas também pode ser expresso em horas, dias ou anos. Está relacionado com a constante de decaimento por:
onde t é o tempo de vida médio e l é a constante de decaimento para um determinado nuclídeo em um determinado estado de energia.
Fator de ponderação de radiação. Este é um número w R que, para um determinado tipo e energia de radiação R, é representativo de valores da eficácia biológica relativa dessa radiação na indução de efeitos estocásticos em baixas doses. os valores de w R estão relacionados à transferência linear de energia (LET) e são apresentados na tabela 1. A Figura 2 (no verso) mostra a relação entre w R e LET para nêutrons.
Tabela 1. Fatores de ponderação da radiação wR
Tipo e faixa de energia |
wR 1 |
Fótons, todas as energias |
1 |
Elétrons e múons, todas as energias2 |
1 |
Nêutrons, energia 10 keV |
5 |
10 keV a 100 keV |
10 |
>100 keV a 2 MeV |
20 |
>2 MeV a 20 MeV |
10 |
>20 MeV |
5 |
Prótons, exceto prótons de recuo, energia > 2 MeV |
5 |
Partículas alfa, fragmentos de fissão, núcleos pesados |
20 |
1 Todos os valores referem-se à radiação incidente no corpo ou, para fontes internas, emitidas pela fonte.
2 Excluindo elétrons Auger emitidos de núcleos ligados ao DNA.
Eficácia biológica relativa (RBE). O RBE de um tipo de radiação comparado com outro é a razão inversa das doses absorvidas produzindo o mesmo grau de um ponto final biológico definido.
Figura 2. Fatores de ponderação de radiação para nêutrons (a curva suave deve ser tratada como uma aproximação)
Efeito biológico estocástico. Trata-se de um efeito biológico causado pela radiação ionizante cuja probabilidade de ocorrência aumenta com o aumento da dose absorvida, provavelmente sem limiar, mas cuja gravidade independe da dose absorvida. O câncer é um exemplo de efeito biológico estocástico.
Fator de ponderação tecidual w T. Isso representa a contribuição do tecido ou órgão T em detrimento total devido a todos os efeitos estocásticos resultantes da irradiação uniforme de todo o corpo. É usado porque a probabilidade de efeitos estocásticos devido a uma dose equivalente depende do tecido ou órgão irradiado. Uma dose equivalente uniforme em todo o corpo deve fornecer uma dose efetiva numericamente igual à soma das doses efetivas para todos os tecidos e órgãos do corpo. Portanto, a soma de todos os fatores de peso do tecido é normalizada para a unidade. A Tabela 2 fornece valores para fatores de ponderação de tecido.
Tabela 2. Fatores de ponderação tecidual wT
Tecido ou órgão |
wT 1 |
Gônadas |
0.20 |
Medula óssea (vermelha) |
0.12 |
Cólon |
0.12 |
Pulmão |
0.12 |
Estômago |
0.12 |
Bexiga |
0.05 |
Peito |
0.05 |
Fígado |
0.05 |
Esôfago |
0.05 |
Tiróide |
0.05 |
Pele |
0.01 |
Superfície óssea |
0.01 |
Restante |
0.052, 3 |
1 Os valores foram desenvolvidos a partir de uma população de referência de números iguais de ambos os sexos e uma ampla gama de idades. Na definição de dose efetiva, eles se aplicam a trabalhadores, a toda a população e a ambos os sexos.
2 Para fins de cálculo, o restante é composto pelos seguintes tecidos e órgãos adicionais: adrenais, cérebro, intestino grosso superior, intestino delgado, rins, músculos, pâncreas, baço, timo e útero. A lista inclui órgãos que provavelmente serão irradiados seletivamente. Alguns órgãos da lista são conhecidos por serem suscetíveis à indução de câncer.
3 Nos casos excepcionais em que um único dos tecidos ou órgãos restantes recebe uma dose equivalente em excesso à dose mais alta em qualquer um dos doze órgãos para os quais um fator de ponderação é especificado, um fator de ponderação de 0.025 deve ser aplicado a esse tecido ou órgão e um fator de ponderação de 0.025 para a dose média no restante do restante conforme definido acima.
Após sua descoberta por Roentgen em 1895, o raio X foi introduzido tão rapidamente no diagnóstico e tratamento de doenças que lesões por exposição excessiva à radiação começaram a ser encontradas quase imediatamente em trabalhadores pioneiros da radiação, que ainda não haviam se conscientizado dos perigos (Brown 1933). As primeiras dessas lesões foram predominantemente reações cutâneas nas mãos daqueles que trabalhavam com os primeiros equipamentos de radiação, mas em uma década muitos outros tipos de lesões também foram relatados, incluindo os primeiros cânceres atribuídos à radiação (Stone 1959).
Ao longo do século, desde essas primeiras descobertas, o estudo dos efeitos biológicos da radiação ionizante recebeu um impulso contínuo dos crescentes usos da radiação na medicina, ciência e indústria, bem como das aplicações pacíficas e militares da energia atômica. Como resultado, os efeitos biológicos da radiação têm sido investigados mais profundamente do que os de praticamente qualquer outro agente ambiental. A evolução do conhecimento dos efeitos da radiação tem sido influente na definição de medidas para a proteção da saúde humana contra muitos outros perigos ambientais, bem como contra a radiação.
Natureza e Mecanismos dos Efeitos Biológicos da Radiação
Deposição de energia. Em contraste com outras formas de radiação, a radiação ionizante é capaz de depositar energia localizada suficiente para desalojar elétrons dos átomos com os quais interage. Assim, como a radiação colide aleatoriamente com átomos e moléculas ao passar pelas células vivas, ela dá origem a íons e radicais livres que quebram as ligações químicas e causam outras alterações moleculares que danificam as células afetadas. A distribuição espacial dos eventos ionizantes depende do fator de ponderação da radiação, w R da radiação (ver tabela 1 e figura 1).
Tabela 1. Fatores de ponderação da radiação wR
Tipo e faixa de energia |
wR 1 |
Fótons, todas as energias |
1 |
Elétrons e múons, todas as energias2 |
1 |
Nêutrons, energia <10 keV |
5 |
10 keV a 100 keV |
10 |
>100 keV a 2 MeV |
20 |
>2 MeV a 20 MeV |
10 |
>20 MeV |
5 |
Prótons, exceto prótons de recuo, energia > 2 MeV |
5 |
Partículas alfa, fragmentos de fissão, núcleos pesados |
20 |
1 Todos os valores referem-se à radiação incidente no corpo ou, para fontes internas, emitidas pela fonte.
2 Excluindo elétrons Auger emitidos de núcleos ligados ao DNA.
Figura 1. Diferenças entre vários tipos de radiação ionizante no poder de penetração no tecido
Efeitos no DNA. Qualquer molécula na célula pode ser alterada pela radiação, mas o DNA é o alvo biológico mais crítico devido à redundância limitada da informação genética que ele contém. Uma dose absorvida de radiação grande o suficiente para matar a célula em divisão média - 2 gray (Gy) - é suficiente para causar centenas de lesões em suas moléculas de DNA (Ward 1988). A maioria dessas lesões é reparável, mas aquelas produzidas por uma radiação densamente ionizante (por exemplo, um próton ou uma partícula alfa) são geralmente menos reparáveis do que aquelas produzidas por uma radiação esparsamente ionizante (por exemplo, um raio X ou um raio gama) ( Goodhead 1988). As radiações densamente ionizantes (alto LET), portanto, normalmente têm uma eficácia biológica relativa (RBE) mais alta do que as radiações esparsamente ionizantes (baixo LET) para a maioria das formas de lesão (ICRP 1991).
Efeitos nos genes. Danos ao DNA que permanecem não reparados ou são reparados incorretamente podem ser expressos na forma de mutações, cuja frequência parece aumentar como uma função linear e não limiar da dose, aproximadamente 10-5 para 10-6 por locus por Gy (NAS 1990). O fato de que a taxa de mutação parece ser proporcional à dose é interpretado como significando que a travessia do DNA por uma única partícula ionizante pode, em princípio, ser suficiente para causar uma mutação (NAS 1990). Nas vítimas do acidente de Chernobyl, a relação dose-resposta para as mutações da glicoforina nas células da medula óssea assemelha-se muito à observada nos sobreviventes da bomba atômica (Jensen, Langlois e Bigbee 1995).
Efeitos nos cromossomos. Os danos causados pela radiação ao aparato genético também podem causar alterações no número e na estrutura dos cromossomos, cuja frequência aumenta com a dose em trabalhadores que trabalham com radiação, sobreviventes de bombas atômicas e outros expostos à radiação ionizante. A relação dose-resposta para aberrações cromossômicas em linfócitos do sangue humano (figura 2) foi suficientemente bem caracterizada para que a frequência de aberrações nessas células possa servir como um dosímetro biológico útil (IAEA 1986).
Figura 2. Frequência de aberrações cromossômicas dicêntricas em linfócitos humanos em relação à dose, taxa de dose e qualidade da irradiação in vitro
Efeitos na sobrevivência celular. Entre as primeiras reações à irradiação está a inibição da divisão celular, que aparece imediatamente após a exposição, variando tanto em grau quanto em duração com a dose (figura 3). Embora a inibição da mitose seja caracteristicamente transitória, os danos causados pela radiação aos genes e cromossomos podem ser letais para as células em divisão, que são altamente radiossensíveis como classe (ICRP 1984). Medida em termos de capacidade proliferativa, a sobrevivência das células em divisão tende a diminuir exponencialmente com o aumento da dose, 1 a 2 Gy geralmente é suficiente para reduzir a população sobrevivente em cerca de 50% (figura 4).
Figura 3. Inibição mitótica induzida por raios x em células epiteliais da córnea de rato
Figura 4. Curvas de dose-sobrevivência típicas para células de mamíferos expostas a raios x e nêutrons rápidos
Efeitos nos tecidos. Células maduras que não se dividem são relativamente radiorresistentes, mas as células em divisão em um tecido são radiossensíveis e podem ser mortas em número suficiente por irradiação intensa para fazer com que o tecido se torne atrófico (figura 5). A rapidez dessa atrofia depende da dinâmica da população celular no tecido afetado; ou seja, em órgãos caracterizados por lenta renovação celular, como fígado e endotélio vascular, o processo é tipicamente muito mais lento do que em órgãos caracterizados por rápida renovação celular, como medula óssea, epiderme e mucosa intestinal (ICRP 1984). É digno de nota, além disso, que se o volume de tecido irradiado for suficientemente pequeno, ou se a dose for acumulada gradualmente, a gravidade da lesão pode ser bastante reduzida pela proliferação compensatória das células sobreviventes.
Figura 5. Sequência característica de eventos na patogênese dos efeitos não estocásticos da radiação ionizante
Manifestações clínicas de lesão
Tipos de efeitos. Os efeitos da radiação abrangem uma ampla variedade de reações, variando acentuadamente em suas relações dose-resposta, manifestações clínicas, tempo e prognóstico (Mettler e Upton 1995). Os efeitos são frequentemente subdivididos, por conveniência, em duas grandes categorias: (1) hereditário efeitos, que se expressam nos descendentes dos indivíduos expostos, e (2) somático efeitos, que se expressam nos próprios indivíduos expostos. Estes últimos incluem efeitos agudos, que ocorrem relativamente logo após a irradiação, bem como efeitos tardios (ou crônicos), como o câncer, que pode aparecer meses, anos ou décadas depois.
Efeitos agudos. Os efeitos agudos da radiação resultam predominantemente da depleção de células progenitoras nos tecidos afetados (figura 5) e podem ser provocados apenas por doses grandes o suficiente para matar muitas dessas células (por exemplo, tabela 2). Por esta razão, tais efeitos são vistos como não estocásticoou determinista, na natureza (ICRP 1984 e 1991), em contraste com os efeitos mutagênicos e carcinogênicos da radiação, que são vistos como estocástico fenômenos resultantes de alterações moleculares aleatórias em células individuais que aumentam como funções lineares sem limiar da dose (NAS 1990; ICRP 1991).
