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Consejo Nacional para el Entendimiento Público de la Ciencia.

Características físicas y distribución másica del pm10 en el área metropolitana de Monterrey


Claudia Rivera + ; Jorge Espinosa + Centro de Investigación en Química Aplicada

Abstract Research

El Area Metropolitana de Monterrey tiene altos niveles de PM10 en la atmósfera. En particular el PM2.5 es el que se considera más dañino a la salud y actualmente no se conoce la fracción de masa que es representada por estas partículas. El presente trabajo muestra los resultados de determinar las concentraciones en masa de ocho intervalos de tamaño a partir de distribuciones de tamaño. Estas distribuciones se obtuvieron el mes de julio de 1996 mediante un contador de partícula óptico. Mediante esta información y las concentraciones de PM10 medidas con el SIMA se determinaron las fracciones de masa para ocho rangos de tamaño. Como resultados se presentan gráficas de concentración másica contra tamaño de partícula en cinco zonas del área metropolitana de Monterrey, destacando la contribución del PM2.5 a la concentración de PM10 en la atmósfera.


RESUMEN

El Area Metropolitana de Monterrey tiene altos niveles de PM10 en la atmósfera. En particular el PM2.5 es el que se considera más dañino a la salud y actualmente no se conoce la fracción de masa que es representada por estas partículas. El presente trabajo muestra los resultados de determinar las concentraciones en masa de ocho intervalos de tamaño a partir de distribuciones de tamaño. Estas distribuciones se obtuvieron el mes de julio de 1996 mediante un contador de partícula óptico. Mediante esta información y las concentraciones de PM10 medidas con el SIMA se determinaron las fracciones de masa para ocho rangos de tamaño. Como resultados se presentan gráficas de concentración másica contra tamaño de partícula en cinco zonas del área metropolitana de Monterrey, destacando la contribución del PM2.5 a la concentración de PM10 en la atmósfera.


ANTECEDENTES

Monterrey y su área metropolitana han tenido en los últimos años un gran desarrollo urbano e industrial. Están contabilizadas más de 9 mil industrias además de los establecimientos comerciales y de servicios; y cuenta con una población de casi tres millones de habitantes que crece al 3% anual aproximadamente; tiene una circulación vehicular de 651,819 vehículos. El Sistema Integral de Monitoreo Ambiental (SIMA) reporta que uno de los principales problemas de contaminación en el Area Metropolitana de Monterrey (AMM) son la concentración de partículas menores a 10 micras (PM-10), la cual excede la norma mexicana en varios días del año (Programa, 1997). Actualmente solo se monitorea PM10 y no existen reportes que cuantifiquen partículas inferiores a 2.5 µm que son las que ocasionan mayores problemas en la salud al depositarse en los pulmones.


OBJETIVO

El objetivo de este trabajo es obtener las características físicas y las concentraciones del PM10 en ocho intervalos de tamaño en el AMM, obteniendo las distribuciones de tamaño y volumen y sus variaciones diurnas y espaciales. Este objetivo se cumplió a través de los siguientes pasos: a) Monitoreo del número de partículas para 8 diferentes rangos de diámetro de partícula, en el rango de 0.3 a 10 µm, empleando el contador óptico de partículas. b) Obtención de las distribuciones de tamaño y volumen por hora, día y región. c) Cálculo de las concentraciones de masa para los diferentes diámetros de partícula.


METODOLOGIA

Zonas de muestreo
Se monitorearon cinco zonas de la Cd. de Monterrey, las cuales corresponden a localización de las cinco estaciones de monitoreo del SIMA.

ZONAUBICACIÓN
Sureste Parque La Pastora en Guadalupe N.L
Noreste Colonia Unidad Laboral en San Nicolás de los Garza.
Centro
Noroeste Talleres de Metrorrey, en la Col. San Bernabé, Monterrey,N.L.
Suroeste Centro de Santa Catarina, N.L.

Se escogieron estas estaciones ya que contaban con suministro eléctrico y se obtienen las concentraciones de PM10 que se relacionarán a las distribuciones de tamaño obtenidas en esta parte del estudio.

