Campos electromagnéticos (CEM) en instalaciones sanitarias

Normalmente, no prestamos demasiada atención a la existencia de campos electromagnéticos en nuestro entorno y seguramente las perturbaciones de todo orden que pueden ocasionar son en algunas ocasiones de importancia relevante. El presente artículo, tiene por objeto informar sobre el origen de estos CEM, la normativa actual, así como posibles soluciones ante la exposición a los campos electromagnéticos y sobre sus posibles efectos tanto en la salud como en equipos electrónicos.

Todos estamos expuestos a una compleja diversidad de campos electromagnéticos (CEM) de diferentes frecuencias, omnipresentes en el medio ambiente. La exposición a estas frecuencias es cada vez mayor, a medida que la tecnología continúa avanzando y que se crean nuevas aplicaciones.

Aunque nadie pone en duda los enormes beneficios que la energía eléctrica aporta a la vida cotidiana y a los servicios sanitarios, en los últimos veinte años ha aumentado la preocupación del público ante la posibilidad de que la exposición a campos eléctricos y magnéticos tenga algún efecto nocivo para la salud.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) está examinando los aspectos sanitarios de esta situación en el marco de su Proyecto Internacional sobre los Campos Electromagnéticos. Es necesario determinar claramente las posibles consecuencias para así adoptar las medidas paliativas apropiadas.

Los resultados de las investigaciones actuales son frecuentemente contradictorios, y esto hace que aumente la preocupación y la confusión en general.

Campos eléctricos y magnéticos

Los campos eléctricos se producen por la presencia de cargas eléctricas, y determinan, a su vez, el movimiento de otras cargas situadas dentro de su alcance. Su intensidad se mide en voltios por metro (V/m) o en kilovoltios por metro (kV/m). Cuando un objeto acumula carga eléctrica, ésta hace que otras cargas de su mismo signo o de signo opuesto experimenten una repulsión o una atracción, respectivamente. La intensidad de estas fuerzas se denomina tensión eléctrica o voltaje, y se mide en voltios (V).Todo aparato conectado a una red eléctrica, aunque no esté encendido, está sometido a un campo eléctrico que es proporcional a la tensión de la fuente a la que está conectado. Los campos eléctricos son más intensos cuanto más cerca están del aparato, y se debilitan con la distancia.

Los campos magnéticos se producen, en particular, cuando hay cargas eléctricas en movimiento, es decir, corrientes eléctricas, y determinan el movimiento de las cargas. Su intensidad se mide en amperios por metro (A/m), aunque suele expresarse en función de la inducción magnética que produce, medida en teslas (T), militeslas (mT) o microteslas (µT). En algunos países, se utiliza normalmente otra unidad denominada gauss (G) (10.000 G = 1 T, 1 G = 100 µT, 1 mT = 10 G, 1 µT = 10 mG).Todo aparato conectado a una red eléctrica generará en torno suyo, si está encendido y circula la corriente, un campo magnético proporcional a la cantidad de corriente que obtiene de la fuente que lo alimenta. La intensidad de estos campos es tanto mayor cuanto más cerca del aparato, y disminuye con la distancia. Los materiales más corrientes no son, en general, un obstáculo para los campos magnéticos, que los atraviesan fácilmente.

Origen de CEM y fuentes

Los campos electromagnéticos son una combinación de ondas eléctricas (E) y magnéticas (H) que se desplazan simultáneamente. Se propagan a la velocidad de la luz, y están caracterizados por una frecuencia y una longitud de onda. La frecuencia es, simplemente, el número de oscilaciones de la onda por unidad de tiempo, medido en múltiplos de un hertzio (1 Hz = 1 ciclo por segundo), y la longitud de onda es la distancia recorrida por la onda en una oscilación (o ciclo).

Los Campos Magnéticos y Eléctricos a Baja Frecuencia poseen unos márgenes de frecuencia inferiores a 1-1000 Hz. A este nivel de frecuencia tan bajo, las longitudes de onda son muy largas y, en la práctica, los campos eléctricos y magnéticos actúan independientemente y se miden por separado.

