Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial

RESOLUCIÓN 2154 DE 2010

(Noviembre 2)

“Por la cual se ajusta el Protocolo para el Monitoreo y Seguimiento de la Calidad del Aire adoptado a través de la Resolución 650 de 2010 y se adoptan otras disposiciones”.

(Nota: Véase Resolución 2254 de 2017 artículo 26 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible)

La Ministra de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial,

en ejercicio de sus facultades legales, en especial el numeral 14 del artículo 5º de la Ley 99 de 1993, en desarrollo de los literales k) y l) del artículo 65 del Decreto 948 de 1995 y en concordancia con lo dispuesto en el artículo 6º de la Resolución 601 de 2006 modificado por el artículo 4º de la Resolución 610 de 2010 y,

CONSIDERANDO:

Que a través de la Resolución 601 de 2006, el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial estableció la norma de calidad del aire o nivel de inmisión, para todo el territorio nacional en condiciones de referencia.

Que la resolución en comento dispuso que el mismo ministerio adoptará a nivel nacional el Protocolo del Monitoreo y Seguimiento de Calidad del Aire.

Que el Protocolo del Monitoreo y Seguimiento de Calidad del Aire fue adoptado a través de la Resolución 650 del 29 de marzo de 2010. De igual forma, este documento fue objeto de divulgación entre las autoridades ambientales y a través de Internet en la página del mismo ministerio, de manera que pudiera ser consultada por parte de las mencionadas autoridades y del sector regulado.

Que en la publicación de la Resolución 650 de 2010, contenida en el Diario Oficial 47.672 de 6 de abril de 2010, se omitió incluir el texto del protocolo adoptado.

Que así mismo y como parte del proceso de implementación de este protocolo, se ha considerado la pertinencia de introducir algunos cambios que facilitarán su comprensión y aplicación práctica por parte de las autoridades ambientales y los usuarios.

Que en mérito de lo expuesto,

RESUELVE:

ART. 1º—Modifíquese el Protocolo del Monitoreo y Seguimiento de Calidad del Aire, adoptado a través de la Resolución 650 de 2010.

El protocolo, con las modificaciones que se acogen a través de la presente resolución, hace parte integral de la misma y deberá incluirse en su publicación en el Diario Oficial.

ART. 2º—La presente resolución rige a partir de la fecha de su publicación.

Publíquese y cúmplase.

Dada en Bogotá, D. C., a 2 de noviembre de 2010.

(Nota: Véase Resolución 2254 de 2017 artículo 26 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible)

Tabla de contenido

1. Introducción.

2. Acrónimos.

3. Etapas generales para el diseño de un sistema de vigilancia de la calidad del aire-SVCA.

4. Revisión inicial.

4.1. Definición de escalas de monitoreo del SVCA.

4.2. Definición de objetivos para los sistemas de vigilancia.

De La calidad del aire.

