Ud. está en: Contenidos > Higiene Industrial> Radiaciones> Proteccin contra Radiaciones. 03. Proteccin contra radiaciones no ionizantes. 01. Introduccin, El Comienzo, Magnitudes y Unidades en Campos Electromagnticos, Espectros..

Proteccin contra Radiaciones. 03. Proteccin contra radiaciones no ionizantes. 01. Introduccin, El Comienzo, Magnitudes y Unidades en Campos Electromagnticos, Espectros..

Fecha de Publicación: 27/7/2012

CAPITULO II

PROTECCION CONTRA RADIACIONES NO IONIZANTES - CAMPOS ELECTROMAGNTICOS

Ing. Anibal Aguirre
Ing. Jorge Skvarca

Ing. Jorge Skvarca

El Ing Jorge Skvarca es egresado de la Universidad de Buenos Aires con el ttulo de Ingeniero Electromecnico, Orientacin electrnica.

Ha desempeado funciones en el Ministerio de Salud de la Nacin en el rea de Regulacin de la Proteccin Radiolgica como responsable de la elaboracin e implementacin de normas sobre proteccin contra Radiaciones Ionizantes y No Ionizantes.

Es consultor de la Organizacin Panamericana de la Salud y Miembro Honorario del Panel de Expertos en Radiaciones de la Organizacin Mundial de la Salud y de la Organizacin Panamericana de la Salud.

Es coautor de la publicacin "Manual de estndares de seguridad para la exposicin a radiofrecuencias comprendidas entre 100 kHz y 300 GHz - Prospeccin de radiacin electromagntica ambiental no ionizante" editado por el Congreso de la Nacin (Volmenes I y II). as como de otras publicaciones y artculos sobre la especialidad.


Ing. Anibal Aguirre

El Ing. Anibal Aguirre es egresado de la Universidad de Buenos Aires con el ttulo de Ingeniero Electrnico.

Se desempea profesionalmente en el Instituto de Investigaciones Cientficas y Tcnicas de las Fuerzas Armadas (CITEFA), donde desarrolla actividades en las reas de Radiaciones no Ionizantes y RADAR de la Divisin Antenas y Propagacin.

Es miembro de la Comisin de Radiaciones no Ionizantes del Consejo Profesional de Ingenieros en Electrnica, Telecomunicaciones e Informatica (COPITEC).

Es docente de la Ctedra "Sistemas Inalmbricos" de la Facultad de Ingeniera de la Universidad de Buenos Aires y es docente especializado en Radiaciones No Ionizantes de los Cursos de Postgrado en Higiene y Seguridad en el Trabajo de la Universidad de Buenos Aires y de la Universidad Tecnolgica Nacional y del Curso de Postgrado en Gestin Ambiental de la Universidad de Buenos Aires.

1 - INTRODUCCIN

El uso de la energa electromagntica se ha incrementado de manera ms que geomtrica en los ltimos 50 aos. Esto ha sucedido gracias al sostenido avance cientfico - tecnolgico que permiti su aplicacin en los ms diversos campos. Las comunicaciones, emisoras radiales y de TV, la informtica, la generacin y transporte de energa elctrica y otros usos industriales, la salud e investigacin, los sistemas de navegacin, la deteccin remota, los sistemas de defensa y otras aplicaciones menores relacionadas con sistemas de control, son ejemplos de algunos de ellos.

Las radiaciones electromagnticas involucradas en los sistemas antes mencionados son conocidas como RADIACIONES NO IONIZANTES (RNI) puesto que la energa fotnica asociada a estas radiaciones es diez a millones de veces menor que la necesaria para romper un enlace molecular (decenas de electrn-Volts) o arrancar el electrn ms dbil de un tomo y as dar lugar a la formacin de un ion; de ser ste el caso estaramos frente a una Radiacin Ionizante.

