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versión On-line ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. vol.29 no.4 La Serena ago. 2018

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642018000400157 

Artículos

Análisis Comparativo de los Niveles de Exposición a Campos Electromagnéticos Irradiados por Estaciones de Telefonía Móvil en el Municipio de Soledad, Atlántico, en Colombia

Comparative Analysis of Exposure Levels to Electromagnetic Fields Irradiated by Mobile Phone Stations at Soledad City, Atlántico, in Colombia

Milena P. Fandiño1 

Victoria A. Arana1 

Jorge E. Trilleras2 

1Grupo de Investigación Ciencia, Educación y Tecnología (CETIC), Programa de Química, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico, Carrera 30 No. 8-49, Puerto Colombia, Atlántico-Colombia (e-mail: victoriaarana@dcc.uniatlantico.edu.co; milefand@gmail.com)

2Grupo de Investigación en Compuestos Heterocíclicos, Programa de Química, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico, Carrera 30 No. 8-49, Puerto Colombia, Atlántico-Colombia(e-mail: jorgetrilleras@mail.uniatlantico.edu.co)

Resumen

Se realizó una evaluación teórica y experimental de la exposición poblacional a la radiación electromagnética debida a estaciones base de telefonía móvil ubicadas en el municipio de Soledad, Atlántico (Colombia). Esto se realizó mediante el cálculo de la intensidad de radiación de las antenas y la distancia de la persona expuesta. Experimentalmente, se realizaron mediciones de densidad de potencia en 22 estaciones base usando un equipo de medición de radiofrecuencia de banda ancha. Un conjunto limitado de valores de densidad de potencia medido fue comparado y discutido con los valores calculados. Los resultados demuestran que los valores de densidad de potencia en las estaciones base de telefonía móvil se encuentran muy por debajo de los límites permisibles a los campos electromagnéticos de la normatividad colombiana e internacional, 4.5 W/m2 y 9.0 W/m2 para frecuencias de 900 MHz y 1800 MHz, respectivamente.

Palabras clave: campos electromagnéticos; estaciones base; radiofrecuencia; exposición poblacional; densidad de potencia

Abstract

Theoretical and experimental evaluation of people´s exposure to electromagnetic radiation due to base stations of mobile telephony located in the city of Soledad, Atlántico (Colombia) was carried out. This was done by calculating the radiation intensity of the antennas and the distance of the exposed person. Experimentally, power density measurements were done at 22 base stations using a broadband radio frequency measurement equipment. A limited set of measured power density values were compared and discussed with the calculated values. The results show that the power density values in each mobile telephone base station are well below the permissible limits to electromagnetic fields in the Colombian and international regulations, 4.5 W/m2 and 9.0 W/m2 for frequencies of 900 MHz and 1800 MHz, respectively.

Keywords: electromagnetic fields; base stations; radiofrequency; population exposure; power density

INTRODUCCIÓN

Con el fin de garantizar un mayor acceso a las telecomunicaciones y mejorar la calidad en el servicio de los usuarios se ha incrementado en los últimos años el número de estaciones base de telefonía móvil, generando una gran preocupación entre la población debido a la progresiva cercanía a sus hogares (Rodríguez et al., 2016). Si bien la tecnología en las telecomunicaciones mejora la calidad de vida de las personas, acercándolas a los sistemas de información y al conocimiento, también es muy cierto que los dispositivos o equipos creados para tal fin generan campos electromagnéticos y que la población se encuentra expuesta a radiaciones de alta frecuencia de forma permanente (Hamiti et al., 2016). Estudios recientes reportan que permanecer cerca de estaciones base de telefonía móvil y el uso continuo de teléfonos móviles puede llegar a tener un efecto adverso en el ADN a largo plazo (Gandhi et al., 2015; Siama et al., 2017).