Tabela 2. Doses limite aproximadas de radiação X terapêutica convencionalmente fracionada para efeitos não estocásticos clinicamente prejudiciais em vários tecidos
Órgão |
Lesão aos 5 anos |
Limite |
Irradiação |
Pele |
Úlcera, fibrose grave |
55 |
100 cm2 |
Mucosa oral |
Úlcera, fibrose grave |
60 |
50 cm2 |
Esôfago |
Úlcera, estenose |
60 |
75 cm2 |
Estômago |
Úlcera, perfuração |
45 |
100 cm2 |
Intestino delgado |
Úlcera, estenose |
45 |
100 cm2 |
Cólon |
Úlcera, estenose |
45 |
100 cm2 |
Reto |
Úlcera, estenose |
55 |
100 cm2 |
Glândulas salivares |
Xerostomia |
50 |
50 cm2 |
Fígado |
Insuficiência hepática, ascite |
35 |
inteiro |
Rim |
Nefrosclerose |
23 |
inteiro |
Bexiga urinária |
Úlcera, contratura |
60 |
inteiro |
testes |
Esterilidade permanente |
5-15 |
inteiro |
ovário |
Esterilidade permanente |
2-3 |
inteiro |
Útero |
Necrose, perfuração |
> 100 |
inteiro |
Vagina |
úlcera, fístula |
90 |
5 cm2 |
peito, criança |
Hipoplasia |
10 |
5 cm2 |
peito, adulto |
Atrofia, necrose |
> 50 |
inteiro |
Pulmão |
Pneumonite, fibrose |
40 |
lóbulo |
Capilares |
Telangiectasia, fibrose |
50-60 |
s |
Coração |
Pericardite, pancardite |
40 |
inteiro |
osso, criança |
crescimento preso |
20 |
10 cm2 |
osso, adulto |
Necrose, fratura |
60 |
10 cm2 |
Cartilagem, criança |
crescimento preso |
10 |
inteiro |
Cartilagem, adulto |
Necrose |
60 |
inteiro |
Sistema nervoso central (cérebro) |
Necrose |
50 |
inteiro |
Medula espinhal |
Necrose, transecção |
50 |
5 cm2 |
Olho |
Panoftalmite, hemorragia |
55 |
inteiro |
córnea |
Ceratite |
50 |
inteiro |
Lente |
Catarata |
5 |
inteiro |
Orelha (interna) |
Surdez |
> 60 |
inteiro |
Tiróide |
Hipotireoidismo |
45 |
inteiro |
Ad-renal |
Hipoadrenalismo |
> 60 |
inteiro |
Pituitário |
hipopituitarismo |
45 |
inteiro |
músculo, criança |
Hipoplasia |
20-30 |
inteiro |
Músculo, adulto |
Atrofia |
> 100 |
inteiro |
Medula óssea |
Hipoplasia |
2 |
inteiro |
Medula óssea |
Hipoplasia, fibrose |
20 |
localizado |
Gânglios linfáticos |
Atrofia |
33-45 |
s |
Linfáticos |
Esclerose |
50 |
s |
Feto |
Morte |
2 |
inteiro |
* Dose causando efeito em 1-5 por cento das pessoas expostas.
Fonte: Rubin e Casarett 1972.
Lesões agudas dos tipos que eram predominantes em trabalhadores pioneiros de radiação e pacientes de radioterapia precoce foram amplamente eliminadas por melhorias nas precauções de segurança e métodos de tratamento. No entanto, a maioria dos pacientes tratados com radiação hoje ainda apresenta alguma lesão do tecido normal que é irradiado. Além disso, acidentes graves de radiação continuam a ocorrer. Por exemplo, cerca de 285 acidentes com reatores nucleares (excluindo o acidente de Chernobyl) foram relatados em vários países entre 1945 e 1987, irradiando mais de 1,350 pessoas, 33 delas fatalmente (Lushbaugh, Fry e Ricks 1987). O acidente de Chernobyl sozinho liberou material radioativo suficiente para exigir a evacuação de dezenas de milhares de pessoas e animais de fazenda da área circundante, e causou doença por radiação e queimaduras em mais de 200 equipes de emergência e bombeiros, ferindo 31 fatalmente (UNSCEAR 1988 ). Os efeitos de longo prazo do material radioativo liberado na saúde não podem ser previstos com certeza, mas as estimativas dos riscos resultantes de efeitos carcinogênicos, com base em modelos de incidência de dose sem limite (discutidos abaixo), indicam que até 30,000 mortes adicionais por câncer podem ocorrer em a população do hemisfério norte durante os próximos 70 anos como resultado do acidente, embora os cânceres adicionais em qualquer país provavelmente sejam muito poucos para serem detectados epidemiologicamente (USDOE 1987).
Menos catastróficos, mas muito mais numerosos do que os acidentes com reatores, foram os acidentes envolvendo fontes médicas e industriais de raios gama, que também causaram ferimentos e perda de vidas. Por exemplo, o descarte indevido de uma fonte de radioterapia de césio-137 em Goiânia, Brasil, em 1987, resultou na irradiação de dezenas de vítimas inocentes, quatro delas fatalmente (UNSCEAR 1993).
Uma discussão abrangente sobre lesões por radiação está além do escopo desta revisão, mas as reações agudas dos tecidos mais radiossensíveis são de interesse generalizado e, portanto, são descritas brevemente nas seções a seguir.
Pele. As células da camada germinativa da epiderme são altamente radiossensíveis. Como resultado, a exposição rápida da pele a uma dose de 6 Sv ou mais causa eritema (vermelhidão) na área exposta, que aparece em um dia ou mais, geralmente dura algumas horas e é seguido duas a quatro semanas depois por uma ou mais ondas de eritema mais profundo e prolongado, bem como por depilação (queda de cabelo). Se a dose exceder 10 a 20 Sv, bolhas, necrose e ulceração podem ocorrer dentro de duas a quatro semanas, seguidas por fibrose da derme subjacente e vasculatura, o que pode levar à atrofia e uma segunda onda de ulceração meses ou anos depois (ICRP 1984 ).
Medula óssea e tecido linfóide. Os linfócitos também são altamente radiossensíveis; uma dose de 2 a 3 Sv administrada rapidamente em todo o corpo pode matar um número suficiente deles para deprimir a contagem de linfócitos periféricos e prejudicar a resposta imune em horas (UNSCEAR 1988). As células hematopoiéticas na medula óssea são igualmente radiossensíveis e são suficientemente depletadas por uma dose comparável para causar granulocitopenia e trombocitopenia dentro de três a cinco semanas. Tais reduções nas contagens de granulócitos e plaquetas podem ser graves o suficiente após uma dose maior para resultar em hemorragia ou infecção fatal (tabela 3).
Tabela 3. Principais formas e características da síndrome de radiação aguda
tempo depois |
forma cerebral |
Gastro- |
Forma hemopoiética |
Forma pulmonar |
Primeiro dia |
náusea |
náusea |
náusea |
náusea |
Segunda semana |
náusea |
|||
Terceiro a sexto |
fraqueza |
|||
Segundo a oitavo |
tossir |
Fonte: UNSCEAR 1988.
Intestino. As células-tronco no epitélio que reveste o intestino delgado também são extremamente radiossensíveis, exposição aguda a 10 Sv esgotando seu número o suficiente para fazer com que as vilosidades intestinais sobrejacentes se tornem desnudas em poucos dias (ICRP 1984; UNSCEAR 1988). A desnudação de uma grande área da mucosa pode resultar em uma síndrome tipo disenteria fulminante e rapidamente fatal (tabela 3).
Gônadas. Os espermatozóides maduros podem sobreviver a grandes doses (100 Sv), mas as espermatogônias são tão radiossensíveis que apenas 0.15 Sv entregues rapidamente a ambos os testículos são suficientes para causar oligospermia, e uma dose de 2 a 4 Sv pode causar esterilidade permanente. Os oócitos, da mesma forma, são radiossensíveis, uma dose de 1.5 a 2.0 Sv entregue rapidamente a ambos os ovários causando esterilidade temporária, e uma dose maior, esterilidade permanente, dependendo da idade da mulher no momento da exposição (ICRP 1984).
Trato Respiratório. O pulmão não é altamente radiossensível, mas a exposição rápida a uma dose de 6 a 10 Sv pode causar o desenvolvimento de pneumonia aguda na área exposta dentro de um a três meses. Se um grande volume de tecido pulmonar for afetado, o processo pode resultar em insuficiência respiratória em semanas ou pode levar a fibrose pulmonar e cor pulmonale meses ou anos depois (ICRP 1984; UNSCEAR 1988).
Lente do olho. As células do epitélio anterior do cristalino, que continuam a se dividir ao longo da vida, são relativamente radiossensíveis. Como resultado, a exposição rápida do cristalino a uma dose superior a 1 Sv pode levar, dentro de meses, à formação de uma opacidade polar posterior microscópica; e 2 a 3 Sv recebidos em uma única exposição breve - ou 5.5 a 14 Sv acumulados durante um período de meses - podem produzir uma catarata que prejudica a visão (ICRP 1984).
Outros tecidos. Em comparação com os tecidos mencionados acima, outros tecidos do corpo são geralmente apreciavelmente menos radiossensíveis (por exemplo, tabela 2); no entanto, o embrião constitui uma exceção notável, conforme discutido abaixo. Digno de nota também é o fato de que a radiossensibilidade de cada tecido é aumentada quando está em um estado de crescimento rápido (ICRP 1984).
Lesão por radiação de corpo inteiro. A exposição rápida de uma grande parte do corpo a uma dose superior a 1 Gy pode causar a síndrome de radiação aguda. Esta síndrome inclui: (1) um estágio prodrômico inicial, caracterizado por mal-estar, anorexia, náuseas e vômitos, (2) um período latente subsequente, (3) uma segunda (principal) fase da doença e (4) finalmente, recuperação ou morte (tabela 3). A fase principal da doença geralmente assume uma das seguintes formas, dependendo do local predominante da lesão por radiação: (1) hematológica, (2) gastrointestinal, (3) cerebral ou (4) pulmonar (tabela 3).
Lesão por radiação localizada. Ao contrário das manifestações clínicas de lesões agudas por radiação em todo o corpo, que normalmente são dramáticas e imediatas, a reação à irradiação agudamente localizada, seja de uma fonte de radiação externa ou de um radionuclídeo depositado internamente, tende a evoluir lentamente e produzir poucos sintomas ou sinais. a menos que o volume de tecido irradiado e/ou a dose sejam relativamente grandes (por exemplo, tabela 3).
Efeitos de radionuclídeos. Alguns radionuclídeos - por exemplo, trítio (3H), carbono-14 (14C) e césio-137 (137Cs) - tendem a se distribuir sistemicamente e a irradiar o corpo como um todo, enquanto outros radionuclídeos são caracteristicamente captados e concentrados em órgãos específicos, produzindo lesões correspondentemente localizadas. Rádio (Ra) e estrôncio-90
(90Sr), por exemplo, são depositados predominantemente no osso e, portanto, danificam principalmente os tecidos esqueléticos, enquanto o iodo radioativo se concentra na glândula tireóide, o local primário de qualquer lesão resultante (Stannard 1988; Mettler e Upton 1995).
Efeitos cancerígenos
Características gerais. A carcinogenicidade da radiação ionizante, manifestada pela primeira vez no início deste século pela ocorrência de cânceres de pele e leucemias em trabalhadores pioneiros da radiação (Upton 1986), foi documentada extensivamente por excessos dependentes da dose de muitos tipos de neoplasias em pintores de dial de rádio, mineiros subterrâneos de hardrock, sobreviventes de bombas atômicas, pacientes de radioterapia e animais de laboratório experimentalmente irradiados (Upton 1986; NAS 1990).
Os crescimentos benignos e malignos induzidos pela irradiação caracteristicamente levam anos ou décadas para aparecer e não exibem características conhecidas pelas quais possam ser distinguidos daqueles produzidos por outras causas. Além disso, com poucas exceções, sua indução foi detectável apenas após equivalentes de dose relativamente grandes (0.5 Sv) e variou com o tipo de neoplasia, bem como com a idade e o sexo das pessoas expostas (NAS 1990).
Mecanismos. Os mecanismos moleculares da carcinogênese da radiação ainda precisam ser elucidados em detalhes, mas em animais de laboratório e células cultivadas os efeitos carcinogênicos da radiação foram observados como iniciando efeitos, promovendo efeitos e efeitos na progressão da neoplasia, dependendo das condições experimentais em questão (NAS 1990). Os efeitos também parecem envolver a ativação de oncogenes e/ou a inativação ou perda de genes supressores de tumor em muitos casos, se não em todos. Além disso, os efeitos carcinogênicos da radiação se assemelham aos dos carcinógenos químicos, sendo modificáveis por hormônios, variáveis nutricionais e outros fatores modificadores (NAS 1990). Vale ressaltar, além disso, que os efeitos da radiação podem ser aditivos, sinérgicos ou mutuamente antagônicos aos dos carcinógenos químicos, dependendo dos produtos químicos específicos e das condições de exposição em questão (UNSCEAR 1982 e 1986).
Relação dose-efeito. Os dados existentes não são suficientes para descrever a relação dose-incidência de forma inequívoca para qualquer tipo de neoplasia ou para definir quanto tempo após a irradiação o risco de crescimento pode permanecer elevado em uma população exposta. Quaisquer riscos atribuíveis à irradiação de baixo nível podem, portanto, ser estimados apenas por extrapolação, com base em modelos que incorporam suposições sobre tais parâmetros (NAS 1990). Dos vários modelos dose-efeito que foram usados para estimar os riscos de irradiação de baixo nível, aquele que foi julgado como o que melhor se ajusta aos dados disponíveis é o seguinte:
onde R0 denota o risco de fundo específico da idade de morte de um tipo específico de câncer, D a dose de radiação, f(D) uma função de dose que é linear-quadrática para leucemia e linear para alguns outros tipos de câncer, e g(b) é uma função de risco dependente de outros parâmetros, como sexo, idade na exposição e tempo após a exposição (NAS 1990).
Modelos sem limite desse tipo foram aplicados a dados epidemiológicos dos sobreviventes da bomba atômica japonesa e outras populações irradiadas para derivar estimativas dos riscos ao longo da vida de diferentes formas de câncer induzido por radiação (por exemplo, tabela 4). Tais estimativas devem ser interpretadas com cautela, no entanto, na tentativa de prever os riscos de câncer atribuíveis a pequenas doses ou doses que são acumuladas ao longo de semanas, meses ou anos, uma vez que experimentos com animais de laboratório mostraram a potência carcinogênica de raios x e raios gama ser reduzida em uma ordem de grandeza quando a exposição é muito prolongada. De fato, como foi enfatizado em outro lugar (NAS 1990), os dados disponíveis não excluem a possibilidade de que possa haver um limite na faixa equivalente de dose de milisievert (mSv), abaixo do qual a radiação pode não ter carcinogenicidade.
