Universidad de Chile

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Laboratorio de Ingeniería Eléctrica – EL3005

Integrantes: Rodrigo Chi Durán

Matías Galleguillos Aguilar

Juan Vásquez Rojas

Profesor: Nelson Morales O.

Ayudantes: Erik Atenas Orellana Gustavo A. Soto Paulina Basoalto S. Sebastián Guerrero Tomás Guajardo L.

Fecha: 11 de mayo de 2011

Informe Laboratorio Medición de Campos Electromagnéticos en

Baja Frecuencia

1

Índice

1. Introducción ................................................................................................................................ 2

2. Marco Teórico ............................................................................................................................. 3

2.1. Campo Eléctrico: ................................................................................................................. 3

2.2. Campo Magnético: .............................................................................................................. 3

2.3. Radiación ............................................................................................................................. 5

2.4. Espectros ............................................................................................................................. 6

3. Fuentes de Campo Electromagnético ......................................................................................... 7

3.1. Fuentes Naturales ............................................................................................................... 7

3.2. Fuentes Artificiales .............................................................................................................. 7

4. Posibles efectos sobre la salud .................................................................................................... 8

5. Normativa Actual ........................................................................................................................ 8

6. Sensores Electromagnéticos ..................................................................................................... 11

7. Medición de Campos Electromagnéticos .................................................................................. 12

8. Resultados obtenidos ................................................................................................................ 14

9. Análisis ....................................................................................................................................... 18

10. Conclusión ............................................................................................................................. 19

11. Bibliografía ............................................................................................................................ 20

12. Anexos ................................................................................................................................... 21

12.1. Índice de Figuras ............................................................................................................ 21

12.2. Índice de Tablas ............................................................................................................. 21

2

1. Introducción

La naturaleza de los campos electromagnéticos está relacionada directamente con el

comportamiento de la naturaleza. Su estudio y compresión ha llevado a los seres humanos a

utilizarlos de forma beneficiosa, como por ejemplo en el ámbito de las telecomunicaciones.

Para su utilización se han creado artefactos que funcionan y trabajan a bajas frecuencias

generando los campos electromagnéticos necesarios para llevar información a elevadas distancias.

Sin embargo, los campos electromagnéticos también implican ciertos riesgos en la vida humana

que se espera dilucidar en este informe.

Para la realización de este trabajo, se medirán campos eléctricos y magnéticos emitidos por

diferentes aparatos electrónicos de uso cotidianos que emitan algún tipo de radiación como horno

microondas, horno eléctrico, notebook, transformadores, etc.

A partir de las informaciones recopiladas se espera obtener la información suficiente para poder

estudiar el comportamiento de los campos electromagnéticos, y de ahí poder concluir si magnitud

es muy alta para el uso humano y su comportamiento de acuerdo a la distancia que están con el

receptor.

3

2. Marco Teórico

La compresión del estudio de los campos electromagnéticos debe hacerse bajo los principios

básicos que se manejen sobre la naturaleza:

2.1. Campo Eléctrico:

El campo eléctrico es un campo vectorial generado a partir de la ley de Coulomb, que al crear una

fuerza central, genera un campo vectorial en todo el espacio. Físicamente la expresión que lo

cuantifica es:

Donde F es la fuerza que siente la partícula de carga q.

Figura 1. Superposición del campo eléctrico.

2.2. Campo Magnético:

El campo magnético es un campo vectorial generado a partir de cargas en movimiento. Existen

objetos de magnetización permanente como los imanes. Se cuantiza como:

4

F es la fuerza que siente la partícula que se está moviendo a una velocidad v.

Figura 2. Regla de la mano derecha.

Los conceptos anteriormente mencionados se unen a través de las leyes de Maxwell, que son las

encargadas de unir lo eléctrico y lo magnético como uno solo. Las leyes que se expresan a

continuación

Suponiendo que los vectores depende de la posición y el tiempo , ,

, .

