DETERMINACIÓN DEL CICLO DIURNO Y CÁLCULO DE LA

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DETERMINACIÓN DEL CICLO DIURNO Y CÁLCULO DE LA

CONCENTRACIÓN DEL MATERIAL PARTICULADO PM10 Y PM2.5 EN EL

SUROCCIDENTE Y NORORIENTE DE LA CIUDAD DE BOGOTÁ D.C. POR

MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS Y VOLUMÉTRICOS

DANIELA GARCÍA AGUIRRE

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C. MAYO DE 2015

2

DETERMINACIÓN DEL CICLO DIURNO Y CÁLCULO DE LA

CONCENTRACIÓN DEL MATERIAL PARTICULADO PM10 Y PM2.5 EN EL

SUROCCIDENTE Y NORORIENTE DE LA CIUDAD DE BOGOTÁ D.C. POR

MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS Y VOLUMÉTRICOS

DANIELA GARCÍA AGUIRRE

Proyecto de Grado en Modalidad Proyecto de Investigación de Pregrado

Asesor

RICARDO MORALES BETANCOURT

Ph.D

Profesor Asistente

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C. MAYO DE 2015

3

Tabla de contenido

ILUSTRACIONES .......................................................................................................... 4

ESQUEMAS ..................................................................................................................... 5

FOTOS ............................................................................................................................. 5

GRÁFICAS ...................................................................................................................... 5

TABLAS ........................................................................................................................... 8

RESUMEN ....................................................................................................................... 9

1.INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 9

2.OBJETIVOS ................................................................................................................11

2.1. Objetivo general .....................................................................................................11

2.2. Objetivos específicos ..............................................................................................11

3. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................12

3.1. Contaminantes criterio ............................................................................................12

3.2. Material particulado ................................................................................................12

3.3. Regulación internacional y nacional ........................................................................13

3.4. Efectos de PM a la salud humana ............................................................................13

3.5. Metodologías de medición ......................................................................................14

3.5.1. Métodos discontinuos .......................................................................................15

3.5.2. Métodos continuos ...........................................................................................15

3.6. Equipos de muestreo ...............................................................................................15

3.6.1. Muestreadores pasivos .....................................................................................15

3.6.2. Muestreadores activos ......................................................................................17

3.6.3. Analizadores automáticos .................................................................................19

3.6.4. Sensores remotos..............................................................................................20

4. METODOLOGÍA .......................................................................................................21

4.1. Equipos utilizados ...................................................................................................21

4.1.1. High Volume Sampler (HiVol) para PM10 y PM2.5 ........................................21

4.1.2. Harvard Impactor para PM2.5 ..........................................................................23

4.1.3. DustTrak para PM10 y PM2.5 ..........................................................................25

4.2. Puntos de muestreo .................................................................................................26

4.3. Rangos de tiempo de muestreo por equipo ..............................................................29

4

4.4. Metodología de análisis de muestras .......................................................................30

4.4.1. Metodología para el análisis de filtros ..............................................................30

4.4.2. Metodología para el análisis de datos DustTrak ................................................36

5. RESULTADOS ...........................................................................................................40

5.1. Muestreo Suroccidente............................................................................................41

5.1.1. Efecto de la dirección del viento .......................................................................54

5.2. Muestreo Nororiente ...............................................................................................55

5.2.1. Efecto de la dirección del viento .......................................................................70

6. RECOMENDACIONES .............................................................................................70

7. CONCLUSIONES .......................................................................................................71

8. REFERENCIAS ..........................................................................................................72

ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Muestreador pasivo CPDT tomado de:

http://www.lqa.utfsm.cl/imagenes/colector_pasivo.gif ...................................................... 17

Ilustración 2 Partes del HiVol tomado de:

http://www.scielo.org.co/img/revistas/luaz/n34/n34a12f6.jpg ........................................... 18

Ilustración 3 Sensor detector Compuestos orgánicos volátiles tomado de:

http://www.ambiental-global.com/es/instrumentacion/86-detector-explosividad-toxicos-

ambdetector.html ............................................................................................................. 19

Ilustración 4 Analizador de NO2 Modelo T500u Caps tomado de:

http://www.sanambiente.com.co/index.php/productos/productos-linea-aire/equipos-para-

medicion-de-gases/119-analizadores-automaticos-de-gases-con-aprobacion-us-epa-en-el-

medio-ambiente#analizador-de-no2-model ...................................................................... 20

Ilustración 5 Sensor LIDAR tomado de:

http://www.roprodesign.com/files/9212/8758/9777/NASA_Horizontal.jpg ........................ 20

Ilustración 6 Sistema de impactación del HiVol tomado de:

https://www.qld.gov.au/environment/assets/images/pollution/monitoring/air/hivol-

sampler.gif ....................................................................................................................... 22

Ilustración 7 Cabezote y cuerpo de HiVol tomado de: http://www.hi-

q.net/images/Products/Pm10unitX(5r2cx2).jpg ................................................................ 23

Ilustración 8 DustTrak TSI 8520 tomado de:

http://www.tsi.com/uploadedImages/_Site_Root/Products/_Discontinued_Products/8520.jp

g ...................................................................................................................................... 25

Ilustración 9 Bandeja soporte de orificio tomado de: (Universidad de los Andes, 2006) .. 34

Ilustración 10 CVF orificio tomado de: (Universidad de los Andes, 2006) ....................... 34

Ilustración 11 Presión de estancamiento y de orificio tomado de: (Universidad de los

Andes, 2006) .................................................................................................................... 35

5

ESQUEMAS

Esquema 1 Diagrama de flujo con procedimiento seguido en muestreo piloto. ................ 27

Esquema 2Diagrama de flujo metodología para cálculo de concentraciones PM2.5 con

Harvard Impactor. ........................................................................................................... 33

Esquema 3 Diagrama de flujo metodología para el cálculo de las concentraciones PM10 y

PM2.5 con HiVol. ............................................................................................................ 35

Esquema 4Procedimiento para el análisis de datos DustTrak.......................................... 39

Esquema 5 Procedimiento seguido para hallar los factores de correción DustTrak. ....... 40

FOTOS

Foto 1 Equipo Harvard Impactor, Bomba. ....................................................................... 24

Foto 2 Harvard Impactor para PM2.5 ............................................................................. 24

Foto 3 Partes de Harvard Impactor: Se resalta el plato de impactación en el medio de la

foto y el porta filtro en la parte inferior derecha. ............................................................. 25

Foto 4 Montaje DustTrak en funcionamiento ................................................................... 26

Foto 5 Montaje HiVol y DustTrak PM10 Suroccidente. .................................................... 28

Foto 6 Montaje en punto de muestreo nororiente ............................................................. 29

Foto 7 Desecador implementado en la preparación de los filtros ..................................... 30

Foto 8 Balanza de presición implementada para el pesaje de los filtros de 37mm. ........... 31

Foto 9 Balanza implementada para el pesaje de los filtros de los HiVol. .......................... 32

Foto 10 Calibrador implementado para controlar el flujo del Harvard Impactor ............. 32

GRÁFICAS

Gráfica 1 Datos DustTrak PM2.5 día 1 Muestreo Suroccidente ....................................... 36

Gráfica 2 Datos DustTrak PM2.5 día 1 Muestreo Suroccidente ....................................... 37

Gráfica 3 Datos PM10 y PM2.5 comparados para el Día2 Muestreo Suroccidente. Rojo:

PM10, Azul: PM2.5.......................................................................................................... 37

Gráfica 4 Comparación PM10 DustTrak y estación Puente Aranda Día3 Muestreo

Suroccidente. Rojo: RMCAB, azul: DustTrak. .................................................................. 38

Gráfica 5 Comparación PM 2.5 entre DustTrak y estación Usaquén Día 3 Muestreo

Nororiente. Rojo: RMCAB, azul: DustTrak. ..................................................................... 38

Gráfica 6 Concentraciones de HiVol PM10 y PM2.5 muestreo SurOccidente Rojo: PM10,

Azul: PM2.5 ..................................................................................................................... 41

Gráfica 7Concentración diurna y nocturna de PM 2.5 IH Rojo: nocturno; Azul: diurno .. 42

Gráfica 8 Concentraciones DustTrak día 1 muestreo Suroccidente Rojo:PM10; Azul:

PM2.5 .............................................................................................................................. 43


PM2.5 .............................................................................................................................. 44

6


PM2.5 .............................................................................................................................. 44


PM2.5 .............................................................................................................................. 45

Gráfica 12 Comparación de DustTrak (Rojo) y RMCAB (verde). Día 1, muestreo

suroccidente ..................................................................................................................... 46

Gráfica 13 Comparación de DustTrak (Azul) y RMCAB (Rojo). Día 2, muestreo

suroccidente ..................................................................................................................... 46


suroccidente ..................................................................................................................... 47


suroccidente ..................................................................................................................... 48

Gráfica 16 Comparación Dustrak, HiVol e IH para PM 2.5 día 1 SurOccidente. Azul

oscuro: DustTrak calibrado; Azul claro: Hivol; Naranja: Harvard Impactor día; Morado:

Harvard Impactor noche. ................................................................................................. 49

Gráfica 17 Comparación Dustrak, HiVol e IH para PM 2.5 día 2 SurOccidente. Rojo:

DustTrak; Verde: HiVol; Morado: Harvard Impactor día; Azul: Harvard Impactor noche

........................................................................................................................................ 49


DustTrak; Verde: HiVol; Azul: Harvard Impactor día. .................................................... 50


DustTrak; Verde: HiVol; Morado: Harvard Impactor día; Azul: Harvard Impactor noche.

........................................................................................................................................ 51

Gráfica 20 Comparación Dustrak, Hivol y RMCAB para PM10 día 1 SurOccidente. Rojo:

DustTrak; Verde: HiVol; Azul: RMCAB ........................................................................... 52


DustTrak; Verde: HiVol; Azul: RMCAB. .......................................................................... 52

Gráfica 22 Comparación Dustrak, Hivol y RMCAB para PM10 día 3 SurOccidente. Verde:

DustTrak; Morado: HiVol; Rojo: RMCAB. ...................................................................... 53



Gráfica 24 Concentraciones HiVol muestreo NorOriente. Azul: PM10; Rojo:PM2.5 ....... 55

Gráfica 25 Concentraciones PM2.5 diurnas y nocturnas muestreo NorOriente IH. Rojo:

diurno; Azul: nocturno. .................................................................................................... 56

Gráfica 26 Concentraciones del DustTrak PM10 (Rojo) y PM2.5 (Azul) para el día 1

muestreo Nororiente. ....................................................................................................... 57





Gráfica 29 Concentraciones del DustTrak PM2.5 para el día 4 muestreo Nororiente...... 59

7

Gráfica 30 Comparación PM10 de DustTrak (Azul) y RMCAB (Rojo) día 1 muestreo

nororiente. ....................................................................................................................... 59


nororiente. ....................................................................................................................... 60


nororiente. ....................................................................................................................... 61

Gráfica 33 Datos de PM10 RMCAB día 4 muestreo Nororiente ....................................... 61

Gráfica 34 Comparación PM2.5 de DustTrak (Azul) y RMCAB (Rojo) día 1 muestreo

nororiente. ....................................................................................................................... 62


nororiente. ....................................................................................................................... 63


nororiente. ....................................................................................................................... 63


nororiente. ....................................................................................................................... 64

Gráfica 38Comparación datos DustTrak, HiVol, Harvard Impactor y RMCAB para PM2.5

día 1 muestreo Nororiente. Rojo: DustTrak; Verde: Hivol; Morado: Harvard Impactor día;

Azul claro: Harvard Impactor Noche; Azul oscuro: RMCAB. Eje Y: concentración en

ug/m3; eje X: horas. ......................................................................................................... 65

Gráfica 39 Comparación datos DustTrak, HiVol, Harvard Impactor y RMCAB para PM2.5