4.3. Evolución de los objetivos del SVCA.

4.4. Diagnóstico.

4.4.1. Recolección de información general.

4.4.2. Inventario de emisiones con fines de diseño.

4.4.3. Estudio micrometeorológico y/o meteorológico preliminar.

4.4.4. Campaña de monitoreo preliminar.

4.4.5. Modelación preliminar.

4.5. Análisis de la información recolectada en el diagnóstico.

5. Fase de elaboración del diseño final.

5.1. Definición del tipo de SVCA.

5.2. Svca tipo I: Indicativo.

5.2.1. Objetivos.

5.2.2. Aplicación.

5.2.3. Objetivos de la ubicación de estaciones de un SVCA indicativo.

5.2.4. Monitoreo de otros parámetros.

5.2.5. Variaciones del SVCA indicativo relacionadas con la legislación vigente.

5.2.6. Componente de meteorología.

5.2.7. Componentes del SVCA indicativo.

5.2.8. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

5.3. SVCA tipo II: Básico.

5.3.1. Objetivos.

5.3.2. Aplicación.

5.3.3. Diseño específico del SVCA tipo II: básico.

5.3.4. Número de estaciones.

5.3.4.1. Definición y ubicación de estaciones fijas.

5.3.4.2. Definición y ubicación de estaciones indicativas.

5.3.5. Componente de meteorología.

5.3.6. Componentes del SVCA básico.

5.3.7. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

5.4. SVCA tipo III: Intermedio.

5.4.1. Objetivos.

5.4.2. Aplicación.

5.4.3. Diseño específico del SVCA tipo III: Intermedio.

5.4.4. Número de estaciones.

5.4.4.1. Definición y ubicación de estaciones fijas.

5.4.4.2. Definición y ubicación de estaciones indicativas.

5.4.5. Componente de meteorología.

5.4.6. Componentes del SVCA intermedio.

5.4.7. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

5.5. SVCA Tipo IV: Avanzado.

5.5.1. Objetivos.

5.5.2. Aplicación.

5.5.3. Diseño específico del SVCA tipo IV: Avanzado.

5.5.4. Número de estaciones.

5.5.4.1. Definición y ubicación de estaciones fijas.

5.5.4.2. Definición y ubicación de estaciones indicativas.

5.5.5. Componente de meteorología.

5.5.6. Componentes del SVCA avanzado.

5.5.7. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

5.6. Sevca - sistemas especiales de vigilancia de la calidad del aire.

5.6.1. Objetivos.

5.6.2. Aplicación.

5.6.3. Diseño específico de SEVCA.

5.6.3.1. Objetivos de la ubicación de estaciones de un SEVCA.

5.6.3.2. Número de estaciones.

5.6.4. Componentes del SEVCA.

5.6.5. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

5.7. SVCAI-sistemas de vigilancia de la calidad del aire industrial.

5.7.1. Objetivos.

5.7.2. Metodología específica de diseño de un SVCAI.

5.7.3. Diagnóstico.

5.7.4. Aplicación.

5.7.5. Diseño específico de SVCAI.

5.7.5.1. Objetivos de la ubicación de estaciones de un SVCAI.

5.7.5.2. Número de estaciones.

5.7.6. Componente de meteorología.

5.7.7. Componentes del SVCAI.

5.7.8. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

6. Parámetros de diseño de un SVCA.

6.1. Definición del tipo de estaciones.

6.1.1. Nivel 1: Clasificación de estaciones según el tipo de área.

6.1.2. Nivel 2: Según el tiempo de muestreo.

6.1.3. Nivel 3: Clasificación de estaciones según las emisiones dominantes.

6.1.4. Nivel 4: Información adicional.

6.2. Contaminantes de interés según el tipo de estación.

6.3. Criterios de macrolocalización de estaciones.

6.3.1. Criterios de macrolocalización de estaciones (menos ozono).

6.3.2. Criterios de macrolocalización para ubicar los puntos de muestreo de ozono.

6.4. Criterios de microlocalización de los sitios de vigilancia.

6.4.1. Aspectos generales.

6.4.2. Aspectos específicos de microlocalización de estaciones.

6.4.2.1. Distancia a fuentes menores.

6.4.2.2. Distancia a vías.

6.5. Selección de las técnicas de medición del SVCA.

6.5.1. Métodos de referencia.

6.5.2. Descripción de las diferentes técnicas de medición.

6.5.2.1. Muestreadores pasivos.

6.5.2.2. Muestreadores activos manuales.

6.5.2.3. Muestreadores activos semiautomáticos.

6.5.2.4. Analizadores automáticos.

6.5.2.5. Sensores remotos.

6.5.2.6. Otros equipos de apoyo a los SVCA.

6.5.3. Comparación entre los diferentes sistemas de medición.

6.5.4. Recomendaciones generales para selección de equipos.

6.6. Infraestructura para la instalación de las estaciones de calidad del aire.

6.6.1. Infraestructura para equipos manuales.

6.6.2. Infraestructura para equipos automáticos.

6.6.2.1. Infraestructura para estaciones de medición de parámetros múltiples.

