Perturbações eletromagnéticas, uma poluição invisível

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

MATEUS ZIEGLER

PERTURBAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS, UMA POLUIÇÃO INVISÍVEL

Ijuí 2016

MATEUS ZIEGLER

PERTURBAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS, UMA POLUIÇÃO INVISÍVEL

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul.

Orientador: Prof. Me. Eliseu Kotlinski

Ijuí 2016

MATEUS ZIEGLER

Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado a Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, como parte das exigências para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica.

Ijuí, ____ de ___________de_____.

BANCA EXAMINADORA

________________________________________ Prof. Me. Eliseu Kotlinski

Afiliações

________________________________________ Prof. (Nome do professor avaliador)

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a esta universidade, seu corpo docente, direção e administração que oportunizaram a janela que hoje vislumbro um horizonte superior, absorto pela elevada confiança no mérito e ética aqui presentes.

Ao meu orientador Prof. Me. Eliseu Kotlinski, pelo suporte no pouco tempo que lhe coube, pelas suas correções e incentivos.

Aos meus pais, João e Carmem pelo amor, carinho, dedicação e apoio em minha formação, renunciando em certos momentos as suas vontades individuais pelo bem-estar de nossa família.

A minha namorada Rafaela pela sua paciência e atenção nas horas em que precisei. Aos amigos pelo coleguismo, solicitude, ensinamentos e experiências que adquiri por meio da convivência com pessoas tão especiais.

E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito obrigado.

RESUMO

Nos últimos anos, a preocupação da opinião pública com os possíveis efeitos biológicos decorrentes da interação entre os seres humanos e os campos eletromagnéticos, tem crescido exponencialmente. Tal preocupação tem fundamento na medida que a partir da metade do século XX redes de transmissão, distribuição e equipamentos de alta potência passaram a fazer parte da arquitetura de praticamente todas as cidades.

O questionamento acerca da possibilidade de campos eletromagnéticos de frequência extremamente baixa (faixa de frequência compreendida entre 3 Hz e 3 KHz produzidos por linhas de energia, passou a ser levado em consideração quando relatos de pessoas que moravam nas proximidades destas linhas apresentaram doenças que por ventura poderiam ter relação com o convívio com estas. Sendo assim, na década de setenta estudos começaram a ser realizados buscando sanar tais preocupações e delimitar regiões possivelmente perigosas para a exposição aos campos eletromagnéticos.

Este estudo busca demonstrar métodos e efeitos de interação de campos eletromagnéticos, gerados por linhas de transmissão, com o corpo humano, trazendo à tona metodologias de cálculo, limites e diretrizes de segurança e regulamentos técnicos acerca de áreas próximas das linhas em questão.

É abordado um caso real, de linhas de transmissão instaladas em localidade urbana próxima a uma residência. Dentro deste são confrontadas as normas em vigor no pais, para que seja feito um estudo acerca dos possíveis riscos que a população inserida nestes ambientes possa estar correndo.

Palavras Chave: Campo eletromagnético, Linhas de Transmissão, Efeitos Sob o Corpo Humano.

ABSTRACT

In recent years, the public's concern about the possible biological effects arising from the interaction between human beings and electromagnetic fields has grown up exponentially. Such concern has its foundation as long as, since the mid-20th century, transmission and distribution networks and high-powered equipment have become part of the architecture of almost every city.

The questioning about the possibility of electromagnetic fields of extremely low frequency (frequency band between 3 Hz and 3 KHz) produced by power lines, came into consideration when reports of people who lived near these lines showed illnesses that could be related to such. Therefor studies began to be conducted in the 70’s, aiming to remedy such concerns and delimit regions possibly dangerous to electromagnetic field exposure.

This report aims to demonstrate methods and effects of interaction of electromagnetic fields generated by power lines, with the human body, bringing up standards and technical regulations about areas near the lines in question.

Real cases are going to be discussed, on transmission lines installed in urban and rural locations close to buildings and residences, which are confronted with regulations in force in the country, so that a study can be made about the possible risks the population inserted in these environments can be taking.

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1 - Fontes de campos eletromagnéticos. Figura 3.1 - Espectro Eletromagnético.

Figura 3.3 – Onda Eletromagnética. Figura 3.4 – Representação do SEP.

Figura 4.1 – Relação dimensão – comprimento de onda. Figura 5.1 – Mapa da Rede de Transmissão Brasileira 2015. Figura 5.2 –Tensões de transmissão vs Anos.

Figura 5.3 –Estruturas de LTs.

Figura 5.4 –Distribuição dos campos magnéticos em diferentes configurações de linhas aéreas.

Figura 5.5 –Distribuição dos campos elétricos em diferentes configurações de linhas aéreas.

Figura 5.6 –Faixa de segurança em LTs verticais e horizontais. Figura 5.7 –Campo elétrico resultante sob um observador qualquer. Figura 6.1 – Vista I da residência caso 1.

Figura 6.2 – Vista II da residência caso 1. Figura 6.3 – Vista III da residência caso 1.

Figura 6.4 – Estrutura em delta e configuração do campo elétrico. Figura 6.5 – Dados da linha de transmissão caso 1.

Figura 6.6 – Sistema cartesiano para o estudo de caso 1. Figura 6.7 – Vista I da residência caso 2.

Figura 6.9 – Vista III da residência caso 2.

Figura 6.10 – Estrutura trifásica horizontal e configuração do campo elétrico. Figura 6.11 – Dados da linha de transmissão caso 2.

LISTA DE ABREVIATURAS E SíMBOLOS

CEM – Campo Eletromagnéticos. E - Campos Elétricos.

B – Campos Magnéticos.

SEP - Sistema Elétrico de Potência. k - Constante Dielétrica do Material. ɛ - Permissividade do Material. µ - Permeabilidade do Material. 𝑓 – Frequência.

𝑆⃗ – Vetor de Poynting.

c – Velocidade da Luz no Vácuo. n - Índice de Refração do Meio. u - Densidade de Energia. SAR - Specific Absortion Rate. EM – Eletromagnético.

Pa - Potência Absorvida por Unidade de Volume. λ - Comprimento de Onda.

Engº - Engenheiro.

UCLA - University of Califórnia Los Angeles. OMS - Organização Mundial de Saúde.

IARC - International Agency for Research on Cancer.

ICNIRP - International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers.

ABRADEE - Associação Brasileira de Energia Elétrica. SIN - Sistema Interligado Nacional.

UHE - Usinas Hidroelétricas. CC - Corrente Contínua. CA - Corrente Alternada.

ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica. LT – Linha de Transmissão.

ARPANSA - Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency. EUA – Estados Unidos da América.

NBR - Norma Brasileira Regulamentadora. V – Volts.

T- Tesla.

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 6.1 – Comparação entre o campo elétrico nos pontos de análise e os limites (caso 1).

Gráfico 6.2 – Comparação entre o campo magnético nos pontos de análise e os limites (caso 1).

Gráfico 6.3 – Comparação entre o campo eletromagnético nos pontos de análise e os limites (caso 1).

Gráfico 6.4 – Comparação entre o campo elétrico nos pontos de análise e os limites (caso 2).

Gráfico 6.5 – Comparação entre o campo magnético nos pontos de análise e os limites (caso 2).

Gráfico 6.6 – Comparação entre o campo eletromagnético nos pontos de análise e os limites (caso 2).

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 3.1 - Lei de Gauss.

Equação 3.2 - Lei de Gauss para o magnetismo. Equação 3.3 - Lei de Ampère.

Equação 3.4 - Lei de Faraday.

Equação 3.5 – Função senoidal da componente elétrica. Equação 3.6 – Função senoidal da componente magnética. Equação 3.7 – Densidade de energia.

Equação 3.8 – Vetor de Poynting.

Equação 4.1 – Valor médio de potência absorvida por unidade de volume. Equação 5.1 – Largura da faixa de segurança.

Equação 5.2 – Potencial de Maxwell do próprio condutor. Equação 5.3 – Potencial de Maxwell entre condutores.

Equação 5.4 – Componente x do campo elétrico referente a um condutor. Equação 5.5 – Componente y do campo elétrico referente a um condutor. Equação 5.6 – Componente x do campo elétrico.