La exposición humana a los campos electromagnéticos producidos por equipo de telecomunicaciones se puede analizar desde dos perspectivas diferentes, por posibles efectos sobre la salud y caracterizando el entorno electromagnético. En el primer caso, organismos internacionales como la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP) y el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) desarrollaron estudios para establecer los límites máximos permitidos y sus efectos. En el segundo caso, el IEEE, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) desarrollaron estándares y recomendaciones para mediciones de la radiación electromagnética y evaluación del cumplimiento de los límites de exposición (Linhares et al., 2013).

Las mediciones y evaluaciones de los campos electromagnéticos se pueden clasificar en banda ancha, proporciona una visión general rápida sin tener en cuenta contribuciones de fuentes (frecuencias) individuales, y banda angosta, proporciona información de las contribuciones de fuentes individuales. Muchos países han implementado estas mediciones para caracterizar los campos en una determinada gama de frecuencias y así decidir si el nivel de radiación es aceptable o no (Tabla 1).

Tabla 1 Estudios realizados sobre mediciones de radiación electromagnética de alta frecuencia. 

En Colombia, la normatividad con respecto a los límites máximos de exposición de las personas a campos electromagnéticos está dada por el Decreto 195 de 2005, fundamentado en las recomendaciones establecidas por ICNIRP y UIT, garantizando que no se genere algún efecto negativo sobre la salud de las personas y se aplica en especial a las zonas pertinentes en la que las personas pasan un lapso de tiempo significativo (ICNIRP, 1998; Ministerio de Comunicaciones, 2015). En este estudio, fueron medidos los campos electromagnéticos irradiados a alta frecuencia, en términos de densidad de potencia, en el municipio de Soledad (Atlántico - Colombia) y se compararon con los valores obtenidos a partir de cálculos matemáticos y con los límites máximos permisibles de exposición poblacional referenciados por directrices nacionales e internacionales. Cabe destacar que este es el primer estudio realizado en el municipio de Soledad, siendo un estudio base para futuras investigaciones.

ASPECTOS TEÓRICOS DE LA DENSIDAD DE POTENCIA Y DISTANCIA MÍNIMA DE SEGURIDAD

La densidad de potencia radiada por una antena es una magnitud vectorial que indica la tasa de flujo de energía electromagnética por unidad de área a una distancia de la antena transmisora y se puede calcular dividiendo la potencia de la radiación total por el área de una esfera de radio R, se asume como una radiación de una antena isotrópica (ideal), como se indica en la siguiente ecuación (Miclaus y Bechet, 2007; Kamo et al., 2010).

Donde, S es densidad de potencia (en W/m2 o mW/cm2), Pt es la potencia total de los canales por sector irradiado por la antena (en W o mW), G es la ganancia de la antena (en dB) y R es la distancia a la antena (en m o cm).

La densidad de potencia disminuye en función del inverso del cuadrado de la distancia de la antena transmisora. Cuando están presentes simultáneamente N antenas, la densidad de potencia total se determina a partir de la suma de las densidades de potencia individuales de cada antena. Esta es una forma de estimar la exposición de una persona a las antenas de una estación base en el campo lejano.

A una distancia d0 de la antena, la forma del campo eléctrico cambia de una forma cilíndrica en el campo cercano a un campo esférico en el campo lejano. Para una antena sectorial, esta distancia se determina como

Donde, (3 dB es el ancho del haz de media potencia horizontal (o -3 dB), GA es la directividad del lado de la antena y L es la altura de la antena.

Tomando el valor de azimut ( = 0 (la dirección de la intensidad máxima de radiación) en la expresión y considerando que la densidad de potencia máxima es igual al nivel de referencia ICNIRP, la distancia de seguridad mínima d puede calcularse como (Hamiti et al., 2016).

METODOLOGÍA

Las mediciones de radiación electromagnética de alta frecuencia se llevaron a cabo en el municipio de Soledad perteneciente al departamento del Atlántico (Colombia), cuenta con un área total de 67 km2 y alrededor de 650.000 habitantes. Su localización geográfica es 10º 55’ N y 74º 46’ O.