El origen de los campos Eléctricos a Baja Frecuencia proviene, en su mayor parte, de la generación, transmisión y utilización de la energía eléctrica en líneas de alta tensión. El campo eléctrico es en general despreciable excepto en el caso de Líneas de Alta Tensión, donde los valores pueden llegar a ser de 5- 7 kV/m.

La procedencia de los campos magnéticos a este nivel de frecuencia se debe a diversas causas como pueden ser los efectos eléctricos de los transformadores, cuadros eléctricos de baja tensión, líneas de baja tensión (incluido bus-bar y cables subterráneos), líneas de alta tensión (aéreas y subterráneas), líneas de tren, líneas de metro, SAIs, tormentas solares, etc.
En resumen, cualquier instalación eléctrica por la que transcurra una gran intensidad.

Los Campos Eléctricos a Alta Frecuencia incluyen las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, que comprenden valores entre 30 kHz y 1 THz. Los dispositivos más comunes que generan este tipo de ondas suelen ser radares, emisores de radio, torres receptoras tan de moda ahora como las de telefonía móvil, torres receptoras de televisión y radio,Wifi, etc.

Todas estas fuentes emisoras de campos electromagnéticos, tanto a Baja como a Alta Frecuencia, provocan graves efectos sobre cualquier equipo que, en general, emita y reciba radiaciones y/o incorpore componentes electrónicos.

¿Por qué la necesidad de apantallamiento?

Los Campos Electro-Magnéticos (CEM) generados por cables de alta potencia o busbars, centros de transformación y cuadros
eléctricos, acompañados por la cada vez mayor demanda de energía, así como el aumento de la sensibilidad de los equipos electrónicos son una preocupación en crecimiento y un reto técnico en todo el mundo, debido a los nuevos estándares de emisiones de CEM que limitan la continua exposición de las personas y máquinas, afectando así a la salud y a temas de rendimiento, sensibilidad o hasta destrucción de equipos electrónicos.

La continua exposición a Campos Electro- Magnéticos de Baja Frecuencia (CEM), causados por grandes cargas eléctricas, así como cables eléctricos de gran potencia, afectan en el normal funcionamiento de los equipos electrónicos y en la salud de los seres humanos. El 15% (actualmente en aumento) de los fallos de equipos electrónicos (como servidores, equipos electro-médicos, PLC’s …) o el bajo rendimiento de redes de comunicación son causados por CEM.

Los problemas relacionados con CEM crecen rápidamente por el incremento del consumo de energía, creando más fuentes de
CEM, y al mismo tiempo afectando a más gente, debido a la optimización del espacio y la proximidad a dichas fuentes.

Efectos en la electrónica

• Degradación y destrucción del Hardware.

• Electromigración (ver Figura 3): efecto que se da cuando la densidad de corriente por un conductor alcanza el siguiente valor: J=2 · 106 A/cm2. Se produce un desplazamiento del material arrastrado por el movimiento de los átomos, esto causa la rotura de pistas y problemas de comunicación. Es un proceso degenerativo constante y sin arreglo, que se rige por la siguiente ecuación exponencial: EM=A· In· e-Ea / k·T.

• Efecto del electrón excitado (Hot Electron) (ver Figura 4): Los transistores están controlados por el voltaje en la puerta (Gate). Las interferencias conducidas pueden provocar que este voltaje llegue a valores muy altos (10-15V). Esto puede hacer que los electrones sean atraídos hacia la puerta y disminuir la intensidad que circula por el transistor, provocando errores lógicos. Si la atracción es lo suficientemente fuerte, los electrones pueden perforar la puerta y crear un cortocircuito, destruyendo el transistor.

• Efecto Antena: Las pistas dentro de un Circuito Integrado (IC) no son de la misma medida, así los electrones que circulan por pistas anchas, deben pasar a otras más estrechas. Pero las interferencias pueden hacer que el número de electrones y el nivel de corriente, sea superior a la capacidad de la pista, con lo que algunos de los electrones son radiados transformando el cable en una antena.