Tabela 4. Riscos estimados de câncer ao longo da vida atribuíveis à irradiação rápida de 0.1 Sv
Tipo ou localização do câncer |
Excesso de mortes por câncer por 100,000 |
|
(Não.) |
(%)* |
|
Estômago |
110 |
18 |
Pulmão |
85 |
3 |
Cólon |
85 |
5 |
Leucemia (excluindo LLC) |
50 |
10 |
Bexiga urinária |
30 |
5 |
Esôfago |
30 |
10 |
Peito |
20 |
1 |
Fígado |
15 |
8 |
Gônadas |
10 |
2 |
Tiróide |
8 |
8 |
Osteossarcoma |
5 |
5 |
Pele |
2 |
2 |
Restante |
50 |
1 |
Total |
500 |
2 |
* Aumento percentual na expectativa de “background” para uma população não irradiada.
Fonte: ICRP 1991.
Vale ressaltar também que as estimativas tabuladas são baseadas em médias populacionais e não necessariamente aplicáveis a um determinado indivíduo; isto é, a suscetibilidade a certos tipos de câncer (por exemplo, câncer de tireoide e mama) é substancialmente maior em crianças do que em adultos, e a suscetibilidade a certos tipos de câncer também aumenta em associação com alguns distúrbios hereditários, como retinoblastoma e nevóide síndrome do carcinoma basocelular (UNSCEAR 1988, 1994; NAS 1990). Apesar de tais diferenças na suscetibilidade, estimativas baseadas na população foram propostas para uso em casos de compensação como base para avaliar a probabilidade de que um câncer surgido em uma pessoa previamente irradiada possa ter sido causado pela exposição em questão (NIH 1985).
Avaliação de risco de baixa dose. Estudos epidemiológicos para verificar se os riscos de câncer decorrentes da exposição de baixo nível à radiação realmente variam com a dose da maneira prevista pelas estimativas acima foram inconclusivos até o momento. As populações que residem em áreas com níveis elevados de radiação natural de fundo não manifestam aumentos definitivamente atribuíveis nas taxas de câncer (NAS 1990; UNSCEAR 1994); inversamente, alguns estudos chegaram a sugerir uma relação inversa entre os níveis de radiação de fundo e as taxas de câncer, o que foi interpretado por alguns observadores como evidência da existência de efeitos benéficos (ou horméticos) da irradiação de baixo nível, de acordo com as respostas adaptativas de certos sistemas celulares (UNSCEAR 1994). A relação inversa é de significância questionável, entretanto, uma vez que não persistiu após o controle dos efeitos das variáveis de confusão (NAS 1990). Da mesma forma, nos trabalhadores de radiação de hoje - exceto para certas coortes de mineradores subterrâneos (NAS 1994; Lubin, Boice e Edling 1994) - as taxas de outros cânceres além da leucemia não são mais detectavelmente aumentadas (UNSCEAR 1994), graças aos avanços na proteção contra radiação; além disso, as taxas de leucemia em tais trabalhadores são consistentes com as estimativas tabuladas acima (IARC 1994). Em resumo, portanto, os dados disponíveis no momento são consistentes com as estimativas tabuladas acima (tabela 4), que implicam que menos de 3% dos cânceres na população em geral são atribuíveis à radiação natural de fundo (NAS 1990; IARC 1994), embora até 10% dos cânceres de pulmão podem ser atribuídos ao radônio interno (NAS 1990; Lubin, Boice e Edling 1994).
Observou-se que altos níveis de precipitação radioativa de um teste de armas termonucleares em Bikini em 1954 causaram um aumento dependente da dose na frequência de câncer de tireoide em habitantes das Ilhas Marshall que receberam grandes doses na glândula tireoide na infância (Robbins e Adams 1989). Da mesma forma, foi relatado que crianças que vivem em áreas da Bielo-Rússia e da Ucrânia contaminadas por radionuclídeos liberados do acidente de Chernobyl apresentam uma incidência aumentada de câncer de tireoide (Prisyazhuik, Pjatak e Buzanov 1991; Kasakov, Demidchik e Astakhova 1992), mas os resultados são em desacordo com os do Projeto Internacional de Chernobyl, que não encontrou excesso de nódulos tireoidianos benignos ou malignos em crianças que vivem nas áreas mais fortemente contaminadas ao redor de Chernobyl (Mettler, Williamson e Royal 1992). A base para a discrepância e se os excessos relatados podem ter resultado apenas de vigilância intensificada, ainda precisam ser determinados. A este respeito, é digno de nota que as crianças do sudoeste de Utah e Nevada que foram expostas à precipitação de testes de armas nucleares em Nevada durante a década de 1950 mostraram aumento na frequência de qualquer tipo de câncer de tireóide (Kerber et al. 1993), e a prevalência de leucemia aguda parece ter sido elevada nessas crianças que morreram entre 1952 e 1957, o período de maior exposição à precipitação (Stevens et al. 1990).
Também foi sugerida a possibilidade de que o excesso de leucemia entre crianças residentes nas proximidades de usinas nucleares no Reino Unido possa ter sido causado pela radioatividade liberada pelas usinas. Estima-se, no entanto, que as liberações tenham aumentado a dose total de radiação para essas crianças em menos de 2%, do que se infere que outras explicações são mais prováveis (Doll, Evans e Darby 1994). Uma etiologia ineficaz para os grupos observados de leucemia é sugerida pela existência de excessos comparáveis de leucemia infantil em locais no Reino Unido que carecem de instalações nucleares, mas de outra forma se assemelham a locais nucleares por terem experimentado grandes influxos de população de forma semelhante em tempos recentes (Kinlen 1988; Doll , Evans e Darby 1994). Outra hipótese - a saber, que as leucemias em questão podem ter sido causadas por irradiação ocupacional dos pais das crianças afetadas - também foi sugerida pelos resultados de um estudo de caso-controle (Gardner et al. 1990), mas essa hipótese é geralmente descontados por razões que são discutidas na seção a seguir.
Efeitos hereditários
Os efeitos hereditários da irradiação, embora bem documentados em outros organismos, ainda não foram observados em humanos. Por exemplo, um estudo intensivo de mais de 76,000 filhos dos sobreviventes japoneses da bomba atômica, realizado ao longo de quatro décadas, não revelou quaisquer efeitos hereditários da radiação nessa população, conforme medido por resultados adversos da gravidez, mortes neonatais, doenças malignas, rearranjos cromossômicos, aneuploidia do cromossomo sexual, alterações dos fenótipos das proteínas séricas ou eritrocitárias, alterações na razão sexual ou distúrbios no crescimento e desenvolvimento (Neel, Schull e Awa 1990). Consequentemente, as estimativas dos riscos de efeitos hereditários da radiação devem depender fortemente da extrapolação de achados em camundongos de laboratório e outros animais experimentais (NAS 1990; UNSCEAR 1993).
A partir dos dados experimentais e epidemiológicos disponíveis, infere-se que a dose necessária para dobrar a taxa de mutações hereditárias em células germinativas humanas deve ser de pelo menos 1.0 Sv (NAS 1990; UNSCEAR 1993). Com base nisso, estima-se que menos de 1% de todas as doenças geneticamente determinadas na população humana podem ser atribuídas à irradiação natural de fundo (tabela 5).
Tabela 5. Frequências estimadas de distúrbios hereditários atribuíveis à irradiação ionizante de fundo natural
Tipo de transtorno |
Prevalência natural |
Contribuição de fundo natural |
|
Primeira geração |
Equilíbrio |
||
Autossômico |
180,000 |
20-100 |
300 |
ligado ao X |
400 |
<1 |
<15 |
Recessiva |
2,500 |
<1 |
aumento muito lento |
Cromossômico |
4,400 |
<20 |
aumento muito lento |
Congênito |
20,000-30,000 |
30 |
30-300 |
Outros distúrbios de etiologia complexa: |
|||
Doença cardíaca |
600,000 |
não estimado4 |
não estimado4 |
Câncer |
300,000 |
não estimado4 |
não estimado4 |
Outros selecionados |
300,000 |
não estimado4 |
não estimado4 |
1 Equivalente a » 1 mSv por ano, ou » 30 mSv por geração (30 anos).
2 Valores arredondados.
3 Depois de centenas de gerações, a adição de mutações desfavoráveis induzidas por radiação eventualmente se torna equilibrada por sua perda da população, resultando em um "equilíbrio" genético.
4 Faltam estimativas quantitativas de risco devido à incerteza sobre o componente mutacional da(s) doença(s) indicada(s).
Fonte: Conselho Nacional de Pesquisa 1990.
A hipótese de que o excesso de leucemia e linfoma não-Hodgkin em jovens residentes na vila de Seascale resultou de efeitos oncogênicos hereditários causados pela irradiação ocupacional dos pais das crianças na instalação nuclear de Sellafield foi sugerida pelos resultados de um estudo de caso estudo de controle (Gardner et al. 1990), conforme observado acima. Os argumentos contra esta hipótese, no entanto, são:
Em suma, portanto, os dados disponíveis falham em apoiar a hipótese de irradiação gonadal paterna (Doll, Evans e Darby 1994; Little, Charles e Wakeford 1995).
Efeitos da irradiação pré-natal
A radiossensibilidade é relativamente alta durante a vida pré-natal, mas os efeitos de uma determinada dose variam acentuadamente, dependendo do estágio de desenvolvimento do embrião ou feto no momento da exposição (UNSCEAR 1986). Durante o período de pré-implantação, o embrião é mais suscetível à morte por irradiação, enquanto durante os estágios críticos da organogênese é suscetível à indução de malformações e outros distúrbios do desenvolvimento (tabela 6). Os últimos efeitos são dramaticamente exemplificados pelo aumento dependente da dose na frequência de retardo mental grave (figura 6) e pela diminuição dependente da dose nas pontuações dos testes de QI em sobreviventes da bomba atômica que foram expostos entre a oitava e a décima quinta semanas (e, em menor grau, entre a décima sexta e a vigésima quinta semanas) (UNSCEAR 1986 e 1993).
Tabela 6. Principais anormalidades do desenvolvimento produzidas pela irradiação pré-natal
Cérebro |
||
Anencefalia |
porencefalia |
Microcefalia* |
Encefalocele |
mongolismo* |
Medula reduzida |
atrofia cerebral |
Retardo mental* |
Neuroblastoma |
aqueduto estreito |
Hidrocefalia* |
Dilatação dos ventrículos* |
Anomalias da medula espinhal* |
Anomalias dos nervos cranianos |
|
Olhos |
||
Anoftalmia |
Microftalmia* |
Microcórnia* |
Coloboma* |
íris deformada |
ausência de lente |
Ausência de retina |
Pálpebras abertas |
Estrabismo* |
Nistagmo* |
Retinoblastoma |
Hipermetropia |
Glaucoma |
Catarata* |
Cegueira |
Coriorretinite* |
albinismo parcial |
Anquiloblefaro |
Esqueleto |
||
Atrofia geral |
Tamanho reduzido do crânio |
Deformidades do crânio* |
Defeitos de ossificação da cabeça* |
Crânio abobadado |
cabeça estreita |
Bolhas cranianas |
Fenda palatina* |
Peito de funil |
Luxação do quadril |
Spina bifida |
cauda deformada |
pés deformados |
Pé torto* |
Anomalias digitais* |
calcâneo valgo |
Odontogênese imperfeita* |
exostose tibial |
Amelanogênese* |
Necrose escleratomal |
|
Gerais |
||
situs inversus |
Hidronefrose |
hidroureter |
Hidrocele |
Ausência de rim |
Anomalias gonadais* |
doença cardíaca congénita |
Deformidades faciais |
Distúrbios da hipófise |
Deformidades das orelhas |
Distúrbios motores |
Necrose dermatomal |
necrose miotomal |
Anormalidades na pigmentação da pele |
* Essas anormalidades foram observadas em humanos expostos antes do nascimento a grandes doses de radiação e, portanto, foram atribuídas provisoriamente à irradiação.
Fonte: Brill e Forgotson 1964.
A suscetibilidade aos efeitos cancerígenos da radiação também parece ser relativamente alta durante o período pré-natal, a julgar pela associação entre câncer infantil (incluindo leucemia) e exposição pré-natal a raios X diagnósticos relatados em estudos de caso-controle (NAS 1990). Os resultados desses estudos indicam que a irradiação pré-natal pode causar um aumento de 4,000% por Sv no risco de leucemia e outros cânceres infantis (UNSCEAR 1986; NAS 1990), um aumento muito maior do que o atribuível à irradiação pós-natal (UNSCEAR 1988; NAS 1990). Embora, paradoxalmente, nenhum excesso de câncer infantil tenha sido registrado em sobreviventes de bomba atômica irradiados no período pré-natal (Yoshimoto et al. 1990), como observado acima, havia muito poucos desses sobreviventes para excluir um excesso da magnitude em questão.
