OBTENÇÃO DO MAPA DE RISCO PARA NÍVEIS DE CAMPOS MAGNÉTICOS GERADOS POR EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS E ANÁLISE DOS EFEITOS SOBRE A SAÚDE HUMANA J. V. Hartmann* R. M. da Silva* C. A. T. C. Júnior* C. J. E. Montero* F. H. S. Matos* *Fundação Universidade Federal de Rondônia - UNIR RESUMO Este artigo apresenta uma metodologia para quantificar níveis de campos magnéticos na frequência de 60 Hz em ambientes residenciais, para se analisar a exposição humana a esses campos em situações cotidianas. O ser humano fica exposto a níveis de campos magnéticos, pois ele está em um meio que possuem diversas fontes de campos elétricos e magnéticos de baixa frequência associados à geração, distribuição e uso de potência elétrica, incluindo linhas de transmissão, subestações, linhas de distribuição e numerosos eletrodomésticos indo desde televisão até equipamentos de uso pessoal. Uma exposição do ser humano a níveis maiores do que os recomendados pelas normas nacionais e internacionais podem causar efeitos biológicos como estimulação das células nervosas do cérebro, nervos periféricos e músculos (incluindo o coração). Assim este artigo visa alertar por meio de um mapeamento dos equipamentos existentes em uma residência os níveis de campos magnéticos que o público em geral está exposto no seu cotidiado através da obtenção de um mapa de risco com os valores de campo. Nesta metodologia, as medições são realizadas utilizando-se equipamentos específicos e estimação dos campos magnéticos por rotinas numéricas. Os níveis de irradiação são analisados e comparados com os níveis máximos de exposição a campos magnéticos estabelecidos por normas nacionais e internacionais. PALAVRAS-CHAVE Ambiente, Campo, Exposição, Magnético, Mapa de Risco, Saúde Humana, Medição, Normatização, Residencial, Valores de Referência. 1. INTRODUÇÃO Devido riscos a saúde humana, os efeitos dos campos magnéticos de baixa frequência irradiados por equipamentos do sistema elétrico, despertam o interesse em avaliar a sua exposição em ambientes diversos.desta feita, desenvolveu-se uma instrumentação que tem por finalidade medir os níveis de campos magnéticos, além de outros parâmetros que os caracterizam. 1 / 8
Fontes de campos não ionizantes ou quase-estáticos incluem dispositivos que operam na frequência industrial (60 Hz), e produzem os campos e suas harmônicas na frequência industrial. Exemplos na última categoria incluem terminais de vídeo (varredura vertical de campo magnético), vias férreas elétricas (162/3 Hz e 25 Hz), sistemas de transporte de massa (0 Hz até 3 khz dependendo das características do controlador de ajuste da velocidade), aviões comerciais (400 Hz), aquecedores por indução (50 Hz à 9 khz), e automóveis elétricos. 2. CARACTERÍSTICAS DOS CAMPOS MAGNÉTICOS 2.1 Magnetostática Existem duas leis fundamentais que governam os campos magnetostáticos: (1) Lei de Biot-Savart e (2) lei circuital de Ampère. Assim, como a lei de Coulomb, a lei de Biot-Savart é a lei geral da magnetostática. Da mesma forma que a lei de Gauss é um caso especial da lei de Coulomb, a lei de Ampère é um caso especial da lei de Biot-Savart e se aplica facilmente a problemas envolvendo distribuição de corrente simétrica ao percurso amperiano adotado[9]. 3.1.1 Campo Magnetostático no espaço livre (ou vácuo) A Lei de Biot-Savart define a intensidade do campo magnético em um ponto, como mostrado na Fig. (1). Isto é: I dl a R I dl R dh (1) 2 3 4 R 4 R onde R = R e a R = R/R. Fig. 1. Campo magnético dh em P devido ao elemento de corrente I dl[9]. 2.1.2 Lei circuital de Ampère Equação de Maxwell A lei circuital de Ampère estabelece que a integral de linha da componente tangencial de H em torno de um caminho fechado é igual à corrente líquida I env envolvida pelo caminho, a circulação de H é igual à I env, isto é: H dl I (2) env L essa equação é útil para determinar H somente quando a distribuição de corrente é simétrica ao percurso amperiano adotado. Aplicando o teorema de Stokes ao lado esquerdo da equação (2), obtémse[9]: 2 / 8
