Análisis del campo electromagnético en Ciudad de La Habana

1. Licenciado en Física. Aspirante a Investigador.
2. Doctor en Ciencias Físicas. Investigador Auxiliar. Profesor Auxiliar.

RESUMEN

INTRODUCCION

Los campos electromagnéticos de radiofrecuencia se producen en forma natural, pero en los últimos tiempos ha habido una proliferación de fuentes artificiales que constituyen un factor de riesgo muy reciente dentro de la evolución biológica. La preocupación por este problema comenzó a principios del decenio de 1940-1950 con motivo de la observación de los efectos biológicos causados por las microondas.¹

Estas fuentes se pueden clasificar en emisores deliberados si poseen un elemento radiante o antena diseñado para emitir.² En los emisores no deliberados no se encuentran estas características, la radiación puede producirse en forma de ruido de banda amplia o generarse como armónicos discretos. En algunos casos, es producida por fuentes que emiten radiación no incluida en las gamas de las microondas y la radiofrecuencia.

La exposición de los seres vivos a las altas intensidades del campo electromagnético de los emisores deliberados se puede traducir en daños histológicos a los tejidos y órganos, así como en alteraciones funcionales de diversos subsistemas fisiológicos, entre ellos el sistema nervioso central, según indican diversos experimentos.^3,4

Dentro de los emisores no deliberados encontramos las líneas aéreas (LA) de alto voltaje, las cuales pueden producir efectos directos o de corta duración, como la inducción de corrientes sobre el cuerpo, o de larga duración o efectos biológicos los cuales aún se investigan.^5,6 La exposición continuada a campos magnéticos de estas frecuencias ha sido vinculada, en algunos estudios epidemiológicos, a la mayor incidencia de leucemia, particularmente en niños.⁷

Cuantificar el riesgo epidemiológico por la exposición de la población a la contaminación electromagnética (EM) constituye un deber de los servicios preventivos de salud pública. En este sentido y tomando en cuenta que en Ciudad de La Habana se ubica el núcleo urbano más densamente poblado del país, y donde, al mismo tiempo, se concentran importantes emisores deliberados de radiación EM, se plantea el objetivo, en primera instancia, de estimar teóricamente los campos, la dimensión de las zonas de protección sanitaria (ZPS) y las zonas límites de construcción (ZLC) de objetivos radioeléctricos civiles a su máxima capacidad de operación; describir la carga total de la zona más densamente urbanizada, proponer un esquema clasificatorio de patrones según su peligrosidad y reportar la inspección sanitaria de las zonas de acceso limitado por la contaminación electromagnética. Elegir de aquellos emisores que presenten ZPS visibles para realizar mediciones de terreno y recalcular los campos según los datos de emisión de ese momento. Además, adicionar el análisis teórico de las bajas frecuencias. Y en general, obtener una visión de la situación electromagnética en la ciudad. Los emisores deliberados seleccionados emiten en la gama de las microondas (radar meteorológico y de aviación civil), las ondas medias (OM, antenas de radio), ondas cortas y ultracortas (antenas de radio de frecuencia modulada [RFM] y televisión [TV]). Los emisores no deliberados trabajan en las bajas frecuencias (60 Hz, líneas aéreas) (tabla 1). ]]> TABLA 1. Datos generales de los emisores estudiados

METODICA

Para el fin propuesto se considera a la ciudad como un terreno plano al nivel del mar. Todos los cálculos son válidos para la zona lejana, aquella zona donde la distancia horizontal r ±2*D^2l , D se corresponde con las dimensiones máximas del emisor y l es la longitud de onda, ambas en metros.

METODO DE CALCULO DE EMISORES DELIBERADOS

Onda media:

E = f(P,r,s ,f) resuelto mediante los gráficos del CCIR

NLP = 10 V/m

Onda ultracorta: ]]> RFM E = (C*F(t)*F(F ))/K*R NLP=2 V/m

HZLC=ha-(C*F(t)*F(F )*sin(t)/K*NLP)

C = (30*P*G*N) ^1/2*KF*K

TV E = C*F(t) /R NLP=2 V/m

HZLC=ha-[(F(t)*C/NLP)² - r²]

Microondas:

DFE=C*F² (t) /R² C=8*Pm*G*KF

NLP=10m W/cm² (l =3 cm)

NLP=25 m W/cm² (l =10 cm)

NLP=5 m W/cm² (l =23 cm) ]]> HZLC=ha-r*Tan[(ln r²*NLP/C)^1/2/-0,69)* t_0,5-_₀]

CALCULO DE LA ZONA DE PROTECCION SANITARIA

Por interpolación lineal: di=[(da-db)*(Ei-Eb)/(Ea-Eb)] + db

di: distancia incógnita en m, da y Ea: distancia y campo eléctrico de mayor valor en m y V/m, db y Eb: distancia y campo eléctrico de menor valor en m y V/m.