A partir de las leyes de Maxwell podemos encontrar una solución que satisfaga todas las

ecuaciones anteriores en función de la posición y el tiempo. De las anteriores leyes se puede

deducir que

5

Donde ε y μ son las permisividad y permeabilidad respectiva del espacio.

Las relaciones anteriores, llevan a que tanto el campo Eléctrico como Magnético siguen la

ecuación de onda, por lo tanto gráficamente se ven representados de la siguiente forma:

Figura 3. Campo Electromagnético.

La figura muestra el desplazamiento en el espacio de las ondas electromagnéticas, como se

aprecia los el campo eléctrico y magnético se mueven en planos distintos pero a la vez ortogonales

entre ellos. Entonces, a partir de lo anterior podemos hablar de campos de baja frecuencia debido

a su condición de onda.

2.3. Radiación

La radiación se clasifica en ionizantes y no-ionizantes. La radiación ionizante es, por ejemplo, las de

los Rayos X, la radioterapia o los reactores nucleares. La radiación no ionizante es propia de los

campos electromagnéticos que se producen en torno a cualquier dispositivo por el que circula

corriente eléctrica, como líneas de alta tensión, teléfonos móviles, afeitadoras eléctricas, hornos a

microondas u ordenadores. Es en este tipo en el que se centra nuestro estudio.

6

2.4. Espectros

Debidos a los cambios de frecuencia que admiten las ondas electromagnéticas, es posible

dividirlas en diferentes rangos de acuerdo a sus frecuencias. En la siguiente tabla se especifican

sus divisiones:

Tabla 1. División de frecuencias.

Nombre Abreviatura inglesa Banda ITU Frecuencias Longitud de onda

Inferior a 3 Hz > 100.000 km

Extra baja frecuencia ELF 1 3-30 Hz 100.000–10.000 km

Súper baja frecuencia SLF 2 30-300 Hz 10.000–1000 km

Ultra baja frecuencia ULF 3 300–3000 Hz 1000–100 km

Muy baja frecuencia VLF 4 3–30 kHz 100–10 km

Baja frecuencia LF 5 30–300 kHz 10–1 km

Media frecuencia MF 6 300–3000 kHz 1 km – 100 m

Alta frecuencia HF 7 3–30 MHz 100–10 m

Muy alta frecuencia VHF 8 30–300 MHz 10–1 m

Ultra alta frecuencia UHF 9 300–3000 MHz 1 m – 100 mm

Súper alta frecuencia SHF 10 3-30 GHz 100-10 mm

Extra alta frecuencia EHF 11 30-300 GHz 10–1 mm

Por encima de los 300 GHz < 1 mm

7

3. Fuentes de Campo Electromagnético

Cabe señalar que existen tanto fuentes naturales como artificiales de campo electromagnético, las

que se detallan a continuación:

3.1. Fuentes Naturales

Algunas fuentes naturales de campos electromagnéticos son las siguientes:

a. Tormentas

Las nubes de tormenta, por lo general, en su parte alta poseen cargas positivas y en la

parte baja negativas, generándose un campo eléctrico al interior de ellas. El rayo se

produce por la diferencia de potencial entre la parte baja de la nube y la tierra.

b. Corrientes de magma

El campo magnético terrestre es producido por las corrientes del magma en fusión en el

núcleo de la tierra y por las corrientes eléctricas que esto genera.

3.2. Fuentes Artificiales

Algunos ejemplos de fuentes de campos electromagnéticos generador por el hombre en baja

frecuencia son:

a. Líneas de Transmisión de Alta Tensión (50-60 Hz).

b. Sistemas de trenes eléctricos (16 Hz).

c. Transformadores.

d. Iluminación

Algunos ejemplos de fuentes de campos electromagnéticos en alta frecuencia son:

a. Celulares.

b. WiFi.

8

c. Antenas

d. Microondas.