Figura 6. A frequência de retardo mental grave em relação à dose de radiação em sobreviventes de bombas atômicas irradiadas no período pré-natal
Síntese e Conclusões
Os efeitos adversos da radiação ionizante na saúde humana são amplamente diversos, variando de lesões rapidamente fatais a cânceres, defeitos congênitos e distúrbios hereditários que aparecem meses, anos ou décadas depois. A natureza, frequência e gravidade dos efeitos dependem da qualidade da radiação em questão, bem como da dose e das condições de exposição. A maioria desses efeitos requer níveis relativamente altos de exposição e, portanto, são encontrados apenas em vítimas de acidentes, pacientes de radioterapia ou outras pessoas fortemente irradiadas. Os efeitos genotóxicos e carcinogênicos da radiação ionizante, ao contrário, são presumidos para aumentar em frequência como funções lineares não limítrofes da dose; portanto, embora a existência de limites para esses efeitos não possa ser excluída, supõe-se que sua frequência aumente com qualquer nível de exposição. Para a maioria dos efeitos da radiação, a sensibilidade das células expostas varia com sua taxa de proliferação e inversamente com seu grau de diferenciação, sendo o embrião e a criança em crescimento especialmente vulneráveis a lesões.
Tipos de Radiação Ionizante
Partículas alfa
Uma partícula alfa é uma coleção fortemente ligada de dois prótons e dois nêutrons. É idêntico a um hélio-4 (4Ele) núcleo. De fato, seu destino final após perder a maior parte de sua energia cinética é capturar dois elétrons e se tornar um átomo de hélio.
Os radionuclídeos emissores de alfa são geralmente núcleos relativamente massivos. Quase todos os emissores alfa têm números atômicos maiores ou iguais aos do chumbo (82Pb). Quando um núcleo decai emitindo uma partícula alfa, tanto seu número atômico (número de prótons) quanto seu número de nêutrons são reduzidos em dois e seu número de massa atômica é reduzido em quatro. Por exemplo, o decaimento alfa do urânio-238 (238U) para tório-234 (234Th) é representado por:
O sobrescrito à esquerda é o número de massa atômica (número de prótons mais nêutrons), o subscrito à esquerda é o número atômico (número de prótons) e o subscrito à direita é o número de nêutrons.
Emissores alfa comuns emitem partículas alfa com energias cinéticas entre cerca de 4 e 5.5 MeV. Essas partículas alfa têm um alcance no ar de não mais que cerca de 5 cm (veja a figura 1). Partículas alfa com uma energia de pelo menos 7.5 MeV são necessárias para penetrar na epiderme (a camada protetora da pele, com 0.07 mm de espessura). Os emissores alfa geralmente não representam um risco de radiação externa. Eles são perigosos apenas se tomados dentro do corpo. Por depositarem sua energia em uma curta distância, as partículas alfa são radiações de alta transferência linear de energia (LET) e possuem um grande fator de ponderação de radiação; tipicamente, w R= 20.
Figura 1. Faixa de radiação de energia de partículas alfa lentas no ar a 15 e 760 m
partículas beta
Uma partícula beta é um elétron ou pósitron altamente energético. (Um pósitron é a antipartícula do elétron. Ele tem a mesma massa e a maioria das outras propriedades de um elétron, exceto por sua carga, que é exatamente a mesma magnitude que a de um elétron, mas é positiva.) Os radionuclídeos emissores beta podem ser de alto ou baixo peso atômico.
Radionuclídeos que têm um excesso de prótons em comparação com nuclídeos estáveis de aproximadamente o mesmo número de massa atômica podem decair quando um próton no núcleo se converte em um nêutron. Quando isso ocorre, o núcleo emite um pósitron e uma partícula extremamente leve e sem interação chamada neutrino. (O neutrino e sua antipartícula não têm interesse na proteção contra radiação.) Quando ele perde a maior parte de sua energia cinética, o pósitron finalmente colide com um elétron e ambos são aniquilados. A radiação de aniquilação produzida é quase sempre dois fótons de 0.511 keV (kiloelétron-volt) viajando em direções separadas por 180 graus. Um típico decaimento de pósitrons é representado por:
onde o pósitron é representado por β+ e o neutrino por n. Observe que o nuclídeo resultante tem o mesmo número de massa atômica que o nuclídeo pai e um número atômico (próton) maior em um e um número de nêutrons menor em um do que o nuclídeo original.
A captura de elétrons compete com o decaimento de pósitrons. No decaimento por captura eletrônica, o núcleo absorve um elétron orbital e emite um neutrino. Um típico decaimento por captura de elétrons é dado por:
A captura de elétrons é sempre possível quando o núcleo resultante tem uma energia total menor que o núcleo inicial. No entanto, o decaimento do pósitron requer que a energia total do átomo é maior que o resultado átomo por mais de 1.02 MeV (duas vezes a energia de massa restante do pósitron).
Semelhante ao decaimento da captura de elétrons e pósitrons, o negatron (β-) o decaimento ocorre para núcleos que têm um excesso de nêutrons em comparação com núcleos estáveis com aproximadamente o mesmo número de massa atômica. Nesse caso, o núcleo emite um negatron (elétron energético) e um antineutrino. Um típico decaimento do negatron é representado por:
onde o negatron é representado por β- e o anti-neutrino por`n Aqui o núcleo resultante ganha um nêutron à custa de um próton, mas novamente não muda seu número de massa atômica.
O decaimento alfa é uma reação de dois corpos, de modo que as partículas alfa são emitidas com energias cinéticas discretas. No entanto, o decaimento beta é uma reação de três corpos, de modo que as partículas beta são emitidas em um espectro de energias. A energia máxima no espectro depende do radionuclídeo em decomposição. A energia beta média no espectro é aproximadamente um terço da energia máxima (veja a figura 2).
Figura 2. Espectro de energia de negatrons emitidos de 32P
As energias beta máximas típicas variam de 18.6 keV para trítio (3H) a 1.71 MeV para fósforo-32 (32P).
O alcance das partículas beta no ar é de aproximadamente 3.65 m por MeV de energia cinética. Partículas beta com pelo menos 70 keV de energia são necessárias para penetrar na epiderme. Partículas beta são radiação de baixo LET.
Radiação gama
A radiação gama é a radiação eletromagnética emitida por um núcleo quando ele passa por uma transição de um estado de energia superior para um inferior. O número de prótons e nêutrons no núcleo não muda em tal transição. O núcleo pode ter sido deixado no estado de maior energia após um decaimento alfa ou beta anterior. Ou seja, os raios gama são frequentemente emitidos imediatamente após os decaimentos alfa ou beta. Os raios gama também podem resultar da captura de nêutrons e espalhamento inelástico de partículas subatômicas por núcleos. Os raios gama mais energéticos foram observados nos raios cósmicos.
A Figura 3 é uma imagem do esquema de decaimento do cobalto-60 (60Co). Ele mostra uma cascata de dois raios gama emitidos em níquel-60 (60Ni) com energias de 1.17 MeV e 1.33 MeV seguindo o decaimento beta de 60Co.
Figura 3. Esquema de decaimento radioativo para 60Co
A Figura 4 é uma imagem do esquema de decaimento do molibdênio-99 (99Mo). Observe que o tecnécio-99 resultante (99O núcleo Tc) tem um estado excitado que dura um tempo excepcionalmente longo (t½ = 6h). Tal núcleo excitado é chamado de isômero. A maioria dos estados nucleares excitados tem meias-vidas entre alguns picossegundos (ps) e 1 microssegundo (μs).
Figura 4. Esquema de decaimento radioativo para 99Mo
A Figura 5 é uma imagem do esquema de decaimento do arsênico-74 (74Como). Isso ilustra que alguns radionuclídeos decaem em mais de uma maneira.
Figura 5. Esquema de decaimento radioativo para 74Como, ilustrando processos concorrentes de emissão de negatrons, emissão de pósitrons e captura de elétrons (m0 é a massa restante do elétron)
Enquanto as partículas alfa e beta têm intervalos definidos na matéria, os raios gama são atenuados exponencialmente (ignorando o acúmulo que resulta da dispersão dentro de um material) à medida que passam pela matéria. Quando o acúmulo pode ser ignorado, a atenuação dos raios gama é dada por:
onde eu(x) é a intensidade do raio gama em função da distância x no material e μ é o coeficiente de atenuação de massa. O coeficiente de atenuação de massa depende da energia dos raios gama e do material com o qual os raios gama estão interagindo. Os valores do coeficiente de atenuação de massa são tabulados em muitas referências. A Figura 6 mostra a absorção de raios gama na matéria em condições de boa geometria (o acúmulo pode ser ignorado).
Figura 6. Atenuação de raios gama de 667 keV em Al e Pb em condições de boa geometria (a linha tracejada representa a atenuação de um feixe de fótons polienergético)
O acúmulo ocorre quando um amplo feixe de raios gama interage com a matéria. A intensidade medida em pontos dentro do material é aumentada em relação ao valor esperado de “boa geometria” (feixe estreito) devido aos raios gama espalhados pelos lados do feixe direto no dispositivo de medição. O grau de acúmulo depende da geometria do feixe, do material e da energia dos raios gama.
A conversão interna compete com a emissão gama quando um núcleo se transforma de um estado de energia mais alto para um mais baixo. Na conversão interna, um elétron orbital interno é ejetado do átomo em vez do núcleo emitir um raio gama. O elétron ejetado é diretamente ionizante. À medida que os elétrons orbitais externos caem para níveis de energia eletrônicos mais baixos para preencher a lacuna deixada pelo elétron ejetado, o átomo emite raios x. A probabilidade de conversão interna em relação à probabilidade de emissão gama aumenta com o aumento do número atômico.
Raios X
Os raios X são radiações eletromagnéticas e, como tal, são idênticos aos raios gama. A distinção entre os raios x e os raios gama é a sua origem. Enquanto os raios gama se originam no núcleo atômico, os raios x resultam de interações eletrônicas. Embora os raios x geralmente tenham energias mais baixas que os raios gama, isso não é um critério para diferenciá-los. É possível produzir raios X com energias muito superiores aos raios gama resultantes do decaimento radioativo.
A conversão interna, discutida acima, é um método de produção de raios X. Nesse caso, os raios x resultantes têm energias discretas iguais à diferença dos níveis de energia entre os quais transitam os elétrons orbitais.
Partículas carregadas emitem radiação eletromagnética sempre que são aceleradas ou desaceleradas. A quantidade de radiação emitida é inversamente proporcional à quarta potência da massa da partícula. Como resultado, os elétrons emitem muito mais radiação x do que partículas mais pesadas, como prótons, todas as outras condições sendo iguais. Os sistemas de raios X produzem raios X acelerando elétrons através de uma grande diferença de potencial elétrico de muitos kV ou MV. Os elétrons são então desacelerados rapidamente em um material denso e resistente ao calor, como o tungstênio (W).
Os raios x emitidos por tais sistemas têm energias espalhadas por um espectro que varia de cerca de zero até a energia cinética máxima possuída pelos elétrons antes da desaceleração. Frequentemente sobrepostos a este espectro contínuo estão os raios x de energia discreta. Eles são produzidos quando os elétrons em desaceleração ionizam o material alvo. À medida que outros elétrons orbitais se movem para preencher as lacunas deixadas após a ionização, eles emitem raios X de energias discretas semelhantes à forma como os raios X são emitidos após a conversão interna. Eles são chamados característica raios x porque são característicos do material alvo (anodo). Veja a figura 7 para um espectro típico de raios x. A Figura 8 representa um tubo de raios x típico.
Figura 7. Espectro de raios X ilustrando a contribuição dos raios X característicos produzidos quando os elétrons preenchem buracos na camada K de W (o comprimento de onda dos raios X é inversamente proporcional à sua energia)
Os raios X interagem com a matéria da mesma forma que os raios gama, mas uma simples equação de atenuação exponencial não descreve adequadamente a atenuação dos raios x com uma faixa contínua de energias (veja a figura 6). No entanto, como os raios X de baixa energia são removidos mais rapidamente do feixe do que os raios X de alta energia à medida que passam pelo material, a descrição da atenuação se aproxima de uma função exponencial.
Figura 8. Um tubo de raios X simplificado com um ânodo estacionário e um filamento aquecido
nêutrons
Geralmente, os nêutrons não são emitidos como resultado direto do decaimento radioativo natural. Eles são produzidos durante reações nucleares. Reatores nucleares produzem nêutrons em maior abundância, mas aceleradores de partículas e fontes especiais de nêutrons, chamadas fontes (α, n), também podem produzir nêutrons.
Os reatores nucleares produzem nêutrons quando os núcleos de urânio (U) no combustível nuclear se dividem, ou fissão. De fato, a produção de nêutrons é essencial para manter a fissão nuclear em um reator.
Os aceleradores de partículas produzem nêutrons acelerando partículas carregadas, como prótons ou elétrons, a altas energias para bombardear núcleos estáveis em um alvo. Os nêutrons são apenas uma das partículas que podem resultar dessas reações nucleares. Por exemplo, a reação a seguir produz nêutrons em um ciclotron que está acelerando íons de deutério para bombardear um alvo de berílio:
Emissores alfa misturados com berílio são fontes portáteis de nêutrons. Essas fontes (α, n) produzem nêutrons por meio da reação:
A fonte das partículas alfa pode ser isótopos como polônio-210 (210Po),
plutônio-239 (239Pu) e amerício-241 (241Sou).