Para entender la diferencia, las RADIACIONES IONIZANTES (RI) son aquellas, cuyo efecto ms importante, segn el mismo trmino lo describe, es la ionizacin de los tomos de la materia, debido a su longitud de onda ms corta y por ende de mayor energa fotnica asociada. A modo de ejemplo, mencionaremos entre ellas a la Radiacin X, la Radiacin Gamma y a la Radiacin Csmica. Los riesgos asociados con el uso de la Radiacin X y Gamma, tanto en sus aplicaciones mdicas como industriales han sido estudiados con mucho detalle y sus efectos son bien conocidos. Algunos de ellos pueden ser de extrema gravedad, y como consecuencia de ello, han merecido una preocupacin especial, desarrollndose toda una disciplina, llamada Proteccin Radiolgica. As, se han elaborado Normas de Seguridad y establecido los Lmites de Exposicin para proteger tanto a las personas que por su tarea estn expuestas a ellas, denominadas personas ocupacionalmente expuestas, como al pblico en general y al paciente cuando se trata de exposiciones mdicas. El tema de las Radiaciones Ionizantes se desarrolla en un captulo aparte con todos los detalles necesarios.


2 - EL COMIENZO

El inters cientfico sobre la interaccin entre campos electromagnticos y sistemas biolgicos, disciplina que mas tarde se conocera como Radiaciones no Ionizantes puede interpretarse como una consecuencia no esperada de la implementacin de uno de los sistemas ms elaborados y geniales de la historia de la guerra electrnica; la radiodeteccin y estimacin de distancias, ms conocido por sus siglas en ingls: RADAR (RAdio Detection And Ranging). La teora del RADAR y sus primeras implementaciones prcticas datan del ao 1935, pero es en el ao 1940, con la invencin del magnetrn, cuando el RADAR adquiere la dimensin y utilidad prctica que hoy se le conoce

Estos primeros sistemas eran de onda continua (CW) y fueron emplazados sobre la costa del Canal de la Mancha por los Ingenieros de la Royal Air Force obedeciendo a las necesidades blicas del momento. Eran sistemas de doble antena fija, pues el RADAR pulsado con antena giratoria, llegara algunos meses ms tarde. En ambos casos, y debido a la tecnologa circuital de Frecuencia Ultra Elevada (UHF) de la cual se dispona (lmparas de alto vaco de emisin termoinica conocidas como vlvulas) y teniendo en cuenta el nivel de seal eco necesario para validar un blanco, (estrictamente relacionado con la sensibilidad de los receptores) se haca imprescindible la utilizacin de grandes potencias del orden de los cientos de kilowatts.

Fue en aquellos primeros operadores de RADAR de la Royal Air Force, inconscientemente expuestos a altos campos electromagnticos provenientes de las antenas, donde se pudieron verificar los primeros efectos adversos a la salud atribuidos a estos campos electromagnticos. La estadstica era simple, la mayora de ellos presentaba disfunciones visuales, reproductivas y sensaciones de calor intenso, lo cual luego de los primeros estudios arroj una de las conclusiones ms slidas y an vigentes sobre el tema: la existencia de efectos trmicos.

Mas de diez aos despus (hacia 1956), y del otro lado de la cortina de hierro se verificaba otra situacin preocupante en el extremo inferior del espectro electromagntico (50/60Hz). Observaciones sobre la alteracin en el comportamiento de los animales y aparentes cambios en la reproduccin de los mismos, en particular aquellos que habitaban bajo las lneas de transporte de energa elctrica en las extensas estepas de la antigua Unin Sovitica, llamaron la atencin de los cientficos Soviticos.

Dado que la proporcin era llamativa, el entonces gobierno Sovitico, decidi comenzar un minucioso y extensivo programa de investigacin cientfica que involucraba el estudio de los efectos de los campos electromagnticos tanto en seres humanos como en animales. Como los niveles de campo electromagntico medidos eran bastante pequeos, stos no eran capaces de provocar elevacin trmica alguna en los tejidos biolgicos (a diferencia de los campos emitidos por los RADARes). Por tal motivo, a los efectos asociados a campos electromagnticos de baja intensidad se los denomin efectos no trmicos.

