Contenimento dei campi elettromagnetici in ambiente industriale - Esposizione professionale e tecniche di riduzione dell'intensità dei campi emessi da apparecchiature ed impianti

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moderne tecnologie,  delle quali, entro certi limiti, dobbiamo inevitabilmente 
sostenerne il rischio associato.  
Come già accennato, infatti, nonostante alcuni fenomeni già accertati, gli studi e 
le ricerche in materia di effetti biologici e patologici sull‟uomo, da parte dei campi 
elettromagnetici, sono di fatto ancora parziali e pertanto scientificamente privi 
dei requisiti necessari per essere considerati definitivi o addirittura esaustivi. In 
attesa però che tali studi diano risposte più precise, è indispensabile, a scopo 
cautelativo,  mettere in atto tutte quelle misure preventive che possano 
comunque consentire un adeguato contenimento dell‟ esposizione umana nei 
confronti dei predetti agenti fisici. In questa precisa ottica si snoda, con 
particolare riferimento agli ambienti lavorativi in generale e a quelli industriali in 
particolare, l‟ obiettivo di fondo del presente elaborato.  
 
 
OBIETTIVI E CONTENUTI DELL‟ELABORATO 
 
Il presente lavoro si propone, dopo aver richiamato i fondamenti teorici in fatto 
di elettromagnetismo e teoria dei campi elettromagnetici (Capitolo I), di 
evidenziare, in primis, i principali effetti biologici e sanitari, scientificamente 
accertati, che si verificano a seguito dell‟esposizione umana ai “campi 
elettromagnetici non ionizzanti” (Capitolo II). 
Successivamente, dopo aver dedicato un breve excursus alla normativa,  
nazionale e internazionale, in materia di protezione della popolazione e dei 
lavoratori dai vari effetti dei predetti campi (Capitolo III) , si è proceduto ad 
analizzare, in riferimento alla letteratura scientifica più aggiornata in materia, le 
più importanti sorgenti, industriali ed assimilate, di campi elettromagnetici (d‟ora 
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in poi campi EM), evidenziandone i tipici livelli di emissione (Capitolo IV). Nell‟ 
effettuare tale disamina, è stata rivolta particolare attenzione a quelle esposizioni 
professionali, riguardanti alcuni ambienti industriali e lavorativi confinati (es.: 
metallurgia, saldatura ed incollaggio materiali, reparti medico-ospedalieri),  che 
sono da ritenersi pericolose per l‟operatore. 
Dopo tali argomenti propedeutici è stato sviluppato il nucleo, per così dire, 
ingegneristico vero e proprio della tesi. Infatti si è cercato di fornire una breve 
panoramica dello “stato dell‟arte”, relativo alle più diffuse tecniche di riduzione-
mitigazione dei campi EM non ionizzanti, limitatamente agli ambienti confinati, 
sia in bassa (capitolo VI) che in alta frequenza (capitolo VII). Tenuto conto che 
tali tecniche si basano principalmente su metodi di schermatura, è stato pertanto 
ritenuto utile far precedere la loro descrizione  da una parte preliminare (Capitolo 
V), in cui sono stati evidenziati argomenti teorici propedeutici, con particolare 
riferimento alla “teoria semplificata della schermo ideale” e alle specifiche 
proprietà schermanti dei metalli. Inoltre negli ultimi tre capitoli, in cui si è 
sostanzialmente proceduto ad illustrare come la mitigazione dei campi EM  può 
avvenire con tecniche diverse (riorganizzazione del lay-out produttivo/lavoratvo, 
particolare cablaggio degli impianti elettrici, schermature metalliche,  
controcampi, tessuti e materiali speciali), sono stati anche inseriti  alcuni accenni a 
casi pratici ritenuti particolarmente significativi. Tali casi riguardano 
principalmente azioni di contenimento, dei campi EM, finalizzate 
sostanzialmente ad intervenire su situazioni reali, in cui si rendeva indispensabile 
un intervento di schermatura ai fini della tutela della salute dei lavoratori. E‟ da 
precisare che sono stati anche brevemente trattati alcuni casi di riduzione delle 
emissioni, “protezionisticamente non rilevanti” per l‟esposizione umana, ma 
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ritenute significative per ragioni di compatibilità elettromagnetica tra apparati o 
impianti elettrici o elettronici limitrofi.  
 