Equação 5.7 – Componente y do campo elétrico. Equação 5.8 – Módulo campo elétrico no observador.

Equação 5.9 – Componente x do campo magnético referente a um condutor.

Equação 5.10 – Componente y do campo magnético referente a um condutor.

Equação 5.11 – Componente x do campo magnético. Equação 5.12 – Componente y do campo magnético. Equação 5.13 – Módulo campo magnético no observador. Equação 6.1 – Diâmetro equivalente dos condutores.

LISTA DE TABELAS

Tabela 5.1 - Níveis de referência para campos magnéticos. Tabela 5.2 - Níveis de referência para campos elétricos. Tabela 6.1 – Parcelas x e y do campo elétrico (caso 1). Tabela 6.2 – Parcelas x e y do campo magnético (caso 1).

Tabela 6.3 – Parcelas x e y do campo elétrico resultante (caso 1). Tabela 6.4 – Parcelas x e y do campo magnético resultante (caso 1).

Tabela 6.5 – Campo elétrico (E) e magnético (B) nos pontos em análise (caso 1).

Tabela 6.6 – Parcelas x e y do campo elétrico (caso 2). Tabela 6.7 – Parcelas x e y do campo magnético (caso 2).

Tabela 6.8 – Parcelas x e y do campo elétrico resultante (caso 2). Tabela 6.9 – Parcelas x e y do campo magnético resultante (caso 2).

Tabela 6.10 – Campo elétrico (E) e magnético (B) nos pontos em análise (caso 2).

SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS ... IV RESUMO ... V ABSTRACT ... VI LISTA DE FIGURAS ... VII LISTA DE ABREVIATURAS E SíMBOLOS ... IX LISTA DE GRÁFICOS ... XI LISTA DE EQUAÇÕES ... XII LISTA DE TABELAS ... XIII SUMÁRIO ... XIV 1 OBJETIVOS ... 1 1.1 Objetivo Geral ... 1 1.2 Objetivos Específicos ... 1 2 CONTEXTUALIZAÇÃO ... 2 3 EMBASAMENTO TEÓRICO ... 3

4 CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS E SERES HUMANOS ... 11

4.1. Introdução ... 11

4.2. As Frequências Extremamente Baixas ... 11

4.3. As Interações Com O Corpo Humano ... 11

4.4. Os Tipos De Exposições ... 17

4.4.1. Exposição Ocupacional ... 17

4.4.2. Exposição De Público Geral ... 17

4.5. Os Efeitos Da Exposição ... 18

4.5.1. Os Critérios Da Organização Mundial De Saúde ... 22

5 LINHAS DE TRANSMISSÃO ... 25

5.1. Introdução ... 25

5.2. O Sistema Interligado Nacional ... 25

5.3. Os Campos Eletromagnéticos ... 29

5.4. As Faixas De Segurança ... 35

5.5. Metodologia Para O Cálculo Dos Campos Elétricos e Magnéticos ... 37

5.5.1. Utilizando O Campo Elétrico Como Parâmetro ... 38

5.5.2 Utilizando O Campo Magnético Como Parâmetro ... 40

6 ESTUDO DE CASO ... 42

6.1. Introdução ... 42

6.2. Caso 1 ... 42

6.2.1. A Linha De Transmissão... 44

6.2.2. Sistema Cartesiano Da Situação ... 46

6.2.3. Os Habitantes ... 47

6.2.4. Resultados ... 48

6.3. Caso 2 ... 55

6.3.1. A Linha De Transmissão... 57

6.3.3. Os Habitantes ... 60

6.3.4. Resultados ... 61

7 CONCLUSÃO ... 68

7.1. Propostas Para Trabalhos Futuros ... 70

1

OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GERAL

Analisar possíveis interações causadas pela exposição, de seres humanos a campos elétricos e magnéticos, gerados por linhas elétricas instaladas em áreas povoadas.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Analisar estatutos e normativas da legislação brasileira para a exposição do público em geral a campos eletromagnéticos.

 Descrever, analisar e comparar situações reais de possíveis instalações problemáticas no que diz respeito a construções e aglomerados de pessoas nas vizinhanças de linhas de transmissão.  Confrontar casos reais com normas e diretivas nacionais, com o objetivo de apontar possíveis riscos à saúde nos casos em questão.

2

CONTEXTUALIZAÇÃO

Em 1819 o físico Hans Christian Orsted provou que a variação da corrente gera um campo magnético e a partir desta descoberta foi possível desenvolver inúmeras melhorias e equipamentos baseados neste conceito que são largamente utilizados até os dias de hoje.

Os campos eletromagnéticos descobertos por Orsted trouxeram inúmeros benefícios para o sistema de energia, tanto que um século após a descoberta, era difícil encontrar cidades que não possuíam rede elétrica, além da mais variada gama de eletrodomésticos em praticamente todas as casas.

Nos dias de hoje, a saúde e o bem-estar ganham cada vez mais espaço no dia a dia, sendo assim, todo o ambiente que nos rodeia passou a ser observado e estudado, afim de que possamos diminuir, e se possível eliminar efeitos nocivos os quais possam ser invisíveis aos nossos olhos.

Em meados da década de setenta, um ponto importante começou a ser abordado por pesquisadores: Os efeitos dos campos eletromagnéticos em seres humanos e ao meio ambiente. A suspeita era de que estes campos eram responsáveis pelo surgimento de inúmeras doenças, como o câncer por exemplo, em pessoas que viviam próximas a linhas de transmissão.

Várias pesquisas tiveram este tópico como centro nas últimas quatro décadas, trazendo à tona possíveis riscos para pessoas que conviviam direta e indiretamente com as linhas de energia, desde então reclamações e processos fizeram os alarmes soarem nas empresas responsáveis por este tipo de instalação. Com o passar do tempo medidas restritivas, através de normas e leis, foram tomadas para a segurança de trabalhadores e do público geral.

3

EMBASAMENTO TEÓRICO

A energia elétrica é hoje, um dos bens mais consumidos no planeta, visto que é quase impossível encontrar cidades que não possuam sistemas de distribuição elétrica. Na configuração atual de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, principalmente de países com um sistema interligado como o brasileiro, a energia passa por inúmeros locais de transformação e controle até chegar ao consumo.

Todo equipamento gerador, condutor, ou consumidor de eletricidade, é uma fonte potencial de campos eletromagnéticos (CEM), sendo assim, é fácil perceber que grande parte da população mundial está imersa em uma gama complexa de campos nas mais variadas frequências. (YOUNG, Hunh D.; FREEDMAN, Roger A, 2004).

Com o desenvolvimento de novas tecnologias dependentes de eletricidade, o número de fontes de campos eletromagnéticos vem aumentando significativamente com o passar do tempo, inundando ainda mais o ambiente com este tipo de onda. A Figura 3.1 apresenta algumas fontes de campos eletromagnéticos.

Fonte: Electrosmog.geohabitat.pt, 2016. Web. 13 junho 2016.

As ondas eletromagnéticas, são interpretadas pela ciência de duas maneiras distintas. Como ondas senoidais que se propagam ou ainda como

partículas sem massa deslocando-se de maneira ondulatória, e cada partícula destas possui uma quantidade de energia, denominada fóton.

Estas ondas, são separadas por bandas, divididas por suaves transições de uma para outra. A união de todas as bandas forma o espectro eletromagnético. Este espectro é representado geralmente como energia, porém pode-se expressá-lo também através do comprimento de onda, ou através da frequência. (YOUNG, Hunh D.; FREEDMAN, Roger A, 2004).

A Figura 3.2 representa o espectro eletromagnético, medido tanto pela frequência, quanto pelo comprimento de onda, nesta figura, é possível perceber a separação das bandas ao longo do espectro. Além disto, a figura exemplifica através de imagens aplicações usuais para cada divisão.

Fonte: Portaldoprofessor.mec.gov.br, 2016. Web. 13 junho 2016.