Estos efectos, a veces denominados, efectos etolgicos (alteraciones en las costumbres o en el comportamiento), fueron sostenidos por los cientficos Soviticos (actualmente Rusos y otros), y rechazados histricamente por la mayor parte de la comunidad cientfica internacional que investiga las RNI, debido a la escasa repeticin de ciertos resultados (pilar del mtodo cientfico). Sin embargo la polmica contina abierta an hoy, y son numerosos los estudios cientficos que buscan corroborar la existencia de los efectos no trmicos, fundamentalmente a largo plazo. Estos estudios se conocen como estudios de bajo nivel de exposicin (a las RNI) pero de largo plazo (Long-time, low level exposition). Atendiendo a que los mencionados estudios estn desarrollndose actualmente, y que los resultados podrn evaluarse durante los prximos diez o quince aos, los principales organismos internacionales dedicados a la investigacin de las RNI han adoptado distintas polticas de manejo de los riesgos, que se presentarn, en la seccin correspondiente.


3 - MAGNITUDES Y UNIDADES APLICABLES A CAMPOS ELECTROMAGNETICOS

Las Radiaciones no Ionizantes estn constituidas por una forma de energa, capaz de propagarse en el espacio libre o dentro de un material (radiarse), conocida como Campos Electromagnticos (CEM). El campo electromagntico esta formado por dos magnitudes vectoriales llamadas: campo elctrico y campo magntico que, en la situacin ms sencilla, se encuentran desfasados espacialmente 90 grados, lo cual es conocido como condicin de onda plana (Ver Grfico).

El estudio de las RNI requiere del conocimiento de las magnitudes y unidades relacionadas con la caracterizacin del campo electromagntico o de los campos elctricos y magnticos en forma individual. Para ello se presentan a continuacin las definiciones de las algunas magnitudes y sus correspondientes unidades expresadas entre corchetes [ ], en el sistema MKS.


DEFINICIONES



SAR (Specific Absorcin Rate) Tasa de absorcin especfica:

Es la magnitud (escalar) fundamental que se utiliza para cuantificar la interaccin entre la energa electromagntica transportada por los campos y los sistemas biolgicos. Esta magnitud tiene una importancia fundamental en el anlisis de los efectos de las RNI provenientes de fuentes de Radiofrecuencias y Microondas. La tasa de absorcin especfica mide la energa electromagntica absorbida por unidad de masa del tejido biolgico en la unidad de tiempo. Haciendo referencia a las Radiaciones Ionizantes, SAR seria equivalente a la Tasa de Dosis en RI. Es una magnitud de origen trmico, pues supone una alta correlacin entre la energa absorbida y la transformacin de esta, en energa cintica atmico-molecular que conlleva a un incremento de la temperatura del tejido en cuestin.

Como es de suponer, modelizar el conjunto de sistemas biolgicos que constituyen el cuerpo humano es altamente complejo; en el mejor de los casos puede suponerse, con bastante error, que se trata de un dielctrico con prdidas, no homogneo y altamente anistropo. Por esto el SAR se constituye en una medida claramente estadstica, pues se comprueba que la absorcin especfica depende no solamente de la parte del cuerpo que se considere sino que, tambin, sufre grandes variaciones con la frecuencia, la edad y el sexo de las personas entre otros factores. Dada la necesidad de mensurar la interaccin entre campos electromagnticos y sistemas biolgicos, se ha tomado un valor promedio (determinado por complejos estudios biolgicos que tienen en cuenta los distintos biotipos) a fin de poder elaborar normas de proteccin con los limites correspondientes. Se retomar el tema SAR, ms adelante, cuando se haga mencin de las normas de proteccin.

Con el objeto de brindar una definicin formal se recurre a la publicacin Prospeccin de Radiacin Electromagntica Ambiental no ionizante (Portela, Skvarca y otros) (1) y la publicacin del Instituto de Ingenieros Electrnicos y Electricistas IEEE C951 (2),que definen el SAR como: la derivada temporal del incremento de energa absorbido por un diferencial de masa contenido en un diferencial de volumen que posee una densidad p.


4 - ESPECTRO ELECTROMAGNETICO Y APLICACIONES DE LAS RADIACIONES NO IONIZANTES

Se define al espectro electromagntico de las RNI como el rango continuo de frecuencias que se extiende a partir de la corriente contina (sin incluirla), hasta frecuencias pertenecientes a la radiacin Ultravioleta B, cuya energa asociada es del orden de decenas de electrn volts (ver grfico ).


Espectro electromagntico: algunas aplicaciones fundamentales, sus energas y frecuencias. (Fuente FCC) 3

Regiones y Subregiones del Espectro Electromagntico:
Radiacin ptica, Radiofrecuencias y Bajas Frecuencias.

