Exper. 1 Segurança com a eletricidade Objetivo Levar o aluno a conhecer alguns riscos da eletricidade e a se preocupar com a prevenção de acidentes elétricos em seu ambiente de trabalho. Conscientizar os alunos para que observem normas de segurança e pratiquem atos seguros no ambiente do Laboratório de Eletricidade. Levar o aluno a ter um comportamento adequado à segurança no ambiente de trabalho. PERIGOS DA ELETRICIDADE Fundamentação Teórica O aumento substancial das aplicações e do consumo de energia elétrica ocorrido nas ultimas décadas tem levado especialistas de diversos paises a realizar minuciosos estudos sobre os perigos que a corrente elétrica pode representar ao atravessar o corpo humano. As pesquisas remontam aos anos 30 com estudos de diversos técnicos com o objetivo de avaliar o grau de periculosidade da corrente elétrica, e fizeram experiências com animais e pessoas. Tendo resultados um documento internacional considerado como orientação básica no que diz respeito à proteção contra choques elétricos em instalações. Qualquer atividade biológica seja ela glandular, nervosa ou muscular, é originada de impulsos de corrente elétrica. Se essa corrente fisiológica interna somar-se a uma outra de origem externa, devido a um contato elétrico, ocorrerá no organismo humano uma alteração das funções vitais normais que, dependendo da duração da corrente poderá levar o individuo a morte. O trabalho com equipamentos eletrônicos e instalações elétricas apresenta um elevado índice de risco de acidente e de doenças ocupacionais. E, portanto deve merecer todo cuidado e fiel atenção às normas de segurança. É muito mais fácil prevenir acidentes do que cuidar dos seus efeitos, indesejáveis! Os acidentes com eletricidade provocam os chamados eletrotraumatismos.e são causados geralmente pela passagem da corrente elétrica pelo corpo humano. Chiavenato define a segurança do trabalho como: O conjunto de medidas técnicas, educacionais, medicas e psicológicas, empregadas para prevenir acidentes, eliminar as condições inseguras do ambiente, instruindo ou convencendo as pessoas de praticas preventivas. Os principais efeitos que uma corrente elétrica externa ao circular pelo corpo humano poderá produzir no organismo são fundamentalmente cinco: 1. Choque elétrico; 2. Tetanização; 3. Parada respiratória; 4. Queimaduras; 5. Fibrilação ventricular; Em linguagem simples, podemos descrever esses efeitos provocados pela eletricidade no organismo humano. CHOQUE ELETRICO 2
O choque elétrico é o abalo nervoso, paralisia, que causa uma sensação desagradável, dolorosa, provocada pela passagem de uma corrente elétrica pelo corpo humano. O choque por si só já e indesejável, um acidente, causa susto, desconforto e deve ser evitado, mesmo que não resulte nenhuma conseqüência grave. Mas indiretamente pode ser causa de quedas em escadas, fraturas, ataque cardíacos, ferimentos em máquinas, ferramentas etc. TETANIZAÇÃO A tetanização é um fenômeno decorrente da contração muscular produzida por um impulso elétrico. Verifica-se que, sob ação de um estimulo devido à aplicação de uma diferença de potencial elétrico a uma fibra nervosa, o músculo se contrai, para em seguida retornar ao estado de repouso. Se ao primeiro estimulo seguir-se um segundo, antes que o repouso seja atingido, os dois efeitos podem somar-se. Diversos estímulos aplicados seguidamente produzem contrações repetidas do músculo, de modo progressivo, é chamado contração tetânica.quando a freqüência dos estímulos ultrapassa um certo limite o músculo é levado à contração completa, permanecendo nessa condição até que cessem os estímulos, após o que lentamente retorna ao estado de repouso. O mesmo fenômeno descrito para uma fibra elementar nervo-músculo ocorre, de forma mais complexa no corpo humano atravessado por uma corrente elétrica. As freqüências usuais de 50 e 60 Hz são mais que suficientes para produzir uma tetanização completa. Uma