Azul claro: Harvard Impactor Noche; Azul oscuro: RMCAB Eje Y: concentración en

ug/m3; eje X: horas. ......................................................................................................... 66




ug/m3; eje X: horas. ......................................................................................................... 66




ug/m3; eje X: horas. ......................................................................................................... 67

Gráfica 42 Comparación Dustrak, RMCAB y Hivol para PM10 día 1 NorOriente. Rojo:






Gráfica 45 Comparación datos RMCAB y Hivol para PM10 día 4 NorOriente. Rojo:

RMCAB; Azul: HiVol ....................................................................................................... 69

8

TABLAS

Tabla 1 Concentraciones PM10 y PM2.5 en organismos internacionales ......................... 13

Tabla 2 Concentraciones de PM10 y PM2.5 establecidas por normatividad nacional ...... 13

Tabla 3 Métodos de muestreo, ventajas y desventajas ...................................................... 15

Tabla 4 Datos de concentración PM10 para los años 2012 y 2013 de la estación de Puente

Aranda y Usaquén de la RMCAB ..................................................................................... 28

Tabla 5 Concentraciones PM10 y PM2.5 HiVol muestreo Suroccidente ........................... 41

Tabla 6 Concentraciones diurnas y nocturnas PM2.5 Harvard Impactor ......................... 42

Tabla 7 Factores de calibración para DustTrak ............................................................... 48

Tabla 8 Factor de Calibración DustTrak vs HiVol PM10 ................................................. 51

Tabla 9 Datos de dirección del viento para el punto de muestreo suroccidente. ............... 54

Tabla 10 Concentraciones PM10 y PM2.5 obtenidas del HiVol para el muestreo en el

Nororiente. ...................................................................................................................... 56

Tabla 11 Factores de calibración para el DustTrak PM2.5 .............................................. 64

Tabla 12Factor de calibración para PM10. ..................................................................... 67

Tabla 13 Datos de dirección del viento para los días de muestreo en el punto Nororiente de

la RMCAB. ....................................................................................................................... 70

9

RESUMEN En este trabajo se reporta la realización de dos campañas de muestreo de material

particulado PM10 y PM2.5 en la ciudad de Bogotá. Los muestreos se llevaron a cabo en un

punto al Suroccidente de la ciudad –zona predominantemente industrial- y uno al

Nororiente –zona mayoritariamente residencial-, con el fin de comparar las concentraciones

de material particulado tras el arrastre generado por la dirección del viento promedio en la

ciudad de Bogotá y en sectores de condiciones diferentes. Las mediciones se realizaron

tanto con equipos gravimétricos (High Volume Samplers y un Impactador Harvard) así

como con equipos de detección óptica (Dusttrak). Al final del estudio se obtuvieron

concentraciones mayores de PM10 y PM2.5 en el punto del Suroccidente, respondiendo a

una mayor tasa de emisiones atmosféricas correspondientes a una alta influencia de fuentes

industriales y vehiculares. Adicionalmente, no fue posible establecer con gran certidumbre

el efecto de la dirección del viento en las concentraciones de PM obtenidas.

1. INTRODUCCIÓN Una de las principales preocupaciones de las grandes ciudades es la calidad del aire, debido

a sus efectos en la salud de su población. Bogotá, al constituirse como capital de la

República de Colombia, es una ciudad que cuenta con una alta densidad demográfica y con

una concentración de población significativa. Así, con 7’862.484 habitantes, según el Reloj

de población de la Secretaría Distrital de Planeación de Bogotá (Alcaldía Mayor de Bogotá

D.C., 2013), Bogotá es la ciudad más poblada de Colombia. Además, dado que Bogotá se

constituye como la economía con mayor participación en la generación del PIB nacional

con un aporte del 24,7% (DANE, 2015) , la ciudad contiene una vasta zona industrial y un

complejo sistema de transporte, lo cual se puede traducir en una alta tasa de emisiones

atmosféricas, producto principalmente de la combustión. En este sentido, debido al

desarrollo industrial y al crecimiento poblacional de la ciudad, Bogotá debe contar con una

regulación estricta de sus contaminantes atmosféricos, con el fin de minimizar la incidencia

de problemas respiratorios en su población.

Así, con el objetivo de hacer un monitoreo constante de los contaminantes atmosféricos de

la ciudad, Bogotá cuenta con una Red de Monitoreo de la Calidad del Aire operando desde

agosto de 1997 (Gutiérrez Romero, 2009) donde, en conjunto con la Secretaría Distrital de

ambiente, se realiza un monitoreo continuo de la concentración de varios contaminantes

atmosféricos (PM10, PM2,5, Ozono, NO2, SO2 y CO) y se formula la política ambiental de

la misma (Alcaldía Mayor de Bogotá D.C.). Esta red de monitoreo cuenta con 13 estaciones

fijas y una estación móvil, donde se mide tanto la concentración de contaminantes

atmosféricos de origen antropogénico y natural como el comportamiento de variables

meteorológicas que determinan su distribución en la atmósfera de la ciudad (Alcaldía

Mayor de Bogotá D.C.). En este sentido, Bogotá cuenta con información suficiente para

10

hacer control de las emisiones de PM10 y PM2.5, al igual que para generar normas que

regulen su concentración.

Cabe señalar que, con el fin de cumplir con los estándares de calidad del aire, los

contaminantes atmosféricos constantemente monitoreados en la ciudad de Bogotá son

aquellos pertenecientes a la Resolución 601 del 2006. Es decir, material particulado PM10,

PM2,5 y PST; y gases contaminantes como SO2, NO2, O3, y CO. Así mismo, según el

Informe anual de calidad del aire de Bogotá reportado en el 2014, los contaminantes SO2,

NO2, y CO continuamente se presentan en concentraciones bajas con respecto a las

concentraciones máximas permisibles establecidas en dicha normatividad. Sin embargo, las

tres formas de material particulado y el ozono, suelen estar por encima del límite máximo

permisible (RMCAB, 2014).

En este sentido, en cuanto al PM10, la norma establece un valor máximo de 50ug/m3

anual,

valor excedido por estaciones de monitoreo ubicadas en el noroccidente y suroccidente de

la ciudad. Así, las estaciones de Carvaja, Kennedy y Suba arrojaron concentraciones

promedio anual de 81ug/m3, 71ug/m

3 y 55ug/m

3, respectivamente. Adicionalmente, para la

estación de Kennedy, ubicada en el suroccidente de la ciudad, la concentración media anual

de PM2,5 registrada supera el límite normativo en 3ug/m3, debido a que el dato obtenido

fue 28ug/m3 y la norma establece 25 ug/m

3. Sin embargo, con respecto al promedio diario

establecido por la Resolución 601 del 2006 de 50ug/m3 sólo se presentaron dos excedencias

por parte de la estación Kennedy y ninguna por las otras estaciones. Por su parte, la

estación Carvajal presentó un promedio anual superior al establecido por la norma para

PST. Así, con 115ug/m3, excediendo en 15ug/m

3 lo regulado -100ug/m

3 - , a esta estación

se le atribuye una mayor concentración de partículas suspendidas totales debido a la alta

influencia de flujo vehicular y fuentes industriales. Por último, en cuanto al O3 se evaluaron

las excedencias con respecto a lo establecido por la norma horaria y para 8 horas, 120ug/m3

y 80ug/m3 respectivamente. De esta manera, con respecto a la horaria la estación de

Guaymaral excede la norma 8 veces, Parque Simón Bolívar 7, Suba 6 veces, Ferias 4,

Fontibón 2 y Usaquén 1; por su lado para la norma octohoria esta fue excedida 111 veces.

Cabe señalar que las mayores concentraciones de este gas contaminante se presentaron en

enero y abril entre la 1:00pm y las 3:00pm, es decir, horas de mayor luminosidad solar que

facilita las reacciones fotoquímicas. Esto, debido a que el ozono troposférico se constituye

como contaminante secundario producido a partir de las reacciones entre NOx, VOCs y

radiación solar (RMCAB, 2014). En este sentido, se observa que los puntos de la ciudad en

los cuales se presenta una mayor propensión de enfermedades en la salud pública a causa

de la mala calidad del aire reflejada en el incumplimiento de la normatividad ambiental,

corresponden a localidades ubicadas en el suroccidente y noroccidente de la ciudad.

El presente trabajo tiene como objetivo brindar información diferencial de las

concentraciones de PM10 y PM2.5 entre el Nororiente y el Suroccidente de la ciudad. Esto,

con el fin de ratificar la importancia de la implementación de políticas ambientales que

11

regulen las concentraciones de material particulado dependiendo de cada contexto dentro

de la ciudad. Cabe señalar que los sitios de muestreo fueron seleccionados estratégicamente

dado que, como se vio, el suroccidente de la ciudad corresponde a una zona de alta

contaminación atmosférica, debido principalmente a la alta influencia de emisiones

industriales y vehiculares; mientras que el nororiente de la ciudad, por ser una zona

principalmente residencial, debería contar con concentraciones menores de material

particulado. Así mismo, se pretende corroborar la información recolectada con diferentes

métodos de muestreo (gravimétrico y volumétrico) y con las estaciones de la RDMCA más

cercanas a los puntos de muestreo; para ver la certidumbre de los datos arrojados por dicha

red de monitoreo. Adicionalmente, se busca determinar si la dirección del viento genera un

fenómeno de arrastre a lo largo de la ciudad, en el cual influya en las concentraciones de

PM10 y PM2.5. Es decir, se busca tener mayor información acerca de la influencia de la

dirección del viento en las concentraciones y la distribución de material particulado dentro

de la ciudad de Bogotá.

2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo general

Calcular las concentraciones de material particulado PM10 y PM 2.5 en el Nororiente y

Suroccidente de la ciudad, tomando muestras con dos equipos gravimétricos (Hivol y

Harvard Impactor) y uno volumétrico (DustTrak), haciendo un análisis comparativo con las

concentraciones arrojadas por la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá

(RMCAB), con el fin de encaminar el proceso de toma de decisiones en el planteamiento de

políticas ambientales de la ciudad hacia un diseño diferencial, según el contexto, es decir,

entendiendo la influencia de los distintos factores que gobiernan los puntos de muestreo

seleccionados.

2.2. Objetivos específicos

o Establecer la metodología a seguir en la operación y funcionamiento de dos HiVol

(para PM10 y PM2.5), un Harvard Impactor (para PM2.5) y dos DustTrak.

o Diseñar dos campañas de medición de material particulado PM10 y PM 2.5 con una

duración de 4 días; una en un punto en el Suroccidente y otra en el Nororiente de la

ciudad de Bogotá.

o Calcular las concentraciones de PM10 y PM2.5 encontradas para los equipos

gravimétricos.

o Establecer el ciclo diurno del material particulado a partir de los equipos

volumétricos DustTrak.

12

o Comparar la información recolectada en cada punto de muestreo durante las

campañas de monitoreo, con datos de la estación de monitoreo de la RMCAB más

cercana al punto.

o Analizar la información con respecto a los datos obtenidos de dirección de viento.

3. MARCO TEÓRICO

Antes comenzar con la metodología implementada en el estudio y el análisis de datos, es

necesario dar claridad a términos y conceptos contemplados dentro del objeto de estudio,

tales como todo lo referente a la contaminación atmosférica y el material particulado, como

las distintas metodologías y equipos implementados para su medición. Esto, con el fin de

facilitar la comprensión y futura réplica del presente trabajo.

Tal como se mencionó anteriormente, es de vital importancia que la normatividad y

regulaciones de la ciudad de Bogotá en términos de calidad del aire se ajusten a las distintas

normas internacionales. Es decir, a estándares de calidad de aire que buscan establecer

concentraciones máximas de contaminantes criterio que no deben ser superadas para evitar

problemas de salud humana.