O espectro eletromagnético é dividido em dois tipos de radiação, a ionizante e a não ionizante, a primeira diz respeito a radiação que possui energia capaz de quebrar ligações químicas, sendo assim, este tipo de radiação é capaz de penetrar com corpo humano e prejudicar o correto funcionamento de órgãos, podendo, dependendo da exposição, causar graves queimaduras e até o câncer.

Porém para o âmbito desta pesquisa, o foco estará na radiação não ionizante, e dentro deste contexto ainda, as radiações eletromagnéticas de extrema baixa frequência (3Hz a 3kHz).

As radiações eletromagnéticas de baixíssima frequência, são importantes para a pesquisa em questão, pois é nesta faixa que atuam as frequências industriais (50Hz e 60Hz), isto é, as frequências adotadas como padrão para os sistemas elétricos de potência na maioria dos países.

A teoria das ondas eletromagnéticas é fundamentalmente uma sequência de estudo dos campos elétricos (E) e magnéticos (B), onde com o passar do tempo grandes nomes da ciência, encontraram iterações entre estes campos até que James Clerk Maxwell (1831 – 1879) estabeleceu a base do estudo do eletromagnetismo através das chamadas equações de Maxwell, tornando-se então o grande nome deste ramo da ciência. (HALLIDAY, David; RESNICK, Jearl W., 2009).

As equações de Maxwell apresentadas a seguir, nada mais são que quatro leis que estipulam que quando os campos 𝐸⃗⃗ e 𝐵⃗⃗ não variam com o tempo, como por exemplo campos elétricos produzidos por cargas em repouso, ou campos magnéticos produzidos por correntes estacionarias, estes podem ser estudados de maneira isolada. Todavia quando existem variações destes campos com o tempo, as equações de Maxwell estabelecem que não se pode ignorar os fenômenos com estes relacionados.

∮ 𝐸⃗⃗ • 𝑑𝐴⃗ = 𝑄𝑖𝑛𝑡𝑒 ɛ0 (3.1) ∮ 𝐵⃗⃗ • 𝑑𝐴⃗ = 0 (3.2) ∮ 𝐵⃗⃗ • 𝑑𝑙⃗ = µ0(𝐼𝑐 + ɛ0 𝑑𝛷_𝐸 𝑑𝑡 )𝑖𝑛𝑡𝑒 (3.3) ∮ 𝐸⃗⃗ • 𝑑𝑙⃗ = −𝑑𝛷𝐵 𝑑𝑡 (3.4)

A lei de Faraday (3.4) rege o fenômeno no qual uma variação do campo magnético no tempo produz um campo elétrico resultante. Já a lei de Ampère (3.3) contendo o termo da corrente de deslocamento apresenta o fenômeno oposto onde um campo elétrico variável no tempo é uma fonte de campo magnético.

Logo chega-se à conclusão de que quando um campo elétrico ou magnético varia no tempo, existe uma indução ocasionada por essa variação, que produz o outro campo, sendo assim este o princípio das ondas eletromagnéticas. (HALLIDAY, David; RESNICK, Jearl W., 2009).

Um outro ponto importante para os estudos do eletromagnetismo foi estabelecido pelo físico alemão Heinrich Hertz, no qual ele através de uma experiência utilizando um circuito LC oscilante determinou a velocidade da onda eletromagnética através da equação v= 𝜆𝑓. Hertz chegou à conclusão de que a onda eletromagnética no vácuo possui a velocidade de 3𝑥108_{m/s, velocidade a} qual na época já era conhecida como a velocidade da luz (c), e que a própria luz é uma onda eletromagnética.

As experiências de Maxwell e Hertz determinaram outras características das ondas eletromagnéticas, como por exemplo a de que, o campo elétrico é perpendicular ao campo magnético por ele gerado e vice-versa. O produto vetorial 𝐸⃗⃗ X 𝐵⃗⃗ resulta no sentido de propagação da onda eletromagnética, mostrando assim que ambos são simultaneamente perpendiculares ao sentido de propagação da onda. Além disto, tanto os campos elétricos quanto os campos magnéticos variam senoidalmente pois tratam-se de ondas transversais e, além disto, os campos variam com frequências iguais e estão em fase. (YOUNG, Hunh D.; FREEDMAN, Roger A, 2004).

A Figura 3.3 mostra uma ilustração de uma onda eletromagnética, nota-se que os campos magnéticos e elétricos oscilam senoidalmente e estão em fase, é possível perceber também que a componente elétrica possui apenas campos elétricos e a componente magnética possui apenas campos magnéticos.

Fonte: HALLIDAY, David; RESNICK, Jearl W., 2009, p. 5

A Figura 3.3, mostra também o símbolo lambda (λ) que representa o comprimento de onda, que nada mais é que a distância entre duas superfícies imaginarias nas quais os campos tem o mesmo módulo conhecidas como frentes de onda. É importante salientar também que as setas dentro das componentes representam somente os valores dos campos elétricos e magnéticos em pontos sobre x, não representando nenhum movimento particular. (HALLIDAY, David; RESNICK, Jearl W., 2009).

As Equações 3.5 e 3.6 representam as funções senoidais no eixo x ao longo do percurso e no tempo das componentes elétricas e magnéticas das ondas, onde 𝐸_𝑚 e 𝐵_𝑚 representam as amplitudes, ω é a frequência angular e k o número da onda. Um ponto importante quanto as funções senoidais das componentes elétricas e magnéticas é que a velocidade das ondas eletromagnéticas pode ser dada dividindo suas amplitudes 𝐸𝑚/𝐵𝑚 ou suas componentes senoidais.

𝐸 = 𝐸_𝑚 𝑠𝑒𝑛(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) (3.5)

𝐵 = 𝐵_𝑚 𝑠𝑒𝑛(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) (3.6)

Por simplificações pode-se chegar a outra equação que nos dá a razão entre os módulos 𝐸⃗⃗ e 𝐵⃗⃗, pois este é constante 𝐸 = 𝑐𝐵, isto acontece pois a velocidade da onda eletromagnética no vácuo é constante e definida como a velocidade da luz, logo pode-se afirmar que a onda eletromagnética,

diferentemente das ondas mecânicas, não necessita de um meio físico para ser transmitida.

A Figura 3.4 exemplifica de maneira simplificada uma parte do sistema elétrico de potência (SEP) onde a energia elétrica é produzida em uma central geradora, na sequencia esta energia é transmitida por uma rede de cabos de maneira alternada e após esta energia passa por uma subestação rebaixadora. Em cada etapa deste processo a energia elétrica alternada é uma fonte geradora de CEM.

Fonte: Electroncad.com.br, 2011. Web. 13 junho 2016.

Se for definido o sistema mostrado na Figura 4 como o sistema elétrico brasileiro onde este possui frequência de 𝑓 = 60𝐻𝑧 e adotar o ambiente como sendo o vácuo, pode-se determinar o comprimento de onda λ da linha de transmissão através da equação 𝜆 =_𝑓𝑐, logo 𝜆 = 5000𝑘𝑚. (YOUNG, Hunh D.; FREEDMAN, Roger A, 2004).

As ondas eletromagnéticas possuem também uma característica importante chamada de superposição, esta especifica que em situações onde vários campos elétricos ou magnéticos estão entre duas superfícies, imaginarias ou reais, o campo elétrico ou magnético total será a soma vetorial de todos os campos. Esta característica acontece também com campos individuais, ou seja, quando os campos elétricos ou magnéticos em questão não variam no tempo.

Um dado importante para que a característica anterior seja verdadeira em campos variantes no tempo, isto é, em campos eletromagnéticos, é o de que todas as frentes de onda se propaguem com velocidade c, pois quando a variação gradual for irrelevante, tem-se uma variação continua ao longo do eixo na qual a onda se propaga, a estas ondas dá-se o nome de ondas eletromagnéticas planas. (HALLIDAY, David; RESNICK, Jearl W., 2009).

A polarização, fenômeno onde um vetor do campo magnético ou de um campo elétrico mantem-se sempre paralelo a um eixo determinado, também é uma característica importante dos campos eletromagnéticos.

Até este momento foram exemplificadas características das ondas eletromagnéticas no vácuo, porem estas também podem propagar-se através da matéria. Um exemplo simples é a luz que se propaga no ar. (YOUNG, Hunh D.; FREEDMAN, Roger A, 2004).