porém, I env L I H H dl ds (3) env S J ds (4) S comparando as integrais de superfície nas equações (3) e (4), define-se: H J (5) Nota-se que H = J 0; isto é, o campo magnetostático não é conservativo. As equações (2) e (5) são referidas como equações de Maxwell na forma integral e diferencial respectivamente. Alguns equipamentos como transformadores e motores elétricos são bons exemplos onde tem-se problemas de magnetostática. O termo estático implica numa taxa de variação de tempo baixa ou quase nula. Assim, das equações de Maxwell citadas acima para casos estáticos tem-se: Onde J representa a densidade de corrente. H J (6) B 0 (7) A densidade de fluxo magnético B está relacionada à intensidade do campo magnético H por: B H (8) Onde μ representa a permeabilidade magnética do material. Considerando que B 0, existe um potencial vetor magnético A tal que: E B A 1 A J (9) (10) Neste caso assume-se que o fluxo de corrente é paralelo ao eixo z, por isso somente a componente z de A é apresentada, A = (0, 0, A), J = (0, 0, J). 3. APRESENTAÇÃO DAS NORMAS NBR 15415, RN 398 DA ANEEL E ICNIRP As Normas Regulamentadoras e a Resolução Nacional da ANEEL (NBR 15415 e RN nº 398 da ANEEL respectivamente) são baseadas nas diretrizes estabelecidas pela ICNIRP Comissão Internacional para a Proteção contra Radiação Não-Ionizante (International Commission on Non- Ionizing Radiation Protection). Esta organização, não governamental, formalmente reconhecida pela Organização Mundial de Saúde OMS, avalia resultados científicos de todas as partes do mundo, tendo como foco principal, investigar os perigos que podem estar associados as diferentes formas de 3 / 8
exposição as radiações não ionizantes, bem como desenvolver diretrizes internacionais sobre limites de exposição a radiações não ionizantes e, ainda, tratar de todos os aspectos da proteção contra essas radiações. A NBR 15415 tem como foco principal padronizar a instrumentação, os métodos de medição, e os valores de referência de exposição humana a campos produzidos por dispositivos que operam na frequência industrial (50 e 60Hz)[5]. Seus critérios utilizados para o estabelecimento dos valores de referência foram definidos pela ICNIRP. Os critérios para estabelecimento dos valores de referência para os campos magnéticos são baseados em efeitos biológicos comprovados, sendo estes de caráter imediato e a curto prazo, como: estimulação das células nervosas do cérebro, nervos periféricos e músculos (incluindo o coração)[5]. O corpo humano na presença de campos magnéticos está sujeito a efeitos de correntes induzidas. O nível de restrição básica para exposição humana a campos magnéticos está estabelecido a partir de correlações entre grandezas físicas e seus efeitos biológicos da exposição. A OMS toma como referência (sendo considerado um valor instantâneo) 100 ma/m², a partir do qual são excedidos os limiares para mudanças agudas, como na excitabilidade do sistema nervoso central. Os níveis de referência para o público em geral correspondem a campos com densidades de corrente inferiores a 2mA/m², adotando-se um fator de segurança igual a 50 em relação ao nível de restrição básica[5]. A Resolução Normativa nº 398 da ANEEL utiliza como critérios de estabelecimento dos valores de referência os mesmos recomendados pela OMS que segue a definição da ICNIRP. Essa resolução regulamenta a Lei nº 11.934, e atribui à ANEEL a competência para regular os procedimentos a serem seguidos pelas concessionárias, permissionárias e autorizadas de serviço público de energia elétrica quanto à medição e cálculo dos campos magnéticos, além de fiscalizar e divulgar os valores em seu endereço na internet. A Lei nº 11.934 estabeleceu limites à exposição humana a campos magnéticos associados ao funcionamento de estações transmissoras