Efectos en los seres humanos

Todos los seres humanos están expuestos a una combinación compleja de campos eléctricos y magnéticos débiles, tanto en el hogar como en el trabajo. Desde los que producen la generación y transmisión de electricidad, los electrodomésticos y los equipos industriales, a los producidos por las telecomunicaciones y la difusión de radio y televisión.

Los principales efectos biológicos de los campos electromagnéticos son:

• Radiaciones UV: problemas de piel (reducción de células de Langerhans).

• Radiaciones Infrarrojas: efectos térmicos.

• Radiofrecuencia (R.F.): efectos termales e interferencias bioeléctricas, problemas de transmisión genética, nervios y sistema cardíaco.

En respuesta a la creciente preocupación de la sociedad por los posibles efectos sobre la salud debido a la exposición de un número y variedad creciente de campos electromagnéticos, se han reunido los conocimientos y recursos disponibles actuales de organismos e instituciones científicas claves, internacionales y nacionales. Algunos de los estudios más relevantes realizados hasta la fecha son:

• National Institute of Occupational Health (Magnetic Fields and Cancer: cellular study. Bo Holmberg): estudio de tumores de cáncer y exposición a campos CEM.

• Division of Biomedical and Behavioral Sciences, National Institute for Occupational Safety and Health (OSHA) (Cincinnati)(Magnetic Field exposition in skin cells, J. Snawder, R. Edwards): estudio de tumores y campos magnéticos de 100_T en más de 14 días.

• Electric Power Research Institute (Palo Alto) (Magnetic Fields and Animal Cells, J. McCann, R. Kavet, C. Rafferr ty): estudio de tumores y campos magnéticos.

Prácticamente ninguno de los estudios realizados hasta la fecha puede relacionar absolutamente los CEM y los efectos en la salud. Pero, desde el Organización Mundial de la Salud (OMS) se recomienda encarecidamente minimizar las exposiciones a CEM con niveles tan bajos como sea posible, principio acorde con la recomendación NCRP.

Por tanto, se debe asegurar el cumplimiento de los límites obligatorios de los Standard CEM y proveer seguridad en cualquier equipo o persona cerca de las bandejas de cables, cuadros eléctricos y transformadores.

Todo esto mediante productos que proporcionen un ambiente seguro tanto para las personas como para los equipos electrónicos y maquinaria, de forma que puedan certificar el rendimiento del apantallamiento según los Stand IEC y que sirva para cualquier tipo de edificio y aplicación.

Normas y recomendaciones

En algunos casos las normativas que limitan la exposición a CEM son obligatorias para cumplir las condiciones de operación del
fabricante y en otros casos recomendaciones internacionales a falta de una normativa más especifica en la materia.

• En equipos electrónicos y maquinaria el límite de la exposición a Campos Magnéticos según la norma IEC/EN 61000-4-8 es 3,75_ T o 3A/m y es obligatorio que el entorno tenga un nivel de campo electromagnético menor al mencionado para asegurar un rendimiento bueno y seguro de todos los equipos electrónicos y maquinaria, la cual es más sensible diariamente.

• La norma IEC/EN 61000-4-3 establece para equipos sensibles < 1V/m como límite de exposición de CEM a baja frecuencia. • EN 60601-1 y EN 60601-2 son normas de referencia para equipamientos electrónicos de uso medico. Fijan valores máximos para sobrevoltaje, caídas de tensión, campo magnético, etc. Para campo magnético, los valores máximos son de 3 A/m o 3,75_Teslas. Las siguientes normativas para seres humanos son en algunos casos de obligado cumplimiento a efectos legales y en otros casos recomendaciones. • Según la NCRP, el límite de exposición continua a CEM es de 1_T, para asegurar y reducir el riesgo para la salud y la seguridad de las personas. • La normativa ICNIRP (aplicable en España) fija unos niveles máximos de campo Magnético de 100_Teslas y de 5kV/m para el campo eléctrico. Según diferentes estudios, dichos valores suponen un grave riesgo para la salud humana y se han de evitar exposiciones continuadas a dichos campos (intensidad + tiempo), especialmente de noche cuando el cuerpo humano segrega la melatonina, sustancia que ayuda al correcto funcionamiento del organismo. En países como Suiza, Nueva Zelanda y algunos estados de EEUU tienen valores máximos legales de 1-2_Teslas de exposición continua a CEM.
Tecnología de apantallamiento