6.6.2.2. Infraestructura para estaciones de medición de parámetro único.

6.7. Medición meteorológica en los sistemas de vigilancia de la calidad del aire.

6.8. Selección y ubicación de los sensores meteorológicos.

6.8.1. Importancia de la meteorología en el SVCA.

6.8.2. Microlocalización de estaciones meteorológicas.

6.8.2.1. Sensores de velocidad y dirección del viento.

6.8.2.2. Sensores de temperatura.

6.8.2.3. Sensores de radiación global.

6.8.2.4. Sensores de humedad relativa.

6.8.2.5. Sensores de precipitación.

6.8.2.6. Sensores de presión.

6.8.3. Tecnologías de estaciones meteorológicas.

6.8.3.1. Estaciones meteorológicas de alta precisión.

6.8.3.2. Estaciones meteorológicas portátiles.

6.8.3.3. Pluviómetros automáticos.

6.8.4. Clases de estaciones meteorológicas.

6.8.4.1. Estaciones pluviométricas.

6.8.4.2. Estaciones pluviográficas.

6.8.4.3. Estación climatológica ordinaria.

6.8.4.4. Estación climatológica principal.

6.8.4.5. Estación sinóptica principal.

6.8.4.6. Estación sinóptica suplementaria.

6.8.4.7. Estación agrometeorológica.

6.8.4.8. Estación de radiosonda y radiosonda cautiva.

6.9. Software de apoyo al SVCA.

6.9.1. Software de modelación.

6.9.2. Software de base de datos de inventario de emisiones.

6.9.3. Software para la gestión de la información.

6.10. Estrategia de muestreo del SVCA.

6.10.1. Duración del SVCA.

6.10.2. Frecuencia de monitoreo.

6.10.2.1. Analizadores automáticos.

6.10.2.2. Muestreadores manuales de PST y PM10.

6.10.2.3. Muestreadores manuales de PM 2.5.

6.10.2.4. Muestreadores manuales de SO2.

6.10.2.5. Muestreadores manuales de NO2.

6.10.2.6. Métodos manuales de plomo (Pb).

6.10.3. Tiempo de toma de muestra.

7. Modificación de las estaciones en los sistemas de vigilancia de calidad del aire.

8. Recursos Necesarios para el montaje, operación y seguimiento del SVCA.

8.1. Consideraciones generales sobre la estimación de costos.

8.1.1. Costo de diseño del SVCA y selección de sitios.

8.1.2. Costos de inversión inicial.

8.1.3. Instalación de las estaciones.

8.1.4. Costos de operación.

8.1.5. Costos del análisis.

8.1.6. Costos de mantenimiento de los equipos.

8.1.7. Costos del procesamiento de datos y reporte de información.

8.1.8. Costos de adquisición de datos.

8.1.9. Procesamiento de datos.

8.1.10. Validación de datos.

8.1.11. Costos del reporte de datos.

8.1.12. Costos combinados de manejo de datos.

8.1.13. Costos del control y aseguramiento de la calidad.

8.1.14. Costos de administración y gestión.

8.2. Recurso humano para la operación de un sistema de vigilancia de calidad del aire.

9. Bibliografía.

Anexo 1. Teoría sobre contaminantes de referencia

Anexo 2. Procedimiento de cálculo determinación de área fuente

Anexo 3. Validez de muestras en SVCA tipo I - Indicativos

Anexo 4. Validez de muestras en SVCAI - Industrial

Lista de figuras

Figura 1. Diagrama de flujo para el diseño de un SVCA de una autoridad ambiental

Figura 2. Diagrama de flujo para el diseño SVCA para actividades industriales

Figura 3. Análisis de información preliminar

Figura 4. Ubicación de muestreadores pasivos

Figura 5. Ejemplo de ficha técnica de las estaciones de monitoreo

Figura 6. Ilustración de las recomendaciones para la ubicación de estaciones de vigilancia

Figura 7. Localización de sitios de vigilancia de PM10 y PM2.5

Figura 8. Configuración general de un muestreador pasivo

Figura 9. Muestreadores pasivos

Figura 10. Muestreador Hi Vol PM10

Figura 11. Muestreador low Vol PM10

Figura 12. Muestreador portátil de PM10 y PM2.5

Figura 13. Muestreadores activos (Rack de 3 gases)

Figura 14. Muestreador semiautomático

Figura 15. Analizador automático

Figura 16. Analizador de partículas por atenuación de radiación beta

Figura 17. Representación esquemática de un sistema DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy)

Figura 18. Diagrama medidor de polvo sedimentable

Figura 19. Equipo portátil para gases y partículas

Figura 20. Clasificación de balanzas de acuerdo con su resolución de medida

Figura 21. Modelo de infraestructura para estaciones fijas equipos manuales

Figura 22. Estaciones fijas automáticas

Figura 23. Configuración interna esquemática estación de monitoreo

Figura 24. Cabinas de monitoreo equipos automáticos

Figura 25. Infraestructura estaciones automáticas

Figura 26. Disposición teórica de las estructuras de la capa límite sobre un área urbana