La evaluación de la radiación electromagnética en el campo lejano se efectuó mediante los siguientes métodos:

Método de predicción: La densidad de potencia para una distancia dada a la antena transmisora cuando se puede producir exposición a la radiación de una única antena fue calculado empleando la ecuación 1, teniendo en cuenta las especificaciones técnicas de cada caso. Para predecir la distancia mínima de seguridad desde la antena transmisora que considere el límite de la exposición a la población en general, fue empleada la ecuación 3.

Método de medición: La medición de la radiación electromagnética de alta frecuencia fue realizada tomando los valores de densidad de potencia máxima dentro de la zona de exposición, con el fin de verificar las predicciones de densidad de potencia y comparar con los límites de exposición máxima permitida del público en general en el espacio circundante a las antenas transmisoras.

Para efectos de esta investigación fueron seleccionadas las estaciones base de telefonía móvil que proporcionaron cobertura GSM, con mayor accesibilidad y cercanas a zonas con gran densidad de población, como zonas residenciales y comerciales, incluso cercanas a instituciones educativas, realizando un registro de las respectivas coordenadas mediante un dispositivo de posicionamiento geográfico. La altura de medición fue seleccionada con el valor máximo de densidad de potencia cuando fue medida a 6 alturas diferentes, sin superar los 200 cm. Se realizaron mediciones de la componente de densidad de potencia a distancias de 15 m, 50 m y 100 m desde la antena hasta el sitio de medición. Además, se llevaron a cabo 4 campañas de medición de la radiación electromagnética de alta frecuencia a las estaciones base de telefonía móvil seleccionadas durante un periodo de dos meses, entre las 8:00 am a 6:00 pm, registrándose el valor promedio máximo de densidad de potencia (W/m2) una vez transcurridos 6 minutos (Ministerio de Comunicaciones, 2005).

El equipo utilizado para medir la densidad de energía de radiación en las estaciones base de telefonía móvil fue TM-196, Tenmars Electronics Co., Ltd., Taiwán. Este dispositivo de banda ancha permite realizar mediciones de inmisión para monitorear la radiación electromagnética de alta frecuencia en el rango de 10 MHz ~ 8 GHz (Figura 1). Además, cuenta con una sonda isotrópica que consiste en una sonda triaxial con los sensores de cada eje ubicados de forma ortogonal, esta geometría permite medir el campo electromagnético total sin necesidad de mover la sonda para cubrir todas las direcciones y la polarización del emisor.

Fig. 1 Medidor de intensidad de campo electromagnético de alta frecuencia, TenMars Modelo No. TM-196. 

Los resultados obtenidos de las mediciones desarrolladas en cada una de las campañas se analizaron mediante estadística descriptiva y el empleo del software estadístico PSPP 4 Windows. Los niveles medidos de exposición de radiación electromagnética en el rango de frecuencias de 10 MHz ~ 8 GHz fueron comparados con los valores establecidos en el Decreto 195 de 2005, el cual reporta los límites máximos de exposición ocupacional y público en general reglamentados en Colombia (Tabla 2) y con los valores calculados de densidad de potencia. Los límites de densidad de potencia de 4,5 W/m2 y 9,0 W/m2 corresponden a las frecuencias utilizadas en telefonía móvil de 900 MHz y 1800 MHz, respectivamente.

Tabla 2 Límites máximos permisibles de exposición de acuerdo al Decreto 195 de 2005 del Ministerio de Tecnologías de Información y Telecomunicaciones, Colombia. 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las estaciones base de telefonía móvil seleccionadas para este estudio se componen de antenas sectoriales tipo paneles con configuraciones entre 3 y 6 sectores, montadas en el suelo y en techos de edificaciones. Las emisiones de estas antenas se concentran hacia el frente y en horizontal, formando un haz que abarca un sector entre 120º y 60º. Las bandas de frecuencias que usan estas antenas son de 900 MHz y 1800 MHz.