4. Posibles efectos sobre la salud

No existe un consenso total a nivel mundial sobre los reales efectos que tiene el campo

electromagnético sobre la población. Muchos de los estudios realizados resultan incluso

contradictorios unos a otros, porque las variables involucradas en ellos son distintas.

Por ejemplo, se han detectado casos de irritación ocular y cataratas en trabajadores expuestos a

niveles altos de campos electromagnéticos, pero los estudios en animales no lo han logrado

comprobar.

Está en boca de todos de que la exposición a niveles altos de radiación (ondas electromagnéticas),

aumenta el riesgo de poseer cáncer. Sin embargo, eso no ha sido demostrado: De hecho, no se

han encontrado incrementos grandes de riesgo de ningún tipo ni en niños ni en adultos. En caso

de que los campos electromagnéticos produjeran realmente algún aumento de riesgo de cáncer,

este sería extremadamente pequeño.

También algunas personas dicen ser hipersensibles a los campos eléctricos o magnéticos,

presentando dolores de cabeza, depresión, y hasta alteraciones del sueño. Esto tampoco ha

podido ser comprobado.

Actualmente, las investigaciones se centran principalmente en el estudio de la relación entre los

campos electromagnéticos como radiación no ionizante y el cáncer, la utilización de teléfonos

móviles y las líneas de alta tensión. Aún no hay alguna prueba real de que los campos

electromagnéticos afecten realmente a la salud.

5. Normativa Actual

Para proteger al organismo de los efectos por la exposición prolongada a campos

electromagnéticos presentes en el entorno, existe cierta normativa, distinta en cada país. Sin

embargo, esta normativa es basada en recomendaciones dadas por la ICNIRP, la Comisión

Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante, reconocida por la Organización

9

Mundial de la Salud. Estas recomendaciones establecen límites de exposición, los que se

actualizan según los estudios científicos que van haciéndose.

A continuación, se presenta un resumen de los límites de exposición recomendados por la ICNIRP,

la NRPB-UK (National Radiological Protection Board- United Kingdom) y ACGIH (American

Conference of Governmental Industrial Hygienist), frente a distintas intensidades de campo

magnético.

Tabla 2. Recomendación CM de diferentes organismos.

Público General

Organización Campo Magnético [G] Tiempo Máximo de Exposición

NRPB-UK 13,3 -

ICNIRP 1 24 horas

ICNIRP 10 Poco tiempo de exposición

Trabajadores

Organización Campo Magnético Tiempo Máximo de Exposición

NRPB-UK 13,3 -

ICNIRP 5 -

ICNIRP 50 Exposición Continua

ACGIH 10 Poco tiempo de exposición

Los límites de exposición recomendados por la ICNIRP son:

10

Tabla 3. Recomendación ICNIRP frecuencia v/s CE v/s CM

Frecuencia de la

red eléctrica

europea

Frecuencia de estaciones

base de telefonía móvil

Frecuencia de los hornos de

microondas

Frecuencia 50 Hz 50 Hz 900 MHz 1,8 GHz 2,45 GHz

Campo eléctrico

(V/m)

Campo

magnético

(G)

Densidad de

potencia

(W/m2)

Densidad de

potencia

(W/m2)

Densidad de

potencia

(W/m2)

Límites de

exposición para

la población

5 000 1 4,5 9 10

Límites de

exposición

laboral

10 000 5 22,5 45

EL IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) también tiene un papel importante en el

estudio de los efectos del campo electromagnético en baja frecuencia sobre el cuerpo humano.

Frente a ellos, señala las siguientes recomendaciones sobre los límites de exposición al campo

eléctrico por ciertas partes del organismo:

Tabla 4. Recomendación IEEE exposición del cuerpo.