3.1. Contaminantes criterio

Vale la pena aclarar que los contaminantes criterio corresponden a aquellos contemplados

por los Estándares Ambientales Nacionales de Calidad de Aire (NAAQS) como peligrosos

para la salud humana. Así mismo, estos contaminantes adquirieron este nombre debido a su

uso en la determinación de niveles máximos permisibles, con el objetivo de evitar

problemas en la salud, el medio ambiente y el bienestar de la población. De esta manera los

contaminantes criterio son: dióxido de azufre , dióxido de nitrógeno , material

particulado (PM), plomo (Pb) monóxido de carbono (CO) y ozono . Cabe señalar que,

dado el objetivo del presente estudio, sólo se discutirán aspectos relacionados al material

particulado (SEMARNAT, 2013).

3.2. Material Particulado

El PM es uno de los contaminantes criterio con mayor incidencia sobre la problemática

actual de la calidad del aire, debido a que afecta en mayor proporción a la salud de la

población. Sus principales componentes son los sulfatos, nitratos, el amoniaco, cloruro

sódico, carbón negro, carbón elemental, polvo mineral y agua, resultantes de procesos

primarios como la combustión o secundarios como reacciones químicas en la atmósfera.

Adicionalmente, el PM se clasifica según su diámetro aerodinámico (diámetro equivalente

al de una esfera de densidad unitaria con igual velocidad de asentamiento) en PM10 y

PM2.5. Donde el primero corresponde a todas las partículas con diámetro inferior a 10 m

13

y el segundo son aquellas partículas con diámetro por debajo de los 2.5 m. Es importante

señalar que el PM2.5 representa un mayor riesgo para la salud debido a que puede alcanzar

los alvéolos e interferir en el intercambio pulmonar de gases (Rojas, Díaz, & Rosas, 2012).

3.3. Regulación Internacional y nacional

En este sentido, tanto el PM10 como el PM2.5 están regulados por diferentes organismos

internacionales tales como la EPA y la OMS, al igual que por la normatividad nacional. La

determinación de las concentraciones máximas permisibles del PM tanto a nivel nacional

como a nivel internacional tiene una larga trayectoria histórica. Así, desde 1971 en EE.UU

se están regulando dichas concentraciones. Sin embargo, a pesar de que las normas

estadounidenses se siguen actualizando, es sólo hasta el 2010 cuando Colombia expide una

última resolución estableciendo las concentraciones máximas permisibles para PM10 y

PM2.5. Así, las concentraciones máximas permisibles por los organismos previamente

nombrados se presentan en las siguientes tablas:

Tabla 1 Concentraciones PM10 y PM2.5 en organismos internacionales

Anual 24 horas

OMS PM10( ) 10 25

PM2,5( ) 20 50

EPA PM10( ) 50 150

PM2,5( ) 15 65

(EPA, 2011) (OMS, 2014)

Tabla 2 Concentraciones de PM10 y PM2.5 establecidas por normatividad nacional

Anual 24 horas

Decreto 0610 de

2010 PM10 ( ) 50 100

PM2,5( ) 25 50

(Ministerio de Medio Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

De esta manera, tal como se observa, Colombia cuenta con una restricción de la

concentración máxima permisible mucho más laxa que organismos internacionales tales

como la EPA o la OMS. Sin embargo, cabe preguntarnos si esta regulación va de la mano

de políticas ambientales adecuadas para cada sector dentro del país y más específicamente

dentro de la ciudad de Bogotá.

3.4. Efectos del PM en la Salud Humana

Tal como se mencionó, se ha comprobado que el PM tiene una alta incidencia en la salud

de la población asociada a incrementes de morbilidad y mortalidad por causa de

14

enfermedades cardiovasculares y respiratorias (Rojas, Díaz, & Rosas, 2012). Esto, debido a

que las partículas pueden afectar la salud humana en tres formas:

o Generar problemas toxicológicos debido a las características físico-químicas propias

de la partícula.

o Interferir con los mecanismos respiratorios del organismo.

o Actuar como precursores de otras sustancias tóxicas.

(Ruiz Ramos, 2006)

El punto en el cual se depositan las partículas dentro del sistema respiratorio está

determinado por el tamaño y la solubilidad de dichas partículas, lo cual explica que el

PM2.5 alcance zonas más remotas que el PM10. Así, las partículas de 10 se depositan

en el tren superior del sistema respiratorio, es decir, en la tráquea, bronquios y bronquiolos;

mientras que las partículas de diámetro menor o igual a 2.5 pueden alcanzar hasta los

alvéolos pulmonares, solubilizándose allí o simplemente depositándose. De esta manera, las

enfermedades causadas por el PM suelen clasificarse como reacciones agudas o reacciones

crónicas. Donde la primera corresponde a enfermedades transitorias como bronquitis, y la

segunda hace referencia a enfermedades inflamatorias sostenidas como el Enfisema o la

bronquitis crónica (Ruiz Ramos, 2006). Cabe señalar que las enfermedades causadas por la

contaminación atmosférica y especialmente debido al PM pueden llevar a la muerte.

3.5. Metodologías de medición

Con el fin de escoger los más apropiados según los objetivos del muestreo establecidos, es

necesario tener claros las limitaciones y ventajas de los distintos métodos de medición de

contaminantes atmosféricos. Existen métodos continuos y métodos discontinuos para la

medición de concentración de material particulado. Los primeros corresponden a aquellos

en los cuales tanto la medición como el análisis del contaminante se hacen en el punto de

muestreo; mientras que los métodos discontinuos requieren del transporte de las muestras

recolectadas en el punto muestreo a un laboratorio para su respectivo análisis. (Fernández

Pathier)

En este sentido, los muestreos son igualmente variables y dependientes de los objetivos de

cada proyecto. Así, se diferencian principalmente tres tipos de muestreo: muestreo continuo

–a lo largo de todo el año-, muestreo periódico –correspondiente a ciertas estaciones del

año- y muestreo puntual –en determinados días u horas-. Así mismo, la selección de los

métodos de análisis y los muestreos debe corresponder a los objetivos del proyecto, el

tiempo de resolución requerido y referencias de reglamentos legales o normas,

principalmente. Existen principalmente cuatro métodos de medida, los cuales se resumen

en la siguiente tabla:

15

Tabla 3 Métodos de muestreo, ventajas y desventajas

Metodología Método de muestreo Ventajas Desventajas

Discontinua Muestreadores

pasivos

o Bajo coste de

operación.

o Sencilla operación.

o No generan

medidas en

rangos de

tiempo

específicos.

Muestreadores activos o Bajo costo de

operación.

o Fácil operación.

o Operación segura.

o Brinda datos en

rangos de tiempo

controlados.

o Genera

medidas para

muestreos

puntuales.

o Requiere de

trabajo

intensivo.

o Requiere

trabajo de

laboratorio.

Continua Analizadores

automáticos

o Brinda información

en tiempo real.

o Compleja

operación.

o De alto

Costo.

o Requieren de

alto

conocimiento

de operación.

Sensores Remotos o Generan medidas

de

multicomponentes.

o Útiles para

medición en la

fuente.

o Muy

complejos en

su operación.

o No son

estrictamente

comparables

con medidas

puntuales.

(Fernández Pathier)

Adicional a lo anterior, es importante resaltar los requisitos tanto de los métodos continuos

como de los métodos discontinuos.

3.5.1. Métodos discontinuos

Requieren principalmente del cuidado del investigador quien debe asegurar la llegada del

100% del material recolectado al laboratorio.

16

Adicionalmente, requieren del manejo de equipos que midan y controlen el volumen de aire

que se está muestreando, y bombas que aporten el caudal constante de aire. Para lo cual,

también es necesario contar con equipos que calibren dicho volumen. Estos métodos

requieren de la utilización de filtros que captan el PM, cuyo pesaje permite determinar la

masa del material recolectado. (Fernández Pathier)

3.5.2. Métodos continuos

Los métodos continuos requieren de un diseño exhaustivo de la línea de muestreo, el diseño

del flujo laminar vertical y del distribuidor convencional. Esto, con el fin de evitar las

reacciones químicas con entre el material recolectado y las paredes del muestreador, para lo

cual los materiales deben ser inertes. Adicional a esto, es necesario llevar un control estricto

de la temperatura del ambiente y los equipos. (Fernández Pathier)

3.6. Equipos de muestreo

Tal como se mostró en la tabla anterior, existen diferentes tipos de quipos según la

metodología y el método de muestreo. A continuación se hará una descripción general de

los diferentes equipos para cada metodología de muestreo.

3.6.1. Muestreadores pasivos

Son equipos que hacen parte de los métodos discontinuos y no requieren el uso de bombas

para forzar la entrada de aire. Este tipo de muestreadores operan por difusión del

contaminante hacia una superficie de recolección, la cual es posteriormente retirada y

analizada en laboratorio. Estos equipos basan su operación en la primera ley de Fick

(Fernández Pathier). Un ejemplo de estos equipos es el colector pasivo de deposición total

(CPDT), cuyo principio operativo se basa en capturar partículas del aire e irlas

seleccionando según su diámetro, a través de tamices de distintos poros.

17

Ilustración 1 Muestreador pasivo CPDT tomado de:

http://www.lqa.utfsm.cl/imagenes/colector_pasivo.gif

3.6.2. Muestreadores activos

Corresponde el otro tipo de equipos dentro de los métodos discontinuos. Contrario a los

muestreadores pasivos, estos sí requieren del uso de una bomba que controle y garantice un

flujo de entrada. Este tipo de equipos se clasifican en: Captadores de gases y partículas,

captadores de partículas y captadores de compuestos orgánicos volátiles (COV).

Captadores de gases y partículas:

Estos equipos usan pequeños volúmenes y son mayormente implementados para la captura

de partículas en suspensión y gases de manera simultánea. Para esto, cuentan con un filtro

para la detención de partículas y un borboteador para recolectar la muestra de gases,

además de un contador de gases y la bomba aspirante (Fernández Pathier).

Captadores de partículas:

Existen muchos tipos de equipos dentro de esta clasificación; las diferencias entre estos

radican en el volumen de captura de aire manejado y en el sistema de impactación. Sin

embargo, de manera general, todos cuentan con un soporte para filtro, un impactador y una

bomba de succión o conjunto de aspiración. Este grupo de equipos a su vez se subdivide en:

Captadores de material sedimentable –recolecta partículas por gravedad en un frasco

recolector-, captadores de partículas torácicas PM10, captadores de referencia de bajo

volumen –operan con un flujo inferior a 2.3 -, captador de referencia de alto volumen

–operan con flujo alrededor de 68 y captadores de partículas respirables PM2.5 –de

18

bajo o alto volumen (Fernández Pathier). Para este tipo de equipos contamos con dos HiVol

y un Harvard Impactor, cuyo principio operativo se basa en absorber aire a determinado

flujo, seleccionar las partículpas a partir de un principio físico de impactación y capturar las

partículas con el diámetro de interés en un filtro.

Ilustración 2 Partes del HiVol tomado de:

http://www.scielo.org.co/img/revistas/luaz/n34/n34a12f6.jpg

Captadores de compuestos orgánicos volátiles (COV):

Utilizados para capturar compuestos orgánicos gaseosos a través de tubos de absorción de

carbón (Fernández Pathier). Uno de estos equipos es el sensor detector compuestos

orgánicos volátiles, cuyo principio operativo se basa en un sensor de fotoionización y un

microprocesador que permite visualizar en tiempo real la concentración de VOCs

(Ambiental Group).

19

Ilustración 3 Sensor detector Compuestos orgánicos volátiles tomado de:

http://www.ambiental-global.com/es/instrumentacion/86-detector-explosividad-

toxicos-ambdetector.html

Existen diferentes técnicas de análisis de muestras, para los métodos discontinuos, una vez

son recolectadas en campo. Las más comunes son: Gravimetría, Potenciometría,

Conductividad, Espectrofotometría de UV/visible, Espectrometría de AA, Cromatografía

iónica, Cromatografía de gases-espectrometría de masas, Cromatografía de líquidos de alta

resolución, Fluorescencia de rayos X/Difracción de rayos X, entre otras (Fernández

Pathier).