En la Figura 2 se muestra la ubicación geográfica de cada una de las estaciones base de telefonía móvil seleccionadas marcadas con puntos azules, mientras que los puntos rojos indican las estaciones base que no se tomaron mediciones. La distribución de los puntos donde se realizaron las mediciones dependiendo de su ubicación en el espacio urbano se muestra en la Figura 3, siendo la ubicación principal de estas antenas en lotes privados.

Fig. 2 Ubicación geográfica de las estaciones base de telefonía móvil en el municipio de Soledad, Atlántico. Puntos azules: Sitios donde se realizaron mediciones de radiación de alta frecuencia. Puntos rojos: Sitios donde no se realizaron mediciones de radiación. 

Fig. 3 Distribución de los puntos de medición de radiación de alta frecuencia en el municipio de Soledad. 

La estación base A18S fue usada para seleccionar la altura a la cual se realizarían las mediciones de densidad de potencia debido a su ubicación estratégica cercana a un centro comercial, zona residencial y vía ampliamente concurrida. La altura de medición seleccionada fue 200 cm como se presenta en las Figuras 4 y 5 para las medidas de densidad de potencia a 10 m y 50 m de distancia a la antena, respectivamente. Las mediciones de la densidad de potencia a distancias mayores a 10 m desde la antena hasta el sitio de medición son realizadas a campo lejano, teniendo en cuenta que el intervalo correspondiente al rango de frecuencias en MHz emitidas por las antenas, 900 ( f ( 1800, le corresponden un valor mínimo para la distancia a campo lejano entre 1.0 m y 0.5 m, de acuerdo a la relación dmin = 3( .

Fig. 4 Densidad de potencia (S) a diferentes alturas medida a 10 m de distancia de la estación base A18S. 

Fig. 5 Densidad de potencia (S) a diferentes alturas medida a 50 m de distancia de la estación base A18S. 

Evaluación de la radiación electromagnética de alta frecuencia

Cuando se conocen los datos técnicos de la antena, como potencia transmitida y ganancia, y se define la posición de la persona expuesta es posible calcular la densidad de potencia de la radiación desde una antena de estación base. Por lo general, la energía de la radiación no es la misma en todas las direcciones, se concentra la mayor parte en la dirección principal de transmisión. Suponiendo el caso más simple que una persona está expuesta a una sola antena de estación base y sin tener en cuenta la atenuación de otros objetos, fue calculada la densidad de potencia para las distancias de 15 m, 50 m y 100 m desde las estaciones base (Ecuación 1), y comparadas con la densidad de potencia medida para un conjunto limitado de antenas de estaciones base (A03S, A04S, A10S, A12S, A13S y A21S) como se presenta en la Tabla 3. En todos los casos, los valores predichos son más alto que los valores medidos, debido a que se consideran como valores de espacio libre en ausencia de atenuación, reflexión y absorción comparado a lo que puede ocurrir en la realidad (Alhekail et al., 2012; Suarez et al., 2016). Además, en la Tabla 3 se presentan los resultados para las distancias mínimas de seguridad para estaciones base con frecuencias de 900 MHz (S = 4,5 W/m2) y 1800 MHz (S = 9,0 W/m2) con variaciones de 2,11 m a 4,26 m para la exposición de la población general, las cuales son muy cercanas a los valores reportados en la literatura (Hamiti et al., 2016).

Tabla 3 Valores de densidad de potencia, S, (mW/m2) medidos vs predichos en el campo lejano. 

Los valores de densidad de potencia medidos de las antenas emisoras (A03S, A04S, A10S, A12S, A13S y A21S) a tres distancias diferentes en el campo lejano son presentados en la figura 6, donde se observa que la intensidad de radiación disminuye a medida que la persona expuesta se aleja de la antena. Estas antenas de estaciones base presentaron pocas fluctuaciones, con una desviación estándar entre 0.03 % y 0.20 % en las medidas de densidad de potencia en las cuatro campañas de medición, debido a que son bajas las interferencias por fuentes externas.

