Come misurare i campi e.m. degli apparecchi domestici

I misuratori di campi elettromagnetici, utilizzati per indicare l’intensità complessiva di una gamma di campi elettromagnetici, sono oggigiorno disponibili con un’ampia gamma di sensibilità, risposte in frequenza e caratteristiche. Per l’uso a casa o in ufficio, dei semplici misuratori low-cost risultano spesso sufficienti per un rilevamento iniziale. Generalmente sono richiesti due diversi tipi di misuratori: un misuratore a banda stretta per campi a bassa frequenza (ELF) e un misuratore RF a banda larga per campi a radiofrequenza ed a microonde, sebbene a volte questi siano combinati in un unico strumento (combo).

Il misuratore ELF viene utilizzato per misurare i campi magnetici (e talvolta anche elettrici) associati ai campi a bassissima frequenza (ad esempio alla frequenza di rete a 50 Hz e, al più, a qualche kHz) mentre il misuratore RF a banda larga deve misurare il gradiente di tensione o la densità di potenza dei campi a radiofrequenza. Il misuratore RF deve essere anche in grado di misurare la radiofrequenza pulsata prodotta da telefoni cellulari e stazioni radio base, telefoni cordless DECT e reti wireless, oltre alla potenza continua di sorgenti RF meno complesse, come trasmettitori radio e TV. Esempi economici di entrambi i tipi di misuratori sono illustrati di seguito per facilitare il compito del lettore.

I campi elettrici e magnetici generati dagli apparecchi domestici sono localizzati in vicinanza della sorgente e quindi interessano, solitamente, soltanto zone parziali del corpo. L’intensità dei campi è molto variabile a seconda del tipo di elettrodomestico, della sua potenza, della condizione di funzionamento. In generale, i campi magnetici generati dagli apparecchi domestici (ad es. trasformatori, motori, TV, PC, etc.) sono localizzati in vicinanza della sorgente e diminuiscono rapidamente all’aumentare della distanza. Gli elettrodomestici producono anche campi elettrici statici e campi elettromagnetici a varie basse frequenze, i quali diminuiscono rapidamente di intensità all’aumentare della distanza.

Tutti gli apparecchi domestici producono dei campi elettrici, magnetici o elettromagnetici localizzati entro una certa distanza dal dispositivo stesso.

Nella letteratura scientifica, le basse frequenze sono suddivise in due gamme principali, ovvero a frequenza estremamente bassa (ELF), con frequenze fino a 300 Hz, e frequenza intermedia (IF) con frequenze comprese tra 300 Hz e 10 MHz. Un recente studio scientifico (Gajsek et al., 2016) ha mostrato che, nell’ambiente indoor, valori elevati del campo magnetico a frequenza estremamente bassa (ELF) sono stati misurati vicino a diversi elettrodomestici (fino alla gamma dei millitesla), alcuni dei quali sono tenuti vicino al corpo come, ad esempio, asciugacapelli e rasoi elettrici. Le comuni fonti di esposizione alle frequenze intermedie (IF) comprendono invece le cucine ad induzione, le lampadine fluorescenti compatte, i sistemi di ricarica induttivi per auto elettriche ed i dispositivi di allarme e anti-taccheggio.

Le varie sorgenti di campi elettromagnetici alle varie frequenze. (fonte: ENEA)

Le sorgenti di campi a frequenze intermedie (IF) comprendono anche schermi per computer e televisori contenenti tubi catodici, giocattoli che includono motori elettrici, etc. I livelli di riferimento per l’esposizione del pubblico possono essere superati nelle immediate vicinanze di tali dispositivi. Alcune altre fonti di IF sono recentemente diventate estremamente comuni nelle case e altri dispositivi potrebbero presto seguirne l’esempio: si pensi, ad esempio, agli apparecchi per la ricarica induttiva wireless delle batterie dei cellulari. Anche vari componenti automobilistici producono campi magnetici a bassa frequenza (da pochi Hz a diversi kHz) nei cavi e nei componenti che conducono l’elettricità. Le auto ibride e/o elettriche producono campi magnetici ben più potenti rispetto ai veicoli tradizionali dotati solo di motori a benzina o diesel.