3.6.3. Analizadores automáticos

En este tipo de equipos la muestra es tomada y analizada en tiempo real. Para esto cuentan

con un diseño específico para cada contaminante que será analizado. En este sentido, se

cambian sus fundamentos físicos tales como la absorción o emisión de longitud de onda

específica para el contaminante estudiado (Fernández Pathier). Ejemplo de este tipo de

equipos son los analizadores automáticos de partículas o de gases como el Analizador de

NO2 Modelo T500u Caps, que trabaja por técnica de espectroscopía de cavidad atenuada

por desplazamiento de fase generando una medición directa en tiempo real y continuo a

través de absorción óptica (SANAmbiente, 2014).

http://www.ambiental-global.com/es/instrumentacion/86-detector-explosividad-toxicos-ambdetector.html

http://www.ambiental-global.com/es/instrumentacion/86-detector-explosividad-toxicos-ambdetector.html

20

Ilustración 4 Analizador de NO2 Modelo T500u Caps tomado de:

http://www.sanambiente.com.co/index.php/productos/productos-linea-aire/equipos-

para-medicion-de-gases/119-analizadores-automaticos-de-gases-con-aprobacion-us-

epa-en-el-medio-ambiente#analizador-de-no2-model

3.6.4. Sensores Remotos

Son los equipos de medición de contaminantes atmosféricos más costosos del mercado. Su

funcionamiento radica en un emisor de radiaciones de diferentes longitudes de onda y un

receptor, lo cual facilita que los contaminantes presentes en el camino óptico sean

absorbidos y posteriormente cuantificados (Fernández Pathier). En este sentido, este tipo de

equipos usan técnicas espectroscópicas de larga trayectoria para medir contaminantes en

tiempo real. De esta manera, usan la integración entre un detector y una fuente de luz a lo

largo de una ruta determinada, con el fin de calcular los datos de concentración del

contaminante estudiado (DIGESA, 2005). Un ejemplo de este tipo de tecnología son los

sensores LIDAR.

Ilustración 5 Sensor LIDAR tomado de:

http://www.roprodesign.com/files/9212/8758/9777/NASA_Horizontal.jpg

21

4. METODOLOGÍA

Una vez se tiene la información anterior, es posible seleccionar la metodología que mejor

se adapta a los objetivos del proyecto. Sin embargo, dado que se quieren corroborar los

datos de las campañas de monitoreo entre los distintos equipos que se implementen, se optó

por usar dos equipos de muestreo discontinuo y uno de muestreo continuo. Es decir, para el

caso del presente trabajo se ejecutaron las dos metodologías de muestreo de contaminantes

atmosféricos.

Así mismo, debido a que el presente proyecto tiene como objetivo cuantificar partículas

torácicas y respirables (PM10 y PM2.5), los equipos implementados son captadores de

referencia de alto volumen (High Volume Sampler para PM10 y PM2.5) y un equipo de

bajo volumen (Harvard Impactor para PM2.5). Adicionalmente, se siguió la técnica

gravimétrica para el análisis de los datos, debido a que, tal como se mencionó, el material

recolectado y de interés en el estudio está constituido por partículas.

Adicionalmente, se quiso implementar un equipo de monitoreo continuo en el proyecto, con

el fin de obtener datos que facilitaran la determinación del ciclo diurno del PM10 y PM2.5.

Así mismo, con la ayuda de estos equipos se pudo corroborar la información obtenida a

partir de aquellos pertenecientes al método continuo. De esta manera, los DustTrak

permitieron, operados por 24 horas durante todos los días de muestreo, arrojaron datos de

concentración de PM10 y PM2.5 cada minuto.

4.1. Equipos utilizados

Tal como se ha mencionado, los equipos implementados en el proyecto fueron dos HiVol,

un Harvard Impactor y dos DustTrak, los cuales son propiedad del Departamento de

Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de los Andes. Estos equipos permitieron

recolectar tanto muestras en filtro de fibra de vidrio como datos continuos para Pm10 y

PM2.5 en las dos campañas de 4 días de muestreo cada una.

4.1.1. High Volume Sampler (HiVol) para PM10 y PM2.5

El principio de funcionamiento de este equipo es un captador de partículas de alto volumen.

Este es un equipo de medición discontinua empleado para analizar los datos por técnica de

gravimetría. Tanto el HiVol para PM10 como el de PM2.5 cuentan con un cabezote, donde

se encuentra el sistema físico de impactación y selección de partículas según su diámetro,

como de un cuerpo donde se ubica el venturi-bomba de succión y un horómetro que registra

el tiempo de operación del equipo. Los dos son equipos resistentes a cambios de

temperatura abruptos (-30°C a 50°C) y funcionan con un flujo entre 1.02 a

1.24 , es decir, de 61.2 a 74.4 Adicionalmente, estos equipos

recolectan las muestras en filtros de fibra de vidrio y puede operar por periodos superiores a

24h.

22

Ilustración 6 Sistema de impactación del HiVol tomado de:

https://www.qld.gov.au/environment/assets/images/pollution/monitoring/air/hivol-

sampler.gif

Tal como se observa en la imagen anterior, las partículas mayores al diámetro que se quiere

seleccionar se quedan en el plato de impactación, las partículas del diámetro a seleccionar

son recolectadas en el filtro, todo conducido por el flujo de aire absorbido.

https://www.qld.gov.au/environment/assets/images/pollution/monitoring/air/hivol-sampler.gif

https://www.qld.gov.au/environment/assets/images/pollution/monitoring/air/hivol-sampler.gif

23

Ilustración 7 Cabezote y cuerpo de HiVol tomado de: http://www.hi-

q.net/images/Products/Pm10unitX(5r2cx2).jpg

4.1.2. Harvard Impactor para PM2.5

Al igual que el Hivol, este es un equipo captador de partículas; su diferencia radica en que

opera con un volumen bajo, aproximadamente 100 veces menor al de un equipo de alto

volumen. El Harvard Impactor cuenta con una bomba de succión cuyo flujo de operación

debe ser igual a 10L/min. Adicionalmente, el equipo cuenta con un sistema físico con un

plato de impactación para asegurar la recolección de partículas de 2.5 de diámetro. Este

equipo operó por periodos de 12h, en el cual el material fue recolectado en filtros de fibra

de vidrio de 37mm. En la instalación, este equipo fue colgado y cubierto con un techo de

plástico con el fin de evitar problemas ocasionados por la lluvia.

24

Foto 1 Equipo Harvard Impactor, Bomba.

Foto 2 Harvard Impactor para PM2.5

25

Foto 3 Partes de Harvard Impactor: Se resalta el plato de impactación en el medio de

la foto y el porta filtro en la parte inferior derecha.

4.1.3. DustTrak para PM10 y PM2.5

Tal como se mencionó, LOS DustTrak TSI 8520 hacen parte de la metodología continua, es

decir, guardan los datos de concentración de PM en el intervalo de tiempo seleccionado por

el periodo de tiempo escogido. En este sentido, estos equipos estuvieron en funcionamiento

las 24h de los 4 días de muestreo, guardando datos de concentración cada minuto

transcurrido. De esta manera, se obtuvieron las diferentes concentraciones de PM10 y

PM2.5 -para cada minuto del día- que permitieron establecer su ciclo diurno en los días de

la campaña de monitoreo. Este equipo tiene como principio operativo la fotometría láser,

adicionalmente, opera a un flujo de 1,7L/min, y es capaz de recolectar datos con una

resolución de hasta 1 segundo.

Ilustración 8 DustTrak TSI 8520 tomado de:

http://www.tsi.com/uploadedImages/_Site_Root/Products/_Discontinued_Products/85

20.jpg

26

Foto 4 Montaje DustTrak en funcionamiento

Adicionalmente, dado el tipo de datos reportados, fue posible hacer una comparación con la

Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá para los dos puntos de muestreo.

4.2. Puntos de Muestreo:

Ya con esto en mente, para alcanzar los objetivos planteados fue necesario realizar un

muestreo piloto en el edificio IP de la Universidad de los Andes. En este muestreo se pudo

establecer y rectificar el método a seguir para el correcto funcionamiento de cada uno de

los equipos. Así mismo, se establecieron las horas de operación para cada uno de los

equipos (24 horas para los HiVol y DustTrak; 12 horas para el Harvard Impactor), a partir

del conocimiento adquirido en la revisión bibliográfica que se hiso de cada uno de ellos.

Por último, se rectificó el método para el cálculo de las concentraciones de material

particulado de los equipos gravimétricos, se procesaron los datos en Excel para los equipos

volumétricos y se accedió a los datos de la RMCAB.

Con el fin de asegurar la calidad de los muestreos centrales del proyecto, el procedimiento

seguido en el IP fue:

27

Esquema 1 Diagrama de flujo con procedimiento seguido en muestreo piloto.

El muestreo piloto realizado en el edificio IP de la Universidad de los Andes permitió

definir y aclarar el procedimiento a seguir para las campañas de monitoreo. En este sentido,

y cumpliendo con el objetivo del proyecto, se escogió un punto al SurOccidente y otro al

Nororiente de la ciudad. Los lugares de muestreo fueron escogidos estratégicamente con el

fin de cubrir los dos extremos de la ciudad y el punto de inicio y fin de la dirección del

viento promedio de Bogotá. Es decir, un punto antes de generar el fenómeno de arrastre de

partículas por el viento –Nororiente-, y otro punto que recolecte el arrastre de las partículas

–Suroccidente-. De esta manera se esperaba encontrar concentraciones más altas en el

punto Suroccidente que en el Nororiente.

Adicionalmente, cabe señalar que el Suroccidente de la ciudad es una zona

predominantemente industrial y de alto flujo vehicular. Es decir, en esta zona se presentan

concentraciones elevadas de PM10 y PM2,5 a causa de las emisiones industriales, al igual

que el alto flujo vehicular. Por su lado, el Nororiente de la ciudad corresponde a una zona

predominantemente residencial, de baja actividad industrial y de moderado flujo vehicular,

por lo cual no se espera encontrar altas concentraciones de ninguna de las dos formas de

PM estudiadas. En este sentida, para el presente trabajo se espera obtener mayores

concentraciones de PM10 y PM2,5 en el punto de muestreo ubicado en el Suroccidente en

comparación con el punto del Nororiente. Lo cual debe corresponder a las concentraciones

de PM10 reportadas para la estación de Puente Aranda y Usaquén (estaciones más cercanas

Familiarización y ensayo preliminar de los

equipos.

Planeación de la campaña de muestreo.

Preparación de filtros.

Planeación de rango temporal de muestreo

por equipo.

Planeación del transporte de

implementos necesarios para el muestreo.

Instalacion de equipos en el punto de muestreo.

Calibración de flujo en el punto de muestreo.

Puesta en marcha de lel monitoreo.

Finalización del monitoreo.

Transporte de las muestras.

Análisis de muestras.

Transporte de implementos al punto

inicial.

28

al punto de muestreo del suroccidente y nororiente respectivamente) presentadas en el

Informe anual de calidad del aire de Bogotá presentado para el año 2013, del que se obtiene

la siguiente información:

Tabla 4 Datos de concentración PM10 para los años 2012 y 2013 de la estación de

Puente Aranda y Usaquén de la RMCAB

Estación Puente Aranda Estación Usaquén

2012 Concentración PM10 ug/m3 48 36

2013 Concentración PM10 ug/m3 47 37

Con base en lo anterior, las muestras de PM10 y PM2.5 fueron recolectadas exactamente

en:

Campaña de muestreo 1. Punto Suroccidente: Esta campaña se realizó entre los

días domingo 22 de marzo y jueves 26 de marzo. El muestreo se llevó a cabo sobre

la terraza de la casa ubicada en la transversal 71b #8ª-06. El punto se encuentra

ubicado a aproximadamente 2km al occidente de la estación de monitoreo Puente

Aranda de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá. En cuanto a la

instalación, los HiVol fueron ubicados a 2m de distancia uno del otro, sobre estos se

ubicaron los Dustrak y el Harvard Impactor fue situado en la mitad.