Figura 27. Colocación Sensores de viento

Figura 28. Ubicación de estaciones meteorológicas

Figura 29. Configuración de estaciones de alta precisión

Figura 30. Estaciones automáticas portátiles

Figura 31. Pluviómetros automáticos con Datalogger

Figura 32. Ejemplos de tecnologías empleadas para el radiosondeo

Figura 33. Relación con el límite máximo permisible para 24 horas de PST y PM10

Figura 34. Ejemplo Software de análisis de la información

Figura 35. Ejemplo software de adquisición de datos

Figura 36. Porcentaje de deposición de partículas en cada órgano del sistema respiratorio

Lista de tablas

Tabla 1. Escalas de monitoreo del SVCA

Tabla 2. Características SVCA Tipo I

Tabla 3. Justificación de ubicación de estaciones de O3

Tabla 4. Características de un SVCA Básico

Tabla 5. Justificación de ubicación de estaciones fi jas de PM10

Tabla 6. Justificación de ubicación de estaciones de SO2 y NO2 para SVCA tipo II

Tabla 7. Justificación de ubicación de estaciones de O3

Tabla 8. Ubicación de estaciones indicativas de gases - muestreadores pasivos

Tabla 9. Descripción SVCA tipo III

Tabla 10. Justificación de estaciones fijas de PM10 para SVCA tipo III

Tabla 11. Justificación de estaciones fijas de SO2 y NO2 para SVCA tipo III

Tabla 12. Justificación de ubicación de estaciones de O3

Tabla 13. Ubicación de estaciones indicativas para SVCA tipo III- Muestreadores pasivos

Tabla 14. Descripción SVCA Tipo IV Avanzado

Tabla 15. Tipo de monitoreo para estaciones fijas de PM10 para SVCA tipo IV

Avanzado

Tabla 16. Tipo de monitoreo para estaciones de O3 para SVCA tipo IV Avanzado

Tabla 17. Justificación uso de estaciones fi jas de SO2 y NO2 para SVCA tipo IV

Avanzado

Tabla 18. Estaciones indicativas para SVCA tipo IV Avanzado-Muestreadores pasivos

Tabla 19. Descripción SEVCA

Tabla 20. Descripción SVCAI

Tabla 21. Justificación de ubicación de estaciones de otros parámetros

Tabla 22. Tipos de áreas relativas a la clasificación de estaciones

Tabla 23. Tipos de estaciones de acuerdo a su representatividad temporal

Tabla 24. Tipos de estaciones según las emisiones dominantes

Tabla 25. Especificaciones adicionales de la caracterización de estaciones

Tabla 26. Contaminantes de interés según el tipo de estación de medición fija

Tabla 27. Criterios de macrolocalización para ubicar los puntos de muestreo

Tabla 28. Criterios de macrolocalización para ubicar los puntos de muestreo de O3

Tabla 29. Criterios para ubicar toma muestras y caminos de medición

Tabla 30. Distancia mínima de separación entre toma muestras o caminos de medición y vías vehiculares

Tabla 31. Ejemplo de ubicación de toma muestras

Tabla 32. Ventajas y desventajas de la implementación de muestreadores pasivos

Tabla 33. Características de desempeño de algunos aparatos de muestreo difuso para el monitoreo de contaminantes ambientales

Tabla 34. Características de las diferentes técnicas de medición

Tabla 35. Utilidad de las metodologías para vigilancia de calidad del aire

Tabla 36. Recomendaciones para asegurar la correcta ubicación de los sensores de velocidad y dirección del viento según la Organización Meteorológica Mundial

Tabla 37. Recomendaciones para asegurar la correcta ubicación de los sensores de temperatura según la OMM

Tabla 38. Recomendaciones para la ubicación del sensor de radiación global según la OMM

Tabla 39. Recomendaciones para la ubicación del sensor de humedad relativa según la OMM

Tabla 40. Recomendaciones para la ubicación del sensor de precipitación según la OMM

Tabla 41. Recomendaciones para la ubicación del sensor de presión

Tabla 42. Componentes de las estaciones automáticas

Tabla 43. Duración de un programa de vigilancia

Tabla 44. Costos de diseño aproximados de un SVCA en SMLMV

Tabla 45. Costos de inversión inicial según tipo de tecnología

Tabla 46. Costos generales de la adecuación de estaciones de monitoreo de calidad de aire

Tabla 47. Información necesaria para el cálculo de las excedencias de una determinada estación

Tabla 48. Valores Za y Zb empleadas comúnmente

1. Introducción.

El protocolo para el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire está conformado por dos manuales que guían el proceso de diseño y operación de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire.