El espectro electromagntico esta dividido en rangos de frecuencias. Estos rangos fueron establecidos, en su origen, por ciertas similitudes en el comportamiento de las seales que integraban dichos rangos.

El posterior estudio detallado de seales dentro de un mismo rango espectral pudo encontrar diferencias entre seales perteneciente a un mismo rango o banda de frecuencias, pero a los fines prcticos es til la divisin del espectro en bandas de frecuencias como las que se presentan a continuacin.

Es conveniente aclarar que para las seales de mayor frecuencia del espectro de las RNI, esto es: la radiacin Infrarroja, la radiacin Visible y la radiacin Ultravioleta, los rangos se expresan en unidades de longitudes de onda (tpicamente nanmetros), y no de frecuencia por cuestiones de orden prctico (la magnitud de las frecuencias es muy elevada de orden de 1016 Hz).

Comenzando por las radiaciones de frecuencias ms elevadas tenemos:


Radiacin Ultravioleta (UV), Radiacin Visible (Luz), Radiacin Infrarroja (IR), Microondas (MO) y Radiofrecuencias (RF).Tambin suele definirse como Radiacin ptica a la mencionada en las tres primeras (UV, Visible e IR), correspondiendo a las longitudes de onda entre 1nm hasta 1.000.000 nm (1mm)


4.1 - RADIACION OPTICA

4.1 A - Radiacin Ultravioleta (UV)

Se subdivide a su vez en tres bandas:
UV-A .............................................................315 a 400 nm
UV-B ............................................................280 a 315 nm
UV-C ...........................................................100 a 280 nm (no pertenece al espectro de las RNI)*

*Las Radiaciones UVC cuyas longitudes de onda son menores a 180 nm son absorbidas por el aire, por lo tanto carecen de inters prctico para el estudio de la proteccin, es por eso que tambin puede definirse el espectro de UVC entre 180 a 280 nm

Las fuentes de radiacin Ultravioleta son artificiales con una sola excepcin, el sol. En general todas las fuentes son de emisin no coherente, pero existen fuentes de emisin coherente conocidas como LASERes (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), que se tratarn ms adelante.

El uso de la radiacin UV, es sumamente amplio y corriente a saber: esterilizacin de instrumental, purificacin de aire o agua por accin germicida (UVC), lmparas de fotocopiadoras, anlisis de materiales (magnaflux), iluminacin para decoracin (luz negra), iluminacin fluorescente (irradia en distintas proporciones radiacin UV, IR y Visible), tratamiento de la soriasis, bronceado (camas solares), polimerizacin, ataques de circuitos impresos, etc...


4.1 B - Radiacin Visible y LASER

El espectro visible est comprendido entre los 400 y 760 nm.

Como ya se mencion anteriormente los LASERes pueden abarcar adems del espectro visible, el de UV (p. ej. Excmeros-Excited Dimers) y tambin el de IR (p. ej. CO2). Hasta el siglo antepasado la fuente principal de radiacin visible ha sido el sol, cuyo espectro de radiacin es amplio, pero en la superficie terrestre esta formado por emisiones en el espectro Visible, Infrarrojo y Ultravioleta (A y B) en distintas proporciones.

Actualmente la radiacin visible y los LASERes han multiplicado sus aplicaciones gracias a la invencin de los ms diversos dispositivos.

Como ejemplos de aplicacin de radiacin no coherente podemos mencionar: iluminacin incandescente (luz caliente) y fluorescente (luz fra), activacin de reacciones qumicas fotosensibles, cine, televisin, VDUs (Video Display Units), etc...

Como ejemplo de aplicacin de radiacin coherente (LASER) agregamos: bistur, punteros, impresin, dispositivos lectores de datos, herramientas industriales de corte y perforacin, sistemas militares de guiado, emisores para cables de fibra ptica, etc..