A velocidade das ondas na matéria difere da velocidade destas no vácuo, pois alguns pontos devem ser levados em consideração, como por exemplo a constante dielétrica do material (k), a permissividade (ɛ) e a permeabilidade (µ). Desta forma a formula para a determinação da velocidade da onda passa a ser 𝑣 =_√𝑘𝑐 , como k é sempre maior do que 1 a velocidade das ondas eletromagnéticas em meios materiais é sempre menor que a velocidade destas no vácuo.

Agora outro termo entra em questão, o índice de refração (n), dado por 𝑛 ≅ √𝑘, onde este representa também a razão entre as velocidades das ondas no vácuo e na matéria, porem deve-se tomar cuidado com o valor de k pois quando o campo elétrico oscila com frequências muito altas, não há orientação dos dipolos do material, logo, os valores de k medidos com campos oscilantes são geralmente menores do que os medidos com campos estáticos. (HALLIDAY, David; RESNICK, Jearl W., 2009).

Como dito no início deste capitulo a onda eletromagnética possui energia associada ao seu campo, e com isto um ponto chave é a densidade de energia (u) que o CEM possui. A equação 3.7 representa a expressão que rege esta característica no vácuo.

𝑢 =1

2ɛ0𝐸2+ 1

2µ0(√ɛ0µ0𝐸)² (3.7)

Esta equação mostra que no vácuo a densidade de energia do campo 𝐸⃗⃗ é igual a densidade de energia do campo 𝐵⃗⃗, e em geral está densidade também representa uma função do tempo e da posição.

As ondas eletromagnéticas são ondas progressivas, isto é, se for tomado como exemplo os campos 𝐸⃗⃗ e 𝐵⃗⃗, e estes propagarem-se para uma região onde não exista nenhum campo prévio, os campos transportaram energia. Este transporte pode ser definido por potencia por unidade de área (W/m²). (YOUNG, Hunh D.; FREEDMAN, Roger A, 2004).

𝑆⃗ = 1

µ₀𝐸⃗⃗ 𝑋 𝐵⃗⃗ (3.8)

A equação 3.8 apresenta o vetor de Poynting. Definido pelo físico inglês John Poynting (1852-1914), este vetor fornece o fluxo de energia por unidade tempo ou de área definindo-se uma seção perpendicular a direção de propagação da onda. Para a definição da potência (P), basta integrar o vetor 𝑆⃗ sobre uma superfície tendo-se ∮ 𝑆⃗ • 𝑑𝐴⃗.

Um ponto importante ainda do vetor de Poynting é o de que como os campos elétricos e magnéticos variam com o tempo, o próprio vetor 𝑆⃗ também varia, logo como a frequência das ondas eletromagnéticas é geralmente alta um artificio é utilizado para definir o valor médio do vetor, sendo chamado de intensidade (𝐼 = 𝑆_𝑚é𝑑, medido em W/m²), da radiação no ponto a se considerar. Um exemplo simples da intensidade é que a variação do vetor de Poynting não é percebida quando se observa a luz solar pois a frequência é muito elevada, logo o que se percebe é o valor médio da taxa com a qual a energia atinge o olho do observador.

Além de energia as ondas eletromagnéticas também transportam momento linear, e é devido esse momento linear que outro fenômeno relacionado aos CEM, a pressão de radiação. A pressão de radiação é a força media por unidade de área produzida pela onda, esta força depende da quantidade absorvida ou refletida pela superfície na qual está se incide, se a superfície absorver completamente a onda eletromagnética, a pressão de radiação é dada por 𝑃𝑟𝑎𝑑 = 𝐼 𝑐⁄ , porem onde a onda é totalmente refletida a variação do momento linear é duas vezes maior sendo dada por 𝑃𝑟𝑎𝑑 = 2𝐼 𝑐⁄ .

4

CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS E SERES HUMANOS

4.1. INTRODUÇÃO

Neste capítulo são primeiramente definidos o que são campos eletromagnéticos de frequência extremamente baixa, após são abordados os efeitos decorrentes da interação destes com seres humanos a partir de estudos realizados por órgãos de renome mundial.

4.2. AS FREQUÊNCIAS EXTREMAMENTE BAIXAS

Para esta gama de frequências (3Hz até 3kHz), os comprimentos de onda são bastante elevados. Um exemplo, são os comprimentos de onda das linhas de transmissão nas frequências industriais, onde para as frequências de 50 Hz possuem comprimento de 6000 km e as de 60Hz possuem comprimento de 5000 km.

Esta classificação de CEM possui suas fontes normalmente gerados por equipamentos de elétricos de produção, transporte e distribuição de energia, além de equipamentos de comunicações, eletrodomésticos, equipamentos de escritório, equipamento de informática, motores elétricos, entre outras. É importante salientar também que esta faixa de frequências não é a mais utilizada para a utilização em telecomunicações, devido às limitações decorrentes da largura de banda e às dificuldades de se gerar energia através de antenas de dimensões razoáveis. (CABRITA, 2008).

4.3. AS INTERAÇÕES COM O CORPO HUMANO

Muitos estudos têm sido realizados para se definir o modo como os campos eletromagnéticos interagem com os sistemas biológicos, principalmente quando a energia associada a esses campos não é suficiente para provocar danos em biomoléculas ou aquecimento por indução (ondas não ionizantes), a resposta

pode estar nas propriedades eletromagnéticas das células e dos tecidos humanos.

A interação eletromagnética entre materiais pode ser definida plenamente e estudada, através das Equações de Maxwell, apresentadas e analisadas no capítulo anterior. Na teoria e mesmo na pratica matérias isolantes, condutores e magnéticos podem ser considerados como meios homogêneos, isto é, suas propriedades são iguais em todos os pontos, o que torna a sua análise e aplicação, relativamente fácil, porém não se pode fazer o mesmo para os sistemas biológicos, isto se deve à alta complexidade e aos vários níveis de organização dos seres vivos.

Para o âmbito de conceito, o efeito biológico acontece quando a exposição a campos eletromagnéticos causa mudanças detectáveis ou visíveis nos organismos vivos. Este efeito pode em alguns casos, causar danos à saúde dos mais variados tipos. Os danos à saúde acontecem quando os mecanismos naturais de defesa do próprio organismo deixam de reagir e de compensar a agressão externa. (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2007).

O organismo do ser humano possui inúmeras formas de manifestar os efeitos biológicos, algumas delas até interpretativas. Estas manifestações podem apresentar-se num curto espaço de tempo como por exemplo, as consequências de uma exposição a raios gama de grande amplitude, ou então originar alterações cujas consequências se apresentarão com o passar dos anos, como por exemplo, problemas de saúde originários por exposição excessiva aos raios ultravioletas durante vários anos. Logo, é de suma importância conhecer os efeitos biológicos, para que se possa compreender de forma clara os riscos à saúde.

Como já falado anteriormente, a interação dos CEM com os organismos vivos dependerá de vários fatores, ambientais, orgânicos e principalmente das características das ondas eletromagnéticas as quais se está exposto, especialmente sua frequência.

No âmbito da frequência das ondas eletromagnéticas a parcela não ionizante de seu espectro pode interferir no normal funcionamento do organismo

humano. Esta pode vir a induzir correntes, campos elétricos e magnéticos em seu interior. Dependendo de sua amplitude, pode causar aquecimento ou choques elétricos por exemplo, ou mesmo alterar o padrão de funcionamento de células musculares e nervosas. Os efeitos em questão podem ser divididos em térmicos e não térmicos. (CABRITA, 2008).

Os efeitos térmicos levam esse nome pois causam aquecimento do tecido, aquecimento este, consequência da absorção do campo eletromagnético em um meio dissipativo, como a pele por exemplo. Esta absorção acontece devido ao movimento dos dipolos de água e de íons presentes no tecido. O nível de aquecimento de um corpo depende de vários pontos entre eles a taxa de absorção específica1 (Specific Absortion Rate - SAR), a área atingida pela radiação EM, da capacidade individual de regulação térmica, da condição fisiológica do indivíduo, do meio ambiente ao qual se está exposto, etc.