Foto 5 Montaje HiVol y DustTrak PM10 Suroccidente.

29

Campaña de muestreo 2. Punto Nororiente: Esta campaña se desarrolló durante

los días domingo 29 de marzo y jueves 1 de abril. El muestreo se realizó sobre la

terraza del edificio Deco II ubicado en la carrera 20 # 134ª-30. Este punto se

encuentra ubicado a aproximadamente 2.5km al noroccidente de la estación

Usaquén de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá. La instalación de

los equipos fue similar a la del punto del Suroccidente.

Foto 6 Montaje en punto de muestreo nororiente

4.3. Rangos de tiempo de muestreo por equipo

Idealmente, los dos muestreos fueron diseñados para que los HiVol tomaran datos las 24

horas del día –comenzando a las 0:00 y terminando a las 24:00- al igual que los DustTrak;

y que el Harvard Impactor recolectaron datos durante el día y la noche en dos periodos de

12 horas -7:00am a 7:00pm y 7:00pm a 7:00am-. El diseño del muestreo se pudo ejecutar

sin inconvenientes en la primera campaña de muestreo. Sin embargo, por temas logísticos

durante la segunda campaña, los rangos de tiempo de muestreo tuvieron que ser

modificados. En este sentido, en el punto del Nororiente los HiVol operaron sólo durante

12 horas en el día -8:00am a 8:00pm-; mientras los que el Harvard Impactor estuvo en

funcionamiento en dos periodos de 12 horas por día -8:00am a 8:00pm y 8:00pm a 8:am-;

por su parte los dos DustTrak pudieron trabajar las 24 horas del día durante la campaña de

monitoreo.

30

4.4. Metodología de análisis de muestras

Las muestras recolectadas en las dos campañas de monitoreo fueron manejadas y

analizadas según los protocolos del Laboratorio de Calidad del Aire de la Universidad de

los Andes. En este sentido, las muestras de los métodos discontinuos fueron manejadas a

través de todo el procedimiento de la técnica gravimétrica; y los datos de los DustTrak

fueron manipulados y analizados con la ayuda de hojas de cálculo en Excel.

4.4.1. Metodología para el análisis de filtros

La preparación de los filtros se constituye como una etapa anterior al desarrollo de los

muestreos. Para esto se dispusieron en un desecador con solución de al 46% por

periodos de mínimo 24 horas, con el fin de asegurar la ausencia de humedad en los filtros.

Cabe señalar que según el SOP del HiVol, los filtros en el laboratorio deben mantenerse

bajo condiciones controladas de temperatura y humedad relativa, las cuales deben ser entre

15°C-30°C y 40%±5%, respectivamente (Universidad de los Andes, 2006). Las

condiciones requeridas fueron monitoreadas en el proceso de pesaje, sin embargo a pesar de

que la temperatura se mantuvo entre 20°C y 25°C, la humedad relativa siempre fue superior

a la sugerida. Por otro lado, los filtros de 37mm, correspondientes al Harvard Impactor, se

guardaron en cajas de Petri y bolsas Ziploc; mientras que los filtros de los HiVol, debido a

que son de mayor tamaño, se transportaron doblados por la mitad dentro de bolsas Ziploc.

Tras asegurarse el secado de los filtros se procedió a pesarlos; este peso corresponde al

peso inicial de los filtros –antes de iniciar el muestreo-, es decir, al peso de los filtros sin

muestra de PM recolectada.

Foto 7 Desecador implementado en la preparación de los filtros

31

Una vez se terminaron las campañas, la concentración de las muestras recolectadas en los

filtros se determinó por medio de análisis gravimétrico. Para esto fue necesario pesarlos

nuevamente una vez se desecaron por mínimo 24 horas, tal como se explicó anteriormente;

este peso corresponde al peso final, es decir, al peso después de recolectar la muestra de

PM. Adicionalmente, durante el muestreo fue necesario registrar la hora de inicio y fin –por

filtro-, el tiempo transcurrido por cada muestreo según el equipo y el flujo final e inicial de

cada equipo.

Las balanzas utilizadas para el pesaje de los filtros son de alta precisión y permiten conocer

la masa de los filtros hasta un orden de micro gramos. Cada filtro fue pesado 3 veces

asegurando una diferencia de máximo 3micras entre los 3 pesos. El calibrador

implementado para medir el flujo inicial y final del Harvard Impactor fue un MesaLabs

Bios referencia Defender 520. Por otro lado, para conocer el flujo final e inicial de los

HiVol, se implementó el método respectivo a partir de la relación de presión ambiental y de

estancamiento del equipo con la ayuda de un manómetro y la tabla de calibración de los

equipos.

Foto 8 Balanza de presición implementada para el pesaje de los filtros de 37mm.

32

Foto 9 Balanza implementada para el pesaje de los filtros de los HiVol.

Foto 10 Calibrador implementado para controlar el flujo del Harvard Impactor

Cabe señalar que a cada muestreo fue necesario llevar un filtro blanco, el cual será

necesario para el cálculo de las concentraciones.

Con todos estos datos fue posible calcular la concentración de PM2.5 para el Harvard

Impactor, aplicando la siguiente fórmula:

( )

Ecuación 1 Cálculo de concentración de PM por método gravimétrico.

Donde:

33

En este sentido, la metodología a seguir para determinar las concentraciones halladas por el

Harvard Impactor es:

Esquema 2Diagrama de flujo metodología para cálculo de concentraciones PM2.5

con Harvard Impactor.

Por su lado, para el pesaje de los filtros de los HiVol se implementó una metodología

levemente distinta. En esta se utilizó un recipiente de plástico sobre el cual se pesaron los

filtros. Es decir, se taró la báscula de precisión con el recipiente para, sobre este, disponer

los filtros a pesar. Para asegurar el pesaje correcto, se repitió el procedimiento hasta obtener

dos pesos exactamente iguales de manera consecutiva. El flujo de operación de los equipos

se calculó a partir de la relación de la presión de estancamiento y la presión ambiental y una

tabla de calibración.

Adicionalmente, con el fin de garantizar el flujo de los HiVol, fue necesario hacer dos

pruebas: una para garantizar que el equipo está libre de fugas, y otra para asegurar el flujo

de operación. En este sentido, una vez instalados los equipos en el punto de muestreo, se

procedió primero a realizar la prueba de fugas. Esta consiste en instalar un sistema de

calibración (orificio) sobre una bandeja ubicada en el soporte del filtro, en la cual se adapta

orificio. Una vez se instala, se conecta la presión de estancamiento a un manómetro y se

cubren las salidas del orificio con un guante de látex (Universidad de los Andes, 2006).

Posteriormente, se prende el motor, si no hay movimiento en el manómetro, quiere decir

que no hay fugas.

Secado de filtros mínimo 24 horas

antes del muestreo.

Pesaje de filtros una vez secados. Peso

inicial. Montaje de filtro.

Calibración de flujo a 10L/min

Toma de tiempo de inicio y horómetro

inicial.

Toma de tiempo final y horómetro final.

Medición de flujo final.

Retiro de filtro y cambio de

impactador para instalar nuevo filtro.

Desecado de filtros por mínimo 24 horas.

Pesaje de filtros. Peso final

Cálculo de concentración.

34

Ilustración 9 Bandeja soporte de orificio tomado de: (Universidad de los Andes, 2006)

Ilustración 10 CVF orificio tomado de: (Universidad de los Andes, 2006)

Para el caso de la verificación del flujo de operación, se tomaron 5 datos de la presión de

estancamiento y la presión del orificio con la ayuda de dos manómetros de agua.

Posteriormente se halló la relación de presiones y se determinó el flujo a partir una tabla de

calibración, teniendo en cuenta la temperatura ambiental y la relación de presiones. Cabe

señalar que la presión de estancamiento corresponde a la lectura del manómetro conectado

al motor. Adicionalmente, se tomó un dato de presión de estancamiento con un filtro blanco

de calibraciones.

35

Ilustración 11 Presión de estancamiento y de orificio tomado de: (Universidad de los

Andes, 2006)

De esta manera, el procedimiento a seguir para el cálculo de las concentraciones de los

HiVol fue:

Esquema 3 Diagrama de flujo metodología para el cálculo de las concentraciones

PM10 y PM2.5 con HiVol.

Desecado de fitros mínimo 24 horas antes

del muestreo.

Pesaje de filtros. Peso inicial.

Prueba de fugas. Calibración de flujos con

5 ensayos.

Prueba de flujo con blanco.

Montaje de filtros.

Toma de presión de estancamiento inicial y obtención de dato de

flujo en tabla de calibración.

Toma de hora y dato de horómetro inicial.

Toma de hora y horómetro final.

Toma de presión de estancamiento final y obtención de dato de

flujo en tabla de calibración.

Retiro y adecuación de filtros para transporte.

Desdecado de filtros por mínimo 24 horas.

Pesaje de filtros. Peso final.

Cálculo de las concentraciones.

36

Una vez se obtuvieron las concentraciones, se graficaron por día de muestreo y se

compararon entre sí.

4.4.2. Metodología para el análisis de datos de los DustTrak

Con el fin de realizar el análisis de los datos para cada día de muestreo, primero se

separaron los datos arrojados por los DustTrak a una hoja de Excel. Es decir, se tomaron los

datos por minuto desde las 0:00 hasta las 24:00 por cada día muestreado tanto para PM10

como para PM2.5.Debido a que se quiere entender las variaciones diurnas de concentración

de PM, se aplicó un filtro para eliminar las mediciones de alta frecuencia medidas por el

instrumento. Para atenuar la señal de alta frecuencia, se calculó la media móvil a todos los

datos en rangos de 60, es decir, se obtuvo el promedio móvil de los datos para cada hora.

Posteriormente se graficaron y compararon los datos con la estación de la RMCAB más

cercana al punto de muestreo.

Con el fin de generar claridad en el procedimiento seguido, a continuación se muestra lo

realizado el día 1 del muestreo en el Suroccidente.

Gráfica 1 Datos DustTrak PM2.5 día 1 Muestreo Suroccidente

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

mg/

m3

Horas

37

Gráfica 2 Datos DustTrak PM2.5 día 1 Muestreo Suroccidente

En el caso ejemplificado anteriormente se puede observar con la claridad que la aplicación

de la media móvil suaviza los datos obtenidos en un principio, lo cual permite identificar

con mayor claridad los picos diurnos y, en sí, el ciclo diurno del PM. Adicionalmente, esto

facilitó la comparación de las concentraciones de los DustTrak entre ellos y con los de la

estación de la RMCAB más cercana al punto de muestreo.

Gráfica 3 Datos PM10 y PM2.5 comparados para el Día2 Muestreo Suroccidente.

Rojo: PM10, Azul: PM2.5

Una vez se tuvieron los datos de los DustTrak organizados y separados por días, se pudo

comparar con la estación de la RMCAB más cercana al punto de muestreo. Así para la

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

mg/

m3

Horas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

38

campaña 1 –muestreo Suroccidente- se compararon las concentraciones de PM10 con la

estación Puente Aranda. Sólo fue posible hacer la comparación para PM10 debido a que la

estación no reporta datos de PM2.5. Por su lado, para el punto de muestreo ubicado en el

Nororiente, se pude efectuar la comparación de PM10 y PM2.5 con la estación de Usaquén.

A continuación se ejemplifica una comparación realizada para PM10 entre el DustTrak y la

estación de Puente Aranda; y una para PM2.5 entre DustTrak y la estación Usaquén.

Gráfica 4 Comparación PM10 DustTrak y estación Puente Aranda Día3 Muestreo

Suroccidente. Rojo: RMCAB, azul: DustTrak.