pessoa em contato com um elemento condutor sob tensão pode ficar agarrada a ele durante o tempo em que perdurar a diferença de potencial. Dependendo da duração, pode causar sua inconsciência e até a morte. É importante observar que esse fenômeno ocorre para baixos valores de corrente, mesmo assim é perigoso, principalmente se considerarmos a resistência elétrica do corpo humano diminui com a duração do contato. Para elevados valores de corrente pode não ocorrer a tetanização. A excitação muscular pode ser suficientemente violenta de modo a provocar uma repulsão tendendo a afastar a pessoa da parte sob tensão. Dependendo das condições, o individuo pode ser atirado a uma certa distância. A corrente continua, dependendo da sua intensidade e duração, pode também produzir a tetanização. Nesse caso, o fenômeno apresenta-se com características um tanto diferente das correspondentes à corrente alternada. LIMITE DE LARGAR Limite de largar é a máxima corrente que uma pessoa pode tolerar ao segurar um eletrodo, podendo largá-lo usando os músculos diretamente estimulados pela corrente, logo é o valor máximo da corrente para a qual uma pessoa, tendo em mão um objeto energizado, podendo largá-lo. Em correntes alternadas de 50 e 60 Hz, essa corrente limite é de 6 a 14 ma para mulheres e de 9 a 23 ma para os homens. Em corrente contínua foram encontrado valores médios de 51 ma para mulheres e de 76mA para homens. Correntes inferiores ao limite de largar, muito embora não produzam, no caso geral, alterações graves no organismo humano, podem dar origens a contrações violentas e causar indiretamente como quedas, ferimentos em partes moveis de máquinas, etc. PARADA RESPIRATÓRIA Correntes superiores ao limite de largar podem causar na pessoa uma parada respiratória. Essas correntes podem produzir no indivíduo sinais de asfixia, devido à contração de músculos ligados à respiração e paralisia dos centros nervosos que comandam a função respiratória. Se a corrente permanecer, o indivíduo pode perder a consciência e morrer sufocado. Dai à importância dos primeiros socorros e da respiração artificial, boca a boca, da rapidez de sua aplicação e do tempo pelo qual ela é realizada. É necessário intervir imediatamente após o acidente, em 3 ou 4 minutos no máximo, para evitar a asfixia da vítima ou mesmo lesões irreversíveis nos tecidos cerebrais. 3
QUEIMADURAS A passagem de corrente elétrica pelo corpo humano é acompanhada do desenvolvimento de calor por efeito Joule, podendo produzir queimaduras. A situação torna-se mais crítica nos pontos de entrada e de saída da corrente. 1. A densidade de corrente é maior nos pontos de entrada e de saída da corrente no corpo humano, principalmente se forem pequenas as áreas de contato. 2. A pele apresenta uma elevada resistência elétrica, enquanto os tecidos internos são, comparativamente bons condutores. 3. A resistência de contato entre a pele e as partes sob tensão somam-se a resistência da pele. As queimaduras produzidas são tanto mais graves quanto maior a densidade de corrente e quanto mais longo o tempo pelo qual a corrente permanece. Nas altas tensões, predominam os efeitos térmicos, da corrente. O calor produz a destruição dos tecidos superficiais e profundos, bem como o rompimento de artérias com conseqüente hemorragia, a destruição dos centros nervosos, etc. Observa-se que as queimaduras produzidas por correntes elétricas são mais profundas e as de mais difícil cura, podendo causar a morte, por insuficiência renal. FIBRILAÇÃO VENTRICULAR O fenômeno fisiológico mais grave que pode ocorrer quando há passagem de corrente elétrica pelo corpo humano é a fibrilação ventricular. Trata-se de um fenômeno complexo e geralmente fatal, que pode ser explicado de maneira simplificada da seguinte maneira: O músculo cardíaco, miocárdio, contrai-se ritmicamente de 60 a 100 vezes por minuto, e sustenta, como se fosse uma bomba, a circulação sangüínea nos vasos. A