Publico General Ambiente Controlado

Tejido Expuesto fe [hz] E0-rms [V/m] E0-rms [V/m]

Cerebro 20 0,00589 0,0172

Corazón 167 0,943 0,943

Manos, Muñecas, Pies, Tobillos 3350 2,1 2,1

Otro tejido 3350 0,701 2,1

11

6. Sensores Electromagnéticos

Considerando los medidores de campo eléctrico más utilizado se pueden distinguir tres

tipos que dependen de la forma de sus electrodos y de su aplicación, como fuente de corriente o

de voltaje. Esto se debe a que los medidores de campo eléctrico traducen este campo en una

corriente o en un voltaje el que se envía a otro dispositivo que lo interpreta.

a. Dipolo

Este medidor tiene dos electrodos con forma de varillas. Cuando el dipolo es simétrico se

basa en que el campo eléctrico interactúa con la antena dipolar simétrica, lo que induce una f.e.m.

sobre ésta. Esta señal, es la que se envía a algún instrumento que la detecte luego de ser

amplificada. Además, la señal antes de ser amplificada es proporcional al campo eléctrico medido

lo que permite realizar las mediciones. Este dispositivo se considera una fuente de voltaje.

b. Dipolo Esférico

El medidor del tipo dipolo esférico consiste en dos semiesferas metálicas separadas por

una distancia que se llama ecuador del dipolo. Este dispositivo tiene una alta sensibilidad en

comparación a los demás. Al utilizar este aparato lo que se hace es determinar el valor de la

corriente que pasa por el ecuador, pues está directamente relacionada con el campo eléctrico que

se desea medir. Esto se debe a que el campo eléctrico variable cambia la distribución de las cargas

en la superficie de las semiesferas lo que ocasiona que aparezca una corriente en el ecuador. Este

dispositivo evidentemente se considera una fuente de corriente.

c. Medidor de placas paralelas

Un medidor de placas paralelas funciona con el mismo principio de los condensadores. Es

decir al haber un campo eléctrico externo que lo afecte se genera una diferencia de potencial

entre sus placas y al ser este variable aparece una corriente. Básicamente tiene dos electrodos que

12

se encuentran aislados entre sí, los que se conectan a algún instrumento que mida voltaje o

corriente. Dado que aparecen tanto una corriente como un voltaje este dispositivo puede

considerarse como una fuente de voltaje o una de corriente.

7. Medición de Campos Electromagnéticos

Para medir los campos electromagnéticos se hizo uso de los instrumentos que estaban

disponibles, los que permiten medidas en un solo eje (a excepción del EMDEX II):

Multímetro Metex M-3800

Pértiga

Sensor magnético EFM140 (solenoide)

Dipolo EFM 160

EMDEX II

El multímetro se conectó ya sea al solenoide o al dipolo para hacer la medición del campo

magnético o eléctrico respectivamente. Al realizar esto se obtuvo una equivalencia en volts del

valor de los campos, lo que se detallará más adelante. Además, también se utilizó el aparato

EMDEX II para medir campo magnético y comparar los valores obtenidos con ambos instrumentos.

Figura 4. Multímetro.

Al medir campo eléctrico utilizando el dipolo se sigue la equivalencia mostrado en el

multímetro corresponde a de campo eléctrico, es decir una medida de

corresponde a . Además al hacer mediciones de campo eléctrico se tuvo

especial cuidado de mantener el multímetro lo más lejos posible de una persona gracias a la

13

pértiga con que este se manipula. Lo recomendable es mantener una distancia de dos metros

entre la persona y el multímetro pero disponible era de aproximadamente un metro. Además,

para evitar que el campo magnético terrestre afecte las mediciones en una magnitud

considerable, es necesario mantener el medidor a una altura mínima de un metro.

Por otro lado el uso de la pértiga dificultó las mediciones pues dependía mucho de la

capacidad del usuario de mantener el multímetro fijo a una distancia adecuada del objeto a medir.