El manual de diseño de sistemas de vigilancia de la calidad del aire (SVCA) contiene todos los lineamientos y elementos conceptuales para el diseño de un SVCA y el manual de operación de sistemas de vigilancia de la calidad del aire explica los procedimientos para operar un SVCA.

El manual de diseño de sistemas de vigilancia de la calidad del aire incorpora los lineamientos a tener en cuenta para llevar a cabo el diseño y la operación de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire en el país. Contiene las generalidades sobre los sistemas de vigilancia de calidad del aire, la explicación de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire en el marco de los planes de gestión de calidad del aire, las etapas generales para el diseño de un sistema de vigilancia de la calidad del aire y los pasos relacionados con la revisión inicial y la fase final de elaboración del diseño del sistema, dependiendo del sistema de vigilancia que se requiera instalar. De igual manera, presenta los parámetros de diseño de un sistema de vigilancia de la calidad del aire y criterios para realizar modificaciones a los sistemas de vigilancia, así como los recursos necesarios para el montaje, operación y seguimiento de estos sistemas de vigilancia. Finalmente, cuenta información relacionada con clasificación de áreas-fuente de contaminación y validez de la información recolectada en campañas de monitoreo.

El manual de operación de sistemas de vigilancia de la calidad del aire incorpora los lineamientos a tener en cuenta para llevar a cabo la operación de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire en el país. Contiene los tipos de sistemas de vigilancia de la calidad del aire según su tecnología y presenta en detalle los sistemas manuales, automáticos e híbridos de vigilancia de la calidad del aire. Así mismo, se presentan elementos comunes a todos los sistemas de vigilancia de la calidad del aire como el programa de control y aseguramiento de la calidad del aire, el análisis de la información generada y la generación de reportes.

2. Acrónimos.

PGCA Plan de gestión de la calidad del aire

SVCA Sistema de vigilancia de la calidad del aire.

SEVCA Sistema especial de vigilancia de la calidad del aire

SVCAI Sistema de vigilancia de la calidad del aire industrial

EPE Estación de propósito especial

IE Inventario de emisiones

SISAIRE Sub-Sistema de información sobre calidad del aire.

atm unidad de presión, atmósfera. Donde 1 atm ≈ 101.325KPa ≈ 760 mmHg

AC Aseguramiento de calidad

cm Unidad de longitud, centímetro

CC Control de calidad

DANE Departamento Administrativo Nacional de Estadística

EPA Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (Environmental Protection Agency)

GPS Sistema de posicionamiento global

HCT Hidrocarburos totales

Hg Mercurio

H2S Sulfuro de hidrógeno o ácido sulfhídrico

in Unidad de longitud, pulgadas

INVÍAS Instituto Nacional de Vías

IVA Impuesto al valor agregado

KPa Unidad de presión, kilo-Pascal. Donde 101.325KPa ≈ 1 atm

l Unidad de volumen, litros

ml Unidad de volumen, mililitros

mm Unidad de longitud, milímetros

mm Hg Unidad de presión, milímetros de mercurio. Donde 760 mm Hg ≈ 101.325 KPa

MAVDT Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial

N2 Nitrógeno

NH4

+1 Ión amonio. También puede ser escrito sin el superíndice que indica el valor de

su carga eléctrica.

