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UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIVIL Y AMBIENTAL

DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE PARTÍCULAS SUSPENDIDAS EN EL AIRE MENOR A 10 MICRAS POR MUESTREADOR ACTIVO. Charris-Pabon, L. Gutiérrez-Salcedo, A. Hernández- Henao, J Jiménez-Negrete, M. Cuello-Rodelo, J Laboratorio Control de Emisiones Atmosféricas, Grupo AD, Programa de Ingeniería Ambiental, Universidad de la Costa [email protected], [email protected], [email protected] Schneider Ismael Lui 27/Septiembre/2019 RESUMEN

ABSTRACT

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1. INTRODUCCIÓN: La contaminación del aire puede tener origen natural o puede ser consecuencia de las actividades humanas, las cuales generan grandes cantidades de contaminantes que van directamente al aire, por ejemplo, la quema de combustibles, las industrias manufactureras, la quema de desechos, la generación de material particulado por el tráfico, humo y residuos de combustión en carros o, aviones, entre otros. (UNICEF, 2016) Cada año, cientos de millones de personas sufren de enfermedades respiratorias y otras asociadas con la contaminación del aire, tanto en ambientes interiores como exteriores. Existen grupos poblacionales expuestos a fuentes fijas de contaminantes atmosféricos que carecen de zonas de protección sanitaria; industrias que cuentan con chimeneas de baja altura, lo que aumenta la acción contaminante de sus emanaciones, y en muchas ocasiones no disponen de medidas de control para la disminución de la contaminación a la atmósfera. (Romero, 2006)

material particulado que cuenta con un diámetro menor de 10 µm, utilizando la información recopilada por las estaciones Partisol 2000i y Partisol 2000iD, instaladas en La Universidad de la Costa. Es importante tener en cuenta que los análisis expuestos a continuación se realizan partiendo de las actividades económicas desarrolladas alrededor de la zona evaluada integrando junto a estos una relación espacio – tiempo. Por tal razón se utilizan equipos o muestreadores activos que recolectan las muestras de contaminantes por métodos físicos o químicos para un posterior análisis en laboratorio. Por lo general, se toma un volumen conocido de aire que es bombeado a través de un colector (un filtro en el caso de las partículas o una solución química para los gases), por un periodo de tiempo determinado, posteriormente se retira para ser analizado en el laboratorio. 2. MARCO TEORICO

Actualmente, numerosos estudios epidemiológicos realizados en muchos países del mundo han determinado que la exposición a la contaminación provocada por partículas PM2.5 presenta asociaciones positivas entre este contaminante y las tasas de mortalidad y morbilidad de la población expuesta. Los efectos en la salud relacionados con la presencia de partículas suspendidas han sido observados a concentraciones que actualmente ocurren en diversos lugares del planeta. Por lo anterior, se considera que cuando las partículas suspendidas, y en especial las partículas PM2.5, entran al medioambiente, constituyen o pueden constituir un peligro para la vida humana. En el presente informe titulado, determinación de la Concentración de Partículas Suspendidas en el Aire Menores a 10 micras por muestreador activo se busca conocer y analizar cuáles son las concentraciones másicas del

MARCO TEORICO El material particulado (MP) es un conjunto de partículas sólidas y líquidas emitidas directamente al aire, tales como el hollín de diesel, polvo de vías, el polvo de la agricultura y las partículas resultantes de procesos productivos (AJ Houston, 2019). Según la normatividad colombiana, el MP no sedimenta en períodos cortos, sino que permanece suspendido en el aire debido a su tamaño y densidad (Resolucion 610, 2010). Estas partículas en suspensión (MP) son una compleja mezcla de productos químicos y/o elementos biológicos, como metales, sales, materiales carbonosos, orgánicos volátiles, compuestos volátiles (COV), hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) y endotoxinas que pueden interactuar entre sí formando otros compuestos (Cornelius Schönnenbeck, 2019).