Para el radar meteorológico de doble canal: r zps=(C*cte/NLP)^1/2

E: campo eléctrico en V/m,HZLC: al-tura del perfil de la ZLC en m, N: pérdida en el cable alimentador,

P: potencia nominal en W, Pm: potencia media en W,s : conductividad del suelo en mS/m, f: frecuencia en Hz, ha: altura del punto de estudio en m, R: distancia del centro eléctrico de la antena al punto de estudio en m, r: distancia de la base de la antena al punto de estudio en m, G: ganancia, KF: coeficiente de reflectividad, K: coeficiente de irregularidad horizontal, t_0,5: mitad del ancho del diagrama de la Pm en posición horizontal en grados, e₀: ángulo del máximo de emisión en grados, F(t): diagrama normado vertical. F(_): diagrama normado horizontal.

CAMPO ELECTRICO PARA LAS LINEAS AEREAS DE ALTO VOLTAJE

- El suelo es una superficie conductora perfecta paralela a los conductores.
- Los conductores son supuestos circulares de longitud infinita y paralelos entre sí.

El campo eléctrico se calcula mediante la Ley de Gauss:

n ]]> e_o ? E.dS= ? q_i i=1, 2, ...n cargas

i=1

E: campo eléctrico resultante sobre cada punto de la superficie gaussiana, dS: vector elemental de la superficie orientado perpendicularmente a ella, S: superficie gaussiana en m², l: longitud de la línea considerada en m.

El cálculo de la zona de protección sanitaria se realizó mediante aproximaciones sucesivas.

En los resultados se tuvieron en cuenta el error relativo y absoluto derivando y logarimando las ecuaciones, se estimó una cota de error relativa no mayor del 10 %.

No se usaron encuestas. Los datos se verificaron y validaron por cruzamiento de la información de diferentes entidades, consultando diversas fuentes informáticas. No se empleó análisis estadístico.

Se procesaron los datos en programas ß Basic, los cuales fueron elaborados por los autores, comprobados contra juego de datos de prueba y puesto a punto para la explotación. Estos programas consisten en llevar la metodología de cálculo de los E, ZPS y ZLC a lenguaje de programación. El cálculo de interpolación lineal consistió también en la aplicación de programas ß al algoritmo de cálculo, los que fueron puestos a punto de la misma manera. Para los mismos fines se recalcularon E y los errores, utilizando la hoja de cálculo MATHCAD (Mathsoft Inc). Para determinar el campo eléctrico en extra baja frecuencia (ELF), se empleó el PARLINC elaborado por el ingeniero Silvio Llamo. En reconocimiento de patrones no supervisados fue manejado el programa SIRP (ICIMAF).

Los resultados para las máximas capacidades de instalación se sometieron a un esquema clasificatorio de patrones según su peligrosidad utilizando los programas SIRP mediante las técnicas de análisis jerárquico según el método del Centroide aplicado sobre las distancias de Gower y la técnica de Ward (De la Cruz AV. Análisis exploratorio de datos y reconocimiento de patrones [Texto de curso]. Instituto de Matemáticas Cibernética y Física de la ACC, La Habana, 1993). Se incluyó un reporte de inspección sanitaria en las zonas de acceso limitado (ZPS) y una evaluación del aporte de los emisores estudiados en una zona densamente poblada como la comprendida por los municipios Habana Vieja y Centro Habana, trazamos las isopletas sobre el mapa mediante el método de interpolación lineal sobre una red de puntos, para cuyos nodos fue calculado el campo sumario teórico con un paso de retículo de 500 m.

RESULTADOS EMISORES DELIBERADOS

Emisor de ondas medias: el campo E disminuye al aumentar la distancia r, el campo E aumenta al elevarse la potencia, la altura de la antena no interviene y al aumentar la frecuencia disminuye el campo E excepto dentro de la milla donde no hay dependencia.

Emisor de ondas ultracortas (RFM y TV): el campo E dentro del lóbulo principal disminuye con el aumento de la distancia r, E aumenta con el aumento de la potencia, no hay dependencia con la frecuencia y E disminuye al aumentar la altura de la antena (figura 1). ]]> Fig.1

Emisor de microondas: la DFE disminuye al aumentar la distancia cuadráticamente, aumenta al elevarse la potencia, no se muestra en estos casos dependencia con la altura y mientras más inclinada se halle la antena respecto a tierra el lóbulo principal de irradiación barre más espacio sobre ésta.

Los valores de E para las estaciones medidas coincidirán en la banda de errores absolutos con los valores teóricos recalculados, para una nueva situación de emisión que no es la propuesta para una máxima capacidad de trabajo. Puesto que en esta nueva situación los parámetros técnicos de las estaciones son menores y la consideración de los diagramas verticales y horizontales es menos idealizada, los valores resultantes de E serán más reducidos que en la máxima capacidad de trabajo del transmisor.