Um fator importante que influencia no efeito térmico da absorção de ondas EM é o nível de vascularização da região exposta, isto é, a proporção de veias e artérias que irrigam esta região. Isto acontece, pois, a vasodilatação, ou seja, o aumento do diâmetro dos vasos sanguíneos, consiste em mecanismo fisiológico importante para a dissipação do calor em um tecido vivo. Logo, regiões pouco vascularizadas do corpo humano possuem uma maior sensibilidade aos danos térmicos, olhos especialmente o cristalino e têmpora, são alguns exemplos destas áreas.

Já os efeitos não térmicos têm sua causa na interação direta do campo eletromagnético com moléculas ou tecidos orgânicos. Entre os efeitos não térmicos estão o estresse oxidativo, isto é, o desequilíbrio entre a produção de espécies reativas de oxigénio e a sua desintoxicação através de sistemas biológicos que as removem ou reparam os danos por elas causados, a desorganização da cromatina e defeitos no reparo do DNA. Estes efeitos podem aparecer de maneiras bem diferentes indo desde sintomas simples, como dores de cabeça, até quadros graves e complexos, como por exemplo o desenvolvimento de câncer. (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2007).

A maioria dos conhecimentos a respeito das interações dos campos eletromagnéticos sobre os sistemas orgânicos são baseados em um conjunto de estudos epidemiológicos, que tem como objetivo identificar as associações entre doenças e características peculiares nos ambientes expostos, afim de ser possível estabelecer uma relação do tipo causa-efeito. Estes estudos epidemiológicos permitem ainda estabelecer uma relação entre dados biológicos colhidos ao longo dos anos e grandes amostras populacionais. Logo, no caso dos efeitos dos campos eletromagnéticos os resultados obtidos podem mostrar a interação das pessoas com um determinado estímulo, desde que existam muitos fatores envolvidos em cada uma dessas pessoas, isto é, dados antigos como por exemplo surtos de dor de cabeça em regiões especificas de uma cidade que é percorrida por linhas de transmissão, podem ser levados em consideração em estudos atuais. Contudo, como atualmente ainda não são conhecidos por completo os mecanismos de interação entre os campos e os seres humanos, ainda existe uma margem de incerteza sobre qualquer estudo nesta área.

Sabe-se que as ondas eletromagnéticas de todo o espectro de frequências interagem com a matéria viva nas mais variadas formas e intensidades, isto é, os mecanismos de interação são diferentes para diferentes comprimentos de onda. Ondas com comprimento inferiores a 250μm, por exemplo, são responsáveis por ionizar moléculas biológicas através das radiações ionizantes, enquanto que, para comprimentos de onda mais elevados, a energia contida nos fótons das ondas não é capaz de causar este tipo de interação. (CABRITA, 2008).

Como já explicado no capítulo anterior, as ondas EM propagam-se através da matéria com velocidade diferente do vácuo, e por sua vez com velocidades diferentes para cada tipo de material, ou seja, quando encontram heterogeneidades sua velocidade aumenta ou diminui dependendo das caraterísticas do meio, essas heterogeneidades representam as propriedades dos diversos tecidos presentes no corpo humana, cada um com peculiaridades diferentes e diversas.

A propagação de ondas eletromagnéticas em materiais biológicos pode ser estudada física e matematicamente através das Equações de Maxwell. Assim

sendo, logo chega-se à conclusão de que estas equações são bastante difíceis de resolver devido à complexidade dos tecidos orgânicos, para efeitos de simplificação assume-se que um meio biológico é infinitamente extenso, livre de cargas, ou seja, naturalmente neutro, isotrópico, isto é, propriedades físicas são constantes e homogéneo quando ε, μ, e σ são constantes. (CABRITA, 2008).

Os tecidos biológicos, sob efeito da ação da radiação eletromagnética, comportam-se como meios que possuem eletrólitos que por sua vez contêm moléculas polares que interagem com essa radiação através da oscilação das cargas livres, além disto a interação também causa a rotação das moléculas polares de águas.

A energia eletromagnética absorvida é transformada em energia cinética nas moléculas, que representa na prática, um aquecimento dos tecidos expostos a radiação não ionizante, este aquecimento pode vir a causar os efeitos térmicos o qual já foi citado.

Um ponto importante para a determinação do comportamento das ondas EM no corpo, é a profundidade de penetração da radiação, neste âmbito algumas constatações são feitas, quanto menor for a frequência maior se torna a potência absorvida. Logo, para uma mesma potência absorvida, a profundidade de penetração é inversamente proporcional a frequência exposta. (MONTEIRO DA CRUZ SILVA, 2009).

Em pesquisas realizadas acerca da saúde humana relativos a exposição a campos eletromagnéticos, o nível de radiação para campos alternados senoidais, o valor médio da potência absorvida por unidade de volume é calculado pela Equação 4.1. (CABRITA, 2008).

𝑃𝑎 = σE² (4.1)

Onde:

 σ = Condutividade elétrica do tecido.

 E = Valor eficaz do campo elétrico em cada ponto do material biológico.

Outro ponto importante relativo ao comportamento das ondas eletromagnéticas são as dimensões dos objetos quando comparada com o comprimento de onda. Por exemplo se for considerado d a maior dimensão do objeto, e λ o comprimento de onda no vácuo da onda EM a que o objeto se encontra submetido, pode-se definir 3 tipos de interação. A Figura 4.1 apresenta estes 3 modos de interação onde 5(a) representa λ >> d, 5(b) representa λ ≅ d, e 5(c) λ << d.

Fonte: Pereira C. CARLOS M., 2008.

Estudos mostraram que relativo ao corpo humano, a energia é melhor absorvida quando a frequência do CEM é mais próxima da frequência natural de ressonância do corpo, ou seja, quando um corpo está exposto a um campo eletromagnético com frequência semelhante à sua frequência de ressonância, a absorção da energia pelo corpo é praticamente máxima, logo, será também máxima a quantidade de calor gerado.

Para frequências extremamente baixas, os materiais biológicos absorvem muito pouca energia, pois a faixa de ressonância do corpo humano isolado da terra fica em torno de 70MHz a 80MHz, caso se encontre em contato com a terra, essa frequência cai para patamares de 35 MHz a 40 MHz, ainda muito longe dos limites das frequências extremamente baixas. (CABRITA, 2008).

4.4. OS TIPOS DE EXPOSIÇÕES

Como mencionado anteriormente, os campos eletromagnéticos atuam de maneiras diferentes para cada situação, levando em conta inúmeros fatores característicos do próprio campo, do ambiente, e também do corpo a eles expostos. Um dos pontos importantes é o local de exposição, para o âmbito de pesquisas, e por tanto para a maioria dos resultados, a exposição dos CEM são divididas em duas situações.

4.4.1. Exposição Ocupacional

Os principais locais classificados como ocupacionais são os postos de trabalho, neste âmbito ainda, nos casos particulares de fábricas de equipamentos elétricos, centrais geradoras ou subestações, onde a probabilidade de os trabalhadores estarem expostos à campos eletromagnéticos de extrema baixa frequência é maior, campos esses gerados não só pelas instalações eléctricas, mas também pelas próprias ferramentas com que os operários trabalham. (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2007).

4.4.2. Exposição De Público Geral

Residências, escolas, hotéis, e vias de comunicação rodoviárias e ferroviárias, são alguns exemplos de locais públicos onde existem exposições a campos eletromagnéticos de extrema baixa frequência, sendo que as principais fontes que geram estes campos os cabos e as linhas elétricas de transporte de energia, as subestações e postos de transformação, além de diversos equipamentos de escritório e eletrodomésticos.

Vários estudos comprovaram que os campos eletromagnéticos de elevada densidade de fluxo existentes em habitações devem-se principalmente à sua localização muitas vezes próxima de linhas transmissão, ou subestações.