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Efectos sobre la salud: El tamaño de las partículas se encuentra directamente vinculado con el potencial para provocar problemas de salud. Las partículas pequeñas de menos de 10 micrómetros de diámetro suponen los mayores problemas, debido a que pueden llegar a la profundidad de los pulmones, y algunas hasta pueden alcanzar el torrente sanguíneo. La exposición a estas partículas puede afectar tanto a los pulmones como al corazón. Múltiples estudios científicos vincularon la exposición a la contaminación por partículas a una variedad de problemas, que incluye:  Muerte prematura en personas con enfermedades cardíacas o pulmonares  Infartos de miocardio no mortales  Latidos irregulares  Asma agravada  Función pulmonar reducida  Síntomas respiratorios aumentados, como irritación en las vías respiratorias, tos o dificultad para respirar.  La exposición a la contaminación por partículas tiende a afectar en su mayoría a personas con enfermedades cardíacas o pulmonares, niños y adultos mayores.  AirNow puede ayudarlo a controlar la calidad del aire circundante, y protegerlo, al igual que a su familia, de los niveles elevados de PM. Los incendios y su salud: El humo de los incendios genera partículas finas de material que pueden agravar enfermedades crónicas cardíacas y pulmonares. (Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, 2018).

Efectos sobre el medioambiente Deterioro en la visibilidad: Las partículas finas (PM2,5) son la causa principal de visibilidad reducida (bruma) en partes de los Estados Unidos, incluidos muchos de los preciados parques nacionales y áreas silvestres.

Daño ambiental: El viento puede transportar las partículas a través de largas distancias y luego, estas pueden instalarse en el suelo o el agua. Según la composición química, los efectos de esta sedimentación pueden provocar:  Que los lagos y arroyos se vuelvan ácidos  Cambio en el balance nutricional de las aguas costeras y de las grandes cuencas fluviales  Reducción de los nutrientes del suelo  Daño en los bosques sensibles y cultivos agrícolas  Efectos perjudiciales sobre la diversidad de ecosistemas  contribución a los efectos de la lluvia ácida. Daño sobre materiales: El PM puede manchar y dañar la piedra y otros materiales, incluidos los objetos importantes a nivel cultural, como estatuas y monumentos. Algunos de estos efectos están relacionados con los efectos de la lluvia ácida sobre los materiales (Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, 2018). Monitoreo: Es la determinación continua o periódica de la cantidad de contaminantes, físicos, químicos, biológicos o su combinación. Muestra: Parte seleccionada que se separa de un conjunto y que se considera representativa del mismo conjunto al que pertenece. Material Particulado: Material suspendido en el Aire en forma de partículas sólidas o gotas de líquido (aerosoles). PM-2.5: Material particulado con diámetro menor o igual a 2.5 micrómetros (PM2.5).cuya unidad de medida es ug/m3 (microgramos por metro cúbico). PM-10: Material particulado con diámetro menor o igual a 10 micrómetros (PM-10). Cuya unidad de medida es ug/m3 (microgramos por metro cúbico). Análisis gravimétrico: Determinación de la concentración de partículas basado en la diferencia de peso. Muestreador de Aire de Partisol 2000i: Equipo de muestreo de material particulado que toma muestras de aire a un Bajo flujo

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PM2.5 o PM10, el cual normalmente corresponde a 16.67 LPM y por un periodo de 24 horas. Muestreador de Aire de Partisol 2000i-D: Equipo de muestreo de material particulado que toma muestras de aire a un Bajo flujo PM2.5 Y PM10, el cual normalmente corresponde a 1.67 LPM y por un periodo de 24 horas.

