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Segnali transienti di campo elettromagnetico

pubblicato il: 8 novembre 2016
ultima revisione: 26 aprile 2020

Abstract

L’articolo fornisce un’interpretazione del contesto espositivo ai campi elettromagnetici, nella condizione in cui questi hanno un profilo temporale caratterizzato da rampe o impulsi. In questi casi la verifica del rispetto dei limiti non può prescindere da una valutazione tramite metodo del picco ponderato e in questo post ne è spiegata la ratio.

Tali condizioni sono molto più frequenti di quel che si può credere, basti pensare all’emissione elettromagnetica che si ha in occasione della fase di spunto di un’apparecchiatura elettrica come, ad esempio, nel caso della saldatura elettrica, quando scocca l’arco.

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Il profilo del segnale elettromagnetico nel dominio del tempo

Il dispositivo di legge che regola la massima esposizione al campo elettrico e magnetico nel contesto occupazionale (D.Lgs 81/08, Titolo VIII, Capo IV) fornisce un sistema di limiti distinti in frequenza (in fondo, a titolo di esempio, i valori di azione per il campo magnetico ai fini della tutela dagli effetti non termici).

Tuttavia, tenuto conto che il campo elettromagnetico, nella maggior parte dei casi, si presenta non sinusoidale e quindi popolato di diverse frequenze, quasi mai si concretizza la possibilità di eseguire un confronto diretto tra il valore di campo misurato (elettrico o magnetico) e il corrispondente limite (valore di azione inferiore, valore di azione superiore o valore limite di esposizione).

La verifica dei pertinenti limiti si attua a mezzo del metodo del picco ponderato, metodologia per l’analisi dei segnali elettrici o magnetici con forma d’onda qualsiasi che restituisce un indice (variabile nel tempo) che indica il rispetto dei limiti (per i quali è calcolato) quando assume valori inferiori a 1 (o al 100% se è adottata la percentuale).

Al di là della padronanza delle tecniche di valutazione dell’esposizione umana al campo elettromagnetico, con questo approfondimento intendiamo far osservare che la forma d’onda del segnale elettromagnetico che si va a valutare, incide in modo critico sull’entità degli effetti biologici che questa può procurare sul corpo dell’esposto e questo a parità di frequenza fondamentale e a parità di ampiezza del segnale stesso.

Le componenti di campo magnetico sotto i 10 MHz e, ancor di più sotto i 100 kHz, sono infatti responsabili di effetti riconducibili al fenomeno dell’induzione elettromagnetica, il quale comporta l’insorgenza di campi elettrici e, conseguentemente di correnti elettriche, nel corpo umano del soggetto esposto. L’entità del rischio è connessa alle correnti elettriche indotte, le quali dipendono dalla rapidità con la quale il flusso magnetico varia entro ogni superficie delimitata da un circuito chiuso costituito da tessuti elettricamente stimolabili [1]. Da questo legame, tra l’entità del fenomeno indotto e la velocità con cui varia il campo magnetico inducente, discende l’importanza delle eventuali fasi transitorie del secondo.

Le quattro immagini sotto mostrano l’evoluzione temporale dell’emissione magnetica da parte di comuni apparecchiature rappresentate da:

  1. una saldatrice a elettrodo;
  2. una saldatrice GMAW (Gas Metal Arc Welding – saldatura ad arco con metallo sotto protezione di gas);
  3. una resistenza per il riscaldo di un gas alimentata con una tensione parzializzata nel tempo;
  4. un’apparecchiatura per tecar terapia utilizzata in modalità capacitiva.

In tutte e quattro si nota che i segnali presentano frequentemente (e spesso regolarmente) delle significative rampe.

I tre segnali rappresentati nella figura sotto, sono invece tre segnali fittizi (tracciati dagli scriventi con un foglio di calcolo) tutti di pari ampiezza e stessa frequenza fondamentale (50 Hz, nello specifico, infatti hanno, tutti e tre,  un periodo di 20 ms). Tuttavia a causa delle diversa forma d’onda i tre avrebbero differenti effetti sui tessuti biologici di un eventuale soggetto esposto. Tali differenze, teoricamente interpretabili anche con un’analisi in frequenza, possono essere da questa mal quantificate per i limiti pratici dell’applicazione dell’algoritmo della FFT da parte della strumentazione di misura e si riescono invece a quantificare correttamente con un’analisi eseguita rimanendo nel dominio del tempo, tramite il metodo del picco ponderato.

Per il valutatore infine, chiarito il ruolo che ha la rapidità con cui il campo varia e non solo l’ampiezza da questo raggiunta, diventerà facilmente intuibile come, dei tre, quello con il più alto livello di rischio sia quello con la linea tratteggiata.

Diagramma temporale di tre segnali (di campo elettrico o magnetico) di periodo 20 ms e frequenza fondamentale 50 Hz. Il segnale con la linea continua è una sinusoide, gli altri due sono forme d’onda complesse e caratterizzate dalla presenza di rampe al loro interno. La linea tratteggiata rappresenta il segnale con il più alto livello di rischio, per un eventuale soggetto esposto.

Questo ci insegna che nella pratica igienistica l’esposizione al campo elettromagnetico è da valutare facendo particolare attenzione alla possibilità che il campo oggetto di misurazione possa subire dei transienti in determinate fasi del processo; ad esempio, nel caso della saldatura, è lo scocco dell’arco il momento più significativo nell’esposizione al campo elettromagnetico del saldatore.
È pertanto da valutare attentamente l’eventualità che si possano verificare situazioni come queste. A questo scopo saranno utili un’attenta osservazione del processo e il coordinamento con il personale coinvolto.

Valori di azione di campo magnetico riferiti agli effetti non termici

Bibliografia

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