4.5. OS EFEITOS DA EXPOSIÇÃO

Desde o início da distribuição de energia elétrica em grandes cidades, muitas perguntas têm sido feitas acerca dos possíveis riscos relacionados com os sistemas de energia. Uma das maiores duvidas é se a exposição aos campos eletromagnéticos produzidos pelo sistema pode trazer malefícios a saúde, tanto para trabalhadores, quanto para o público geral. Apesar de vários estudos e investigações científicas realizadas por pilares mundiais no assunto, parece não existir uma resposta conclusiva e concreta a estas perguntas, talvez por ser uma questão controversa, tanto no meio científico, quanto para o público leigo.

Os campos eletromagnéticos gerados por redes de distribuição são um ótimo exemplo de um produto criado e desenvolvido pelo ser humano, e utilizado diariamente tornando-se essencial e imprescindível ao estilo vida quotidiano. A polêmica pública deve-se não só ao aumento de conhecimentos por parte do público em geral e da sua consciencialização, mas também aos meios de comunicação, e entre eles a internet, que tendem a ser um meio de discussão nos quais o tema dos possíveis riscos relacionados aos campos eletromagnéticos toma proporções as vezes exageradas e deturpadas.

Como já discutido anteriormente, não existe energia eléctrica sem a existência de campos eletromagnéticos, logo desde residências particulares, locais de trabalho, meios de transporte, até o meio ambiente devido às telecomunicações, são inundados destes campos. O medo geral então dá-se do pressuposto de que esses campos são perigosos, e que possam vir a causar doenças e anomalias, nos mais variáveis níveis de gravidade, incluindo até mesmo o câncer.

Para muitos cientistas, os resultados obtidos pelos estudos até hoje realizados dão a entender que a exposição a pequenas quantidades de energia de radiação eletromagnética tem o mesmo efeito que uma dose grande de químicos. Já para outros, os estudos apontam para o oposto, onde a maior parte dos CEM aos quais o público geral está exposto são perfeitamente admissíveis para a vida humana. (SOUQUES, 2012).

A controvérsia entre investigadores tem fundamento na falta de conhecimento acerca do fato de campos muito específicos interagindo com um sistema, ainda não totalmente compreendido, como o corpo humano possam ter efeitos nocivos sobre a saúde. Estes efeitos podem variar de pessoa para pessoa, onde algumas tem maior sensibilidade que outras, devido às suas características físicas e químicas singulares.

Para exemplificar os principais efeitos conhecidos da interação dos campos eletromagnéticos de extrema baixa frequência e o corpo humano, serão apresentados os resultados de várias das principais pesquisas realizadas acerca do tema, desde a década de 70 até os dias atuais, realizados por engenheiros e cientistas, autônomos ou órgãos mundiais, onde através destes, pode-se perceber um padrão de sintomas e efeitos decorrentes desta interação.

O primeiro estudo de caso aqui apresentado, foi realizado pelo Engº José Manuel Santos, e encontra-se publicado na Revista Eletricidade Moderna, nas edições 157 e 158, de novembro e dezembro de 1980. Este estudo diz respeito a técnicos envolvidos diretamente em linhas transmissão aéreas de energia em alta e muito alta tensão, na frequência de 50Hz.

Como resultado Santos encontro efeitos de resposta do corpo humano, esses efeitos foram definidos pelo engenheiro como qualitativos, e como causa-efeito dos campos eletromagnéticos aos quais os técnicos estavam expostos, dentre os sintomas estão:

 Efeitos neurofisiológicos resultados, segundo o engenheiro, dos campos elétricos variantes no tempo e da indução eletromagnética.

 Influência direta nos processos de desenvolvimento do organismo humano, entre eles os processos hormonais e enzimáticos, além do desenvolvimento ósseo.

 Efeitos físicos e psicológicos resultados de pequenas descargas elétricas que acontecem quando pessoas expostas a um campo eléctrico, tocam objetos em potenciais diferentes deste campo.

Já nos anos 70, pesquisadores do Brain Research Institute of the University of Califórnia Los Angeles (UCLA), realizaram estudos onde animais eram submetidos a campos eléctricos com níveis entre 7 V/m e 100 V/m.

 Os resultados mostraram que para campos de 7 V/m, na frequência de 7 Hz, o tempo de resposta variou 0,4s para um teste onde os animais já haviam sido previamente treinados.

 Para um campo de 7 V/m, agora com frequência de 10 Hz, não houve variações no tempo de resposta.

 Finalmente para campos de 100 V/m, na frequência de 50Hz vários tempos de resposta foram constatados, não havendo um padrão claro, porém alguns animais demoraram para reestabelecer o tempo de resposta base, tomado antes da submissão dos animais aos campos.

Ainda nos anos 70, pesquisadores concluíram através de ensaios dirigidos por órgãos governamentais dos Estados Unidos e na extinta União Soviética, que as capacidades cognitivas do ser humano são afetadas após uma exposição contínua de 24 horas a um campo magnético de 10−4_{T na frequência de 50 Hz,} além disto em testes de rapidez de resposta a perguntas simples, as pessoas apresentaram um desempenho bem abaixo do esperado.

Entre os anos de 1966 e 1970 foi realizado um dos mais completos estudos, na então União Soviética, com o propósito de determinar quais os efeitos dos campos eletromagnéticos produzidos por linhas de transmissão de muito alta tensão. Os pesquisadores, examinaram 45 trabalhadores, 41 homens e 4 mulheres com idades entre 20 e 60 anos, de uma subestação de 500 kV, o objetivo era formar uma relação de causa-efeito entre o padrão de sintomas que os funcionários se queixavam e os campos aos quais estes estavam expostos.

O tempo de exposição foi dividido em dois grupos onde os trabalhadores do setor de manutenção ficavam sob ação dos campos mais de 5 horas por dia, e o pessoal de serviço era exposto aos campos menos de 2 horas por dia. Os principais sintomas dos quais os trabalhadores se queixavam eram os seguintes: (SOUQUES, 2012).

 Falta de motivação.  Sonolência.

 Problemas na digestão

 Irregularidades cardiovascular.

Além disto, 33% destes trabalhadores, com idades entre 30 e 40 anos, queixaram-se perda da libido 8 meses após o início do trabalho na subestação. Os seguintes diagnósticos são os resultados publicados pelos pesquisadores acerca da situação:

 Doenças neurológicas em 28 dos 45 trabalhadores.

 Descontrolo funcional do sistema nervoso central em 26 dos 45 trabalhadores.

 Problemas de hipertensão arterial em 11 dos 45 trabalhadores.

Outra pesquisa de grande importância, foi publicada na França em 1970. O estudo seguia dois grupos de trabalhadores da companhia Electricité de France e suas respectivas famílias. Um dos grupos, composto por 70 homens, 65 mulheres e 132 crianças que conviviam a menos de 25 metros de linhas de alta tensão. O outro grupo, era composto por 71 homens, 64 mulheres e 120 crianças os quais viviam a mais de 125 metro destas linhas. O estudo era baseado em comparar o número de consultas medicas, e medicamentos tomados entre dois grupos. A conclusão a que se chegou foi de que não houve diferença nos cuidados médicos entre os grupos. Apesar disto foram relatados pelos trabalhadores sintomas semelhantes aos relatados pelos trabalhadores da união soviética entre 1966 e 1970 do estudo anterior.

Em 1973, uma pesquisa a longo prazo acerca do tema foi publicada, onde 11 trabalhadores de linhas de transmissão foram acompanhados por nove anos. Por fim o estudo se encerrou tendo como conclusão de que nenhum problema particular de saúde tivesse sido detectado. (SOUQUES, 2012).

Entre os anos de 1960 e 1980 foram realizadas inúmeras pesquisas, de curto e longo prazo, acerca dos efeitos da exposição a campos eletromagnéticos em seres humanos. Não houve consenso entre as pesquisas e muitas delas foram abandonadas ou tiveram falhas no modo de avaliação que fizeram com

que sua validade não fosse atestada. Dentre os estudos que demonstraram algum grau de causa-efeito, os sintomas “padrão” foram:

 Dores de cabeça.  Fadiga.

 Tonturas.

 Perdas de memória a curto prazo.  Nervosismo.

É importante salientar também que muitos estudos não tiveram nenhum “padrão” de sintomas, o que leva a uma inconclusão quanto aos efeitos nocivos dos campos eletromagnéticos segundo as pesquisas realizadas.