Fig. 6 Densidad de potencia (S) a diferentes distancias de las estaciones base en campo lejano. 

Mientras que las demás antenas de estaciones base presentaron gran variabilidad en la intensidad de la radiación de una distancia a otra en la zona de medición debido a interferencias significativas de fuentes externas, con una desviación estándar entre 0.2 % y 5.0 % en las medidas de densidad de potencia, presentando valores de densidad de potencia superiores en la distancia de 100 m, S(15 m) > S(50 m) < S(100 m). En estos casos los factores más observados durante las mediciones fueron:

Obstrucción debida a estructuras inmóviles o rígidas colocadas dentro de la línea de visión de la medición. Las antenas A05S y A06S se encuentran ubicadas en techos de casas de 2 pisos, a su alrededor hay presencia de otras estructuras similares y árboles.

Interferencia de onda de otras fuentes de campos electromagnéticos alrededor de la estación base de referencia, tales como antenas de radio y TV, receptores, etc. La antena A01S se encuentra ubicada muy cercana a una antena de radio de la Estación de Policía Nacional.

Interferencia de la radiación (onda) y/o ruido de objetos en movimiento como vehículos, motocicletas, etc. Las antenas A09S y A18S se encuentran ubicadas en vías de alto flujo vehicular.

Interferencia de onda desde otra estación base agrupada alrededor de una estación base de referencia, muy frecuente en las antenas sectoriales. Además, se presenta el fenómeno de superposición que establece que el campo producido por un conjunto de fuentes es la suma de los campos de las fuentes individuales. Si las fuentes tienen la misma dirección en sus corrientes individuales, el potencial total puede obtenerse por la suma escalar de los potenciales individuales (Nwankwo et al., 2013). La antena A15S se encuentra muy cercana a las estaciones base A07S, A08S, A09, A16S.

Comparación con la Norma

Los valores máximos de densidad de potencia medidos a campo lejano fueron observados en las estaciones base A15S, A018S, A05S y A16S con valores entre 1,5 x 10-2 W/m2 y 8,0 x 10-3 W/m2, durante las cuatro campañas de medición. Estos valores en la actualidad se encuentran muy por debajo de los límites permisibles de la exposición poblacional planteados en la normatividad colombiana (Decreto 195 del 2005) e internacional (ICNIRP), el límite permisible para la densidad de potencia, S, es 4,5 W/m2 y 9,0 W/m2 para las frecuencias de 900 MHz y 1800 MHz, respectivamente. Este resultado es importante para aquellas personas que viven en cercanías a estas fuentes radiantes y que siempre se han preocupado por los posibles efectos que pueden ocasionar a su salud.

CONCLUSIONES

El método de medición experimental permitió obtener de una manera fácil y rápida la intensidad de radiación, en términos de densidad de potencia, de las antenas de estaciones base de telefonía móvil durante cuatro campañas de medición. Las 22 estaciones base de telefonía móvil evaluadas se encuentran muy por debajo de los límites permisibles establecidos en las directrices nacionales (Decreto 195 del 2005) e internacionales (ICNIRP), no superan el 0,33 % y 0,16 % de los límites para frecuencias de 900 MHz y 1800 MHz, respectivamente. Las cuatro campañas de medición permitieron establecer las antenas de estaciones base que presentaron pocas fluctuaciones, desviación estándar entre 0.03 % y 0.20 %, y aquellas que debido a diferentes factores son afectadas por interferencias significativas de fuentes externas, desviación estándar entre 0.2 % y 5.0 %.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Gobernación del Atlánticopor la beca de estudios de Maestría en Ciencias Ambientales para la estudiante Milena Patricia Fandiño de la Hoz y a la Policía Nacional de Colombia por la seguridad brindada en las campañas de medición.

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Recibido: 24 de Octubre de 2017; Aprobado: 26 de Diciembre de 2017

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