NO Monóxido de Nitrógeno

NO2 Dióxido de Nitrógeno

N2O3 Trióxido de Dinitrógeno

N2O4 Tetróxido de Dinitrógeno

N2O Óxido Nitroso

N2O5 Pentóxido de Dinitrógeno

NOX Óxido de Nitrógeno

OH- Ión Hidroxilo

Pb Plomo

PCB’s Bifenilos policlorinados

PST Partículas suspendidas totales

PM Material particulado

PM2.5 Material particulado menor a 2.5 micrómetros

PM10 Material particulado menor a 10 micrómetros

ppm Partes por millón

SIG Sistema de información geográfico

SOX Óxidos de azufre

VOC Compuestos orgánicos volátiles

SENA Servicio Nacional de Aprendizaje

IVE Modelo para elaborar inventario de emisiones de vehículos (International Vehicle Emission Model)

μm Unidad de longitud, micrómetro

3. Etapas generales para el diseño de un sistema de vigilancia de la calidad del aire - SVCA

El diseño del sistema de vigilancia de la calidad del aire (SVCA) debe seguir el diagrama de flujo planteado en la figura 1 para las autoridades ambientales o en la figura 2 para industrias cuando estas sean requeridas por la autoridad ambiental competente.

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Una vez se culmine la etapa de diseño se contará con alguno de los siguientes sistemas de vigilancia de la calidad del aire definidos para el país:

SVCA Tipo I: Indicativo: Población mayor o igual a 50.000 habitantes y menor a 150.000.

SVCA Tipo II: Básico: Población mayor o igual a 150.000 habitantes y menor a 500.000.

SVCA Tipo III: Intermedio: Población mayor o igual a 500.000 habitantes y menor

a 1.500.000.

SVCA Tipo IV: Avanzado: Población concentrada igual o mayor a 1.500.000 habitantes.

SEVCA: Sistema especial de vigilancia de la calidad del aire: Cualquier población con problemáticas específicas de calidad del aire (minería, alto nivel de industrialización, etc.).

SVCAI: Sistema de vigilancia de calidad del aire industrial: Aplicado a actividades a las que la autoridad ambiental establezca la obligación de implementar un SVCA. Podrá contar con estaciones indicativas o fijas.

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A continuación se desarrollan cada una de las etapas para SVCA diseñados por autoridades ambientales. En el aparte correspondiente a SVCAI se explican los elementos específicos para mediciones desarrolladas por aquellas actividades a las cuales la autoridad ambiental requiera la implementación del sistema de vigilancia.

4. Revisión inicial.

Como parte de la revisión inicial, se debe definir la necesidad de un SVCA en una zona.

Para ello, la autoridad ambiental deberá hacer un análisis a partir de los siguientes argumentos:

• Evaluación de las principales problemáticas de la calidad del aire en la jurisdicción de la autoridad ambiental competente, realizada a partir de la experiencia de la entidad y consultas con otras instituciones (de salud, académicas, ONG, entes territoriales, entre otras)(1).

• Estudio de quejas reportadas a la autoridad ambiental, haciendo una recopilación estadística de las quejas y evaluando su posible origen y ubicación geográfica en la jurisdicción.

• Evaluación del dominio del programa de prevención y control de la contaminación atmosférica (PPCCA), definiendo el área o áreas de medición en la jurisdicción de la autoridad ambiental y su interés puntual en el campo de gestión de la calidad del aire.

• Tamaño de las mayores áreas urbanas de la jurisdicción. Luego de una evaluación de los principales centros urbanos se definirá si es necesario la implementación de un SVCA con base en los siguientes parámetros:

— No será necesario la implementación de un SVCA en poblaciones con número de habitantes menor a 50.000, a no ser que se presenten problemáticas ambientales específicas relacionadas con calidad del aire.

— Se debe implementar un SVCA en sitios con problemáticas ambientales especiales (zonas industriales, mineras u otras con fuentes de gran influencia) sin importar su densidad poblacional.

— El SVCA adecuado a la problemática local será definido de acuerdo con los criterios establecidos en el presente protocolo.

4.1. Definición de escalas de monitoreo del SVCA.

Previo a las siguientes etapas de diseño, la autoridad ambiental deberá definir la escala de monitoreo al interior de su área de jurisdicción, estas escalas definen el área de cobertura tanto del SVCA como de sus estaciones de calidad del aire asociadas.

(1) Ver anexo 1 sobre teoría de contaminantes de referencia.

Las escalas que a continuación se presentan se desarrollaron con base en la literatura internacional(2) y se corrigieron de acuerdo con los tamaños de los centros urbanos colombianos(3).

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4.2. Definición de objetivos para los sistemas de vigilancia de la calidad del aire.