Gráfica 5 Comparación PM 2.5 entre DustTrak y estación Usaquén Día 3 Muestreo

Nororiente. Rojo: RMCAB, azul: DustTrak.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

0

20

40

60

80

100

120

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

39

Tal como se observa en las dos gráficas, los datos de los DustTrak y las estaciones de la

RMCAB presentan un comportamiento muy similar. Sin embargo, es destacable un

pequeño desfase entre las dos fuentes de datos. Esto se le atribuye, en principio, al viento

de la zona que provoca que el material recolectado llegue primero a un punto que otro. Sin

embargo, este análisis se explicará con mayor detalle más adelante.

En este sentido, el procedimiento seguido para analizar los resultados de los DustTrak es:

Esquema 4Procedimiento para el análisis de datos DustTrak.

Una vez se obtuvieron las concentraciones de los métodos gravimétricos y de los DustTrak,

se procedió a encontrar factores de corrección entre estos. Es decir, factores que permitan

ajustar los datos de los DustTrak a las concentraciones obtenidas de los HiVol y el Harvard

Impactor. Para esto, se llevó a cabo el siguiente procedimiento:

Descarga de datos y copia en Excel.

Cortar y organizar los datos por día de muestreo.

Hallar la media móvil de los datos en intervalos de 60.

Convertir las concentraciones a ug/m^3.

Comparar datos de PM10 y PM2.5.

Descargar datos correspondientes a las fechas de muestreo de las estaciones de la RMCAB más cercanas a

los puntos de muestreo.

Comparar datos de DustTrak con estación de RMCAB.

40

Esquema 5 Procedimiento seguido para hallar los factores de correción DustTrak.

Los factores de corrección fueron hallados como una razón, es decir, como una división

entre los promedios de las concentraciones de los DustTrak y la concentración hallada para

el HiVol o el Harvard Impactor en el mismo rango de tiempo.

5. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

A continuación se muestran los resultados obtenidos en proyecto. Primero se muestran para

el caso del muestreo en el Suroccidente y, posteriormente, los resultados del muestreo del

Nororiente.

5.1. Muestreo Suroccidente

Para el caso de los HiVol, los resultados obtenidos fueron:

Se halló el promedio de concentraciones de los

DustTrak para el rango de tiempo ajustado a los HiVol o

al Harvard Impactor.

Se halló un factor de corrección para PM2.5 entre Hivol y Harvard Impactor por

día y se promedió.

Se halló un factor de corrección entre DustTrak vs Harvard Impactor; DustTrak

vs HiVol por día.

Se aseguró que los factores de corrección hallados por

día no tuvieran un error mayor al 15% y se

promediaron.

Se halló un factor de correccón para PM10 entre

DustTrak y HiVol por día, asegurando un error de

máximo 15% y se promediaron.

Se calibraron los datos de los DustTrak con los factores de

corrección encontrados.

41

Gráfica 6 Concentraciones de HiVol PM10 y PM2.5 muestreo SurOccidente Rojo:

PM10, Azul: PM2.5

Tal como se observa las concentraciones de PM2.5 se mantienen por debajo de las del

PM10. Esto es razonable debido a que el PM10 debe contener al PM2.5; así mismo, es

posible destacar que el comportamiento de los dos es similar a lo largo del tiempo. Cabe

señalar que el lunes 23 de marzo fue día festivo, por lo cual se observa la menor

concentración entre los días muestreados.

A continuación se muestran los datos tabulados.

Tabla 5 Concentraciones PM10 y PM2.5 HiVol muestreo Suroccidente

Nombre Fecha Día

Concentración

ug/m3

2.5d2 22/03/2015 Domingo 27.49

2.5d1 23/03/2015 Lunes 22.37

2.5d3 24/03/2015 Martes 37.59

2.5d4 25/03/2015 Miércoles 34.9855

10d1 22/03/2015 Domingo 51.7886

10d2 23/03/2015 Lunes 40.2222

10d3 24/03/2015 Martes 76.3839

10d4 25/03/2015 Miércoles 63.8368

Domingo , 27.5 Lunes , 22.4

Martes , 37.6 Miércoles, 34.9

Domingo , 51.8

Lunes , 40.2

Martes , 76.4

Miércoles, 63.8

0.0000

10.0000

20.0000

30.0000

40.0000

50.0000

60.0000

70.0000

80.0000

90.0000

Co

nce

ntr

ació

n u

g/m

^3

Días

42

Las concentraciones obtenidas en la campaña de muestreo para el Harvard Impactor fueron:

Gráfica 7Concentración diurna y nocturna de PM 2.5 IH Rojo: nocturno; Azul:

diurno

En la gráfica anterior se muestran las concentraciones diurnas y nocturnas para PM2.5

obtenidas del Harvard Impactor. Recuérdese que el muestreo se hizo de 7:00am a 7:00pm y

de 7:00pm a 7:00am. Los datos tabulados son los siguientes:

Tabla 6 Concentraciones diurnas y nocturnas PM2.5 Harvard Impactor

En el Día Domingo 28.3

Lunes 20.4

Martes 37.4

Miércoles 33.8

En la Noche Domingo 18.5

Lunes 30.3

Martes 43.2

Miércoles 50.2

Una vez más, es importante señalar que el lunes fue día festivo, lo que puede explicar que

la concentración diurna de este día haya sido tan similar a la del domingo. Por otro lado, tal

como se observa, las concentraciones nocturnas tienden a aumentar en el transcurso de los

Domingo; 28.3

Lunes; 20.4

Martes; 37.4

Miércoles; 33.8

Domingo; 18.5

Lunes; 30.3

Martes; 43.2

Miércoles; 50.2

02468

10121416182022242628303234363840424446485052

Co

nce

ntr

ació

n u

g/m

^3

Días

43

días. Esto puede deberse a que el muestreo fue realizado en una zona industrial y las horas

de carga y descarga son en la noche. En este sentido, puede existir un mayor flujo vehicular

de carros diesel en las noches entre semana, causando un aumento de emisiones de PM2.5.

En cuanto a las concentraciones halladas a partir de los DustTrak, a continuación se

muestran primero los datos de PM10 y PM2.5 comparados para cada día; y posteriormente,

las concentraciones de PM10 obtenida por los DustTrak comparadas con los datos de la

estación de la RMCAB Puente Aranda.


PM2.5

Tal como se observa, la concentración de PM2.5 tiene un pico que sobrepasa la de PM10,

lo cual no debería ocurrir. En este sentido, dado que el PM10 siempre contiene el PM2.5, se

puede afirmar que lo sucedido corresponde a un fenómeno local, y este puede ser el hecho

de que, a la hora de la anomalía, se trabajó con soldadura en la terraza de la casa en la que

se llevó a cabo el muestreo. De resto, puede observarse que el comportamiento del PM10 y

el PM2.5 es muy similar, manteniéndose el primero por encima del segundo. Como puede

verse en la gráfica, el primer día de muestreo el DustTrak que estaba midiendo PM10 dejó

de funcionar a las 7:00pm aproximadamente.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Hoas

44


PM2.5

La gráfica anterior nos indica que el PM10 y el PM2.5 tienen un comportamiento muy

similar, por lo cual se puede concluir que los dos DustTrak estaban registrando los mismos

eventos, es decir, estaban midiendo lo mismo.


PM2.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

0

20

40

60

80

100

120

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

45

En el día 3 sólo se obtuvieron datos de PM2.5 hasta la 1:30pm, sin embargo, puede

observarse que mientras los dos DustTrak estuvieron funcionando, las concentraciones de

PM10 y PM2.5 son muy similares y el primero se mantiene por debajo del segundo.


PM2.5

En el cuarto día del muestreo del Suroccidente los dos DustTrak midieron las 24h

planeadas. Durante el tiempo de muestreo, se observa que los dos equipos registran los

mismos eventos manteniéndose la concentración del PM2.5 por debajo de la de PM10.

De la estación de Puente Aranda de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá

D.C., se obtuvieron las concentraciones de PM10 para cada día de muestreo. A

continuación, se muestran los datos comparados del DustTrak y la estación.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

46

Gráfica 12 Comparación de DustTrak (Rojo) y RMCAB (verde). Día 1, muestreo

suroccidente

Como se mencionó anteriormente, el DustTrak que se encontraba muestreando el PM10

dejó de funcionar a las 7:00pm. Sin embargo, cabe resaltar que para el tiempo en el cual se

tienen datos de los dos equipos, los datos obtenidos son coherentes entre sí. Es decir, los

métodos de muestreo parecen registrar los mismos eventos: un pico destacable entre las

4:00am y 10:00am y uno más pequeños a las 2:00pm aproximadamente.


suroccidente

0

20

40

60

80

100

120

140

160

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

47

La gráfica anterior muestra los datos obtenidos por el DustTrak y por la estación Puente

Aranda para PM10 en el día dos de la campaña de monitoreo. Tal como se observa, el ciclo

diurno registrado por los dos equipos coincide en picos y eventos. Es decir, un pico grande

entre las 5:00am y las 10:00 am y uno más pequeño entre la 1:00pm y las 2:30pm. Cabe

señalar que parece haber un ligero desfase entre las gráficas, lo cual podría ser explicado

por la dirección del viento que genera que el evento llegue primero a un punto que al otro.

Sin embargo, esta posible explicación será tratada más adelante.


suroccidente

En el tercer día de muestreo se observa que las gráficas obtenidas de las concentraciones

arrojadas por el DustTrak y por la estación de Puente Aranda para PM10 presentan un

comportamiento muy semejante. Es decir, las dos reportan los mismos eventos. En este

sentido, para el martes 24 de marzo se observa un pico grande para la concentración de

PM10 entre las 5:00am y 1:00pm, y uno más pequeño entre las 7:30pm y las 11:30pm.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

48


suroccidente

Al igual que en la gráfica descrita anteriormente, para el cuarto día de muestreo el ciclo

diurno obtenido de las concentraciones de PM2.5 arrojadas por el DustTrak es muy similar

al obtenido de la estación de monitoreo Puente Aranda. Es decir, los dos puntos de

monitoreo logran registrar los mismos eventos posiblemente regionales.

Como se mencionó anteriormente, los datos de los DustTrak fueron corregidos con un

factor obtenido de su comparación tanto con los HiVol como con el Harvard Impactor. Para

el muestreo del Suroccidente los factores de corrección fueron:

Tabla 7 Factores de calibración para DustTrak

Equipos comparados Factor

DustTrak vs Harvard Impactor 0.655

DustTrak vs Hivol 2.5 0.698

Promedio 0.687

HiVol2.5 vs Harvard Impactor 1.01

Dado que la razón entre el HiVol 2.5 y el Harvard Impactor es 1.01, el factor de corrección

implementado fue el promedio del factor DustTrak vs Harvard Impactor y DusTrak vs

HiVol2.5. Una vez se corrigieron los datos del DustTrak que midió PM2.5 con este valor,

se procedió a generar una gráfica que mostrara todos los datos obtenidos de los diferentes

equipos para PM2.5 por día así:

0

20

40

60

80

100

120

140

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

49

Gráfica 16 Comparación Dustrak, HiVol e IH para PM 2.5 día 1 SurOccidente. Azul

oscuro: DustTrak calibrado; Azul claro: Hivol; Naranja: Harvard Impactor día;

Morado: Harvard Impactor noche.

Como se observa, la concentración obtenida del Harvard Impactor es muy similar a la

calculada a partir del HiVol, esto indica que los dos equipos capturaron el mismo PM a

pesar de muestrear en lapsos distintos. Así mismo, cabe señalar que la concentración

obtenida por el Harvard Impactor en la noche es menor a la del día, lo cual tiene sentido si

se considera que en la noche existe menor flujo vehicular.


DustTrak; Verde: HiVol; Morado: Harvard Impactor día; Azul: Harvard Impactor

noche

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

50

Para el segundo día de muestreo, se observa que la concentración de PM2.5 diurna obtenida

por el HiVol y el Harvard Impactor continúa siendo muy similar. Sin embargo, para este

día la concentración nocturna es mayor, lo cual responde a un pico evidenciado en el

DustTrak entre las 7:00pm y las 11:30pm aproximadamente. Esto podría deberse a que, tal

como se mencionó anteriormente, el punto de muestreo se encuentra ubicado en una zona

industrial que ostenta un mayor flujo de vehículos diesel que en horas de la noche.