4.5.1. Os Critérios Da Organização Mundial De Saúde

A OMS (Organização Mundial de Saúde) criou em 1996 um projeto Internacional de Campos Eletromagnéticos, tendo como foco investigar potenciais riscos para a saúde associados a tecnologias capazes de emitir campos eletromagnéticos. O programa tem como base literatura científica já existente e promove pesquisas para o desenvolvimento de novos conhecimentos acerca do tema.

Desde a fundação do projeto, a OMS publicou vários documentos sobre o tema, porem foi em 2007 que a Organização Mundial de Saúde, publicou o Extremely low frequency fields. Environmental Health Criteria 238, principal e mais completo documento no qual abordava em detalhes os possíveis efeitos na saúde devido a exposição a campos elétricos e magnéticos em frequências extremamente baixas, tendo em vista voluntários em locais residenciais e ocupacionais, além de modelos dosimétricos de representação do corpo humano.

Os resultados apresentados pelo documento de mais de 500 páginas, foram divididos em foram divididos em comportamento neural, sistema neuroendócrino, desordens degenerativas, desordens cardiovasculares, sistema

imunológico e hematologia, reprodução e desenvolvimento e câncer cujo os resultados individuais são os seguintes:

 Comportamento neural – Não foram detectados efeitos nocivos no comportamento do cérebro.

 Sistema Neuroendócrino – O sistema neuroendócrino não é afetado prejudicialmente pela exposição a campos eletromagnéticos na frequência industrial a longo prazo.

 Desordens degenerativas - Não foram encontradas relações em doenças como o mal de Alzheimer e os CEM.

 Desordens cardiovasculares – No geral, também não há indicações que apontem para efeitos nocivos ente ondas eletromagnéticos de extrema baixa frequência e doenças cardiovasculares.

 Sistema imunológico e hematologia – Nenhum sinal de desordem dos parâmetros imunológicos, hematológicos ou hormonais foram detectados nas pesquisas.

 Reprodução e desenvolvimento – Segundo o estudo, também não há sinais de associação com resultados adversos na reprodução humana devido à exposição a campos de extrema baixa frequência.  Câncer – O estudo epidemiológico ministrado pela OMS não mostrou associação entre diferentes tipos de câncer e a exposição a CEM.

De acordo com o documento, existem efeitos biológicos quando há exposição aguda em altos níveis (acima de 100µT para campos magnéticos e acima de 2kV/m para campos elétricos), devido a campos elétricos induzidos no corpo, os quais em intensidade muito alta, causam estimulações nervosas e musculares, além da excitação do sistema nervoso central. (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2007).

Ao longo dos anos novas pesquisas foram sendo publicadas, não tão completas como a 238, porem sempre atualizando a posição da organização frente a evidências encontradas. Há alguns anos, a OMS reconheceu a existência de sinais de que a exposição a campos magnéticos poderia causar algumas patologias anteriormente negadas, como por exemplo neoplasias

malignas, distúrbios psiquiátricos, alterações imunológicas, doenças degenerativas, entre outros.

Outra patologia primeiramente negada, mas que agora teve sua relação confirmada, é a leucemia em crianças, porem para este caso especifico uma análise foi feita e concluiu-se que a pesquisa realizada pela OMS apresentou problemas metodológicos que a fragilizaram. Sendo assim, a IARC (International Agency for Research on Cancer), agencia vinculada à OMS, incluiu os campos EM no grupo 2B, isto significa que os campos eletromagnéticos de extrema baixa potência foram considerados possivelmente carcinogênico para humanos.

Conclui-se, que não existe um consenso entre os riscos relacionada a campos eletromagnéticos de extrema baixa frequência nos níveis encontrados pela maior parte da população geral. Porém é importante lembrar que o corpo humano é um sistema complexo e que novos estudos estão sendo realizados o que pode levar a uma mudança do consenso geral.

Em face disto, foram delimitados limites de exposição a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos, que buscam proteger o organismo dos mais diversos efeitos apresentados em estudos e pesquisas acerca da interação dos campos e o corpo humano.

As principais diretrizes internacionais foram estabelecidas pela International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) e pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Neste âmbito, autoridades de cada país, por sua vez, adotam estes padrões internacionais passado para a sua esfera, e restringindo o acesso a regiões onde os limites possam ser excedidos. No Brasil, a Lei nº 11.934/09 é a lei regulamentadora que define os limites de exposição. (SOUQUES, 2012).

5

LINHAS DE TRANSMISSÃO

5.1. INTRODUÇÃO

Neste capítulo são abordadas as características principais das linhas de transmissão e o sistema interligado nacional. São tratadas também aqui os campos eletromagnéticos formados por LTs e seu comportamento. Por fim são apresentadas metodologias de cálculos dos efeitos eletromagnéticos gerados por estas.

5.2. OSISTEMA INTERLIGADO NACIONAL

É notável que o desenvolvimento de uma nação tem uma relação direta com o setor elétrico desta, isto é, pode-se perceber que o progresso de uma região é seguido pelo aumento na demanda por eletricidade, tanto por empresas, que necessitam de mais energia para poderem produzir, quanto por parte do público geral, que adquirem mais produtos como eletrodomésticos e eletroeletrônicos. Tudo isto torna a energia elétrica e sua flexibilidade de aplicação indispensável ao mundo atual, sendo assim, isto implica na expansão da oferta e torna necessário o investimento em infraestruturas responsáveis pelo funcionamento do sistema.

Sendo assim o SEP tem o poder de impulsionar o sistema socioeconômico, este tem como responsabilidade e desafio atender, as possíveis condições de demanda, fornecendo um serviço robusto, dinâmico e seguro tanto do ponto de vista da continuidade do fornecimento, quanto da segurança dos que convivem com este.

O Brasil tem cerca de 8,5 milhões de km² e conta com uma abundância de recursos energéticos, o que permite ao país dispor de diversas fontes de geração de energia. A ANEEL estima que hoje exista algo em torno de 143GW de potência instalada no pais, divididos em aproximadamente 4.521 empreendimentos de geração, distribuídos de forma complexa e desigual dentro do território nacional. (PERRO, 2007).

Se colocarmos no mapa, a maior parte das estações geradoras brasileiras está afastada dos grandes centros urbanos, onde é consumida a maior parte da energia, logo é fácil perceber que a rede de transmissão é um ponto de vital importância para todo o sistema. Soma-se a isso a multiplicidade de fontes geradoras como o carvão mineral, as hidroelétricas, o petróleo, o gás natural, a eólica, a biomassa e a solar, onde algumas delas apresentam peculiaridades e grandes desafios de integração ao sistema elétrico. (MENEZES, 2015).

A Figura 5.1 apresenta um mapa de toda a rede de transmissão brasileira, neste é fácil observar a complexidade com que o sistema opera. Segundo a ABRADEE (Associação Brasileira de Energia Elétrica) são mais de 110.000km de linhas divididas entre mais de 70 concessionarias, sendo considerada a maior rede interligada do mundo. O Sistema Interligado Nacional (SIN) abrange todas as regiões do país, apenas 1,7% de todo o sistema não é interligado, estes correspondem a pequenos sistemas isolados existentes na Amazônia ou sistemas particulares. (ONS, 2016).

O caminho da energia elétrica começa nas estações geradoras, no Brasil a maior parte, cerca 61%, da matriz energética é formada por usinas hidroelétricas (UHE), presentes principalmente em rios de grandes dimensões, onde o volume de água propicia a geração em maior escala. Por serem encontradas geralmente em locais mais afastados dos grandes centros urbanos, a energia gerada nestas centrais, precisa ser transportada em um meio físico até as cidades as quais ira alimentar. Para que se tenha o mínimo de perdas neste transporte, as tenções são elevadas a níveis de centenas de kV e a corrente é alternada geralmente em frequências de 50Hz ou 60Hz. Após as tensões são rebaixadas e a potência é ramificada em subestações, por fim em uma destas subestações, desta vez já próximo de áreas urbanas, a energia é rebaixada para níveis médios de tensão (entre 2,3 kV e 44 kV), onde é ramificada e distribuída nos postes convencionais encontrados na rua. Durante todo o processo de geração e transporte até a subestações que transforma o nível de tensão para níveis médios, a energia elétrica é levada por linhas de transmissão.