Os nêutrons são geralmente classificados de acordo com sua energia, conforme ilustrado na tabela 1. Essa classificação é um tanto arbitrária e pode variar em diferentes contextos.
Tabela 1. Classificação dos nêutrons de acordo com a energia cinética
Formato |
Faixa de energia |
Lento ou térmico |
0-0.1 keV |
Nível intermediário |
0.1-20 keV |
pomposidade |
20 keV-10 MeV |
Energia alta |
>10 MeV |
Existem vários modos possíveis de interação de nêutrons com a matéria, mas os dois modos principais para fins de segurança contra radiação são espalhamento elástico e captura de nêutrons.
O espalhamento elástico é o meio pelo qual os nêutrons de alta energia são reduzidos a energias térmicas. Nêutrons de alta energia interagem principalmente por espalhamento elástico e geralmente não causam fissão ou produzem material radioativo por captura de nêutrons. São os nêutrons térmicos os principais responsáveis pelos últimos tipos de interação.
O espalhamento elástico ocorre quando um nêutron interage com um núcleo e ricocheteia com energia reduzida. O núcleo em interação absorve a energia cinética que o nêutron perde. Depois de ser excitado dessa maneira, o núcleo logo cede essa energia como radiação gama.
Quando o nêutron finalmente atinge energias térmicas (assim chamadas porque o nêutron está em equilíbrio térmico com seu ambiente), ele é facilmente capturado pela maioria dos núcleos. Os nêutrons, sem carga, não são repelidos pelo núcleo carregado positivamente como os prótons. Quando um nêutron térmico se aproxima de um núcleo e fica dentro do alcance da força nuclear forte, da ordem de alguns fm (fm = 10-15 metros), o núcleo captura o nêutron. O resultado pode então ser um núcleo radioativo que emite um fóton ou outra partícula ou, no caso de núcleos fissionáveis, como 235U e 239Pu, o núcleo de captura pode fissão em dois núcleos menores e mais nêutrons.
As leis da cinemática indicam que os nêutrons atingirão as energias térmicas mais rapidamente se o meio de espalhamento elástico incluir um grande número de núcleos leves. Um nêutron ricocheteando em um núcleo leve perde uma porcentagem muito maior de sua energia cinética do que quando ricocheteia em um núcleo pesado. Por esta razão, a água e os materiais hidrogenados são os melhores materiais de blindagem para desacelerar os nêutrons.
Um feixe monoenergético de nêutrons atenuará exponencialmente no material, obedecendo a uma equação semelhante à dada acima para os fótons. A probabilidade de um nêutron interagir com um dado núcleo é descrita em termos da quantidade corte transversal. A seção transversal tem unidades de área. A unidade especial para seção transversal é o celeiro (b), definido por:
É extremamente difícil produzir nêutrons sem raios gama e x. Pode ser geralmente assumido que, se os nêutrons estão presentes, também estão os fótons de alta energia.
Fontes de Radiação Ionizante
radionuclídeos primordiais
Radionuclídeos primordiais ocorrem na natureza porque suas meias-vidas são comparáveis com a idade da Terra. A Tabela 2 lista os radionuclídeos primordiais mais importantes.
Tabela 2. Radionuclídeos primordiais
Radioisótopo |
Meia-vida (109 Y) |
Abundância (%) |
238U |
4.47 |
99.3 |
232Th |
14.0 |
100 |
235U |
0.704 |
0.720 |
40K |
1.25 |
0.0117 |
87Rb |
48.9 |
27.9 |
Os isótopos de urânio e tório encabeçam uma longa cadeia de radioisótopos descendentes que, como resultado, também ocorrem naturalmente. A Figura 9, AC, ilustra as cadeias de decaimento para 232º, 238U e 235U, respectivamente. Como o decaimento alfa é comum acima do número de massa atômica 205 e o número de massa atômica de uma partícula alfa é 4, existem quatro cadeias de decaimento distintas para núcleos pesados. Uma dessas cadeias (ver figura 9, D), que por 237Np, não ocorre na natureza. Isso ocorre porque ele não contém um radionuclídeo primordial (ou seja, nenhum radionuclídeo nesta cadeia tem uma meia-vida comparável à idade da Terra).
Figura 9. Série de decaimento (Z = número atômico; N = número de massa atômica)
Observe que os isótopos de radônio (Rn) ocorrem em cada cadeia (219Rn, 220Rn e 222Rn). Como o Rn é um gás, uma vez que o Rn é produzido, ele tem a chance de escapar para a atmosfera da matriz em que foi formado. No entanto, a meia-vida de 219Rn é muito curto para permitir que quantidades significativas dele alcancem uma zona de respiração. A relativamente curta meia-vida de 220Rn geralmente faz com que seja uma preocupação menor para a saúde do que 222Rn.
Sem incluir o Rn, os radionuclídeos primordiais externos ao corpo fornecem em média cerca de 0.3 mSv de dose efetiva anual para a população humana. A dose efetiva anual real varia amplamente e é determinada principalmente pela concentração de urânio e tório no solo local. Em algumas partes do mundo onde as areias monazíticas são comuns, a dose efetiva anual para um membro da população chega a cerca de 20 mSv. Em outros locais, como em atóis de coral e perto do litoral, o valor pode ser tão baixo quanto 0.03 mSv (consulte a figura 9).
O radônio é geralmente considerado separadamente de outros radionuclídeos terrestres de ocorrência natural. Ele se infiltra no ar a partir do solo. Uma vez no ar, o Rn decai ainda mais em isótopos radioativos de Po, bismuto (Bi) e Pb. Esses radionuclídeos descendentes ligam-se a partículas de poeira que podem ser inaladas e aprisionadas nos pulmões. Sendo emissores alfa, eles entregam quase toda a sua energia de radiação para os pulmões. Estima-se que a dose equivalente pulmonar média anual dessa exposição seja de cerca de 20 mSv. Esta dose equivalente no pulmão é comparável a uma dose eficaz de corpo inteiro de cerca de 2 mSv. Claramente, o Rn e seus radionuclídeos descendentes são os contribuintes mais significativos para a dose efetiva de radiação de fundo (ver figura 9).
Raios cósmicos
A radiação cósmica inclui partículas energéticas de origem extraterrestre que atingem a atmosfera da Terra (principalmente partículas e principalmente prótons). Também inclui partículas secundárias; principalmente fótons, nêutrons e múons, gerados por interações de partículas primárias com gases na atmosfera.
Em virtude dessas interações, a atmosfera serve como um escudo contra a radiação cósmica, e quanto mais fino esse escudo, maior a taxa de dose efetiva. Assim, a taxa de dose efetiva de raios cósmicos aumenta com a altitude. Por exemplo, a taxa de dose a uma altitude de 1,800 metros é quase o dobro da do nível do mar.
Como a radiação cósmica primária consiste principalmente de partículas carregadas, ela é influenciada pelo campo magnético da Terra. As pessoas que vivem em latitudes mais altas recebem maiores doses efetivas de radiação cósmica do que aquelas mais próximas do equador da Terra. A variação devida a este efeito é da ordem
De 10%.
Finalmente, a taxa de dose efetiva de raios cósmicos varia de acordo com a modulação da saída de raios cósmicos do sol. Em média, os raios cósmicos contribuem com cerca de 0.3 mSv para a dose efetiva de radiação de fundo em todo o corpo.
radionuclídeos cosmogênicos
Os raios cósmicos produzem radionuclídeos cosmogênicos na atmosfera. O mais proeminente deles é o trítio (3H), berílio-7 (7Be), carbono-14 (14C) e sódio-22 (22N / D). Eles são produzidos por raios cósmicos interagindo com gases atmosféricos. Os radionuclídeos cosmogênicos liberam cerca de 0.01 mSv de dose efetiva anual. A maior parte disso vem 14C.
precipitação nuclear
Da década de 1940 até a década de 1960, ocorreram testes extensivos de armas nucleares acima do solo. Este teste produziu grandes quantidades de materiais radioativos e os distribuiu para o meio ambiente em todo o mundo como fallout. Embora grande parte desses detritos tenha decaído em isótopos estáveis, pequenas quantidades remanescentes serão uma fonte de exposição por muitos anos. Além disso, as nações que continuam a testar ocasionalmente armas nucleares na atmosfera aumentam o inventário mundial.
Os principais contribuintes de precipitação para a dose efetiva atualmente são estrôncio-90 (90Sr) e césio-137 (137Cs), ambos com meia-vida em torno de 30 anos. A dose efetiva anual média de precipitação é de cerca de 0.05 mSv.
Material radioativo no corpo
A deposição de radionuclídeos naturais no corpo humano resulta principalmente da inalação e ingestão desses materiais no ar, alimentos e água. Esses nuclídeos incluem radioisótopos de Pb, Po, Bi, Ra, K (potássio), C, H, U e Th. Destes, 40K é o maior contribuinte. Os radionuclídeos de ocorrência natural depositados no corpo contribuem com cerca de 0.3 mSv para a dose efetiva anual.
Radiação produzida por máquina
O uso de raios X nas artes de cura é a maior fonte de exposição à radiação produzida por máquinas. Milhões de sistemas médicos de raios X estão em uso em todo o mundo. A exposição média a esses sistemas médicos de raios X depende muito do acesso da população aos cuidados. Nos países desenvolvidos, a dose efetiva anual média de radiação medicamente prescrita de raios x e material radioativo para diagnóstico e terapia é da ordem de 1 mSv.
Os raios X são um subproduto da maioria dos aceleradores de partículas da física de alta energia, especialmente aqueles que aceleram elétrons e pósitrons. No entanto, proteção adequada e precauções de segurança, além da população limitada em risco, tornam essa fonte de exposição à radiação menos significativa do que as fontes acima.
Radionuclídeos produzidos por máquinas
Aceleradores de partículas podem produzir uma grande variedade de radionuclídeos em quantidades variadas por meio de reações nucleares. Partículas aceleradas incluem prótons, dêuterons (2núcleos H), partículas alfa, mésons carregados, íons pesados e assim por diante. Os materiais-alvo podem ser feitos de quase qualquer isótopo.
Os aceleradores de partículas são praticamente a única fonte de radioisótopos emissores de pósitrons. (Os reatores nucleares tendem a produzir radioisótopos ricos em nêutrons que decaem por emissão de negatron.) Eles também estão sendo cada vez mais usados para produzir isótopos de vida curta para uso médico, especialmente para tomografia por emissão de pósitrons (PET).
Materiais e produtos de consumo tecnologicamente aprimorados
Raios X e materiais radioativos aparecem, desejados e indesejados, em grande número de operações modernas. A Tabela 3 lista essas fontes de radiação.
Tabela 3. Fontes e estimativas de doses efetivas associadas à população de materiais e produtos de consumo aprimorados tecnologicamente
Grupo I - Envolve grande número de pessoas e a dose efetiva individual é muito |
|
Produtos de tabaco |
Combustíveis |
Abastecimento de água doméstico |
Vidro e cerâmica |
Materiais de construção |
vidro oftalmico |
Mineração e produtos agrícolas |
|
Grupo II - Envolve muitas pessoas, mas a dose efetiva é relativamente pequena ou limitada |
|
Receptores de televisão |
Rodovias e materiais de construção de estradas |
produtos radioluminosos |
Transporte aéreo de materiais radioativos |
Sistemas de inspeção aeroportuária |
Irradiadores Spark gap e tubos de elétrons |
Detectores de gás e aerossol (fumaça) |
Produtos de tório - iniciadores de lâmpadas fluorescentes |
Grupo III - Envolve relativamente poucas pessoas e a dose efetiva coletiva é pequena |
|
Produtos de tório - varetas de solda de tungstênio |
Fonte: NCRP 1987.
Características básicas de projeto de instalações de radiação
Os perigos associados ao manuseio e uso de fontes de radiação exigem características especiais de projeto e construção que não são necessárias para laboratórios convencionais ou áreas de trabalho. Esses recursos especiais de projeto são incorporados para que o trabalhador da instalação não seja indevidamente prejudicado, garantindo que ele ou ela não seja exposto a riscos de radiação externos ou internos indevidos.
O acesso a todas as áreas onde possa ocorrer exposição a fontes de radiação ou materiais radioativos deve ser controlado não apenas com relação aos trabalhadores da instalação que podem ter permissão para entrar nessas áreas de trabalho, mas também com relação ao tipo de roupa ou equipamento de proteção que devem desgaste e os cuidados que devem ter em áreas controladas. Na administração de tais medidas de controle, ajuda a classificar as áreas de trabalho de radiação com base na presença de radiação ionizante, na presença de contaminação radioativa ou em ambas. A introdução de tais conceitos de classificação da área de trabalho nos estágios iniciais de planejamento resultará na facilidade de ter todos os recursos necessários para tornar as operações com fontes de radiação menos perigosas.
Classificação das áreas de trabalho e tipos de laboratório
A base para a classificação da área de trabalho é o agrupamento de radionuclídeos de acordo com suas radiotoxicidades relativas por unidade de atividade. O Grupo I deve ser classificado como radionuclídeos de toxicidade muito alta, o Grupo II como radionuclídeos de toxicidade moderada a alta, o Grupo III como radionuclídeos de toxicidade moderada e o Grupo IV como radionuclídeos de baixa toxicidade. A Tabela 1 mostra a classificação do grupo de toxicidade de muitos radionuclídeos.