DustTrak; Verde: HiVol; Azul: Harvard Impactor día.

Dado que para el tercer día de muestreo el DustTrak que medía PM2.5 dejó de funcionar a

la 1:30pm, no se muestra el dato obtenido para la concentración de PM2.5 en la noche por

el Harvard Impactor. Sin embargo, se evidencia que tanto la concentración de Harvard

Impactor como la del HiVol, corresponden a aproximadamente el promedio de lo reportado

por el DustTrak.

0

10

20

30

40

50

60

70

00:00:00 02:24:00 04:48:00 07:12:00 09:36:00 12:00:00 14:24:00

ug/

m3

Horas

51


DustTrak; Verde: HiVol; Morado: Harvard Impactor día; Azul: Harvard Impactor

noche.

Para el último día de muestreo se evidencia una vez más que el Harvard Impactor y el

HiVol reportar una concentración muy similar para el día, lo cual, además, responde al

promedio de las concentraciones arrojadas por el DustTrak para el mismo intervalo de

tiempo muestreado por el Harvard Impactor. Por otro lado, la concentración de PM2.5

obtenida para la noche a partir del Harvard, es mayor a la del día. Sin embargo responde a

un pico arrojado por el DustTrak, lo cual indica que el dato es coherente y que manifiesta la

actividad industrial nocturna de la zona.

Así mismo para los datos de PM10 arrojados por el DustTrak se halló un factor de

corrección con respecto al HiVol que medía PM10. Para este caso, el factor obtenido fue:

Tabla 8 Factor de Calibración DustTrak vs HiVol PM10

Equipos Comparados Factor

DustTrak vs HiVol10 1.002

A partir del factor obtenido, se puede afirmar que en este caso los datos del DustTrak no

necesitan ser calibrados pues el factor indica que coinciden con el HiVol. Así, a

continuación se muestran las concentraciones de PM10 como resultado de cada día de

muestreo con HiVol y DustTrak, comparadas entre sí y con la estación Puente Aranda.

0

10

20

30

40

50

60

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

52

Gráfica 20 Comparación Dustrak, Hivol y RMCAB para PM10 día 1 SurOccidente.

Rojo: DustTrak; Verde: HiVol; Azul: RMCAB

Tal como se observa, el ciclo reportado por el DustTrak coincide con el de la RMCAB, así

mismo, la concentración hallada a partir del HiVol es aproximadamente el promedio de lo

reportado por los dos equipos de muestreo continuo. Es decir, los datos son coherentes

entre sí.


Rojo: DustTrak; Verde: HiVol; Azul: RMCAB.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

53

Para el caso del segundo día de muestreo es mucho más claro que el ciclo diurno hallado a

partir del DustTrak y la estación Puente Aranda responde a los mismos eventos y, en

general, reportan el mismo ciclo. Así mismo, la concentración obtenida a partir del HiVol

es aproximadamente el promedio del ciclo del PM10 para el día 2.


Verde: DustTrak; Morado: HiVol; Rojo: RMCAB.

A igual que en los casos anteriores, para el tercer día de muestreo el DustTrak y la estación

reportan los mismos eventos generando un ciclo del PM10 muy similar. Así mismo, la

concentración del día obtenida por el HiVol responde al promedio del ciclo.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

54



Se observa lo mismo para el cuarto día de muestreo en el Suroccidente.

5.1.1. Efectos de la dirección del viento

Como se mencionó anteriormente, parece haber un ligero desfase entre los datos obtenidos

por los DustTrak y los reportados por la estación de monitoreo Puente Aranda. Así, con el

fin de ver si la dirección del viento tiene algún efecto en el reporte de los eventos, se

procedió a realizar un análisis de este factor meteorológico a partir de datos registrados por

la misma estación de monitoreo.

Para conocer la dirección predominante de la cual venía el viento durante el día de

muestreo, se graficaron los puntos por obtenidos de la estación Puente Aranda y se delimitó

por direcciones fijas, al tiempo, por percentiles se determinó la dirección mayoritaria. Así

mismo, dado que la estación de monitoreo se encuentra al oriente del punto de muestreo, se

pudo establecer el efecto que tiene la dirección del viento en el reportaje de los datos. Es

decir, si por causa de la dirección del viento un evento debe llegar primero a un punto que

al otro.

Tabla 9 Datos de dirección del viento para el punto de muestreo suroccidente.

Día Dirección Predominante por

día

Efecto

1 78.3% Suroccidente Los eventos deben llegar al tiempo

2 80% Occidente El evento debería llegar primero a la estación

0

20

40

60

80

100

120

140

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

55

Puente Aranda.

3 100% Occidente El evento debería llegar primero a la estación

Puente Aranda.

4 82.7% Occidente El evento debería llegar primero a la estación

Puente Aranda.

Tal como se observa, la dirección del viento predominante podría explicar el hecho de que

los eventos lleguen primero a la estación de Puente Aranda que el punto de muestreo del

proyecto, sin embargo el desfase es tan mínimo que no se le otorga relevancia a este factor.

Por otro lado, se cree que si la distancia entre los dos puntos de monitoreo fuese mayor el

efecto de la dirección del viento podría ser mayor.

5.2. Muestreo Nororiente

Al igual que en el caso del muestreo del Suroccidente, a continuación se muestran los datos

obtenidos por cada uno de los equipos.

Cabe señalar que para el caso de los HiVol, el rango de tiempo de muestreo tuvo que ser

modificado. Es decir, se muestrearon 12h de 8:00am a 8:00pm.

Gráfica 24 Concentraciones HiVol muestreo NorOriente. Azul: PM10; Rojo:PM2.5

De la gráfica anterior se observa que las concentraciones de PM10 por día se mantienen

sobre las de PM2.5 en proporciones muy similares. Así mismo, es destacable que las

concentraciones del domingo sean las más bajas y tiendan a subir en el transcurso de la

semana. Para este caso cabe señalar que el miércoles 1 de abril fue el día anterior al jueves

Domingo , 12.6

Lunes , 31.7

Martes , 37.2

Miércoles, 20.7 Domingo , 17.8

Lunes , 47.9

Martes , 53.1

Miércoles, 29.8

0

10

20

30

40

50

60

ug/

m^3

Días

56

santo. Lo cual es una razón para que la concentración de este día sea tan baja con respecto a

la del día anterior, pues es posible que muchos ciudadanos hayan viajado.

Los datos tabulados son:

Tabla 10 Concentraciones PM10 y PM2.5 obtenidas del HiVol para el muestreo en el

Nororiente.

Nombre Fecha Día Concentración

ug/m3

2.5d1 29/03/2015 Domingo 12.6

2.5d2 30/03/2015 Lunes 31.69

2.5d3 31/03/2015 Martes 37.19

2.5d4 01/04/2015 Miércoles 20.67

10d1 29/03/2015 Domingo 17.84

10d2 30/03/2015 Lunes 47.95

10d3 31/03/2015 Martes 53.13

10d4 01/04/2015 Miércoles 29.75

Para el caso de las concentraciones de PM2.5 diurnas y nocturnas obtenidas por el Harvard

Impactor se tiene:

Gráfica 25 Concentraciones PM2.5 diurnas y nocturnas muestreo NorOriente IH.

Rojo: diurno; Azul: nocturno.

Domingo,8.5

Lunes, 23.1

Martes, 29.4

Miércoles,16.6

Domingo,25.0

Lunes, 23.5

Martes, 15.3

Miércoles,17.8

0

5

10

15

20

25

30

35

ug/

m^3

Días

57

Así mismo, se observa una concentración diurna mínima para el domingo y muy baja para

el miércoles. En este caso, es destacable que la concentración diurna y nocturna del lunes

sea tan similar. Es decir, al parecer la actividad vehicular diurna nocturna fue muy similar.

A continuación se presentan los datos de PM10 y PM2.5 arrojados por el DustTrak

comparados entre sí y con las concentraciones obtenidas de la estación de la Red de

Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá Usaquén.


muestreo Nororiente.

Tal como se observa, el comportamiento del PM10 y el PM2.5 durante este día de muestreo

fue muy similar, manteniéndose la concentración de PM2.5 por debajo de la de PM10. En

este sentido, es posible afirmar que los dos DustTrak lograron registrar los mismos eventos.

Para el primer día de muestreo, el cual se inició el domingo 29 de marzo a las 8:00am, se

observa la cola de un pico entre la hora de inicio y las 10:00am y el inicio de otro a las

7:30pm. Lo cual podría soportar los datos obtenidos por el Harvard Impactor de una

concentración de PM2.5 muy alta para el domingo en la noche con respecto a la del día.

0

10

20

30

40

50

60

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

58



Para el caso del lunes 30 de marzo se observa un ciclo del PM bimodal, es decir, con dos

picos claros. Uno en la mañana entre las 5:00am y las 10:00am y otro en la tarde entre las

3:30pm y las 7:30pm. Lo cual respondería al aumento del flujo vehicular como respuesta al

inicio y fin de la jornada laboral.



0

10

20

30

40

50

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00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

Ug/

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00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

59

Al igual que en el caso anterior, para el tercer día de muestreo se observa un ciclo del PM

bimodal. Lo cual se evidencia para el PM2.5 y el PM10 donde el primero se mantiene por

debajo del segundo pero con un comportamiento semejante. Cabe mencionar que a partir de

las 8:00pm de este día el DustTrak que muestreaba PM10 dejó de funcionar.

Gráfica 29 Concentraciones del DustTrak PM2.5 para el día 4 muestreo Nororiente.

El comportamiento del PM obtenido para el cuarto día de muestreo fue muy particular. Es

decir, el hecho de que sea muy parejo y sin picos destacables, puede ser consecuencia de

que este día fuera un miércoles atípico de bajo flujo vehicular. Esto se debe a que fue el

miércoles 1 de abril, día antes del jueves santo.

A continuación se muestra la comparación de los datos obtenidos por el DustTrak y por la

estación de monitoreo Usaquén, primero para PM10 y posteriormente para PM2.5.


nororiente.

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35

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00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

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10

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00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

60

Como se observa, el comportamiento de las dos gráficas es muy similar, lo cual responde

al ciclo del PM reportado para ese día. Cabe mencionar que como el muestreo empezó a las

8:0am, el DustTrak sólo logró reportar el final del pico diurno. Así mismo, parece haber un

ligero desfase entre las dos gráficas, lo cual se intentará de explicar a partir de la dirección

del viento más adelante.


nororiente.

Al igual que para el día 1, en el segundo día de muestreo se reportan ciclos del PM10 muy

parecidos para la estación Usaquén y para el DustTrak. Sin embargo, el segundo pico se

reporta un poco antes en el punto de muestreo que en la estación de monitoreo.

0

20

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100

120

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

61


nororiente.

El ciclo reportado por las dos estaciones es muy similar, sin embargo parece haber un

desfase entre los eventos. Así mismo se observa un pico adicional reportado por la estación

Usaquén, lo cual parece ser un evento local. Adicionalmente cabe mencionar que el ciclo

del PM10 es principalmente bimodal, es decir presenta dos picos sobresalientes. Uno en la

mañana entre las 5:00am y las 10:00am y otro en las horas de la tarde entre las 2:00pm y

las 7:00pm. Esto responde a las horas laborales de inicio y fin.

Gráfica 33 Datos de PM10 RMCAB día 4 muestreo Nororiente

0

20

40

60

80

100

120

00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 00:00

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50

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

62

Dado que el DustTrak que medía PM10 dejó de funcionar el día 3 a las 8:00pm, sólo se

muestra el ciclo del PM arrojado por la estación Usaquén para el día 4. Cabe mencionar que

para este día no hay picos de PM10 claros. Esto puede deberse a que el cuarto día de

muestreo correspondió al miércoles previo al jueves santo, por lo cual se pudo esperar un

flujo vehicular anómalo.