Seguidamente, se ubican los filtros en el equipo durante un periodo de 48 horas, teniendo en cuenta que para la recolección de la muestra es necesario rectificar que el filtro se encuentre bien ajustado y equipo calibrado. Posteriormente,

4. RESULTADOS Y ANALISIS

3. DESARROLLO EXPERIMENTAL 3.1 MATERIALES Y EQUIPOS. Durante esta experiencia de laboratorio se utilizaron los siguientes materiales: -

Filtro de cuarzo para PM10 Pinzas para filtros Guantes

Para concluir se puede decir que estos equipos cuentan con una eficacia en cuanto a la medición de partículas suspendidas en el aire, así mismo, pueden muestrear durante 24 horas, lo cual le permite un trabajo de muestreo continuo y sin demoras o pérdidas de tiempo. Además, puede registrar digitalmente parámetros como temperatura, presión barométrica y el volumen acumulado el cual también es corregido automáticamente por el microprocesador a condiciones estándares.

Equipos: -

Partisol Balanza analítica de precisión Muestreador de PM10

3.2 PROCEDIMIENTO Para la determinación de las concentraciones de material particulado se utilizaron 4 equipos diferentes (Partisol 2000iD, Partisol 2000i, Teledyne, PurpleAir). Para la obtención de los datos de los equipos partisol 2000iD, y partisol 2000i se optó por utilizar el método gravimétrico, el cual consiste en determinar el peso inicial de los filtros, para este proceso se deben tener en cuenta unas condiciones específicas en el entorno, como la humedad relativa, la cual no puede sobrepasar el 40% y la temperatura se debe encontrar en un rango entre 20 y 25°C, con el fin de evitar alteraciones en la masa de los filtros, este proceso se debe repetir 3 veces para determinar el promedio y la desviación estándar para tener una mayor exactitud la masa del filtro.

Por otro lado, los resultados obtenidos mediante las gráficas, las cuales muestran regresiones lineales entre el método gravimétrico volumen bajo PART.2000i y volumen Alto PART.2000i-D, apreciando una consistencia positiva y regular en ambos métodos de muestreo, mientras que en los equipos PART.2000 i-D y TELEDYNE, se aprecia una consistencia irregular debido al dato que registra el equipo TELEDYNE el cual se encuentra por encima en uno de sus puntos. No obstante, las concentraciones de las partículas pueden depender de muchas variables, dependiendo el tipo de zona y temperatura, en ocasiones estos equipos pueden representar falla eléctrica, alterando los datos a medir. 4.1 Investigue cuales condiciones de referencia.

son

las

En la resolución 610 de 2010 Calidad de Aire, se encuentra establecido que las condiciones de temperatura y presión que se deben tener en cuenta para este tipo de mediciones, son de 25°C y 760 mmHg. (Ministerio de ambiente, 2010, pág. 2)

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4.2 Compare los resultados normatividad ambiental colombiana y analice.

con la vigente

4. ¿Cuál es el principio utilizado por el PARTISOL para la medición de material particulado en el ambiente? Explique. Su principio se basa principalmente en arrastrar el aire ambiente a una velocidad de flujo constante hacia una entrada de forma especial, donde el material particulado se separa por inercia en una o más fracciones, dentro del intervalo de tamaño de PM10. Este es uno de los métodos de referencia o principios del partisol. Estos equipos miden exclusivamente todo el material respirable establecido con tamaño de partícula menor que 10µ; las partículas respirables, son aquellas que logran pasar el tracto respiratorio penetrando en los alvéolos pulmonares. (Saldarriaga, 2004, págs. 16,20) 4.3 ¿Cuál es el método EPA utilizado por el PARTISOL para la medición de material particulado en el ambiente? Explique. El método de la EPA utilizado por el partisol corresponde a los métodos manuales gravimétricos y los que utilizan algún principio de respuesta automática o semi‐ automática para proporcionar valores de concentración en tiempo real, pues ya que este método tiene importancia de la medición precisa de las concentraciones ambientales de partículas PM10, por lo tanto tienen la evidencia muy robusta sobre los impactos negativos en la salud por la exposición aguda o crónica, basado en evidencias epidemiológicas y toxicológicas en todo el mundo y con ello es factible para el estudio de este mediante los métodos de referencia que son métodos gravimétricos donde la fracción de partículas deseada es separada en forma