contração da fibra muscular é produzida por impulsos elétricos proveniente do nódulo seno-atrial, situado na parte superior do átrio direito, um perfeito gerador biológico de impulsos elétricos que comanda ao coração. Através de um tecido especifico de condução (feixe de His, fibras de Purkinje) os impulsos de comandos provenientes do nódulo seno-atrial são transmitidos ao músculo cardíaco. Se á atividade elétrica fisiológica normal sobrepõe-se a uma corrente elétrica de origem externa e muitas vezes maior do que a biológica, e fácil imaginar o que sucede com o equilíbrio elétrico do corpo. As fibras do coração passam a receber subais excessivos e irregulares, as fibras ventriculares ficam superestimuladas de maneira caótica e passam a contrair-se de maneira desordenada, uma independente da outra, de modo que o coração passa a não mais exercer sua função. É a fibrilação ventricular, responsável por tantas mortes em acidentes elétricos. Até alguns anos atrás esse fenômeno era considerado irreversível. No entanto, hoje se sabe que uma carga elétrica violenta pode, desde que oportunamente aplicada, fazer parar o processo de fibrilação. Isso é feito usando um desfribrilador: um aparelho, que através de dois eletrodos aplicados ao tórax descarrega-se um capacitor através da região cardíaca do paciente. Mesmo assim para efeitos práticos, a fribrilação é considerada irreversível, posto que raramente se tem a disposição o pessoal especializado e o equipamento necessário ao socorro da vítima em tempo adequado. Observa-se que cessada a atividade cardíaca, em cerca de três minutos ocorrem lesões irreparáveis no músculo cardíaco e no tecido cerebral. Os esforços dos pesquisadores têm se concentrada na procura do valor mínimo de corrente capaz de dar inicio a fibrilação, em relação ao tempo pelo qual circula pelo corpo humano. As experiências não têm fornecido resultados concordantes, sendo que as maiores dificuldades que impendem uma definição precisa do limiar da fribrilação ventricular tem sido as seguintes: 1. Impossibilidade de realizar experiências diretamente em seres humanos e dificuldade de extrapolar ao corpo os resultados obtidos com animais. 2. A corrente (I0) que atinge o coração e causa a fribrilação é apenas uma fração da corrente (I) que circula pelo corpo humano. Como apenas a corrente (I) que circula pelo corpo e mensurável, e ela se 4
refere ao limiar da fribrilação. Ocorre que, a relação (I0/I) não é constante, podendo variar de pessoa para pessoa e, numa mesma pessoa conforme o trajeto da corrente. 3. Existe um breve intervalo de tempo no ciclo cardíaco no qual o coração é eletricamente estável, é o instante em que, descrevendo o potencial de ação, a fibra tende a retornar ao estado de repouso, se a corrente ative o coração nesse pequeno intervalo, a probabilidade de se iniciar a fribrilação aumenta notavelmente. 4. Correntes elevadas não provocam, em geral, fribrilação. Elas podem não ter qualquer efeito, não determinar uma parada cardíaca, ou produzir alterações orgânicas permanentes no sistema cardíaco (1). Efeitos da corrente elétrica A corrente elétrica ao circular pelo corpo humano pode provocar efeitos desagradáveis, como já foi visto. Principalmente se a corrente, no seu trajeto, circular pela região do coração; as correntes alternadas com freqüência entre 15 e 100 Hz, as de uso mais comuns, passando pelo corpo humano, podem provocar os seguintes efeitos patológicos, conforme a sua intensidade: Corrente(mA) Efeitos prováveis 0,1 a 0,5 Leve percepção superficial, geralmente nenhum efeito patológico. 0,5 a 10 Leve choque, ligeira paralisia nos músculos, com princípios de tetanização, nenhum efeito fisiológico perigoso. 10 a 50 Choque forte, nenhum efeito fisiológico perigoso se a corrente for interrompida no máximo em 5 segundos. 50 a 100 Choque, contrações musculares severas paralisia dos músculos do tórax, tontura, grave risco de fribrilação, cardíaca para tempo maior que 200ms, queimaduras. 