La misurazione dei campi elettromagnetici domestici vi aiuterà ad adottare comportamenti appropriati. Ci sono svariati modi per limitare la propria esposizione ai campi elettromagnetici domestici, ed in particolare uno è lo stare lontano da un apparecchio elettrico in azione: ad esempio, sedete ad una distanza pari alla lunghezza delle braccia dal vostro monitor. Infatti, i campi magnetici generati dagli elettrodomestici decrescono rapidamente in intensità all’aumentare della distanza dalla sorgente. Evitate poi la vicinanza non necessaria ad elevate fonti di campi, come ad esempio linee elettriche o trasformatori. Infine, riducete il tempo di permanenza nei campi: ad es. spegnete il monitor del computer, o altri dispositivi elettrici, se non li state usando.

Guida alla scelta dei misuratori appropriati

Le procedure e le tecniche di misurazione dei campi elettromagnetici variano dunque in base alla frequenza. Per comodità (anche se queste non sono definizioni “appropriate”) possiamo riferirci alle frequenze intorno a circa 50 Hz come frequenze extra-basse (ELF), quelle superiori a 1 GHz come microonde e quelle intermedie come frequenze radio (RF). Quindi, se abbiamo bisogno di un misuratore per controllare i campi da elettrodomestici e dalla rete elettrica domestica, abbiamo bisogno di un misuratore per 50 Hz o ELF. Se è necessario misurare i campi da telefoni cellulari o cordless e da router o forni a microonde, abbiamo bisogno di un misuratore per misurare RF e microonde.

In genere, un misuratore per misurare le ELF potrebbe avere una gamma di frequenze da 30 Hz a 2 kHz e uno per misurare la RF da 50 MHz a 3 GHz o, per un misuratore solo poco più costoso, da 1 MHz a 8 GHz. La recente aggiunta di lampade fluorescenti compatte a casa richiede un misuratore con una gamma VLF da 2 kHz a 400 kHz se i loro campi devono essere misurati. In generale, per frequenze inferiori a 300 MHz (e dunque anche alla frequenza di rete), sono necessarie misurazioni separate dei campi magnetici (H) ed elettrici (E), o quanto meno del campo magnetico (che è quello che provoca gli effetti biologici a 50 Hz), mentre per le radiofrequenze e per le microonde è sufficiente la misurazione del solo campo elettrico.

Per la misurazione dei campi magnetici alla frequenza di rete (50 Hz), viene normalmente utilizzato uno strumento con una sonda a induzione magnetica. La risposta in frequenza dello strumento dovrebbe essere compresa tra 30 Hz e 1 kHz, per poter misurare le armoniche della frequenza di rete che si hanno nella rete elettrica di casa. L’errore dello strumento dovrebbe essere limitato a ± 10% a 50Hz. La sua gamma dinamica dovrebbe essere sufficiente: ad es. 0-200 μT o maggiore per misurare campi elevati, mentre 0-10 μT è sufficiente per i campi domestici, che necessitano di una sensibilità di almeno 0,1 μT. Per misurazioni a lungo termine, il misuratore deve avere una capacità di registrazione digitale (data logging). Se il misuratore è analogico, l’ago spesso fluttuerà, per cui la misura registrata dovrebbe essere la media stimata.

Un misuratore ELF affidabile e con un buon rapporto qualità/prezzo è il TriField 100XE, uno strumento analogico del costo di circa 200 euro che misura principalmente campi magnetici ed elettrici generati dalla tensione di rete (a 50 Hz) – nella banda da 30 Hz a 2 kHz – insieme su tre assi determinando così il valore efficace, grazie alle sue sonde isotropiche. L’ultimo arrivato in casa TriField è comunque il misuratore digitale TriField TF2, un misuratore ELF isotropico che può misurare campi magnetici a bassa frequenza (nell’intervallo 40 Hz-100 kHz) e campi elettrici a bassa frequenza (nel medesimo intervallo).

Il misuratore TriField 100XE, ottimo per misurare i campi magnetici ed elettrici a frequenza di rete (50 Hz) e nel range delle ELF.