Tabela 1. Radionuclídeos classificados de acordo com a radiotoxicidade relativa por unidade de atividade
Grupo I: Toxicidade muito alta |
|||||||||
210Pb |
210Po |
223Ra |
226Ra |
228Ra |
227Ac |
227Th |
228Th |
230Th |
231Pa |
230U |
232U |
233U |
234U |
237Np |
238Pu |
239Pu |
240Pu |
241Pu |
242Pu |
241Am |
243Am |
242Cm |
243Cm |
244Cm |
245Cm |
246Cm |
249Cm |
250Cf |
252Cf |
Grupo II: Alta toxicidade |
|||||||||
22Na |
36Cl |
45Ca |
46Sc |
54Mn |
56Co |
60Co |
89Sr |
90Sr |
91Y |
95Zr |
106Ru |
110Agm |
115Cdm |
114Inm |
124Sb |
125Sb |
127Tem |
129Tem |
124I |
126I |
131I |
133I |
134Cs |
137Cs |
140Ba |
144Ce |
152Eu (13 anos) |
154Eu |
160Tb |
170Tm |
181Hf |
210Bi |
182Ta |
192Ir |
204Tl |
207Bi |
230Pa |
211At |
212Pb |
224Ra |
228Ac |
234Th |
236U |
249Bk |
|||||
Grupo III: Toxicidade moderada |
|||||||||
7Be |
14C |
18F |
24Na |
38Cl |
31Si |
32P |
35S |
41A |
42K |
43K |
47Sc |
48Sc |
48V |
51Cr |
52Mn |
56Mn |
52Fe |
55Fe |
59Fe |
57Co |
53Ni |
65Ni |
64Cu |
65Zn |
69Znm |
72Ga |
73As |
74As |
76As |
77As |
82Br |
85Krm |
87Kr |
86Rb |
85Sr |
91Sr |
90Y |
92Y |
93Y |
97Zr |
95Nb |
99Mo |
96Tc |
97Tcm |
97Tc |
99Tc |
97Ru |
103Ru |
105Ru |
105Rh |
109Pd |
105Ag |
111Ag |
109Cd |
115Cd |
115Inm |
113Sn |
125Sn |
122Sb |
125Tem |
129Te |
131Tem |
132Te |
130I |
132I |
134I |
135I |
135Xe |
131Cs |
136Cs |
140La |
141Ce |
143Ce |
142Pr |
143Pr |
147Nd |
149Nd |
147Pm |
149Pm |
151Sm |
152Eu (9.2 h) |
155Eu |
153Gd |
159Gd |
165Dy |
166Dy |
166Ho |
169Er |
171Er |
171Tm |
177Lu |
181W |
185W |
187W |
183Re |
186Re |
188Re |
185Os |
191Os |
193Os |
190Ir |
195Ir |
191Pt |
193Pt |
197Pt |
196Au |
198Au |
199Au |
197Hg |
197Hgm |
203Hg |
200Tl |
201Tl |
202Tl |
203Pb |
206Bi |
212Bi |
220Rn |
222Rn |
231Th |
233Pa |
239Np |
|||||||
Grupo IV: Baixa toxicidade |
|||||||||
3H |
15O |
37A |
58Com |
59Ni |
69Zn |
71Ge |
85Kr |
85Srm |
87Rb |
91Ym |
93Zr |
97Nb |
96Tcm |
99Tcm |
103Rhm |
133Inm |
129I |
131Xem |
133Xe |
134Csm |
135Cs |
147Sm |
187Re |
191Osm |
193Ptm |
197Ptm |
natTh |
232Th |
235U |
238U |
natU |
(AIEA 1973)
Três tipos amplos de laboratórios podem ser considerados com base nas considerações de radiotoxicidade, nas quantidades de materiais radioativos que serão manuseados na área de trabalho e no tipo de operações envolvidas.
A Tabela 2 descreve os laboratórios por tipo e fornece exemplos para cada tipo. A Tabela 3 mostra os tipos de laboratórios juntamente com a classificação da área de trabalho e controle de acesso (IAEA 1973).
Tabela 2. Classificação das áreas de trabalho
Formato |
Definição |
O controle de acesso |
Operações típicas |
1 |
Áreas nas quais os níveis de dose absorvida de radiação externa ou os níveis de contaminação radioativa podem ser altos |
Acesso controlado apenas para trabalhadores com radiação, sob condições de trabalho estritamente controladas e com equipamento de proteção adequado |
Laboratórios quentes, áreas altamente contaminadas |
2 |
Áreas nas quais podem existir níveis de radiação externa e nas quais a possibilidade de contaminação requer instruções de operação |
Acesso limitado a trabalhadores de radiação com |
Luminizing fábricas e outros equivalentes |
3 |
Áreas nas quais o nível médio de radiação externa é inferior a 1 mGy·wk-1 e em que a possibilidade de contaminação radioativa requer instruções especiais de operação |
Acesso limitado a trabalhadores de radiação, não |
Áreas de trabalho nas imediações de |
4 |
Áreas dentro dos limites de uma instalação de radiação onde os níveis de radiação externa são inferiores a 0.1 mGy•wk-1 e onde |
Acesso descontrolado |
Áreas de administração e espera de pacientes |
(ICRP 1977, AIEA 1973)
Tabela 3. Classificação dos laboratórios para manipulação de materiais radioativos
Grupo de |
Tipo de laboratório necessário para a atividade especificada abaixo |
||
Tipo 1 |
Tipo 2 |
Tipo 3 |
|
I |
<370 kBq |
70 kBq para |
>37 MBq |
II |
<37 MBq |
37 MBq para |
>37 GBq |
III |
<37 GBq |
37 GBq para |
>370 GBq |
IV |
<370 GBq |
370 GBq para |
>37 Tbq |
Fatores operacionais para uso laboratorial de material radioativo |
Fatores de multiplicação para os níveis de atividade |
Armazenamento simples |
× 100 |
Operações úmidas simples (por exemplo, preparação de alíquotas de solução estoque) |
× 10 |
Operações químicas normais (por exemplo, preparação e análise química simples) |
× 1 |
Operações úmidas complexas (por exemplo, operações múltiplas ou operações com produtos de vidro complexos) |
× 0.1 |
Operações secas simples (por exemplo, manipulações de pós de compostos radioativos voláteis) |
× 0.1 |
Operações a seco e empoeiradas (por exemplo, retificação) |
× 0.01 |
(ICRP 1977, AIEA 1973)
Os perigos envolvidos no trabalho com material radioativo dependem não apenas do nível de radiotoxicidade ou toxicidade química e da atividade dos radionuclídeos, mas também da forma física e química do material radioativo e da natureza e complexidade da operação ou procedimento que está sendo executado.
Localização de uma instalação de radiação em um edifício
Quando uma instalação de radiação faz parte de um edifício grande, deve-se ter em mente o seguinte ao decidir a localização de tal instalação:
Planejamento de instalações de radiação
Onde uma gradação de níveis de atividade é prevista, o laboratório deve ser localizado de forma que o acesso a áreas onde existam altos níveis de radiação ou contaminação radioativa seja gradual; isto é, primeiro se entra em uma área sem radiação, depois em uma área de baixa atividade, depois em uma área de atividade média e assim por diante.
A necessidade de controle elaborado de ventilação em pequenos laboratórios pode ser evitada pelo uso de capuzes ou caixas de luvas para manusear fontes não seladas de material radioativo. No entanto, o sistema de ventilação deve ser projetado para permitir o fluxo de ar em uma direção tal que qualquer material radioativo que se espalhe pelo ar se afaste do trabalhador que trabalha com radiação. O fluxo de ar deve ser sempre de uma área não contaminada para uma área contaminada ou potencialmente contaminada.
Para o manuseio de fontes não seladas de baixa a média radioatividade, a velocidade média do ar através da abertura no capô deve ser de cerca de 0.5 ms-1. Para radioatividade altamente radiotóxica ou de alto nível, a velocidade do ar através da abertura deve ser aumentada para uma média de 0.6 a
1.0 ms-1. No entanto, velocidades de ar excessivamente altas podem extrair materiais radioativos de contêineres abertos e contaminar toda a área do capô.
A colocação da capela no laboratório é importante no que diz respeito aos rascunhos cruzados. Em geral, um exaustor deve ser localizado bem longe das portas por onde o ar de suprimento ou reposição deve entrar. Os ventiladores de velocidade dupla permitirão a operação a uma velocidade de ar mais alta enquanto o capô estiver em uso e a uma velocidade mais baixa quando estiver fechado.
O objetivo de qualquer sistema de ventilação deve ser:
No projeto de instalações de radiação, os requisitos de blindagem pesada podem ser minimizados pela adoção de certas medidas simples. Por exemplo, para radioterapia, aceleradores, geradores de nêutrons ou fontes panorâmicas de radiação, um labirinto pode reduzir a necessidade de uma pesada porta revestida de chumbo. O afunilamento da barreira de proteção primária em áreas que não estão diretamente na viga útil ou a localização parcial ou total da instalação no subsolo pode reduzir significativamente a quantidade de blindagem necessária.
Atenção especial deve ser dada ao posicionamento adequado de janelas de visualização, cabos de conduíte subterrâneos e defletores do sistema de ventilação. A janela de visualização deve interceptar apenas a radiação espalhada. Melhor ainda é um circuito fechado de televisão, que também pode melhorar a eficiência.
Acabamentos de superfície dentro de uma área de trabalho
Todas as superfícies brutas, como gesso, concreto, madeira e assim por diante, devem ser permanentemente seladas com um material adequado. A escolha do material deve ser feita levando em consideração os seguintes aspectos:
Tintas, vernizes e lacas comuns não são recomendados para cobrir superfícies de desgaste. A aplicação de um material de revestimento que possa ser facilmente removido pode ser útil se ocorrer contaminação e a descontaminação for necessária. No entanto, a remoção de tais materiais às vezes pode ser difícil e confusa.
Acessórios Hidráulicos
Pias, lavatórios e ralos de piso devem ser devidamente sinalizados. Os lavatórios onde as mãos contaminadas podem ser lavadas devem ter torneiras acionadas pelo joelho ou pelo pé. Pode ser econômico reduzir a manutenção usando tubulações que podem ser facilmente descontaminadas ou substituídas, se necessário. Em alguns casos, pode ser aconselhável instalar tanques subterrâneos ou de armazenamento para controlar o descarte de materiais radioativos líquidos.
Projeto de blindagem contra radiação
A blindagem é importante para reduzir a exposição à radiação dos trabalhadores das instalações e do público em geral. Os requisitos de blindagem dependem de vários fatores, incluindo o tempo que os trabalhadores de radiação ou membros do público estão expostos às fontes de radiação e o tipo e energia das fontes de radiação e campos de radiação.
No projeto de escudos de radiação, o material de proteção deve ser colocado perto da fonte de radiação, se possível. Considerações de blindagem separadas devem ser feitas para cada tipo de radiação em questão.
O projeto de blindagem pode ser uma tarefa complexa. Por exemplo, o uso de computadores para modelar a blindagem de aceleradores, reatores e outras fontes de radiação de alto nível está além do escopo deste artigo. Especialistas qualificados sempre devem ser consultados para projetos complexos de blindagem.
Proteção de fonte gama
A atenuação da radiação gama é qualitativamente diferente daquela da radiação alfa ou beta. Ambos os tipos de radiação têm um alcance definido na matéria e são completamente absorvidos. A radiação gama, por outro lado, pode ser reduzida em intensidade por absorvedores cada vez mais espessos, mas não pode ser completamente absorvida. Se a atenuação dos raios gama monoenergéticos for medida sob condições de boa geometria (ou seja, a radiação é bem colimada em um feixe estreito), os dados de intensidade, quando plotados em um gráfico semi-log versus espessura do absorvedor, ficarão em uma linha reta com a inclinação igual à atenuação
coeficiente, µ.
A intensidade ou taxa de dose absorvida transmitida através de um absorvedor pode ser calculada da seguinte forma:
I(T) = Eu(0)e- μ t
onde I(t) é a intensidade de raios gama ou taxa de dose absorvida transmitida através de um absorvedor de espessura t.
As unidades de μ e t são o recíproco um do outro. Se a espessura do absorvedor t é medido em cm, então μ é o coeficiente de atenuação linear e tem unidades de cm-1. Se t tem unidades de densidade de área (g/cm2), então μ é o coeficiente de atenuação de massa μm e tem unidades de cm2/g.
Como uma aproximação de primeira ordem usando densidade de área, todos os materiais têm aproximadamente as mesmas propriedades de atenuação de fótons para fótons com energias entre cerca de 0.75 e 5.0 MeV (mega-elétron-volts). Dentro dessa faixa de energia, as propriedades de proteção gama são aproximadamente proporcionais à densidade do material de proteção. Para energias de fótons mais baixas ou mais altas, absorvedores de maior número atômico fornecem blindagem mais eficaz do que aqueles de menor número atômico, para uma dada densidade de área.