100 a 200 Traumas cardíacos persistentes; efeitos letais salvo intervenção imediata de pessoal especializado. 200 acima Severas queimaduras, severas contrações musculares, mais provável é a morte. Sabe-se ainda, que a periculosidade diminui com o aumento da freqüência de uma corrente alternada. Verifica-se que correntes de altas freqüências tendem a passar pela parte externa do corpo humano, não afetando os órgãos vitais, mais muitas vezes produzindo efeitos térmicos perigosos à pessoa. Impedância do corpo humano O corpo humano é um conjunto heterogêneo de líquidos e tecidos orgânicos de resistividade variável, sendo maiores os valores encontrados na pele, no tecido ósseo e no tecido adiposo. Na prática, consideramos os valores médios de impedância do corpo humano em função do suposto trajeto da corrente elétrica. Sabe-se que os valores de impedância do corpo para a corrente alternada de 50 ou 60 Hz são praticamente os mesmos da resistência em corrente continua. (1) Impedância Valor em ohm interna da Mão para pé 1.000 a 1.500 Mão para mão 1.000 a 1500 Mão para tórax 450 a 750 Pele molhada 1.000 Pele seca 100.000 a 600.000 Impedância total, incluindo as resistências por contatos para corrente alternada 60 Hz. Situação Impedância total em ohms (ordem de grandeza) Corrente no corpo sob tensão de 100 volts (miliampères) 1. A corrente entra pela ponta do 15.700 6 5
dedo de uma das mãos e sai pela outra ponta do dedo da outra mão (dedos secos) 2. A corrente entra pela palma de uma das mãos e sai pela palma da outra mão (secas) 3. A corrente entra pela ponta dos dedos e sai pelos pés calçados 4. A corrente entra pela ponta dos dedos e sai pelos pés calçados ou descalços (molhados) 5. A corrente entra pela palma da mão através de uma ferramenta e sai pelos pés calçados (molhados) 6. A corrente entra pela mão molhada e sai por todo o corpo mergulhado em uma banheira 900 111 18.500 5 15.500 6 600 116 500 200 A impedância do corpo humano não é constante, variando de pessoa pra pessoa e, na mesma pessoa, de acordo com as condições ambientais e fisiológicas. As principais variáveis que influem na impedância do corpo humano são: -A umidade da pele do corpo; -Tipo de contato com o corpo humano; -Superfície de contato com a pele; -Pressão de contato; -Duração do contato; -Natureza da corrente: contínua, alternada e de que freqüência; -Taxa de álcool no sangue; quanto maior a taxa de álcool menor a impedância do corpo; -Tensão de contato; a impedância diminui com o aumento de tensão da corrente elétrica (1). Medidas preventivas O risco para um indivíduo não esta em tocar um único elemento energizado, uma parte viva (contato direto), ou uma massa sob tensão (contato indireto), e sim, em tocar simultaneamente dois pontos que se encontram em potencial diferente. O perigo está na diferença de potencial. As instalações elétricas de qualquer local oferecem grandes riscos de acidentes ou até mesmo morte por eletrocussão se não forem adotadas medidas apropriadas de segurança e proteção. O perigo pode existir tanto para o eletricista que, por acidente, toca numa barra energizada de uma subestação ou de um quadro de distribuição, como para o operário que se apóia na carcaça acidentalmente energizada de um motor elétrico ou, até mesmo, para uma dona de casa que encosta a mão na caixa metálica de uma lavadora de roupas ou uma geladeira, posta sob tensão por uma falha no isolamento. A NBR-5410 prevê, para a proteção contra choques elétricos, algumas medidas, que são: -medidas de proteção contra contatos diretos e indiretos; -medidas de proteção contra contatos diretos; -medidas de proteção contra contatos indiretos. A proteção contra contatos diretos e contra contatos indiretos se baseia no uso de extrabaixas tensões, podendo ser realizada por: -extrabaixa tensão de segurança; ou funcional; A proteção contra contatos diretos é garantido pela qualidade dos componentes e das instalações e pelas disposições fiscais dos componentes, podendo ser utilizados para tal: -isolação das partes vivas; -barreiras ou invólucros; -obstáculos; 6