RINGRAZIAMENTI 
 
Per onestà intellettuale e senso di gratitudine, non posso non sottolineare che il 
presente lavoro è stato possibile grazie all‟apporto, talvolta solo di sostegno 
morale e psicologico ma spesso anche pratico e concreto, di numerose persone, 
familiari ed amici in particolare. Un ringraziamento speciale lo devo sicuramente: 
 
al Prof. Luca Benvenuti, per aver accettato di far da Relatore e per aver seguito, 
con disponibilità e preziosi consigli, l‟evolversi della stesura; 
 
al Dott. Paolo Rossi, ricercatore dell‟ISPESL, per la ricca ed aggiornatissima 
documentazione scientifica che mi ha fornito; 
 
all‟amico Riccardo Tomasella, esperto nell‟elaborazione elettronica dei testi e 
delle immagini, per aver dimostrato disponibilità ed inesauribile pazienza nella 
revisione tipografica dell‟intero testo; 
 
all‟amico Franco De Angelis, medico-chirurgo, per aver riletto attentamente la 
parte di carattere medico-biologico; 
 
all‟amico Emiliano Bazzan, collega di corso presso codesta Università e neo-
dottore in “Ingegneria Industriale”, per i numerosi consigli, riguardanti in 
particolare la stesura dell‟indice e delle conclusioni. 
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CAPITOLO I 
 
RICHIAMI DI ELETTROMAGNETISMO 
 
 
 
1.1 CENNI STORICI E LEGGE DI COULOMB 
 
I fenomeni elettrici rivestono un ruolo molto importante nella nostra vita 
quotidiana poiché, oltre ad essere  alla base del funzionamento degli 
elettrodomestici, dei computer e dei telefoni cellulari, costituiscono un aspetto 
fondamentale della fisica e della biologia.  L‟elettricità o interazione elettrica è 
infatti quella forza che deriva dalla presenza di cariche elettriche e che governa il 
moto degli elettroni negli atomi, che li tiene uniti all‟interno delle molecole ma 
che interviene anche nel trasporto di ioni attraverso la membrana cellulare e nella 
trasmissione degli impulsi nervosi nel nostro sistema neuromuscolare. 
L‟elettricità, a livello microscopico, si manifesta attraverso la forza attrattiva tra 
elettrone e protone. Essa è quindi già presente a livello intra-atomico, 
caratterizzando sostanzialmente l‟equilibrio di base di tutta la materia vivente e 
non vivente.  
 
I fenomeni elettrici sono stati osservati e studiati fin dall‟antichità. Gli storici della 
scienza, infatti, fanno risalire le origini degli studi della fenomenologia elettrica 
alle  esperienze di elettrostatica condotte nell‟antica Grecia dal filosofo  Talete di 
Mileto. Egli osservò, già nel VI secolo a. C., che strofinando su di un panno un 
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pezzo di ambra (resina vegetale fossilizzata), essa attirava particelle leggere come 
pezzi di foglie, fili sottili e pezzetti di lana. Nei secoli successivi le proprietà 
attrattive dell‟ambra elettrizzata, come del resto quelle della “pietra magica o 
pietra di Magnesia” (magnetite), furono sostanzialmente oggetto di superstizione. 
Fu necessario arrivare al XVI secolo per avere, da parte del medico e fisico 
inglese William Gilbert, la pubblicazione di un trattato, il “De Magnete”, 
contenente una raccolta dettagliata e sistematica di esperimenti illustrati di 
elettrostatica e magnetismo. In tale trattato comparve per la prima volta il 
termine “electricity” (elettricità), intesa come proprietà dell‟ambra elettrizzata (in 
greco antico “elektron”) di attirare minuscoli oggetti. 
 
Nel XVIII secolo lo statunitense Franklin stabilì, attraverso storici esperimenti, 
condotti durante temporali, con aquiloni e punte metalliche, che l‟elettricità si 
poteva presentare sotto due diverse forme: “elettricità positiva” ed “elettricità 
negativa”. A confermare scientificamente ciò e a dimostrare che tra corpi carichi 
si manifestano forze attrattive o repulsive, a seconda della polarità delle carica 
posseduta dagli stessi, e a calcolarne l‟intensità, fu per primo il fisico ed ingegnere 
francese Charles Augustin De Coulomb. Egli, nel 1785, dopo anni di studi e di 
sperimentazioni in fatto di elettrostatica,  dimostrò, utilizzando una bilancia di 
torsione e due sferette metalliche elettricamente cariche, che la forza di 
interazione che nasceva tra le due sfere, repulsiva per cariche dello stesso segno 
ed attrattiva per cariche di segno opposto, è direttamente proporzionale al 
prodotto delle cariche stesse ed inversamente proporzionale al quadrato della 
distanza che intercorre tra i loro centri geometrici. Tale legge fisica, nota per 
l‟appunto come legge di Coulomb, costituisce il caposaldo dell‟elettrostatica ed è 
espressa dalla seguente equazione: 
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                                             (1.1) 
 
 
Dove F è la forza d‟interazione espressa in newton [N], q1 e q2 sono le cariche 
elettriche, misurate in coulomb [C] , 
0 Η una costante assoluta che dipende dalla 
natura fisico-chimica del mezzo (in questo caso 
0 Η   è la costante dielettrica del 
vuoto), espressa in farad su metro [F/m], ed infine r la distanza, in metri [m], che 
separa le cariche stesse. 
 