La banda più larga del TriField TF2 rispetto al modello analogico (TriField XE) lo rende ottimo per misurare anche i campi magnetici degli elettrodomestici, della rete elettrica di casa (che ha oltre il 30% di armoniche) e, più in generale, dell’“elettricità sporca”, che caratterizza spesso le reti elettriche negli ambienti indoor; mentre ne è del tutto sconsigliato l’uso come misuratore di radiofrequenze (RF), per le quali occorre uno strumento ad hoc. Dunque, il TriField XE risulta più indicato per la misurazione (outdoor o indoor) dei campi prodotti dagli elettrodotti, che hanno solo pochi punti percentuali di armoniche, mentre per quella delle sorgenti indoor il TriField TF2 è preferibile.

Il misuratore TriField TF2, ottimo per la misurazione, ad esempio, dei campi magnetici degli elettrodomestici e della rete elettrica di casa.

Invece, uno dei misuratori a radiofrequenza (RF) di elettrosmog più diffusi in Italia – e, soprattutto, con il miglior rapporto qualità/prezzo – è il PCE-EM 29. Si tratta di un apparecchio a larga banda, del costo di circa 200 euro, in grado di misurare i campi elettromagnetici a radiofrequenza indoor e outdoor nell’intervallo 50 MHz-3,5 GHz, grazie al suo sensore di campi elettrici isotropico (che permette misurazioni su tre assi insieme o anche uno alla volta). Esso consente di misurare, in pratica: l’intensità di campo delle onde elettromagnetiche ad alta frequenza (RF); la densità di potenza irradiata dalle antenne delle stazioni radio base della telefonia mobile; le applicazioni di comunicazione wireless (CW, TDMA, GSM, DECT); il segnale del Wi-Fi (router, Wireless LAN e hotspot); le spy camera e le cimici wireless; il livello della radiazione emessa da telefoni cellulari e cordless; eventuali perdite dai forni a microonde.

Un misuratore RF modello PCE-EM 29 mentre misura il campo vicino alla base di un telefono cordless DETC. Si noti il valore di campo elettrico assai elevato prodotto, pari a 5,6 V/m a poca distanza dalla base. (fonte: www.onde-invisibili.it)

 Misurazioni alle basse frequenze: i campi magnetici

I campi a frequenza di rete (50 Hz) presenti nelle case e negli uffici differiscono da quelli degli elettrodotti per due importanti caratteristiche: l’intensità di tali campi può essere molto piccola, finanche dell’ordine di 0,1 μT (o 1 mG), che è circa due ordini di grandezza inferiore rispetto ai campi vicini alcune linee elettriche ad es. a media o alta tensione; e (2) i campi possono contenere un’elevata percentuale di armoniche, cioè oltre il 30%. Inoltre, mentre la geometria e le caratteristiche degli elettrodotti sono abbastanza ben definite, lo stesso non si può dire per le sorgenti in ambito residenziale e lavorativo, dove la geometria e l’intensità dei campi sono tipicamente più complicate e dipendono da vari fattori.

I campi magnetici in casa sono prodotti da correnti elettriche che variano ampiamente e hanno una variabilità istantanea, oraria, giornaliera e stagionale. Pertanto, i campi magnetici residenziali sono altamente variabili non solo in luoghi diversi della casa, ma anche nel tempo nella stessa posizione. Ogni misurazione si deve quindi ritenere unica nel tempo e nello spazio e va registrata con l’orario e la posizione dello strumento di misura. Dunque, una metodologia standard che includa un preciso protocollo di misurazione dei campi magnetici indoor migliora l’affidabilità e la comparabilità delle misurazioni.

In generale, le misurazioni del campo magnetico residenziale riassumono il campo magnetico medio durante un periodo di campionamento specificato. Possono essere classificate, fondamentalmente, in due categorie principali: (1) Misurazioni spot: cioè effettuate in uno o più luoghi, in un breve periodo di tempo e dando una risposta unica in ogni luogo; (2) Misurazioni a lungo termine: misurazioni effettuate da un misuratore e registrate da un registratore di dati collocato in una data posizione per, di solito, almeno 24 h, anche al fine di ricavarne una media aritmetica (o, a volte, una mediana) delle misure individuali. Le misurazioni principali vengono di solito fatte alla frequenza di rete fondamentale (50 Hz in Italia e in Europa), senza misurare le armoniche né altre frequenze (le radiofrequenze richiedono uno strumento ad hoc).