Para medir el campo magnético con el multímetro conectado al solenoide no es necesario

utilizar la pértiga por lo que fue más fácil realizar las mediciones. Al poder manipularse el

solenoide directamente no hubo muchos problemas para fijar el multímetro a la distancia

adecuada. Además fue necesario realizar tres mediciones perpendiculares del campo magnético

para obtener la magnitud total de este. Esto se puede lograr utilizando que:

√

Donde los valores dentro de la raíz expresan la magnitud del campo magnético en las

distintas componentes cartesianas. Esto se utiliza cuando el campo a medir no es simple, un caso

simple sería el de una línea de alta tensión, pues esta puede tomarse como un cable infinito. El

sensor magnético utilizado traduce a en a .

Luego, en uno de los casos se utilizó el EMDEX II para compararlo con la medición

obtenida utilizando el otro instrumento. En este caso le medición consistió sólo en ubicar el

aparato en la dirección correcta para luego obtener el valor del campo magnético en miligauss.

14

Figura 5. ENDEX II

Cabe destacar que las mediciones de los campos eléctricos traen aparejadas consigo

siempre un error, por lo que la norma sugiere uno menor al 10%.

8. Resultados obtenidos

Se realizaron mediciones de diferentes objetos, los que se listan a continuación

a. Notebook Mac

Tabla 5. Mediciones CEM Notebook

Distancia [cm] Campo Eléctrico [V/m] Campo Magnético [mG]

0 5 1,3

3 3,3 0,9

6 2,1 0,5

9 1,8 0,2

12 1,4 0,1

15 1 0,1

15

Figura 6. Gráfico CEM Notebook v/s Distancia

b. Horno Eléctrico

Tabla 6. Mediciones CEM Horno Eléctrico.

Distancia [cm] Campo Eléctrico [V/m] Campo Magnético [mG]

0 4,6 35,8

3 2 20

6 1,4 14

9 0,8 7

12 0,06 5

15 0,01 2

Figura 7. Gráfico CEM Horno Eléctrico v/s Distancia

0

1

2

3

4

5

6

0 3 6 9 12 15

Cam

po

Elé

ctri

co [

V/m

]

Distancia [cm]

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 3 6 9 12 15

Cam

po

Mag

né

tico

[u

G]

Distancia [cm]

0

1

2

3

4

5

6

0 3 6 9 12 15

Cam

po

Elé

ctri

co [

V/m

]

Distancia [cm]

0

10

20

30

40

0 3 6 9 12 15

Cam

po

Mag

né

tico

[u

G]

Distancia [cm]

16

c. Audífonos

Tabla 7. Mediciones CEM Audífonos.

Distancia [cm] Campo Eléctrico [V/m] Campo Magnético [mG]

0 2,8 1,7

3 2,1 0,8

6 1,6 0,3

9 0,9 0,2

12 0,6 0,2

15 0,2 0,1

Figura 8. Gráfico CEM Audífonos v/s Distancia

d. Cargador de Notebook

Tabla 8. Mediciones CEM Cargador Notebook

Distancia [cm] Campo Eléctrico [V/m] Campo Magnético [mG] Campo magnético con EMDEX II

0 94 100 81

3 40 50,1 51

6 21 22,4 21

9 18 10,6 16

12 16 4,4 8

15 8 2 2,3

0

1

2

3

4

5

6

0 3 6 9 12 15

Cam

po

Elé

ctri

co [

V/m

]

Distancia [cm]

0

0,5

1

1,5

2

0 3 6 9 12 15

Cam

po

Mag

né

tico

[u

G]

Distancia [cm]

17

Figura 9. Gráfico CEM Cargador Notebook v/s Distancia

Con EMDEX II:

Figura 10. Gráfico CEM Cargador Notebook v/s Distancia con ENDEX II

0

1

2

3

4

5

6

0 3 6 9 12 15

Cam

po

Elé

ctri

co [

V/m

]

Distancia [cm]

0

20

40

60

80

100

120

0 3 6 9 12 15

Cam

po

Mag

né

tico

[u

G]

Distancia [cm]

0

20

40

60

80

100

0 3 6 9 12 15

Cam

po

Mag

né

tico

[u

G]

Distancia [cm]

18

9. Análisis

Es posible apreciar que las mediciones anteriormente nombradas revelan que las

intensidades de los campos eléctrico y magnético dependen de la cercanía que se tenga

con el emisor. Los datos revelan que al ir alejando el medidor la intensidad de aquellos

campos disminuía.