Para el caso de PM2.5, a continuación se muestran los datos obtenidos por el DustTrak

comparados con la estación Usaquén de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de

Bogotá D.C.


nororiente.

Tal como se observa el ciclo representado por el punto de muestreo y la estación de

monitoreo es similar. Sin embargo, en el punto de muestreo el DustTrak inició su operación

a las 8:00am, por lo cual sólo reporta la cola de un aparente pico. Por otro lado, cabe

mencionar que a las 7:00pm se reporta un aumento significativo en la concentración del

PM2.5, lo cual soporta lo observado por el Harvard Impactor. Es decir, una concentración

mayor en la noche que en el día del domingo para el PM2.5.

0

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30

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00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

63


nororiente.

Para el segundo día de monitoreo no se reportaron datos de la estación de Usaquén después

de las 3:00pm. Sin embargo, para el rango de tiempo en el cual se tienen concentraciones

de los dos puntos de monitoreo, se observa un comportamiento similar del PM2.5.

Adicionalmente, se destaca que para el lunes 30 de marzo el ciclo de PM reportad es

claramente bimodal. Con un pico en la mañana entre las 5:00am y las 10:00am y uno en la

tarde iniciando a las 3:00pm.


nororiente.

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30

40

50

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70

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00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00 04:48

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40

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00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

64

Así mismo, para el tercer día de muestreo se observan dos modos en el ciclo del PM2.5;

uno en la mañana y otro en las horas de la tarde. Adicionalmente se observa un

comportamiento muy similar entre el ciclo arrojado por el DustTrak en el punto de

muestreo y el obtenido de la estación de monitoreo Usaquén. En este sentido, es posible

afirmar que, en su mayoría, los dos puntos registraron los mismos eventos.


nororiente.

Para el cuarto día de muestreo se observa un comportamiento atípico de la concentración de

PM2.5. Es decir, el ciclo reportado tanto por la estación de monitoreo Usaquén como por el

DustTrak en el punto de muestreo no coincide con los días anteriores, sin embargo, sí

coinciden entre ellos. Tal como se ha mencionado previamente, esta atipicidad puede

deberse a que el cuarto día de muestreo coincidió con el miércoles anterior al jueves santo,

por lo cual el flujo vehicular se vio alterado.

Así mismo, los datos de los DustTrak fueron corregidos con un factor obtenido de su

comparación tanto con los HiVol como con el Harvard Impactor. Para el muestreo del

Nororiente los factores de corrección para PM2.5 fueron:

Tabla 11 Factores de calibración para el DustTrak PM2.5


DustTrak vs Harvard Impactor 0.560

DustTrak vs HiVol2.5 0.798

Harvard Impactor vs HiVol 1.338

HiVol2.5 vs Harvard Impactor 0.75

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00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00 04:48

ug/

m3

Horas

65

Dado que los factores obtenidos para calibrar el DustTrak PM2.5 fueron diferentes, se

ensayó con los dos y se encontró que el que mejor adaptaba los datos del DustTrak a los

obtenidos por la RMCA, el Harvard Impactor y el HiVol era 0.798.

Gráfica 38Comparación datos DustTrak, HiVol, Harvard Impactor y RMCAB para

PM2.5 día 1 muestreo Nororiente. Rojo: DustTrak; Verde: Hivol; Morado: Harvard

Impactor día; Azul claro: Harvard Impactor Noche; Azul oscuro: RMCAB. Eje Y:

concentración en ug/m3; eje X: horas.

Tal como se observa, los valores para el HiVol y el Harvard Impactor son muy similares y

corresponden a aproximadamente el promedio del ciclo reportado por el DustTrak y la

estación Usaquén en el mismo rango de tiempo. Por su lado, se observa un pico grande a

partir de las 7:00pm lo cual así mismo genera un aumento en la concentración reportada por

el Harvard Impactor para las horas de la noche.

66

Gráfica 39 Comparación datos DustTrak, HiVol, Harvard Impactor y RMCAB para


Impactor día; Azul claro: Harvard Impactor Noche; Azul oscuro: RMCAB Eje Y:


Para el segundo día de muestreo se observa que el ciclo del PM2.5 es bimodal. Así mismo

se evidencia que la concentración obtenida por el Harvard Impactor para la noche y el día

fue muy similar, mientras que la arrojada por el HiVol fue mayor. Adicionalmente se

destaca la similitud entre el DustTrak y la estación de Usaquén.





67

Para el tercer día de muestreo se evidencia la relación existente entre los datos arrojados

por el DustTrak y por la estación de Usaquén, lo cual responde a un ciclo del PM bimodal.

Adicionalmente, se observa que las concentraciones obtenidas por el Harvard Impactor en

el día y por el HiVol son similares, representando el promedio de las concentraciones en

este rango de tiempo para los equipos de medición continua. Por otro lado, es destacable

que la concentración del Harvard Impactor en la noche sea menor que la del día, lo cual se

fundamenta con un descenso mostrado por el DustTrak y por la estación de monitoreo.





Por último, para el cuarto día de muestreo se destaca la anomalía del ciclo del PM.

Tal como se realizó con el PM2.5, se halló un factor de corrección para el PM10

comparando el DustTrak con el HiVol PM10 así:

Tabla 12Factor de calibración para PM10.


DustTrak vs HiVol PM10 0.99

Dado que el factor hallado fue muy cercano a 1, no fue necesario corregir los datos del

DustTrak. A continuación se muestran todas las concentraciones obtenidas por los

diferentes equipos para cada día de muestreo:

68

Gráfica 42 Comparación Dustrak, RMCAB y Hivol para PM10 día 1 NorOriente.


Como se observa, tanto el DustTrak como la estación de monitoreo presentan un

comportamiento similar. Así mismo, la concentración obtenida por el HiVol parece ser un

promedio del ciclo reportado para el mismo lapso monitoreado.



0

10

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00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

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0

20

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00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

m3

Horas

69

Al igual que en el caso anterior, el HiVol es una buena representación del promedio

reportado por la estación de monitoreo y el DustTrak en el punto de muestreo.



Para el tercer día de muestreo se presenta el mismo caso. Aquí, cabe resaltar la evidencia

de un ciclo bimodal, la coherencia entre el DustTrak y la estación de muestreo y la

representación del promedio por el HiVol.

Gráfica 45 Comparación datos RMCAB y Hivol para PM10 día 4 NorOriente. Rojo:

RMCAB; Azul: HiVol

0

20

40

60

80

100

120

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00

ug/

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00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

ug/

m3

Horas

70

Para el cuarto día de muestreo no se contó con datos reportados por el DustTrak. De esta

manera sólo se muestran los obtenidos a partir de la estación de monitoreo Usaquén y por el

HiVol. Es importante destacar que el promedio arrojado por el HiVol es menor al reportado

por la estación de la RMCAB.

5.2.1. Efectos de la dirección del viento

Tal como se realizó para el muestreo del Suroccidente, se determinó una dirección del

viento predominante para cada día de muestreo a partir de percentiles. Esto, con el fin de

encontrar una explicación al desfase entre los datos de los DustTrak y la estación de

monitoreo Usaquén. Cabe recordar que la estación de la RMCAB Usaquén queda al sur

oriente del punto de muestreo donde se encuentra ubicado el DustTrak. Así, conociendo la

dirección del viento mayoritaria por día y la ubicación de los dos puntos de muestreo, se

puede establecer si los eventos deben llegar primero a un punto o al otro.

Tabla 13 Datos de dirección del viento para los días de muestreo en el punto

Nororiente de la RMCAB.

Día Dirección predominante por

día

Efecto

1 69.6% Sur Debería llegar primero al punto de muestreo.

2 43.5% Sur No hay dominancia destacable de la dirección.

En teoría debería llegar primero al DustTrak.

3 87% Sur El evento debe llegar primero al DustTrak.

4 91.3% Suroriente Por las dos direcciones el evento debería llegar

primero al DustTrak.

En general sí se muestra una predominancia en la dirección del viento, la cual indica que

los eventos deben ser registrados primero por el DustTrak en el punto de muestreo y

posteriormente en la estación de Usaquén. Esto, se evidencia de manera muy leve en las

gráficas de comparación mostradas previamente, sin embargo la información obtenida no

es muy concluyente en este aspecto.

6. RECOMENDACIONES

Teniendo en cuenta que los resultados obtenidos en el presente estudio fueron consistentes,

sería interesante replicar el estudio. Sin embargo, este podría diseñarse con un mayor

número de puntos de muestreo –cercanos a estaciones de la RMCAB- y con una mayor

cantidad de días de monitoreo. Adicionalmente, es recomendable realizar varias campañas

de monitoreo sobre el mismo punto. Esto, con el fin de corroborar los datos obtenidos y

acentuar la certidumbre de estos. Así mismo, es importante tener en cuenta que los

muestreos deberían ser realizados en días análogos, con el fin de tener muestreos

representativos y comparables entre sí. Es decir, en días que sean característicos de las

71

semanas corrientes en el año, evitando festivos, días patrios, días previos a vacaciones,

vacaciones, etc. Esto, teniendo en cuenta que el tipo de día tiene un efecto sobre los datos,

tal como se vio para el caso del lunes festivo y miércoles previo a jueves santo. Por último,

es recomendable que todos los muestreos se realicen según lo planeado. En este sentido,

con el fin de que los datos sean comparables entre sí, los rangos de tiempo muestreados por

cada equipo deben ser los mismos en cada campaña de monitoreo.

7. CONCLUSIONES

A partir del estudio desarrollado se puede concluir que el comportamiento del PM10 y el

PM2.5 en el Suroccidente de la ciudad es diferente al Nororiente de la misma. Es decir, se

obtuvieron concentraciones mayores de PM10 y PM2.5 en el primer punto de muestreo que

en el segundo, lo cual responde afirmativamente a la hipótesis planteada en cuanto a la

incidencia de las emisiones industriales y vehiculares en la zona Suroccidental de Bogotá.

De esta manera, se comprueba que el hecho de que esta zona sea industrial genera un

aumento en las concentraciones de las dos formas estudiadas de PM. De la misma manera,

haber obtenido concentraciones inferiores de PM10 y PM2.5 en el Nororiente de la ciudad,

responde al hecho de que esta zona es predominantemente residencial. En otras palabras,

dado que las emisiones de este sector son principalmente vehiculares, las concentraciones

de las dos formas de PM estudiadas son menores a las obtenidas en el suroccidente, una

zona industrial de la ciudad. Cabe señalar que este aumento de concentración en la zona

industrial fue especialmente notorio en las concentraciones obtenidas para PM2.5 en la

noche.

Así mismo, se pudo observar que los datos obtenidos en los dos muestreos concuerdan

satisfactoriamente con los datos arrojados por la RMCAB. De allí, se puede concluir que la

metodología establecida para seguir en la operación y funcionamiento de los distintos

equipos implementados en los muestreos fue apropiada. Adicionalmente, se pudo observar

que el ciclo diurno del PM en la ciudad de Bogotá es predominantemente bimodal, cuyo

mayor pico se encuentra entre las 5:00am y las 10:00am.

Por último, tal como se vio, dado que la dirección del viento obtenida a partir de los datos

de las dos estaciones de la RMCAB no responden a una dirección específica dominante y el

desfase de los datos entre RMCAB y DustTrak no es significativo, no es posible establecer

con gran certidumbre que este factor meteorológico tenga una alta influencia en el

transporte del PM. Sin embargo, el desfase obtenido entre los datos del DustTrak y la

RMCAB en las dos estaciones, podría atribuirse a efectos del viento o fenómenos locales.

En este sentido, con el fin de corroborar el fenómeno causante de este efecto sería necesario

replicar el monitoreo tal como se recomendó.

72

8. REFERENCIAS

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Documents

DETERMINACIÓN DEL CICLO DIURNO Y CÁLCULO DE LA