virtual a partir de una entrada diseñada para lograr un corte con una eficiencia del 50 % a un determinado flujo y posteriormente colectada en el filtro previamente estabilizado por humedad. Este método consiste en el muestreo de aire ambiente durante 24 horas a caudal fijo que se hace atravesar un filtro donde se retiene el PM Un cabezal de corte seleccionará la fracción del material particulado que interese (PM10, PM2.5). Restando el peso del filtro tras el muestreo y previamente al mismo (en blanco) y dividiendo por el volumen total del muestreo se obtiene la concentración. Se conoce como métodos de referencia a la metodología de muestreo definida usada para recopilar datos de los indicadores de PM. Incluye una combinación de diseño y criterios de desempeño basados tanto para la toma de muestras de laboratorio como para el tratamiento posterior del filtro de la muestra y así determinar el número del diámetro de las partículas esparcidas en el aire. (IDEAM, 2008, pág. 26) CONCLUSIONES La Figura 1 muestra el análisis de regresión lineal entre el método gravimétrico, utilizando el muestreado de volumen bajo PART.2000i y volumen Alto PART.2000i-D, se aprecia en los resultados una consistencia positiva y regular en estos dos métodos de muestreo, cabe resaltar que la concentración de las partículas depende de muchas variables entre ellas la temperatura y humedad relativa y puede ser diferentes en distintos lugares y distintas épocas del año. LA Figura 2 se observa el análisis de regresión línea de las concentraciones Pm 2.5 entre los equipos PART.2000 i-D y TELEDYNE, se aprecia una consistencia irregular debido al dato que registra el equipo TELEDYNE se encuentra por encima en uno de sus puntos ,esto puede ocurrir por desajuste del equipo o por falla eléctrica, lo que hace que

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se alteren los datos a medir por parte de la unidad.

REFERENCIAS Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. (5 de Junio de 2018). Efectos del material particulado (PM) sobre la salud y el medioambiente. Obtenido de https://espanol.epa.gov/espanol/efect os-del-material-particulado-pmsobre-la-salud-y-el-medioambiente AJ Houston, T. C. (7 de Agosto de 2019). Highly Porous Hybrid Particle-Fibre Ceramic Composite Materials for use as Diesel Particulate Filters. Obtenido de https://ezproxy.cuc.edu.co:2085/10.1 016/j.jeurceramsoc.2019.07.039 Cornelius Schönnenbeck, P. M.-F. (2019). Combustion of hydrolysis lignin in a drop tube furnace and subsequent gaseous and particulate emissions. Obtenido de https://ezproxy.cuc.edu.co:2085/10.1 016/j.biortech.2019.121498 IDEAM. (2008). PROTOCOLO PARA EL MONITOREO Y SEGUIMIENTO DE LA. En M. D. DE. BOGOTA. Obtenido de http://www.ideam.gov.co/documents/ 51310/527391/Protocolo+para+el+M onitoreo+y+seguimiento+de+la+calid ad+del+aire.pdf/6b2f53c8-6a8d4f3d-b210-011a45f3ee88 Ministerio De Ambiente Y Desarrollo Sostenible . (24 de marzo de 2010). Resolucion 610. Obtenido de http://www.minambiente.gov.co/ima ges/normativa/app/resoluciones/bfResolución%20610%20de%202010