Los valores de la ZPS y de la altura de la ZLC se exponen en las tablas 2 y 3, respectivamente.

TABLA 3. Alturas máximas y mínimas de la zona límite de construcción

EMISORES NO DELIBERADOS. LINEAS AEREAS DE ALTO VOLTAJE

Para las 4 líneas estudiadas resultó que la ZPS no sobrepasaría las centenas de metros, 57 m fue el valor mayor con un NLP de 5 KV/m y 111 m en 1 KV/m.

A cuenta del análisis de clasificación de patrones no supervisados de los emisores, trabajando éstos a su máxima capacidad, quedaron entonces agrupados en los subconjuntos siguientes:

- Subconjunto de menor peligrosidad: en las OM, Radio Musical, Radio Enciclopedia, Radio Ciudad de La Habana en sus 2 frecuencias, Radio Progreso, Radio Taíno, Radio Periódico y Radio Rebelde.

- Subconjunto de peligrosidad moderada: radar de 10 cm de Casablanca.

- Subconjunto de mayor peligrosidad: en la FM, Radio Ciudad de La Habana, Cadena Habana, Metropolitana; el radar de 3 cm de Casablanca y los canales 2 y 6 de televisión.

Si se analiza, además, el efecto del campo eléctrico conjunto de los emisores de la radiofrecuencia y la televisión en los municipios densamente poblados de Centro Habana y Habana Vieja, se constata que el campo tiende a disminuir hacia el puerto. En la dirección norte-sur hacia los alrededores de la Academia de Ciencias se presenta una irregularidad, posiblemente por su cercanía a un conjunto de estos irradiadores. Las zonas de campo más elevadas se ubican en la proximidad de los emisores de 23 y L (en el Vedado). Se observan campos del orden de 2 V/m con pendientes decrecientes ciudad adentro, con un aumento hacia la calle San Joaquín. En general, los gradientes no son pronunciados y recorren valores entre 0,7 V/m y 2,6 V/m (figura 2).

Fig.2

DISCUSION EMISORES DELIBERADOS

Si se realiza una evaluación para condiciones nuevas de menos potencia de transmisión y ganancia y se comprueba con mediciones realizadas en el terreno, se llega a la conclusión de que no se transgreden los límites permisibles en las zonas de mayor afectación.

EMISORES NO DELIBERADOS

En suma, estas proposiciones de cálculo tienen diversos grados de acercamiento a la realidad. Permiten un criterio del comportamiento del campo y HZLC y cumplimiento de la ZPS de estos emisores antes de realizar una medición en el lugar de asentamiento de ellos, lo que nos facilita las posibles mediciones, así como la posibilidad del análisis de ellos cuando se necesite instalar uno nuevo.

AGRADECIMIENTOS

SUMMARY

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Levich BG. Procesos electromagnéticos en la materia. En: Electromagnetismo. París: Editorial Reverté, 1976;t.2:387-90.
2. OPS. Criterios de salud ambiental. Ginebra, 1993:290. (Publicación científica; No. 137).
3. OPS. Criterios de salud ambiental. Ginebra, 1984:106. (Publicación científica; No. 468).
4. Lamparelli CE. Radiacoes de microondas e radiofrecuencia efeitos biológicos. Rev Ambiente 1988;2:23-6.
5. Ortiz NL. Efectos electrostáticos y electromagnéticos de las líneas de transmisión de corriente alterna. Santiago de Cuba: Editorial Oriente, 1983.
6. Markov. Antenas. Moscú: Editorial MIR, 1989.
7. National Institute of Enviromental Health Sciences. Campos eléctricos y magnéticos asociados con el uso de la energía eléctrica. Washington, 1995:71.
8. URSS. Instituto Nacional de Higiene y Epidemiología. Indicaciones metodológicas para la normalización de la situación electromagnética de la TV. Moscú, 1988.
9. _____. Indicaciones metodológicas para la normalización de la situación electromagnética de los radares de la aviación civil. Moscú, 1989.
10. _____. Indicaciones metodológicas para la normalización de la situación electromagnética de los radares meteorológicos de doble canal. Moscú, 1989.
11. _____. Indicaciones metodológicas para la normalización de la situación electromagnética de los radares meteorológicos. Moscú, 1989.
12. _____. Indicaciones metodológicas para las líneas aéreas de alta tensión. Moscú, 1988.

Lic. Jesarely Hernández Escrivá. Instituto Nacional de Higiene, Epidemiología y Microbiología. Infanta No. 1158, entre Llinás y Clavel, Centro Habana, Ciudad de La Habana 10 300, Cuba.