                              
                                     
 
FIGURA 1.1   Interazione tra due cariche elettriche 
 
 
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Utilizzando la notazione vettoriale, la stessa legge può essere scritta nel seguente 
modo1: 
 (1.2) 
 
in cui  indica il vettore di modulo unitario (o versore) che dalla carica q1 punta 
verso la carica q2. Da questa scrittura risulta immediato che la forza fra le cariche 
è repulsiva o attrattiva a seconda che le cariche q1 e q2 siano rispettivamente di 
ugual segno o di segno opposto. 
Nel momento in cui si ha a che fare con un insieme costituito da più  cariche, la 
forza totale che agisce su una di queste sarà data dalla sommatoria vettoriale delle 
forze esercitate da tutte le altre, ciascuna delle quali contribuisce con un termine 
calcolato mediante l‟ equazione (1.2).  
I fenomeni d‟interazione a distanza tra cariche elettriche, descritti attraverso la 
legge di Coulomb, possono essere interpretati però anche in un‟ottica differente. 
Invece di pensare ad un‟azione a distanza fra le varie cariche elettriche, si può 
immaginare che ogni singola carica, con la sua presenza, modifichi lo spazio 
circostante in modo tale che, allorquando un‟altra carica venga a trovarsi in 
questa regione di spazio, quest‟ultima subisca l'azione di una forza. In base a 
questo modello di rappresentazione, di fatto molto efficace  per approssimare la 
realtà, si dice che, a causa della presenza delle cariche, lo spazio è divenuto sede 
di un “campo di forze”. Ciò, in buona sostanza, significa che, se una carica q 
viene posta in tale regione di spazio, essa è soggetta ad una forza di tipo 
coloumbiano. 
                                                 
1
 AA.VV. , ”Protezione dai campi elettromagnetici non ionizzanti”, Firenze, CNR- IROE, 1988, pag. 1 
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1.2 CAMPO ELETTRICO 
 
In base al modello di “campo di forze”, si può introdurre il concetto di “campo 
elettrico”, inteso proprio, in analogia al campo gravitazionale terrestre, come 
campo di forze originato dalla presenza di cariche elettriche. Con maggior 
precisione, si può affermare che il campo elettrico si identifica con la regione di 
spazio che circonda un oggetto dotato di carica elettrica (sorgente del campo o 
carica generatrice), nella quale si manifestano, in relazione ad altri corpi dotati 
anch‟essi di carica, delle forze di natura coulombiana. La grandezza fisica campo 
elettrico viene generalmente indicata con E e descritta mediante un vettore  
che, in ogni punto della regione di spazio considerata, indica la direzione, 
l‟intensità e il verso della forza   che agisce su di una carica unitaria, puntiforme 
e positiva, ubicata in quel determinato punto del campo. Pertanto, sotto il profilo 
matematico, il campo elettrico E è dato dalla seguente espressione:2 
 
E = F/ q       (1.3) 
 
Da tale formula si evince quindi che, nel Sistema Internazionale di unità di 
misura, esso è misurato in N/C ( newton/coulomb ), metrologicamente 
equivalente a V/m ( volt/metro ). Quest‟ ultima è l‟ unità di misura di più 
frequente impiego in fisica protezionistica delle “radiazioni non ionizzanti” (NIR, 
acronimo di Non-Ionizing-Radiation).  
 
                                                 
2
 D. Halliday – R.Resnick, “Fondamenti di fisica”, Milano, Casa editrice Ambrosiana, 1984, pag. 435 
 
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Sulla base della relazioni 1.1, 1.2 e 1.3, il vettore rappresentativo del campo 
elettrico è pertanto esprimibile nel seguente modo: 
 
 
 (1.4) 
 
 
Da cui si nota che il campo non dipende dalla carica immersa nel campo q ( se 
sufficientemente piccola da non alterarlo), bensì soltanto dalla carica che lo 
genera Q. 
 
 
Per poter studiare in concreto il campo elettrico, è essenziale tener presente che 
si tratta di un campo vettoriale. Ciò consente di rappresentarlo graficamente, 
tracciando nello spazio di interesse un insieme di linee, in base alle seguenti 
convenzioni: 
  
-  ciascuna linea, denominata linea di campo o linea di forza, in ogni suo punto ha 
per tangente il vettore E  rappresentativo del campo  in quel determinato punto; 
- le linee partono dalle cariche positive o dall‟infinito; 
- le linee confluiscono sulle cariche negative o all‟infinito; 
-  il numero di linee di forza, in un volume di spazio, è proporzionale all‟intensità 
media del campo in tale volume; quindi le linee di forza sono più dense dove il 
campo è più intenso.  
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In relazione a queste convezioni grafiche, possono essere rappresentate le tre più 
comuni distribuzioni di carica. 
 