%20%20Calidad%20del%20Aire.pdf Ministerio de ambiente, v. y. (2010). Resolución 610 de 2010. Recuperado el 2019, de http://www.minambiente.gov.co/ima ges/normativa/app/resoluciones/bfResoluci%C3%B3n%20610%20de% 202010%20%20Calidad%20del%20Aire.pdf Resolucion 610. (24 de marzo de 2010). Obtenido de http://www.minambiente.gov.co/ima ges/normativa/app/resoluciones/bfResolución%20610%20de%202010 %20%20Calidad%20del%20Aire.pdf Resolucion 610 2010. (24 de marzo de 2010). Obtenido de http://www.minambiente.gov.co/ima ges/normativa/app/resoluciones/bfResolución%20610%20de%202010 %20%20Calidad%20del%20Aire.pdf Romero, M. (2006). La contaminación del aire: su repercusión como problema de salud. Revista Cubana de Higiene y Epidemiología, 2,3. Obtenido de https://www.redalyc.org/pdf/2232/22 3214848008.pdf Saldarriaga, J. (2004). Partículas suspendidas (PST) y partículas respirables (PM10) en el Valle de Aburrá, Colombia. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, 16,20. Obtenido de https://www.redalyc.org/articulo.oa?i d=43003201 UNICEF. (2016). Clean the air for children. UNICEF.

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ANEXOS CONCENTRACION Pm 2.5 25

PART.2000 i-D

20 15 y = -2.0518x + 33.147 R² = 0.4206

10 5 0 0

5

10

15

20

25

PART.2000 i Figura 3 Comparación de las concentraciones Pm 2.5 entre los equipos PART.2000 i y PART.2000 i-D Fuente. Propia

CONCENTRACION PM 2.5 25

TELEDYNE T640-X

20 15 y = 1.1507x + 5.2301 R² = 0.9822

10 5 0 0

5

10

15

20

25

PART.2000 i-D

Figura 4 Comparación de las concentraciones Pm 2.5 entre los equipos PART.2000 i-D y TELEDYNE Fuente. Propia

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CONCENTRACION PM 10 60

TELEDYNE T640-X

50 40 30 y = 1.1783x R² = 0.9339

20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

PART.2000 i-D Figura 5 Comparación de las concentraciones Pm 10 entre los equipos PART.2000 i-D y TELEDYNE

Fuente. Propia

CONCENTRACION PM 2.5 25

PURPLEAIR

20 15 10 y = 0.0754x + 11.284 R² = 0.1242

5

0 0

5

10

15

20

25

PART.2000 i-D

Figura 6 Comparación de las concentraciones Pm 2.5 entre los equipos PART.2000 i-D y PURPLEAIR

Fuente. Propia

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CONCENTRACION PM 10 60

PURPLEAIR

50 40 y = 0.093x + 10.988 R² = 0.615

30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

PART.2000 i-D Figura 7 Comparación de las concentraciones de Pm 10 de los equipos PART.2000 i-D y PURPLEAIR

Fuente. Propia

CONCENTRACION PM2.5 25

PURPLEAIR

20 15 10 y = 0.0274x + 11.562 R² = 0.0205

5 0 0

5

10

15

20

25

TELEDYNE T640-X Figura 8 Comparación de las concentraciones de Pm 2.5 de los equipos TELEDYNE y PURPLEAIR

Fuente. Propia

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CONCENTRACION PM 2.5 25

TELEDYNE T640X

20

15

10 y = -2.7336x + 47.625 R² = 0.5539

5

0 0

5

10

PART.2000 i

15

20

25

Figura 9 Comparación de las concentraciones de Pm 2.5 entre los equipos PART.2000 i y TELEDYNE Fuente. Propia

CONCENTRACION PM 10 60

PURPLEAIR

50 40 30

y = 0.0534x + 12.091 R² = 0.3979

20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

TELEDYNE T640-X

Figura 10 Comparación de las concentraciones de Pm 10 entre los equipos PART.2000 i y TELEDYNE

Fuente. Propia

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CONCENTRACION PM2.5 25

PURPLEAIR

20 15 10

y = 0.3268x + 8.287 R² = 0.2333

5 0

0

5

10

15

20

25

PART.2000 i Figura 11 Comparación de las concentraciones Pm 2.5 entre los equipos PART.2000 i y PURPLEAIR

Fuente. propia

CONCENTRACION PM2.5

25.00

20.00

15.00

10.00

5.00

0.00 PART. 2000-i Series1

PART. 2000 i-D Series2

TELEDYNE T640-X Series3

PURPLEAIR Linear (Series1)