Equipo de monitoreo.
Para el muestreo se usó un analizador de partículas óptico (Climet Particle Analyzer (modelo CI-208)), en el cual la señal de salida está relacionada con el tamaño de partícula. Este equipo es un contador de partículas suspendidas de 8 canales de alta resolución, que reporta el número partículas con un cierto diámetro. La concentración límite es de 2 X 106 partículas/pie cúbico. El flujo estándar de la muestra es de 0.25 pies cúbicos por minuto. El equipo cuenta con una tarjeta que nos permitió almacenar los datos en una computadora. Se definieron ocho rangos de tamaño de partícula (0.0-0.3, 0.3-0.5, 0.5-0.7, 0.7-1, 1-3, 3-5, 5-7 y de 7-10 µm). El analizador de partículas fue usado durante 24 horas con un ciclo de muestreo de un minuto desde el 1 de Julio de 1996 hasta el 30 de Julio de 1996. Se tomaron distribuciones de tamaño en cada estación por un período promedio de cinco días, recorriendo las cinco estaciones durante el mes.

Análisis de datos.
Utilizando los resultados de número de partículas para los diferentes intervalos se calculó una fracción de volumen y masa asumiendo partículas esféricas y densidad de partícula constante para los ocho intervalos. El cálculo de las fracciones volumen se realizó por medio de las Ecuaciones 1 y 2 (Seinfeld, 1986)

La función de la distribución de volumen se define como:

donde nv(Dp) es la distribución de volumen, Dp es el diámetro promedio para el intervalo definido y n(Dp) es una función de distribución de tamaño. Si se divide la distribución de volumen por el volumen total (VT) y se multiplica por el valor absoluto del intervalo (dDp) se obtiene la fracción volumen de ese intervalo.

Para obtener la concentración en masa para cada intervalo de tamaño se usó la siguiente ecuación:

donde ñm(Dp)dDp es la concentración para cada intervalo de tamaño, rp es la densidad de la partícula y CPM-10 es la concentración de PM10.

Los datos primarios de número de partículas fueron filtrados para eliminar distribuciones obtenidas que pudiesen tener errores por fallas en el equipo. Posteriormente se construyeron gráficas de número de partículas a lo largo del tiempo monitoreado en cada región para ver el comportamiento diario.

Se realizaron cálculos para obtener las distribuciones (normalizadas y sin normalizar) de tamaño y volumen basadas en el tamaño de la partícula y el logaritmo del tamaño de la partícula. De estas se calcularon las fracciones del número total de partículas y volumen total para cada intervalo, así como del número de partículas, volumen y masa totales. Con estos datos y las ecuaciones 1 y 2 se determinaron las concentraciones en los diferentes intervalos de tamaño.

RESULTADOS Y DISCUSION
Las gráficas de concentración contra tamaño de partícula presentaron curvas bimodales, la posición y relación entre máximos es función de la región, del día y de la hora. El día con la concentración máxima de PM-10 se encontró en la región del Obispado y el día con la mínima en la Pastora, lo cual es razonable ya que la primera región esta en una zona de alta actividad vehicular y la segunda está alejada de las grandes fuentes industriales y el tráfico no es elevado. En general se observa que las partículas mayores a 2.5 mm se incrementan durante el día, lo que es atribuible al incremento en tráfico vehicular al haber mayor resuspensión de polvos. También se observa que el PM2.5 representa un porcentaje cercano al 50% del PM10 promedio monitoreado en el AMM.

Otros estudios reportan que las partículas gruesas provienen de procesos mecánicos tales como polvo que levantan los automóviles, actividades en pedreras y de construcción. Esto sugiere que la contaminación en La Pastora es baja al encontrarse alejada de estas actividades y viento arriba de estas fuentes, por lo que muestra los menores niveles de concentración de PM10. En relación a las partículas finas su origen está en procesos de combustión como motores de vehículo, operaciones a alta temperatura, reacciones en la atmósfera.

Este trabajo muestra resultados para un período de monitoreo realizado en el verano. Es importante realizar estudios similares en otras épocas del año para tener un mejor entendimiento de la distribución de tamaños del PM10 en el AMM.

CONCLUSIONES
La fracción de PM2.5 representa aproximadamente el 50% del PM10 monitoreado durante el período de estudio. Las partículas gruesas se incrementan notablemente durante el día, siendo la causa más probable el incremento de tráfico, el cual causa una resuspensión de polvo.

Fuentes.
Cómo citar este artículo ISO690.
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