Vi è poi, in realtà, anche un terzo tipo di misure: le (3) Misurazioni di esposizione personale. Queste sono fatte, in genere a scopo di ricerca o di tutela della salute personale, dal residente in questione indossando un piccolo misuratore portatile e un data logger – ovvero un registratore elettronico dei dati – per, di solito, almeno 24 ore. Questo registratore registrerà spesso i campi magnetici incontrati dentro e fuori casa nelle normali attività quotidiane, ed è posto vicino al letto quando il soggetto monitorato dorme. Quest’ultimo deve anche compilare un diario delle attività quotidiane (orario, luogo e apparecchi elettrici usati) svolte durante le 24 ore del monitoraggio. Per valutare l’esposizione residenziale, pertanto, le misurazioni dell’esposizione personale possono essere limitate ai periodi in cui il residente si trova dentro la casa.

Registrazione con un esposimetro dell’esposizione al campo magnetico nelle 24 ore da parte di una bambina di 10 anni. (fonte: Report IEEE)

Le misurazioni dovrebbero essere effettuate nei seguenti luoghi: (a) Campi di fondo: a 1 metro sopra il livello di terra /pavimento posizionando il misuratore in piedi su un materiale/superficie non conduttore; le misurazioni dovrebbero essere effettuate il più vicino possibile al centro geometrico di una stanza; (b) Campi degli elettrodomestici: a una distanza simile a quella di solito usata quando si utilizza l’apparecchio in questione; la posizione delle misurazioni dovrebbe simulare la posizione del tronco umano; (c) Monitoraggio personale: per l’esposizione personale, le misure dovrebbero essere fatte con il misuratore posto sul busto.

La quantità di energia elettrica usata nella casa influenza i livelli del campo magnetico. Perciò, le misurazioni puntuali nelle stanze e nelle posizioni esterne della residenza dovrebbero essere fatte sotto condizioni di uso energetico “basso”, “alto” e “normale”. La prima condizione simula un periodo di consumo energetico molto basso, come quando si dorme di notte, ed è quindi una misura approssimativa dei campi prodotti dagli elettrodotti vicini e da altre fonti esterne. La condizione di basso consumo si ottiene spegnendo la maggior parte dei sistemi che consumano elettricità all’interno della residenza, inclusi riscaldamento e aria condizionata, luci ed elettrodomestici. Gli apparecchi che operano continuamente, come frigoriferi e congelatori, dovrebbero essere lasciati accesi.

La condizione di utilizzo energetico alto simula invece un periodo di elevati consumi ed è quindi indicativa della combinazione dei campi di fonti esterne e di quelli localizzati all’interno della casa. Può anche permettere di identificare il contributo “corrente di terra” della casa, che può in alcuni casi essere la fonte principale del campo magnetico. La condizione si ottiene accendendo più sistemi elettrici che consumano energia, comprese le luci e gli elettrodomestici. Invece la condizione di utilizzo energetico medio è opzionale ed è la più rappresentativa (insieme a quella a bassi consumi) dei campi magnetici normalmente esistenti dentro casa. Si ottiene accendendo solo alcuni apparecchi elettrici o luci, in modo da simulare le condizioni che esisterebbero durante il normale utilizzo di una stanza quando è presente un residente.

Il contatore della luce ci fornisce il valore della potenza elettrica assorbita in un dato momento da tutti gli apparecchi utilizzati in una casa.

Altre informazioni che possono essere utilizzate per valutare l’esposizione ai campi magnetici residenziali sono: le caratteristiche della sorgente del campo magnetico (tipo, tensione, potenza, etc.); la posizione degli ingressi e dei contatori di energia elettrica, gas e acqua; l’esistenza, il tipo e la posizione di eventuali linee elettriche, trasformatori o sottostazioni nelle vicinanze della casa; il consumo di elettricità della residenza (annuale, trimestrale etc.); le informazioni sull’uso degli apparecchi da parte del residente (compreso il tempo e la frequenza di uso e la prossimità all’apparecchiatura quando è in uso); misure di campi magnetici prodotti da correnti di terra, ad esempio, in prossimità del palo di terra.

