Autores: Odoardo Álvarez, Roberto Illera. Unidad de Química y Ambiente. Centro de Tecnología de Materiales (CTM). FIIIDT.
El material compuesto por partículas suspendidas es uno de los contaminantes atmosféricos más estudiados en el mundo, se define como el conjunto de partículas sólidas y/o líquidas (a excepción del agua pura) presentes en suspensión en la atmósfera, que se originan a partir de una gran variedad de fuentes naturales o antropogénicas y poseen un amplio rango de propiedades morfológicas físicas, químicas y termodinámicas 1. La presencia en la atmósfera de este contaminante ocasiona variedad de impactos a la vegetación, materiales y el hombre, entre ellos, la disminución visual en la atmósfera, causada por la absorción y dispersión de la luz 2. Además, la presencia de partículas está asociada con el incremento del riesgo de muerte por causas cardiopulmonares en muestras de adultos 3. Es necesario, además de realizar mediciones de la concentración de este contaminante, evaluar su comportamiento en el espacio y el tiempo, asociándolo con los fenómenos meteorológicos, composición química y origen, los cuales permitan orientar estrategias de control y realizar seguimiento por parte de las autoridades ambientales interesadas.
El material de partículas en suspensión (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 4. 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.
Debido a que son de tamaño, forma y composición variada, para su identificación se han clasificado en términos de su diámetro aerodinámico que corresponde al diámetro de una esfera uniforme en unidad de densidad que alcanza la misma velocidad terminal de asentamiento que la partícula de interés y que está determinado por la forma y densidad de la partícula. De acuerdo a esto, pueden ser clasificadas como finas y gruesas 5, como se ilustra en la Figura 1.
Conocer la composición química del material en partículas, tiene relevancia no solo desde el punto de vista de la química de la atmósfera, sino también sobre la calidad del aire que se respira en las ciudades. Muchas propiedades de las partículas pueden influir de manera importante en su comportamiento en el aire y sus efectos sobre el ambiente y la salud.
Equipos para medición de partículas en la atmósfera.
Los equipos utilizados para la medición de partículas en la atmósfera, succionan una cantidad medible de aire ambiente hacia una caja de muestreo a través de un filtro, durante un periodo de tiempo conocido, generalmente 24 horas. El filtro es pesado antes y después para determinar el peso neto ganado. El volumen total de aire muestreado se determina a partir de la velocidad promedio de flujo y el tiempo de muestreo. La concentración total de partículas en el aire ambiente se calcula como la masa recolectada dividida por el volumen de aire muestreado, ajustado a las condiciones de referencia. Existen dos muestreadores de este tipo que se diferencian en su controlador de flujo, pueden ser de sistema MFC (controlador de flujo de tipo másico) o VFC (controlador de flujo de tipo volumétrico).
Otros equipos son instalados directamente sobre las personas, llamados también bombas de muestreo personal. La bomba personal permite realizar mediciones directas de partículas PM10 (partículas menores a 10 µg de diámetro) , tomando muestras de aire para medir la concentración de partículas en suspensión (líquido o sólido), proporcionando una continua y directa lectura, así como el registro electrónico de la información. En las mediciones de partículas hay muchas causas de error, estas incluyen interferencias, niveles de blancos, reproducibilidad de los métodos de muestreo y muestreo estadístico. Cada medida tiene un grado de incertidumbre debido a los límites de medición de los equipos y las personas que usan estos equipos. Las principales fuentes de error son:
- Contaminación artificial de las muestras en su manipulación.
- Pérdida de material colectado durante el muestreo, recolección o almacenamiento de los filtros.
- Inadecuado manejo de los filtros durante su transporte o almacenamiento.
- Modificación de las muestras durante su análisis.
- Errores en el manejo de los datos.
Medición de Partículas Suspendidas Totales (PTS)
Para la medición de PTS se instala un equipo localizado apropiadamente en el sitio de muestreo. Este equipo arrastra una cantidad de aire ambiente a una caja de muestreo a través de un filtro, durante un periodo de muestreo (nominal) de 24 horas, como el que se muestra en la Figura 2. La velocidad de flujo de muestreo y la geometría de la caja, favorecen la recolección de partículas hasta de 25-60 μm (diámetro aerodinámico), según sea la velocidad y dirección del viento. Los filtros usados deben tener una eficiencia mínima de recolección del 99% para partículas de 0,3 μm. El filtro se pesa (después de equilibrar la humedad) antes y después de usarlo, para determinar el peso (masa) neto ganado. El volumen total de aire muestreado, corregido a las condiciones estándar (25ºC, 760 mmHg), se determina a partir de la velocidad de flujo de medida y el tiempo de muestreo. La concentración total de partículas suspendidas en el aire ambiente se calcula como la masa de partículas recolectadas, dividida por el volumen de aire muestreado, corregida de acuerdo con las condiciones estándar y expresadas en μg/m3 estándar. Para muestras recolectadas a temperaturas y presiones significativamente diferentes a las condiciones estándar, estas concentraciones medidas pueden diferir sustancialmente de las concentraciones reales, μg/m3real, especialmente en alturas elevadas. La concentración real de partículas puede calcularse a partir de la concentración medida, usando la temperatura real y la presión, durante el periodo de muestreo.