La inmunidad magnética es la capacidad de un equipamiento instalación de trabajar sin degradación de su rendimiento en presencia de perturbaciones magnéticas. Una de las soluciones de protección electromagnética más utilizadas y recomendadas en la actualidad en muchas instalaciones consiste en una tecnología híbrida de apantallamiento que ofrece la mejor solución calidad precio. La combinación de materiales con una alta permeabilidad y alta conductividad produce un doble efecto sobre la absorción de CEM, se minimiza al máximo el campo magnético residual mediante un efecto “eddy current” que anula y retiene dicho campo. Todo esto proporciona un diseño optimizado, que solapa todos los segmentos de cables minimizando la fuga de CEM.

Soluciones

Actualmente el concepto de diseño, está cambiando, estudiando la optimización del espacio, sopesando el apantallamiento del origen o del elemento a proteger, así como, del coste del apantallamiento, siendo a veces mucho más rentable la optimización del espacio, utilizando este tipo de tecnologías que describiremos a continuación.

Las perturbaciones producidas por transformadores, cuadros eléctricos o cables de potencia, situados muy cerca de los equipos electrónicos que alteran su correcto funcionamiento, la calidad de la imagen, apagado automático en medio de una operación, etc., generan altos niveles de Campos Electromagnéticos a Baja Frecuencia. Para conseguir atenuarlos se realiza un apantallado en la parte del techo y/o pared de la sala de transformación y de cuadros eléctricos, mientras que en el caso de los cables se colocan bandejas apantalladoras en todo el recorrido crítico.

De esta forma se consigue que los niveles de campo magnético en el interior de las salas se sitúen en todos los puntos de influencia por debajo de los 3,75 µ Teslas.

En este ejemplo hubo una reducción del campo de valores máximos de 105 mG a 4,5 mG.

Para prevenir posibles perturbaciones de los CEM a Alta Frecuencia en lectura de instrumentos, correcto desarrollo de estudios en salas, problemas para la salud, etc, se recomienda llevar a cabo una faradización completa de las salas incluyendo pasos de cables de datos, corriente, juntas de puertas, ventilación, etc.

De esta forma los niveles de campo electromagnético en el interior de salas, se sitúan en niveles seguros para personas y equipamiento electrónico, con valores inferiores a 0,1 V/m con una atenuación mínima de 20 dB.

Para garantizar la efectividad continua del apantallamiento, es necesario, como mínimo, realizar un mantenimiento anual. Este mantenimiento es realizado por un Ingeniero especialista en CEM. El mantenimiento necesario depende del tipo de apantallamiento, estado de materiales e instalación de apantallado.Todas las mediciones deben realizarse según protocolo y normativa. Este punto es de vital importancia debido a que el fallo de una simple junta de la puerta hace perder la efectividad del conjunto de la sala apantallada para alta frecuencia.

Con todo esto se pretende ayudar a sopesar los beneficios de la tecnología CEM frente a sus inconvenientes, el aumento de energía, reducción de espacios, acompañados de la mayor sensibilidad de equipos así como su mayor precisión de estos.Todo obliga a ser más cuidadosos con la ubicación de equipos, y a estudiar posibles soluciones de apantallado, que garanticen el correcto funcionamiento, así como, la seguridad de los operarios que trabajan expuestos a los diferentes campos generados.

Si finalmente se demostrara que los CEM perjudican a la salud, pasarán aún algunos años hasta que se concluyan, evalúen y publiquen las investigaciones necesarias. Mientras tanto, un sistema eficaz de mantenimiento, información y de comunicación sobre la salud entre los científicos, los gobiernos, la industria y el público puede ayudar a concienciar a la población respecto de los programas que estudian la exposición a los campos CEM, y reducir la desconfianza y el temor.

Por: Patricia Rodríguez Henríquez
Ingeniero Industrial ICAI. Comercial. AST España.
Máximo Escriche Martín
Director Comercial AST España.