-colocação fora do alcance; -dispositivos diferenciais residuais. A proteção contra contato indireto é prevista através de medidas que podem ser divididas em dois grupos: as que utilizam o condutor de proteção; E as que utilizam seccionamento automático de alimentação, nas quais o condutor de proteção desempenha um papel de suma importância. Nas primeiras, a proteção é garantida basicamente pela qualidade da instalação: -emprego de equipamento com isolação dupla ou isolação reforçada em todas as suas partes vivas. Sem previsão de aterramento ou aplicação de isolamento suplementar; -proteção em locais não-condutores. Questões 1. Quais são os perigos da eletricidade para o homem? 2. Por que a corrente elétrica circula pelo corpo humano? 3. Pelo exposto na aula, podemos concluir que uma maior impedância do corpo oferece maior ou menor risco, à pessoa? 4. Cite e explique os principais efeitos que a corrente elétrica pode causar ao percorrer pelo corpo humano. 5. Comente sobre o limite de largar. 6. De acordo com a NBR-5410, quais são as medidas que devem ser tomadas para evitar choque elétrico? 7. Cite as principais variáveis que influenciam na impedância do corpo humano. 8. O que a variação da freqüência ocasiona ao coração com o passar do tempo? 9. Fale qual a importância da segurança no trabalho em seu ponto de vista. 10. Um choque elétrico é igual para o homem tanto quanto para a mulher? Explique. 11. Qual é o comportamento dos animais, de um modo geral, perante a circulação da corrente elétrica submetida a uma tensão elétrica, ou seja, submetida a um choque elétrico. 12. Faça uma pesquisa teórico/prático relacionada com as formas de onda de corrente contínua e corrente alternada e explique-as. 13. Com base na questão anterior cite 03 (três) aplicações específicas de aplicações em corrente alternada. 14. Considere uma pessoa sujeita a um choque elétrico! Qual é mais perigoso, este choque em corrente contínua ou corrente alternada? 15. Justifique a questão anterior com base em pesquisa técnico-cientifica. 16. O que é um desfribrilador eletro/eletrônico? Qual é a sua principal aplicação? Pesquise e mostre adequadamente! 7
17. Explique adequadamente relatando passo a passo o experimento realizado. 18. Seria possível traçar um gráfico elucidativo do experimento apresentado? 19. Quando a pessoa toma um choque, é possível pensar que o mesmo é controlado conforme relatado no experimento? Justifique adequadamente a resposta. 20. Elabore um circuito elétrico/eletrônico que mostre a conversão de CA em CC no experimento apresentado. 21. Cite dez (10) tipos de fontes de eletricidade (fontes que convertem um tipo de energia em energia elétrica). 22. O que são fontes transdutores de eletricidades? 23. Como pode ocorre a circulação da corrente elétrica no corpo humano, uma vez que exista uma diferença de potencial (ddp) aplicada ao indivíduo e/ou grupo em questão? Explique. 24. Como se manifestam os efeitos da corrente elétrica que atravessa o corpo humano? 25. Quais são os fatores que depende a corrente elétrica para tornar-se perigosa para o ser humano? 26. Quais são os primeiros efeitos que uma corrente elétrica externa ao circular pelo corpo humano poderá produzir no organismo humano? Condição suficiente e necessária de que exista uma ddp para provocar a circulação da corrente elétrica! 27. Quais são os procedimentos básicos que devemos oferecer às vítimas de eletrocussão? Relate-os. 28. Explique termos como: a) Tetanização; b) Choque elétrico. 29. Idem para: a) Fibrilação ventricular; b) Sístole e diástole cardíacas. 30. Idem para: a) Parada cardíaca; b) Parada respiratória. Bibliografia 1. Cotrim, Ademaro Instalações Elétricas Makron Books, 3. ed. 2. Creder, Hélio Instalações Elétricas LTC, 14. ed. 8