Una misurazione professionale di un campo magnetico consiste nel registrare la massima intensità del campo magnetico in tre direzioni ortogonali e calcolare la grandezza risultante come valore quadratico medio (valore efficace). In quanto tale, lo strumento di misura dovrebbe essere un misuratore di campo magnetico a tre assi che registra le tre componenti ortogonali del campo e successivamente calcola il valore efficace risultante. Se un misuratore misura il campo magnetico solo in una direzione, ogni componente ortogonale del campo va valutata separatamente e il valore risultante deve essere calcolato e registrato di conseguenza. Il calcolo dovrebbe essere fatto usando la seguente equazione:

La semplice equazione da usare per il calcolo dell’intensità del campo magnetico a partire dalle sue tre componenti spaziali.

dove, Bx, By e Bz sono le densità di flusso magnetico misurate in un punto dello spazio nelle tre direzioni ortogonali. Va notato che i dispositivi ad un solo asse richiedono un orientamento attento per evitare di perdere la componente principale del vettore, specialmente vicino agli elettrodomestici. Si raccomanda inoltre di registrare tutte e tre le componenti ortogonali del campo, nonché il suo valore risultante. Questo approccio, tra gli altri vantaggi, consente di semplificare notevolmente l’identificazione della principale fonte di contributo del campo magnetico in un ambiente multi-sorgente complesso se il lavoro di mitigazione del campo in questione seguirà in una fase successiva.

Prima di effettuare le misurazioni per una data residenza, deve essere controllato il corretto funzionamento dei misuratori. L’attenzione dovrebbe essere posta alla calibrazione su campi di basso livello (ad es. 0.04 μT o inferiore), a causa dell’influenza dei campi di fondo. Dopo un’introduzione iniziale, la persona che effettua le misurazioni deve dare al residente una panoramica generale della procedura di misurazione. Successivamente, con l’assistenza del residente, deve ispezionare le aree di misurazione interne ed esterne e registrare su un foglio lo schema della residenza, compresi gli elettrodotti e gli impianti elettrici presenti entro una distanza di 50 metri e la posizione dei contatori della luce.

La residenza deve essere preparata per le misurazioni nella “condizione di utilizzo energetico basso” e le misure devono essere condotte presso / vicino ai centri di camere e in altri luoghi. I risultati vanno registrati di conseguenza. Dopo le misurazioni a bassa potenza assorbita, la residenza deve essere preparata per le misurazioni nella “condizione di utilizzo energetico elevato”. Le misurazioni devono essere ripetute e registrate. Successivamente, le misurazioni si concentrano sugli elettrodomestici e sugli apparecchi elettrici vicino ai quali il residente spende un tempo considerevole, come suggerito dal residente stesso. Infine, possono essere svolte altre misure aggiuntive come richiesto dal residente.

I misuratori con data logger per le misurazioni a lungo termine del campo magnetico, invece, devono essere installati nel soggiorno e nelle camere da letto dell’appartamento (o in qualsiasi altra stanza in cui viene speso un tempo significativo dai residenti). I misuratori devono essere posizionati nei (o vicino ai) centri delle stanze a 1 metro da terra su un supporto non conduttore. I misuratori devono rimanere in quella posizione per 24 ore e devono essere successivamente recuperati il giorno seguente. Se è disponibile un solo misuratore, i campi presenti in stanze diverse devono essere misurati in giorni diversi tramite accordi con il residente, assicurandosi che le condizioni di misurazione siano simili per tutti i giorni.

Misurazioni a radiofrequenza: i campi elettrici

Anche nel caso dei campi domestici a radiofrequenza dobbiamo distinguere (a) campi di fondo e (b) campi degli apparecchi elettronici. Le misurazioni del campo elettrico RF si effettuano con un misuratore RF e si svolgono in modo simile a quelle dei campi magnetici a bassa frequenza, ma con più attenzione per evitare l’influenza dell’operatore sulla misura. Per la misurazione dei campi RF di fondo dovuti a sorgenti esterne (come stazioni radio base, emittenti radio-televisive, etc.) rimandiamo alla lettura dell’articolo “Come misurare i campi delle stazioni radio base”, mentre per la misurazione dell’esposizione ai cellulari rimandiamo all’articolo “Come misurare l’esposizione al campo di un telefonino”.