Medición partículas en suspensión menores de 10 μm (PM 10)
Para la medición de las concentraciones de partículas en suspensión, se pueden emplear equipos para la medición de partículas respirables o medidores de alto volumen PM10, como el mostrado en la Figura 3. Estos equipos miden exclusivamente todo el material respirable establecido con tamaño de partícula menor que 10 μm; las partículas respirables, son aquellas que logran pasar el tracto respiratorio penetrando en los alvéolos pulmonares 6.
Estos equipos arrastran 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. Cada fracción dentro del intervalo de tamaño de PM 10 se recolecta en un filtro separado en un periodo de muestreo específico. Cada filtro se pesa (después de equilibrar la humedad), antes y después de usarlo, para determinar el peso neto (masa) ganado debido al PM 10 colectado. El volumen total de aire muestreado, corregido a las condiciones de referencia (25 ºC, 101,3 kPa), se determina a partir de la velocidad de flujo medida y el tiempo de muestreo. La concentración másica de PM 10 en el aire ambiente, se calcula como la masa total de partículas recolectadas en el intervalo de tamaño de PM 10 dividido por el volumen de aire muestreado y se expresa en μg/m3 std. Para muestras de PM 10 recolectadas a temperaturas y presiones significativamente diferentes de las condiciones de referencia, las concentraciones corregidas algunas veces difieren sustancialmente de las concentraciones reales (en μg/m3 real), particularmente a grandes elevaciones. Aunque no es requerido, la concentración real de PM 10 puede calcularse a partir de la concentración corregida, usando la temperatura ambiente y la presión barométrica promedio durante el periodo de muestreo.
Criterios para ubicación de los equipos
El Código de Regulaciones Federales de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (CFR 40), establece los criterios de representatividad para la localización de los sitios de muestreo de partículas suspendidas totales, de la siguiente forma:
- Altura de la toma de muestra sobre el piso: 2-15 m.
- Distancia al árbol más cercano: > 20 m de la circunferencia que marca el follaje o las raíces y por lo menos 10 m, si los árboles actúan como un obstáculo.
- La distancia del muestreador a obstáculos como edificios, debe ser mínimo, el doble de la altura en que sobresale el obstáculo sobre el muestreador. Se recomienda un radio libre de 10 m.
- El equipo debe tener un flujo de aire sin restricciones, 270º alrededor de la toma de muestra y/o un ángulo de 120º libre por encima del equipo.
- No podrá haber flujos de hornos o de incineración cercanos. Se recomienda 20 m de distancia del sitio de muestreo.
- La distancia a las carreteras/caminos debe ser de 2 a 10 m del borde a la línea de tráfico más cercana.
Además se deben tener en cuenta los siguientes aspectos para el sitio de muestreo:
- Fácil acceso, para visitas regulares de inspección, mantenimiento, calibración, etc.
- Seguridad contra vandalismo.
- Infraestructura: el sitio debe contar con energía eléctrica segura y teléfono.
- Libre de obstáculos que afecten el flujo de aire en las cercanías del muestreador (ej. Edificios, árboles, balcones, etc.).
La concentración y distribución de tamaños aerodinámicos de las partículas en la atmósfera, depende de muchas variables locales en la zona de estudio y aunque sus efectos han sido estudiados por muchos autores en todo el mundo, se deben orientar estudios localizados determinando la relación entre los elementos mineralógicos y químicos encontrados en las muestras con los ingresos a los centros hospitalarios por afectaciones respiratorias en las poblaciones aferentes a las zonas muestreadas. Por otra parte, se hace necesaria la innovación e implementación de tecnologías de equipos para el control de las partículas emitidas a la atmósfera por el sector productivo, así como el compromiso del sector industrial enmarcados en procesos de mejora continua.
Referencias bibliográficas.
- Mészáros, E. (1999). /Fundamentals of Atmospheric Aerosol Chemistry/. Akadémiai Kiado.
- Chen, J., Ying, Q., y Kleeman, M. (2009). Source apportionment of visual impairment during the California regional PM 10/PM 2.5 air quality study. /Atmospheric Environment/, 43, 6136-6144
- Pope (2004). CA III. Air Pollution and Health – Good News and Bad. En: New England Journal of medicine Vol. 351. No. 11, 1132-1134
- Fang, G.C, Wu, Y.S., Chang, S.Y., Rau, J.Y., Huang, S.H., y Lin, C.K. (2006). Characteristic study of ionic species in nano, ultrafine, fine and coarse particle size mode at a traffic-sampling site. /Toxicology and Industrial Health, 22/, 2-37
- Garcia, F.F. (2002). Determinación de la Concentración de Fondo y Distribución Espacial de PST en Santa Marta. Grupo de Control de la Contaminación Ambiental. Universidad del Magdalena, Colombia.
- Saldarriaga, J., Echeverri, C., y Molina, F. (2004). Partículas suspendidas (PST) y partículas respirables (PM 10) en el Valle de Aburrá, Colombia. /Revista Facultad de Ingeniería, 32/, 7-16.
- DESCRIPCIÓN MANEJO DE HIVOL Y LOWVOLhttps://docplayer.es/96645984-Descripcion-manejo-de-hivol-y-lowvol.html
Contacto: odoardo.alvarez@gmail.com