de radiocomunicação, de terminais de usuário e de sistemas de energia elétrica nas faixas de frequências até 300 GHz, visando garantir a proteção da saúde e do meio ambiente. Os limites estabelecidos nessa Lei são referentes à exposição da população em geral e de trabalhadores aos campos magnéticos, em razão de seu trabalho, variantes no tempo[8]. TABELA I VALORES DE REFERÊNCIA DAS NORMAS NACIONAIS E INTERNACIONAIS ICNIRP NBR 15415 RN 398 da ANEEL Valores limites para 60 HZ Exposição ocupacional Público Geral Densidade de Fluxo Magnético (µt) Densidade de Fluxo Magnético (µt) Densidade de Fluxo Magnético (µt) 416,67-416,67 (1) 83,33 83,33 83,33 (2) (1) - a máxima duração de exposição é de 2 horas por dia; (2) - restrição aplicável a espaços abertos nos quais os indivíduos do público geral possam passar parte do tempo durante o dia; 4. METODOLOGIA EMPREGADA Para a medição da densidade do fluxo magnético do campo magnético, um instrumento de um eixo, modelo DRE-050 da INSTRUTHERM com faixas de medida entre 0,1 ~ 199 mg ou 0,01 ~ 199,9 μt 4 / 8
com resposta em frequência de 30 a 300 Hz, foi empregado nesta metodologia. Para a medição foi necessário seguir um procedimento como está disposto na NBR 15415: a) data e horário da medição b) duração da medição c) temperatura ambiente d) pontos de medição (informando a distância para o ponto geométrico do equipamento a ser medido) e) medição com equipamentos ligados, stand-by e desligados. f) medição dos equipamentos nos eixos x, y e z. g) equipamento de medição utilizado.[5] Equipamentos portáteis que irradiam campos eletromagnéticos (por exemplo, telefones celulares) devem ser desligados ou não ser usados durante as medições de campo magnético[5]. 5. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS As medições foram realizadas em uma residência de quatro cômodos com duas pessoas presentes no momento das medições. As medições foram realizadas no dia 24 de abril de 2012, às 15:00 horas com duração de aproximadamente 2 horas. A temperatura estava por cerca de 28 C. Com o equipamento Modelo DRE-050 da INSTRUTHERM foram realizadas as medições dos eletrodomésticos nos eixos x, y e z, encostado no aparelho e com as distâncias de 10cm, 20cm e 30cm. Os equipamentos que foram submetidos à medição foram: TABELA II EQUIPAMENTOS SUBMETIDOS À MEDIÇÃO Equipamentos Sala:Televisão, Aparelho de tv a cabo, Ventilador, Telefone, Dvd e Lâmpada Quarto 1:Televisão, Ar-condicionado, Modem, Roteador, Ventilador e Lâmpada Quarto 2: Televisão, Ar-condicionado, Rádio relógio e Lâmpada Cozinha: Geladeira, Micro-ondas, Bebedouro e Lâmpada Os gráficos e as tabelas a seguir são de alguns equipamentos que foram submetidos à medição do campo magnético. TABELA III CAMPO MAGNÉTICO DE UM VENTILADOR NA SALA Equipamentos Encostado 10cm 20cm 30cm Ventilador - Ligado 1,78 0,6 0,23 0,12 Ventilador - Stand-by - - - 0,03 Ventilador - Desligado 0,06 0,04 0,05 0,04 5 / 8
Fig. 2. Campo Magnético em um ventilador no decorrer das distâncias. TABELA IV CAMPO MAGNÉTICO DE UMA TELEVISÃO NO QUARTO 1 Equipamentos Encostado 10cm 20cm 30cm Televisão - Ligado 1,6 0,29 0,08 0,04 Televisão - Stand-by 0,08 0,04 0,03 0,03 Televisão - Desligado 0,04 0,03 0,03 0,04 Fig. 3. Campo Magnético em uma televisão no decorrer das distâncias. TABELA V CAMPO MAGNÉTICO DO AR-CONDICIONADO NO QUARTO 2 Equipamentos Encostado 10cm 20cm 30cm Ar-condicionado - Ligado 38,83 5,16 1,36 0,08 Ar-condicionado - Stand-by - - - - Ar-condicionado - Desligado 0,04 0,04 0,04 0,04 6 / 8