Analogamente a quanto illustrato per le basse frequenze, una volta misurato con un misuratore RF il campo di fondo indoor dovuto a sorgenti RF esterne alla casa (per farlo, occorre spegnere l’interruttore generale della luce e ogni dispositivo mobile) possiamo misurare, accendendo uno alla volta i vari dispositivi, i campi prodotti a diverse distanze da varie sorgenti a radiofrequenza tipiche dell’ambiente domestico: i telefoni cordless DECT o similari; i dispositivi Wi-Fi (in particolare, i router Wi-Fi, ma non solo); i dispositivi domestici e/o domotici utilizzanti, anziché il Wi-Fi, una delle altre tecnologie di comunicazione: Bluetooth, Z-Wave, Zigbee, etc.; i contatori “intelligenti” interni o esterni alla casa.

Un Cornet ED88T usato per misurare l’emissione di un iWatch quando accoppiato a uno smartphone via Bluetooth.

Dopodiché, con il medesimo misuratore RF, si potrà misurare il campo elettrico massimo presente indoor nelle varie stanze dell’abitazione o dell’ufficio in una situazione in cui tutti i possibili utilizzatori fissi e mobili sono accesi e, successivamente, il campo elettrico che si ha in una situazione intermedia – e più realistica – in cui sono accesi solo quelli normalmente utilizzati dai residenti in quell’ambiente. Ovviamente, se si tratta ad es. di un ufficio in cui sono presenti più persone che tengono regolarmente acceso il proprio telefonino e che ogni tanto fanno o ricevono telefonate, occorrerà riprodurre tale situazione, magari avendo una certa pazienza per l’attesa; fermo restando che per farsi un’idea più precisa dell’esposizione servirebbero misurazioni a lungo termine.

Per quanto riguarda, in particolare, le misurazioni inerenti i router Wi-Fi, dato che i modelli più recenti di questi apparecchi operano, oltre che nella banda a 2,4 GHz, anche in quella a 5 GHz – che è fuori dalla portata di molti comuni misuratori RF di elettrosmog (come ad es. il PCE-EM 29) – occorre usare un misuratore RF a banda più larga, come ad esempio il Cornet ED78S, che opera nell’intervallo di frequenze da 100 MHz a 8 GHz, oppure il più costoso Cornet ED88T che, a differenza del modello precedente, è un ottimo misuratore, oltre che di RF, anche (come il TriField) di campi elettrici e magnetici a bassa frequenza, ma nell’intervallo 50 Hz-10 kHz (l’ideale per misurare l’“elettricità sporca”) e, in più, mostra sul display la frequenza dell’esposizione (sia pure solo nell’intervallo di frequenza 100 MHz-2,7 GHz).

Con un Cornet ED88T posso misurare tutti i campi ad alta e bassa frequenza.

Inoltre, se per misurare il campo Wi-Fi di un router si usano delle app tipo “Wi-Fi Analyzer”, che fra l’altro permette di misurare l’attenuazione in decibel (dB) del segnale nel caso ad es. di schermatura del router stesso, potranno essere utili il seguente grafico e la seguente tabella, che ci consentono di convertire facilmente da decibel (dB) a percentuale (%) di attenuazione e viceversa. Il decibel non è realmente un’unità di misura, piuttosto, un modo per descrivere il rapporto tra una misurazione dell’intensità e l’altra. Si noti che, a causa della relazione logaritmica, un valore di 20 dB rappresenta una riduzione dell’intensità di campo (quella che si misura in V/m o in mV/m) del 90%. Nella tabella viene mostrata anche la riduzione della densità di potenza (quella che si misura in W/m²), che è maggiore: ad esempio, sempre un valore di 20 dB corrisponde a una riduzione della densità di potenza del 99%.

Il legame fra attenuazione (ad es. tramite schermatura) e intensità di campo (grafico in alto) o densità di potenza (grafico in basso). (fonte: lessemf.com)

Una tabella che illustra in modo più preciso il legame fra attenuazione e intensità di campo o densità di potenza. (fonte: lessemf.com)

 

Riferimenti bibliografici

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