Es importante considerar que los gráficos muestran que el decrecimiento del campo

eléctrico y magnético es no lineal con respecto a la variable de la distancia.

Según los datos medidos, el cargador de notebook marcó la mayor intensidad de campo

eléctrico y magnético, esto debido a las transformaciones de corriente continua a

corriente alterna que se producen dentro de él, donde deben actuar varios campos

electromagnéticos.

En forma parecida, el horno eléctrico también marca un gran valor en el campo

magnético, posiblemente debido a la transformación de la corriente alterna en calor para

calentar los alimentos.

Para los demás objetos, las mediciones indicaron que sus campos son pequeños sin

mayores comentarios.

19

10. Conclusión

Se concluye que es posible medir campos magnéticos y eléctricos haciendo uso de los

instrumentos proporcionados. Además las mediciones obtenidas fueron bastante parecidas a lo

esperado. Las curvas de los gráficos se asemejaban bastante a un decaimiento cuadrático en

función de la distancia que sería lo que se espera dadas las ecuaciones que describen el

comportamiento de ambos campos. Por lo tanto se puede decir que la teoría se comprobó con los

experimentos realizados.

Por otro lado el uso de pértiga dificulta mucho las mediciones dado que mantener el instrumento

fijo a una distancia del objeto a medir resulta complejo. El usuario debe operarlo con mucho

cuidado para que las medidas no se vean demasiado alteradas por el movimiento del medidor.

Finalmente, dadas las medidas de campo electromagnético que se obtuvieron se puede establecer

que, al menos en los lugares en que se midió, las personas están fuera de riesgo de sufrir algún

daño causado por estos campos.

20

11. Bibliografía

1. Sitios Web http://www.chubut.gov.ar/ambiente/imagenes/CEM-IATREE.pdf

http://www.elmundo.es/elmundosalud/2005/01/20/oncodudasypreguntas/1106228484.

html

http://www.who.int/peh-emf/about/WhatisEMF/es/index1.html

http://cem.teleingenieria.es/Mediciones-in-situ

http://www.icnirp.de/PubEMF.htm

21

12. Anexos

12.1. Índice de Figuras

Figura 1. Superposición del campo eléctrico. ..................................................................................... 3

Figura 2. Regla de la mano derecha. ................................................................................................... 4

Figura 3. Campo Electromagnético. .................................................................................................... 5

Figura 4. Multímetro. ........................................................................................................................ 12

Figura 5. ENDEX II .............................................................................................................................. 14

Figura 6. Gráfico CEM Notebook v/s Distancia ................................................................................. 15

Figura 7. Gráfico CEM Horno Eléctrico v/s Distancia ........................................................................ 15

Figura 8. Gráfico CEM Audífonos v/s Distancia ................................................................................. 16

Figura 9. Gráfico CEM Cargador Notebook v/s Distancia .................................................................. 17

Figura 10. Gráfico CEM Cargador Notebook v/s Distancia con ENDEX II .......................................... 17

12.2. Índice de Tablas

Tabla 1. División de frecuencias. ......................................................................................................... 6

Tabla 2. Recomendación CM de diferentes organismos. .................................................................... 9

Tabla 3. Recomendación ICNIRP frecuencia v/s CE v/s CM .............................................................. 10

Tabla 4. Recomendación IEEE exposición del cuerpo. ...................................................................... 10

Tabla 5. Mediciones CEM Notebook ................................................................................................. 14

Tabla 6. Mediciones CEM Horno Eléctrico. ....................................................................................... 15

Tabla 7. Mediciones CEM Audífonos. ................................................................................................ 16

Tabla 8. Mediciones CEM Cargador Notebook ................................................................................. 16