Fig. 4. Campo Magnético de um ar-condicionado no decorrer das distâncias. A partir destes resultados foram observados que os campos magnéticos medidos nos equipamentos domésticos de uma residência, têm seus valores de acordo com as normas nacionais e internacionais. A ICNIRP, a RN 398 da ANEEL e a NBR 15415 tem como valor máximo 83,33μT para o público em geral. Sendo possível constatar no caso do ar-condicionado que o valor máximo obtido pela medição foi de 38,83 μt, sendo inferior ao valor referência. A seguir, o mapa de risco com os valores dos campos magnéticos medidos na residência de 4 cômodos. O mesmo foi elaborado através da utilização do software computacional SCILAB, onde faz referência a intensidade de campo magnético em cada equipamento. 6. CONCLUSÃO Fig. 5. Mapa de risco dos equipamentos de uma residência. Com o emprego da metodologia para a medição de campos magnéticos em equipamentos elétricos e seguindo o que preceitua as normas NBR 15415, RN 398 da ANEEL e da ICNIRP foram obtidos bons resultados. Deste modo com o auxílio do SCILAB obtivemos o mapa de risco onde ficou demonstrado os equipamentos que emitem uma maior intensidade de campo magnético, ainda assim sem serem nocivos para a saúde humana. Foi possível observar durante a medição e constatar com os resultados da mesma que as duas pessoas que estavam presentes durante a medição não sofreram efeitos de correntes induzidas, pois todos os 7 / 8
níveis de campo magnético medidos nos equipamentos ficaram com os valores abaixo dos valores de referência das normas supracitadas. No mapa de risco ficou evidenciado os equipamentos com um campo magnético mais intenso, mesmo com seu elevado grau de intensidade, seu valor fica dentro dos padrões estipulados pelas normas em tela, e de uma forma geral o nível na residência de campo magnético fica abaixo de 10μT. BIBLIOGRAFIA [1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE COMPATIBILIDADE ELETROMAGNETICA (ABRICEM). Norma exposição ambiental a campos elétricos e magnéticos - 60Hz: apresenta projeto de norma da ABNT esenvolvido pela ABRICEM. [s.l: s.n.], 2000, 9p. Disponível em: < http://www.abricem.com.br/bancoinfo_normas.html>. Acesso em: 23 de janeiro de 2012. [2] H.M. de Souza, L.A.C. Domingues, C.R.N. Barbosa, A.M. Neto, J.A.S. Bulcão, E.A Lisboa, R.S Bartholo Júnior. Efeitos de campos eletromagnéticos a 60 Hz: Avaliação da situação no Brasil. In: SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA SCQ-030, Outubro de 2001, Campinas-SP. [3] L.A. Domingues, V.H.G. Andrade, C.R.N. Barbosa, R. Farizele. Caracterização de campos magnéticos em ambientes industriais, urbanos e residenciais. In: SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, GCQ-09, Outubro de 2005, Curitiba-PR. [4] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE COMPATIBILIDADE ELETROMAGNETICA- (ABRICEM). Diretrizes para limitação da exposição a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos, variáveis no tempo (até 300 GHz), [s.l: s.n.],1999. Disponível em: < http://www.abricem.com.br/bancoinfo_normas.html>. Acesso em: 16 de janeiro de 2012. [5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT. NBR 15415: Métodos de medição e níveis de referência para exposição a campos elétricos e magnéticos na frequencia de 50 HZ e 60 Hz. Rio de Janeiro: ABNT, 2006. 51p. [6] BASTOS, J. P. A.; Eletromagnetismo e cálculo de campos. 3ª.ed. Florianópolis: UFSC, 1996. 453p. [7] INTERNATIONAL COMMISSION ON NON-IONIZING RADIATION PROTECTION ICNIRP. Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Physics, [s.l], v.74, n.4, p.494-522, Abril 1998. [8] RESOLUÇÃO NORMATIVA Nº 398 ANEEL. Regulamenta a Lei nº 11.934, de 5 de maio de 2009, no que se refere aos limites à exposição humana a campos elétricos e magnéticos originários de instalações de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, na frequência de 60 Hz. Publicada no DOU de 29.03.2010, seção 1, p.70, v. 147, n. 59. [9] SADIKU, M. N. O. Elementos de eletromagnetismo. 3ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2004. 687p. [10] SILVA, R. M. da S. Método numérico-analítico generalizado para estimação do campo eletromagnético de linhas de transmissão de energia elétrica utilizando a teoria dos elementos finitos. 2010. 172f. Tese (Doutorado) Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2010. 8 / 8