Fonte: Ons.org.br, 2016. Web. 13 junho 2016.

Entre outros fatores, o aumento das tensões de transmissão representa o aumento das cargas ligadas ao sistema. A Figura 5.2 representa o aumento destes níveis de tensão com o passar das décadas, nota-se que houve um aumento muito expressivo no decorrer de todo o século passado, passando por níveis médios de tensão (de 1kV até 72,5kV), níveis altos de tensão (de 72,5kV até 242kV) e níveis extra altos (de 242kV até 800kV). O gráfico não vai até os dias de hoje, porém é importante ressaltar que nos últimos anosas linhas de transmissão alcançaram classes de ultra alta tensão, que operam com níveis de até 1500kV.

Fonte: Monteiro da Cruz Silva, Rafael, 2009.

Além da corrente alternada, as linhas de transmissão podem transportar também energia em corrente contínua (CC). O sistema em corrente continua, é usado geralmente em casos específicos onde se busca transportar grandes blocos de potência a longas distância. Este sistema opera através de um ou dois polos com diversos condutores por polo. Geralmente em linhas com mais de 600km a transmissão por corrente continua é escolhida, pois nestes casos, apresentam menores custos e perdas quando comparadas as de transmissão CA. Também existe a possibilidade de se utilizar a transmissão CC para casos de interligação de sistemas com frequências diferentes, um exemplo é o caso do Elo CC de Itaipu que conecta a energia produzida na frequência de 50 Hz ao modelo de geração brasileiro, em 60 Hz. Para o caso especifico deste documento, as linhas de transmissão em corrente continua não serão

abordadas, pois o foco se encontra nas ondas eletromagnéticas produzidas pela corrente alternada em frequências industriais.

A transmissão em corrente alternada (CA), é largamente mais utilizada, isto se dá, pois, este sistema é mais flexível que a CC, isto é, permite que a energia seja gerada, transmitida, distribuída e utilizada em tensões mais econômicas e seguras. O sistema de transmissão CA utiliza redes trifásicas com um ou mais condutores por fase, e são divididas em curtas (até 80 km), médias (entre 80 km e 240 km) ou longas (maiores que 240 km). (SILVA, 2012).

A Construção de linhas de transmissão no Brasil não é um serviço livre, isto é, necessita de uma outorga de concessão, este documento é dado após a realização de um “leilão de transmissão”, onde realizadas licitações na modalidade de concorrência. Além disso, é necessário solucionar duas grandes questões de ordem técnica para obter a licitação reduzir as perdas elétricas nas linhas e otimizar os custos na construção. (ABNT, 1985).

A construção de LTs, é um serviço complexo que exige estudos tanto de viabilidade técnica quanto econômica e visa um aproveitamento eficiente e com o mínimo de perdas possível de energia. É importante salientar que todas as etapas envolvidas em um projeto de construção de linhas de transmissão exigem altos investimentos financeiros, desde os projetos até a sua entrega concluída. Além disso, depois de prontas, estas linhas necessitam ser operadas e receber manutenção periódica por equipes qualificadas.

5.3. OS CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS

Tendo em vista os fatos do subcapitulo anterior, e o tema deste documento, é imprescindível que se leve em consideração os campos eletromagnéticos gerados pelas linhas de transmissão.

Primeiramente é importante conhecer as principais configurações utilizadas para as LTs. A mais comum encontrada, e presente nos três estudos de casos do capítulo seguinte é a transmissão trifásica em 3 condutores. A Figura 5.3 por sua vez, esquematiza configurações físicas mais utilizadas nas estruturas de linhas aéreas de alta tensão.

Fonte: Depositphotos, Web, 16 de junho 2016.

É importante que não se confunda condutor com cabos, por vezes as configurações de transporte de energia elétrica utilizam mais de um cabo por condutor e por vezes mais de um condutor por fase, estes aspectos são de caráter construtivos e visão redução de bitolas dos cabos e diminuição de perdas Joules etc. (MONTEIRO DA CRUZ SILVA, 2009).

Neste âmbito, ainda utilizando a Figura 5.3, podemos ver a disposição dos isoladores nas estruturas, é possível destacar que a configuração em delta trifásica é uma das mais utilizadas pois apresenta um custo baixo e é uma das mais benéficas para a redução dos campos magnéticos.

Apesar dos campos magnéticos mais intensos serem produzidos pelas linhas de extra alta tensão, esses campos dependem igualmente das intensidades de corrente nos cabos e da configuração dos condutores das LTs. Estudos apontam que para tensões entre 400kV e 415kV, as densidades de fluxo medidas imediatamente abaixo dos condutores, na vertical, chegam a atingir 40μT. Porem se estas medições forem realizadas no solo, os valores relacionados, situam-se entre 0,09μT e 0,38μT, podendo estes, com configurações de mitigação de campos, serem reduzidos para a faixa entre 0,01μT e 0,02μT. (FUCHS, 1977).

A Figura 5.4 apresenta a configuração dos campos magnéticos gerados por linhas de transmissão com diferentes configurações, nota-se que a disposição dos campos é radial em todos os casos, e que o campo produzido por um condutor é afetado pelo campo gerado por outro, de maneira que suas linhas de campo se deslocam não tendo mais o condutor de origem como centro, como é o caso do campo gerado por (a). Nota-se também que tanto em (b) como em (c) existem duas fases, porem em (c) existem dois condutores por fase, percebe-se que os campos de mesma fase se somam e formando um novo campo bem maior que o original.

Fonte: Pereira C., Carlos M., 2008.

Estudo realizados nos EUA e Europa medindo níveis de campo magnético no que respeita a habitações particulares situadas longe de linhas de transporte de energia, o valor médio das densidades de fluxo nos grandes centro urbanos obtido é de aproximadamente de 0,1μT enquanto na Europa a média atinge 0,07µT, e em cidades pequenas ou meios rurais, o valor medido apresenta níveis de 0,05μT. Contudo, em regiões metropolitanas cerca de 10% das habitações possuem pelo menos um cômodo com valores que excedem 0,2μT. Entretanto, estima-se que por volta de 0,5% das habitações, a densidade de fluxo ultrapasse esse valor devido à sua proximidade de linhas de transporte de energia. Neste Figura 5.4 –Distribuição dos campos magnéticos em diferentes configurações de linhas aéreas

mesmo estudo, medições realizadas sob as linhas de transmissão alcançaram grandezas em torno de 20µT.(DOMINGUES, 2007).

No Brasil, são usados os níveis de referência presentes na resolução normativa Nº398, de 23 de março de 2010 da ANEEL, para campos magnéticos os níveis são os seguintes. (ANEEL, 2010).

Campo Magnético (μT)

50Hz 60Hz

Público Geral 200,00 200,00

Ocupacional 1000,00 1000,00

Fonte: Elaborado pelo autor, 2016

Vale ressaltar que embora os níveis de referência sirvam de ferramenta para uma verificação imediata do atendimento dos critérios de exposição, as diretrizes impõem que sejam utilizados os valores de restrição básica como ponto de segurança. A diferença se dá, pois, os níveis de referência são derivados a partir das restrições básicas utilizando-se modelos dosimétricos aproximados e situações críticas de exposição, logo se não forem atendidos os valores de referência não garante que as restrições básicas e consequentemente os requisitos de exposição não estejam sendo respeitados. Portanto se considera que os níveis de referência são mais conservativos que as restrições básicas originais. (PRESIDÊNCIA DA REPÚBLICA, 2009).

A Figura 5.5 apresenta o comportamento das linhas de campo elétrico provenientes de LTs. (FUCHS, 1977). Atente-se para a configuração inferior a esquerda em três condutores, esta é a configuração apresentada no estudo de caso do capitulo 6.

Fonte: Dario Fuchs, Rubens. 1977.

A legislação brasileira, também na forma da resolução normativa Nº398, delimita os valores de referência para os campos elétricos gerados pelas linhas de transmissão. Os valores são os seguintes. (ANEEL, 2010).