Sob condições de geometria ruim (por exemplo, para um feixe largo ou para uma blindagem espessa), a equação acima subestima significativamente a espessura necessária da blindagem porque assume que cada fóton que interage com a blindagem será removido do feixe e não será detectou. Um número significativo de fótons pode ser espalhado pela blindagem no detector, ou os fótons que foram espalhados para fora do feixe podem ser espalhados de volta para ele após uma segunda interação.
Uma espessura de blindagem para condições de geometria pobre pode ser estimada através do uso do fator de acúmulo B que pode ser estimado da seguinte forma:
I(T) = Eu(0)Be- μ t
O fator de acúmulo é sempre maior que um e pode ser definido como a razão entre a intensidade da radiação do fóton, incluindo tanto a radiação primária quanto a espalhada, em qualquer ponto do feixe, para a intensidade do feixe primário apenas em esse ponto. O fator de acúmulo pode se aplicar tanto ao fluxo de radiação quanto à taxa de dose absorvida.
Fatores de acúmulo foram calculados para várias energias de fótons e vários absorvedores. Muitos dos gráficos ou tabelas fornecem a espessura da blindagem em termos de comprimentos de relaxação. Um comprimento de relaxação é a espessura de uma blindagem que atenuará um feixe estreito para 1/e (cerca de 37%) de sua intensidade original. Um comprimento de relaxação, portanto, é numericamente igual ao recíproco do coeficiente de atenuação linear (ou seja, 1/μ).
A espessura de um absorvedor que, quando introduzido no feixe primário de fótons, reduz a taxa de dose absorvida pela metade é chamada de camada de meio valor (HVL) ou espessura de meio valor (HVT). O HVL pode ser calculado da seguinte forma:
HVL = ln2 / μ
A espessura necessária da blindagem de fótons pode ser estimada assumindo um feixe estreito ou boa geometria ao calcular a blindagem necessária e, em seguida, aumentando o valor assim encontrado por um HVL para contabilizar o acúmulo.
A espessura de um absorvedor que, quando introduzido no feixe primário de fótons, reduz a taxa de dose absorvida em um décimo é a camada de décimo valor (TVL). Um TVL é igual a cerca de 3.32 HVLs, pois:
ln10 / ln2 ≈ 3.32
Valores para TVLs e HVLs foram tabulados para várias energias de fótons e vários materiais comuns de blindagem (por exemplo, chumbo, aço e concreto) (Schaeffer 1973).
A intensidade ou taxa de dose absorvida para uma fonte pontual obedece à lei do inverso do quadrado e pode ser calculada da seguinte forma:
onde Ii é a intensidade do fóton ou taxa de dose absorvida à distância di da fonte.
Blindagem de equipamentos de raios X médicos e não médicos
A blindagem para equipamentos de raios X é considerada em duas categorias, blindagem de fonte e blindagem estrutural. A blindagem da fonte geralmente é fornecida pelo fabricante do invólucro do tubo de raios X.
Os regulamentos de segurança especificam um tipo de invólucro de tubo de proteção para instalações de raios X de diagnóstico médico e outro tipo para instalações de raios X médicos terapêuticos. Para equipamentos de raios X não médicos, o invólucro do tubo e outras partes do aparelho de raios X, como o transformador, são blindados para reduzir o vazamento de radiação de raios X a níveis aceitáveis.
Todas as máquinas de raios-x, tanto médicas quanto não médicas, possuem invólucros de tubos protetores projetados para limitar a quantidade de vazamento de radiação. Radiação de vazamento, conforme usado nestas especificações para caixas de tubos, significa toda a radiação proveniente da caixa de tubos, exceto o feixe útil.
A blindagem estrutural para uma instalação de raios X fornece proteção contra o feixe de raios X útil ou primário, contra radiação de vazamento e de dispersão de radiação. Ele inclui tanto o equipamento de raios X quanto o objeto que está sendo irradiado.
A quantidade de radiação espalhada depende do tamanho do campo de raios X, da energia do feixe útil, do número atômico efetivo do meio espalhador e do ângulo entre o feixe útil incidente e a direção da dispersão.
Um parâmetro chave do projeto é a carga de trabalho da instalação (W):
onde W é a carga de trabalho semanal, geralmente dada em mA-min por semana; E é a corrente do tubo multiplicada pelo tempo de exposição por visualização, normalmente dado em mA s; Nv é o número de visualizações por paciente ou objeto irradiado; Np é o número de pacientes ou objetos por semana e k é um fator de conversão (1 min dividido por 60 s).
Outro parâmetro chave do projeto é o fator de uso Un para uma parede (ou piso ou teto) n. A parede pode estar protegendo qualquer área ocupada, como uma sala de controle, escritório ou sala de espera. O fator de uso é dado por:
Onde, Nv,n é o número de visualizações para as quais o feixe primário de raios x é direcionado para a parede n.
Os requisitos de blindagem estrutural para uma determinada instalação de raios X são determinados pelo seguinte:
Com essas considerações incluídas, o valor da relação do feixe primário ou fator de transmissão K em mGy por mA-min em um metro é dado por:
A blindagem da instalação de raios X deve ser construída de forma que a proteção não seja prejudicada pelas juntas; por aberturas para dutos, tubulações e assim por diante, que passam pelas barreiras; ou por conduítes, caixas de serviço e assim por diante, embutidos nas barreiras. A blindagem deve cobrir não apenas a parte traseira das caixas de serviço, mas também as laterais, ou ser estendida o suficiente para oferecer proteção equivalente. Os condutos que passam por barreiras devem ter curvas suficientes para reduzir a radiação ao nível exigido. As janelas de observação devem ter blindagem equivalente à exigida para a divisória (barreira) ou porta na qual estão localizadas.
As instalações de radioterapia podem exigir intertravamentos de portas, luzes de advertência, circuito fechado de televisão ou meios de comunicação audível (por exemplo, voz ou campainha) e visual entre qualquer pessoa que possa estar na instalação e o operador.
As barreiras de proteção são de dois tipos:
Para projetar a barreira protetora secundária, calcule separadamente a espessura necessária para proteger contra cada componente. Se as espessuras necessárias forem aproximadamente as mesmas, adicione um HVL adicional à maior espessura calculada. Se a maior diferença entre as espessuras calculadas for um TVL ou mais, o mais espesso dos valores calculados será suficiente.
A intensidade da radiação espalhada depende do ângulo de espalhamento, energia do feixe útil, tamanho do campo ou área de espalhamento e composição do objeto.
Ao projetar barreiras de proteção secundárias, as seguintes suposições conservadoras simplificadas são feitas:
A relação de transmissão para radiação espalhada é escrita em termos do fator de transmissão de espalhamento (Kμx) com unidades de mGy•m2 (mA-min)-1:
onde P é a taxa máxima de dose semanal absorvida (em mGy), dScat é a distância entre o alvo do tubo de raios x e o objeto (paciente), dseca é a distância do espalhador (objeto) ao ponto de interesse que as barreiras secundárias devem proteger, a é a razão entre a radiação espalhada e a radiação incidente, f é o tamanho real do campo de dispersão (em cm2), E F é um fator responsável pelo fato de que a saída de raios x aumenta com a tensão. Valores menores de Kμx exigem escudos mais grossos.
O fator de atenuação de vazamento BLX para sistemas de diagnóstico por raios X é calculado da seguinte forma:
onde d é a distância do alvo do tubo ao ponto de interesse e I é a corrente do tubo em mA.
A relação de atenuação de barreira para sistemas de raios X terapêuticos operando a 500 kV ou menos é dada por:
Para tubos de raios X terapêuticos operando em potenciais maiores que 500 kV, o vazamento é geralmente limitado a 0.1% da intensidade do feixe útil a 1 m. O fator de atenuação neste caso é:
onde Xn é a taxa de dose absorvida (em mGy/h) a 1 m de um tubo de raios X terapêutico operado a uma corrente de tubo de 1 mA.
O número n de HVLs necessários para obter a atenuação desejada BLX é obtido da relação:
or
blindagem de partículas beta
Dois fatores devem ser considerados ao projetar uma blindagem para um emissor beta de alta energia. Eles são as próprias partículas beta e o Bremsstrahlung produzido por partículas beta absorvidas na fonte e no escudo. Bremsstrahlung consiste em fótons de raios X produzidos quando partículas carregadas de alta velocidade sofrem desaceleração rápida.
Portanto, um escudo beta geralmente consiste em uma substância de baixo número atômico (para minimizar Bremsstrahlung produção) que é espessa o suficiente para parar todas as partículas beta. Isto é seguido por um material de alto número atômico que é espesso o suficiente para atenuar Bremsstrahlung a um nível aceitável. (Inverter a ordem dos escudos aumenta Bremsstrahlung produção no primeiro escudo a um nível tão alto que o segundo escudo pode fornecer proteção inadequada.)
Para fins de estimativa Bremsstrahlung perigo, a seguinte relação pode ser usada:
onde f é a fração da energia beta incidente convertida em fótons, Z é o número atômico do absorvedor, e Eβ é a energia máxima do espectro de partículas beta em MeV. Para garantir proteção adequada, normalmente é assumido que todos os Bremsstrahlung os fótons são de energia máxima.
A Bremsstrahlung fluxo F à distância d da fonte beta pode ser estimado da seguinte forma:
`Eβ é a energia média da partícula beta e pode ser estimada por:
O intervalo Rβ de partículas beta em unidades de densidade de área (mg/cm2) pode ser estimado da seguinte forma para partículas beta com energias entre 0.01 e 2.5 MeV:
onde Rβ está em mg/cm2 e Eβ está em MeV.
Escolha Eβ>2.5 MeV, a faixa de partícula beta Rβ pode ser estimado da seguinte forma:
onde Rβ está em mg/cm2 e Eβ está em MeV.
blindagem de partículas alfa
As partículas alfa são o tipo menos penetrante de radiação ionizante. Devido à natureza aleatória de suas interações, o alcance de uma partícula alfa individual varia entre valores nominais conforme indicado na figura 1. O alcance no caso de partículas alfa pode ser expresso de diferentes maneiras: por mínimo, média, extrapolação ou alcance máximo . O intervalo médio é o determinável com mais precisão, corresponde ao intervalo da partícula alfa “média” e é usado com mais frequência.
Figura 1. Distribuição de alcance típica de partículas alfa
O ar é o meio de absorção mais comumente usado para especificar a relação alcance-energia das partículas alfa. Para energia alfa Eα menos de cerca de 4 MeV, Rα no ar é aproximadamente dada por:
onde Rα está em cm, Eα em MeV.
Escolha Eα entre 4 e 8 MeV, Rα no ar é dada aproximadamente por:
onde Rα está em cm, Eα em MeV.
A gama de partículas alfa em qualquer outro meio pode ser estimada a partir da seguinte relação:
Rα (em outro meio; mg/cm2) » 0.56 A1/3 Rα (no ar; cm) onde A é o número atômico do meio.
blindagem de nêutrons
Como regra geral para blindagem de nêutrons, o equilíbrio de energia de nêutrons é alcançado e então permanece constante após um ou dois comprimentos de relaxamento do material de blindagem. Portanto, para blindagens mais espessas do que alguns comprimentos de relaxação, a dose equivalente fora da blindagem de concreto ou ferro será atenuada com comprimentos de relaxação de 120 g/cm2 ou 145 g / cm2, Respectivamente.
A perda de energia de nêutrons por espalhamento elástico requer um escudo hidrogenado para maximizar a transferência de energia à medida que os nêutrons são moderados ou desacelerados. Para energias de nêutrons acima de 10 MeV, processos inelásticos são eficazes na atenuação de nêutrons.
Assim como os reatores de energia nuclear, os aceleradores de alta energia requerem blindagem pesada para proteger os trabalhadores. A maioria dos equivalentes de dose para os trabalhadores vem da exposição ao material radioativo ativado durante as operações de manutenção. Os produtos de ativação são produzidos nos componentes e sistemas de suporte do acelerador.
Monitoramento do Ambiente de Trabalho
É necessário tratar separadamente o desenho de programas de monitoramento de rotina e operacional para o ambiente de trabalho. Programas especiais de monitoramento serão elaborados para alcançar objetivos específicos. Não é desejável projetar programas em termos gerais.
Monitoramento de rotina para radiação externa
Uma parte importante na preparação de um programa de monitoramento de rotina para radiação externa no local de trabalho é realizar uma pesquisa abrangente quando uma nova fonte de radiação ou uma nova instalação é colocada em serviço, ou quando quaisquer mudanças substanciais foram feitas ou podem ter sido feitas feito em uma instalação existente.
A frequência do monitoramento de rotina é determinada pela consideração das mudanças esperadas no ambiente de radiação. Se as mudanças no equipamento de proteção ou alterações nos processos conduzidos no local de trabalho forem mínimas ou não substanciais, o monitoramento rotineiro de radiação do local de trabalho raramente é necessário para fins de revisão. Se os campos de radiação estiverem sujeitos a um aumento rápido e imprevisível para níveis potencialmente perigosos, então é necessário um sistema de monitoramento e alerta de radiação de área.
Monitoramento operacional para radiação externa
O projeto de um programa de monitoramento operacional depende muito se as operações a serem conduzidas influenciam os campos de radiação ou se os campos de radiação permanecerão substancialmente constantes durante as operações normais. O desenho detalhado de tal pesquisa depende criticamente da forma da operação e das condições em que ela ocorre.