A fin de categorizar los dispositivos LASER, por su potencia asociada, y por ende sus riegos, se presenta la siguiente clasificacin:

CLASE 1 Dispositivos de riesgo insignificante (Barras lectoras en cajas registradoras).
CLASE 2 Bajo riesgo, baja potencia, menor de 1mW (Punteros Lser).
CLASE 3a Bajo riesgo, potencia media entre 1 y 5 mW (Laseres Gua en Oftalmologa).
CLASE 3b Riesgo moderado, potencia media menor de 0,5 W (Telemetra y Medicina).
CLASE 4 Alto riesgo y gran potencia, mayor de 0,5 W. (Lseres Quirrgicos e Industriales).


4.1 C - Radiacin Infrarroja (IR)

Se subdivide en tres bandas:
IR-A ..................................................... 760 a 1.400 nm
IR-B...................................................... 1.400 a 3.000 nm
IR-C...................................................... 3.000 a 1.000.000 nm

Tambin se llama Infrarrojo Cercano a la banda entre 760 y 3.000 nm (por estar cercano al espectro visible), Infrarrojo Medio a la que se extiende desde 3.000 a 30.000 nm e Infrarrojo Lejano a la porcin desde 30.000 a 1 milln de nm.

Las aplicaciones de la radiacin Infrarroja son variadas, pero la mayora de ellas estn relacionadas con la necesidad de producir calor, a saber: activacin de procesos qumicos o bioqumicos, procesos de fusin, calefaccin, sistemas de deteccin de cuerpos a distintas temperaturas, comunicaciones pticas de corto alcance, etc...


4.2 - Radiofrecuencias (RF) y Microondas (MO)

El espectro de las Microondas (MO) se extiende desde los 1GHz (aprox.) hasta los 300GHz, a su vez est dividido en 3 bandas:

Extremadamente Alta Frecuencia (EHF en ingls) de.......... 300 a 30 GHz - (1 a 10 mm de longitud de onda).
Sper Alta Frecuencia (SHF en ingls) de....................... 30.0 a 3.0 GHz - (10 a 100 mm).
Ultra Alta Frecuencia (UHF en ingls) de .......................3.0 a 0.3 GHz - (100 a 1000 mm).

Las Microondas tienen sus aplicaciones fundamentalmente en el campo de las comunicaciones civiles y militares, fijas y mviles, a saber: sistemas de Telefona Celular Mvil, trunking, RADARes, enlaces de datos terrestres y satelitales
El rango del espectro de Radiofrecuencia (RF) se divide en las siguientes bandas (se dan los rangos de frecuencias y longitudes de onda):
Muy Alta Frecuencia (VHF en ingls) .................................... 300 a 30 MHz - (1 a 10m)
Alta Frecuencia (HF en ingls) .............................................30 a 3 MHz - (10 a 100 m).
Frecuencia Media (MF en ingls) ...........................................3 a 0.3 MHz - (100 a 1000 m).
Frecuencia Baja (LF en ingls) ..............................................30 a 300 kHz - (1000 a 10000 m).
Frecuencia Muy Baja (VLF en ingls).......................................30 a 3 kHz - (10 a 100km.)

El espectro de Radiofrecuencias es utilizado para los servicios de Radiodifusin, Televisin, comunicaciones mviles y fijas de distancias cortas, medianas y largas, radio-enlaces punto a punto o punto multipunto, comunicaciones por rebote en la ionosfera y comunicaciones subacuticas (fundamentalmente en la banda de VLF), aplicaciones en hornos y soldadoras industriales, fuentes de alimentacin conmutadas (switching) etc...


4.3 - Radiacin de Frecuencias Extremadamente Bajas(ELF)

Espectro electromagntico de Frecuencias Extremadamente Bajas: esta porcin del espectro se divide en las siguientes bandas

Frecuencia de Voz (VF en ingls)...................................3000 a 300Hz (100 a 1000 km). Frecuencia Extremadamente Baja (ELF en ingls).....................................................300 a 30Hz (1000 a 10000 km.)
Frecuencia Sub-Extremadamente Baja (SELF).......................menores de 30Hz

En esta regin del espectro se debe destacar que las frecuencias de 50Hz y 60 Hz (dentro de la banda de ELF), son las utilizadas por los distintos pases para la generacin de energa elctrica de uso industrial y residencial.

Por lo tanto los sistemas de generacin, transporte y distribucin de energa elctrica y muchos de los equipos conocidos como electrodomsticos, son en mayor o menor escala fuentes de campos electromagnticos de ELF.

Publicacin UART