 
FIGURA  1.2  Campo elettrico generato da cariche puntiformi 
 
1 - Cariche singole:  La Figura 1.2 mostra la rappresentazione del campo, 
rispettivamente, per carica Q puntiforme e positiva (a) e per carica Q puntiforme 
e negativa (b). Unica ma sostanziale la differenza: nel primo caso le linee di 
campo sono radiali ed uscenti dalla carica, nel secondo caso sono  entranti. 
 
 
 
Figura 1.3 Campo elettrico generato da un dipolo 
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2 - Dipolo elettrico: esso consiste di due cariche di uguale intensità ma di segno 
opposto (+Q e –Q), poste alla distanza d. Come si nota dalla figura 1.3, la 
distribuzione delle linee di campo prodotte dal dipolo è simmetrica rispetto alla 
retta passante per +Q e –Q, denominata asse del dipolo. 
 
 
 
 
Figura 1.4 Campo elettrico generato da un condensatore piano 
 
3 – Condensatore piano: 
 
E‟ una semplice struttura costituita da due conduttori metallici affiancati, su cui, 
come si nota in figura 1.4, sono localizzate le cariche +Q e – Q. I due conduttori 
metallici sono identici e generalmente a forma di piastre (armature), circolari o 
rettangolari, poste ad una certa distanza d. In genere la distanza d è piccola 
rispetto all'estensione delle armature ( ad esempio,  per  condensatori  circolari è 
d << D, dove D è il diametro delle piastre ). In questi casi, il campo è 
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essenzialmente concentrato nello spazio compreso fra le due armature. Esso ha 
una distribuzione uniforme nel volume più interno ( con linee di campo parallele 
e perpendicolari alle piastre), mentre mostra un certo rinforzo sugli spigoli e si 
attenua all‟esterno, man mano che ci si allontana dai bordi (campo di bordo o di 
frangia). Il campo di frangia è tanto meno significativo quanto più piccola è la 
distanza d rispetto al diametro D, e può ritenersi trascurabile per d/D << 1. La 
distribuzione delle linee di campo risulta analoga anche per armature di altra 
forma geometrica (quadrata, ellittica o anche di forma non regolare), purché di 
superficie estesa rispetto alla distanza d.  
 
In generale, se non muta la distribuzione di cariche nel tempo, il campo elettrico 
è statico ed è denominato campo elettrostatico o tempo-invariante. Diversamente 
se si assiste ad una diversa distribuzione delle cariche nel tempo, il campo 
elettrico subisce delle variazioni : in questo caso si parla di campo elettrico 
variabile o tempo-variante. 
 
Sulla superficie terrestre è presente normalmente un campo elettrostatico naturale 
dovuto alla presenza di ioni negli strati alti dell‟atmosfera. Tale campo elettrico, in 
condizioni ordinarie, assume un valore di circa 100 V/m ma che può raggiungere 
valori dell‟ordine delle migliaia di volt al metro in caso di temporali. 
 
 
1.3 POTENZIALE ELETTRICO 
 
 
Il potenziale elettrico, di un corpo elettricamente carico, è sostanzialmente “il 
potenziale energetico” che esso assume in presenza di un campo elettrico. 
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Più precisamente si definisce potenziale elettrico di un punto, in una data una 
regione di spazio in cui è presente un campo elettrico, il “valore dell'energia 
potenziale elettrostatica” U, rilevato da una carica elettrica, unitaria e positiva di 
prova, posta in quel preciso punto. L‟energia potenziale elettrostatica è quindi il 
livello di energia che la carica possiede in virtù della sua posizione all'interno del 
campo elettrico. Pertanto il potenziale elettrico della predetta carica di prova 
(carica espolartice) sarà dato dal rapporto tra l'energia potenziale U e il valore 
della carica stessa q , ossia: 
 
                      ( 1.5 )           
 
 
Il potenziale elettrico è una quantità scalare. 
La sua unità di misura è il "volt" (simbolo V). Si dice che tra due punti A e B di 
una regione di spazio, sede di un campo elettrico, esiste una differenza di 
potenziale (d.d.p.) di 1 V, se la forza elettrica compie il lavoro di 1 joule per 
portare una carica di 1 coulomb da A a B. Spesso la differenza di potenziale, 
soprattutto in elettrotecnica e in elettronica, è comunemente chiamata “tensione 
elettrica”. 
 
 
 
1.4 CORRENTE ELETTRICA 
 
 
Una corrente elettrica è costituita da un flusso ordinato di cariche elettriche  e, 
per convenzione, si considera che essa scorra nel verso in cui si muovono le