Monitoramento de rotina para contaminação de superfície
O método convencional de monitoramento de rotina para contaminação de superfície é monitorar uma fração representativa das superfícies em uma área com uma frequência ditada pela experiência. Se as operações forem tais que a contaminação considerável da superfície seja provável e os trabalhadores possam transportar quantidades significativas de material radioativo para fora da área de trabalho em um único evento, o monitoramento de rotina deve ser complementado pelo uso de monitores de contaminação por portal.
Monitoramento operacional para contaminação de superfície
Uma forma de monitoramento operacional é o levantamento de itens quanto à contaminação quando eles saem de uma área controlada radiologicamente. Este monitoramento deve incluir as mãos e os pés dos trabalhadores.
Os principais objetivos de um programa de monitoramento de contaminação de superfície são:
Monitoramento de contaminação aérea
O monitoramento de materiais radioativos transportados pelo ar é importante porque a inalação é geralmente a via mais importante de ingestão de tais materiais pelos trabalhadores da radiação.
O monitoramento do local de trabalho para contaminação aérea será necessário rotineiramente nas seguintes circunstâncias:
Quando um programa de monitoramento do ar é necessário, ele deve:
A forma mais comum de monitoramento da contaminação aérea é o uso de amostradores de ar em vários locais selecionados para serem razoavelmente representativos das zonas de respiração dos trabalhadores que trabalham sob radiação. Pode ser necessário fazer com que as amostras representem com mais precisão as zonas de respiração usando amostras pessoais de ar ou de lapela.
Detecção e medição de radiação e contaminação radioativa
O monitoramento ou levantamento por toalhetes e levantamentos de instrumentos de bancadas, pisos, roupas, pele e outras superfícies são, na melhor das hipóteses, procedimentos qualitativos. É difícil torná-los altamente quantitativos. Os instrumentos usados são geralmente tipos de detecção em vez de dispositivos de medição. Como a quantidade de radioatividade envolvida costuma ser pequena, a sensibilidade dos instrumentos deve ser alta.
O requisito de portabilidade dos detectores de contaminação depende de seus usos pretendidos. Se o instrumento for para monitoramento geral de superfícies de laboratório, um tipo de instrumento portátil é desejável. Se o instrumento for para um uso específico em que o item a ser monitorado pode ser trazido para o instrumento, a portabilidade não é necessária. Monitores de roupas e monitores de mãos e calçados geralmente não são portáteis.
Instrumentos e monitores de taxa de contagem geralmente incorporam leituras de medidores e saídas auditivas ou fones de ouvido. A Tabela 4 identifica os instrumentos que podem ser usados para a detecção de contaminantes radioativosíon.+
Tabela 4. Instrumentos de detecção de contaminação
Instrumento |
Faixa de taxa de contagem e outras características1 |
Usos típicos |
Observações |
monitores de superfície bg2 |
|||
Geral |
|||
Medidor de taxa de contagem portátil (GM de parede fina ou janela fina3 contador) |
0-1,000 cpm |
Superfícies, mãos, roupas |
Simples, confiável, alimentado por bateria |
Janela fina |
0-1,000 cpm |
Superfícies, mãos, roupas |
Linha operada |
Pessoal |
|||
Monitor de mão e sapato, GM ou |
Entre 1½ e 2 vezes natural |
Monitoramento rápido de contaminação |
A operação automática |
Destaque |
|||
Monitores de lavanderia, monitores de piso, |
Entre 1½ e 2 vezes natural |
Monitoramento de contaminação |
Conveniente e rápido |
Monitores de superfície alfa |
|||
Geral |
|||
Contador proporcional de ar portátil com sonda |
0-100,000 cpm acima de 100 cm2 |
Superfícies, mãos, roupas |
Não para uso em alta umidade, bateria- |
Contador de fluxo de gás portátil com sonda |
0-100,000 cpm acima de 100 cm2 |
Superfícies, mãos, roupas |
Janela frágil alimentada por bateria |
Contador de cintilação portátil com sonda |
0-100,000 cpm acima de 100 cm2 |
Superfícies, mãos, roupas |
Janela frágil alimentada por bateria |
Pessoal |
|||
Contador proporcional mão e sapato, monitor |
0-2,000 cpm em cerca de 300 cm2 |
Monitoramento rápido de mãos e sapatos para contaminação |
A operação automática |
Contador de cintilação mão-e-sapato, monitor |
0-4,000 cpm em cerca de 300 cm2 |
Monitoramento rápido de mãos e sapatos para contaminação |
Robusto |
Monitores de feridas |
Detecção de fótons de baixa energia |
Monitoramento de plutônio |
O projeto especial |
Monitores de ar |
|||
amostradores de partículas |
|||
Papel de filtro, alto volume |
1.1 m3/ Min |
Amostras rápidas |
Uso intermitente, requer separado |
Papel de filtro, baixo volume |
0.2-20 m3/h |
Monitoramento contínuo do ar ambiente |
Uso contínuo, requer separado |
Lapela |
0.03 m3/ Min |
Monitoramento contínuo do ar da zona de respiração |
Uso contínuo, requer separado |
Precipitador eletrostático |
0.09 m3/ Min |
Monitoramento contínuo |
Amostra depositada em casca cilíndrica, |
Impactador |
0.6-1.1 m3/ Min |
contaminação alfa |
Usos especiais, requer contador separado |
Monitores de ar de trítio |
|||
Câmaras de ionização de fluxo |
0-370kBq/m3 minutos |
Monitoramento contínuo |
Pode ser sensível a outras ionizações |
Sistemas completos de monitoramento de ar |
Atividade mínima detectável |
|
|
Papel de filtro fixo |
α » 0.04 Bq/m3; βγ » 0.04 Bq/m3 |
O acúmulo de fundo pode mascarar atividades de baixo nível, contador incluído |
|
Papel de filtro em movimento |
α » 0.04 Bq/m3; βγ » 0.04 Bq/m3 |
Registro contínuo da atividade aérea, o tempo de medição pode ser ajustado de |
1 cpm = contagens por minuto.
2 Poucos monitores de superfície são adequados para detectar trítio (3H). Testes de limpeza contados por dispositivos de cintilação líquida são apropriados para detectar contaminação por trítio.
3 GM = Medidor de contagem Geiger-Muller.
Detectores de contaminação alfa
A sensibilidade de um detector alfa é determinada por sua área de janela e espessura da janela. Geralmente a área da janela é de 50 cm2 ou maior com densidade de janela de 1 mg/cm2 ou menos. Os monitores de contaminação alfa devem ser insensíveis à radiação beta e gama para minimizar a interferência de fundo. Isso geralmente é obtido pela discriminação da altura do pulso no circuito de contagem.
Os monitores alfa portáteis podem ser contadores proporcionais de gás ou contadores de cintilação de sulfeto de zinco.
Detectores de contaminação beta
Monitores beta portáteis de vários tipos podem ser usados para a detecção de contaminação por partículas beta. Os medidores de taxa de contagem Geiger-Mueller (GM) geralmente requerem uma janela fina (densidade de área entre 1 e 40 mg/cm2). Contadores de cintilação (antraceno ou plástico) são muito sensíveis a partículas beta e relativamente insensíveis a fótons. Os contadores beta portáteis geralmente não podem ser usados para monitorar o trítio (3H) contaminação porque a energia da partícula beta do trítio é muito baixa.
Todos os instrumentos usados para monitoramento de contaminação beta também respondem à radiação de fundo. Isso deve ser levado em consideração ao interpretar as leituras do instrumento.
Quando existem altos níveis de radiação de fundo, os contadores portáteis para monitoramento de contaminação são de valor limitado, uma vez que não indicam pequenos aumentos nas taxas de contagem inicialmente altas. Nestas condições, são recomendados esfregaços ou testes de limpeza.
Detectores de contaminação gama
Como a maioria dos emissores gama também emite partículas beta, a maioria dos monitores de contaminação detectará radiação beta e gama. A prática usual é usar um detector sensível a ambos os tipos de radiação para aumentar a sensibilidade, pois a eficiência de detecção costuma ser maior para partículas beta do que para raios gama. Cintiladores de plástico ou cristais de iodeto de sódio (NaI) são mais sensíveis a fótons do que os contadores GM e, portanto, são recomendados para detectar raios gama.
Amostradores de ar e monitores
As partículas podem ser amostradas pelos seguintes métodos: sedimentação, filtração, impactação e precipitação eletrostática ou térmica. No entanto, a contaminação por partículas no ar geralmente é monitorada por filtração (bombeando o ar através do meio filtrante e medindo a radioatividade no filtro). As taxas de fluxo de amostragem geralmente são maiores que 0.03 m3/min. No entanto, as taxas de fluxo de amostragem da maioria dos laboratórios não são superiores a 0.3 m3/min. Tipos específicos de amostradores de ar incluem amostradores “pegadores” e monitores de ar contínuo (CAM). Os CAMs estão disponíveis com papel de filtro fixo ou móvel. Um CAM deve incluir um alarme, pois sua função principal é avisar sobre mudanças na contaminação do ar.
Como as partículas alfa têm um alcance muito curto, filtros de carregamento de superfície (por exemplo, filtros de membrana) devem ser usados para a medição da contaminação por partículas alfa. A amostra coletada deve ser fina. O tempo entre a coleta e a medição deve ser considerado para permitir o decaimento da progênie do radônio (Rn).
Radioiodos como 123I, 125I e 131I pode ser detectado com papel de filtro (particularmente se o papel estiver carregado com carvão ou nitrato de prata) porque parte do iodo se depositará no papel de filtro. No entanto, medições quantitativas requerem armadilhas ou latas de carvão ativado ou zeólita de prata para fornecer absorção eficiente.
A água tritiada e o gás trítio são as principais formas de contaminação por trítio. Embora a água tritiada tenha alguma afinidade com a maioria dos papéis de filtro, as técnicas de papel de filtro não são muito eficazes para amostragem de água tritiada. Os métodos de medição mais sensíveis e precisos envolvem a absorção de condensado de vapor de água tritiado. O trítio no ar (por exemplo, como hidrogênio, hidrocarbonetos ou vapor de água) pode ser medido de forma eficaz com câmaras de Kanne (câmaras de ionização de fluxo contínuo). A absorção de vapor de água tritiada de uma amostra de ar pode ser realizada passando a amostra por um coletor contendo uma peneira molecular de sílica gel ou borbulhando a amostra em água destilada.
Dependendo da operação ou processo, pode ser necessário monitorar gases radioativos. Isso pode ser feito com as câmaras de Kanne. Os dispositivos mais comumente usados para amostragem por absorção são lavadores de gás e impingers. Muitos gases também podem ser coletados resfriando o ar abaixo do ponto de congelamento do gás e coletando o condensado. Este método de coleta é mais usado para óxido de trítio e gases nobres.
Existem várias maneiras de obter amostras aleatórias. O método selecionado deve ser apropriado para o gás a ser amostrado e o método de análise ou medição requerido.
Monitoramento de efluentes
O monitoramento de efluentes refere-se à medição da radioatividade em seu ponto de liberação para o meio ambiente. É relativamente fácil de realizar devido à natureza controlada do local de amostragem, que geralmente é um fluxo de resíduos que está sendo descarregado através de uma chaminé ou linha de descarga de líquido.
Pode ser necessário o monitoramento contínuo da radioatividade no ar. Além do dispositivo de coleta de amostra, geralmente um filtro, um arranjo típico de amostragem para partículas no ar inclui um dispositivo de movimentação de ar, um medidor de vazão e dutos associados. O dispositivo de movimentação de ar está localizado a jusante do coletor de amostras; ou seja, o ar passa primeiro pelo coletor de amostras e depois pelo restante do sistema de amostragem. As linhas de amostragem, principalmente aquelas à frente do sistema coletor de amostras, devem ser mantidas o mais curtas possível e livres de curvas acentuadas, áreas de turbulência ou resistência ao fluxo de ar. O volume constante em uma faixa adequada de quedas de pressão deve ser usado para amostragem de ar. A amostragem contínua de isótopos radioativos de xenônio (Xe) ou criptônio (Kr) é realizada por adsorção em carvão ativado ou por meios criogênicos. A célula de Lucas é uma das técnicas mais antigas e ainda o método mais popular para a medição das concentrações de Rn.
O monitoramento contínuo de líquidos e linhas de resíduos para materiais radioativos às vezes é necessário. Linhas de resíduos de laboratórios quentes, laboratórios de medicina nuclear e linhas de refrigeração de reatores são exemplos. O monitoramento contínuo pode ser realizado, no entanto, por análise laboratorial de rotina de uma pequena amostra proporcional à vazão do efluente. Estão disponíveis amostradores que coletam alíquotas periódicas ou que extraem continuamente uma pequena quantidade de líquido.
A amostragem agarrada é o método usual usado para determinar a concentração de material radioativo em um tanque de retenção. A amostra deve ser coletada após a recirculação para comparar o resultado da medição com as taxas de descarga permitidas.
Idealmente, os resultados do monitoramento de efluentes e do monitoramento ambiental estarão em boa concordância, com o último calculável a partir do primeiro com o auxílio de vários modelos de caminhos. No entanto, deve-se reconhecer e enfatizar que o monitoramento de efluentes, não importa quão bom ou extenso seja, não pode substituir a medição real das condições radiológicas no ambiente.
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