Los objetivos para la vigilancia de la calidad del aire deben definirse de una forma concisa y clara. Deben ser congruentes con las posibilidades técnicas y económicas de la entidad. Objetivos de vigilancia difusos, muy restringidos o demasiado ambiciosos, resultarán en programas poco efectivos y costosos, con información poco relevante con mínima utilización de los datos y por ende con uso inadecuado de los recursos disponibles.

Una vez la autoridad ambiental haya definido la necesidad de implementar un SVCA, se pasará a definir sus objetivos, los cuales especificarán aspectos importantes para el diseño.

Un SVCA puede responder a uno o varios objetivos de acuerdo con sus necesidades y con la problemática puntual considerada en el diagnóstico inicial.

Los siguientes son los objetivos posibles de un SVCA(4):

A. Determinar el cumplimiento de las normas nacionales de la calidad del aire.

B. Evaluar las estrategias de control de las autoridades ambientales.

C. Observar las tendencias a mediano y largo plazo.

D. Evaluar el riesgo para la salud humana.

E. Determinar posibles riesgos para el medio ambiente.

F. Activar los procedimientos de control en episodios de contaminación.

G. Estudiar fuentes de contaminación e investigar quejas concretas.

H. Validar modelos de dispersión de la calidad del aire.

I. Adelantar investigaciones científicas.

A continuación se explican en detalle cada uno de los objetivos arriba relacionados:

A. Determinar el cumplimiento de las normas nacionales de la calidad del aire.

Para estos casos la finalidad de un SVCA consiste básicamente en determinar las concentraciones de contaminantes atmosféricos y comparar los resultados con la normatividad vigente que regula la materia.

Estos sistemas pueden diseñarse empleando equipos manuales o automáticos, según la frecuencia estipulada por la normatividad para cada contaminante. Por lo general, se requiere determinar promedios tanto anuales como para cada veinticuatro horas. En ciertos casos, como en la determinación de CO, SO2 y O3 se necesitan promedios horarios.

B. Evaluar las estrategias de control de las autoridades ambientales.

El seguimiento que se efectúe durante períodos multianuales a los contaminantes determinados por el SVCA, permitirá a las autoridades ambientales determinar la eficiencia y eficacia de las medidas de control implementadas para reducir los niveles de contaminación aportados por las fuentes de emisión existentes en la zona de estudio.

Para cumplir este objetivo, el SVCA deberá establecerse antes de implementar las estrategias de control.

(2) Adaptado a las condiciones colombianas tomando como punto de partida el CFR 40 Appendix D to Part 58—Network Design Criteria for Ambient Air Quality Monitoring. Se han hecho modificaciones teniendo en cuenta el tamaño de las poblaciones colombianas conservando la filosofía de representatividad de las áreas definidas por la EPA.

(3) Informe final evaluación del Protocolo de Vigilancia de la Calidad del Aire. MADVT

(4) Tomados y adaptados de:

— Organización Mundial de la Salud. Desarrollado por grupo de expertos OMS de: Desarrollo sustentable y ambiente saludable (SDE), departamento de protección del ambiente humano (EHA), programa de medio ambiente y salud ocupacional (PHE). “Guía de calidad del aire”. Ginebra. 2000.

— EPA. Office of Air Quality Planning and Standards. Quality Assurance Handbook for Air PollutionMeasurement Systems Volume II: Part 1 Ambient Air Quality Monitoring Program Quality System

Development. August, 1998. 

Criteria for Euroairnet The EEA Air Quality Monitoring and Information Network.

C. Observar las tendencias a mediano y largo plazo.

El objetivo principal de este tipo de evaluación de la calidad del aire, es vigilar las variaciones en la calidad del aire como consecuencia del desarrollo urbano, industrial o de otra índole, al igual que la ocurrencia de condiciones meteorológicas adversas para la dispersión de determinados contaminantes. Influyen las condiciones geográficas, socioeconómicas o climatológicas de la región estudiada.

Este tipo de evaluaciones se caracterizan por poseer un mínimo número de estaciones, manuales o automáticas, desplegadas en la mayor área posible, mientras se da cumplimiento con los objetivos propuestos. Los datos recolectados son útiles para planear investigaciones epidemiológicas o para realizar sondeos previos que provean antecedentes sobre la necesidad de realizar o ampliar tales estudios de investigación.

Es prioritario revisar cuidadosamente el área de representatividad de las estaciones en este tipo de evaluaciones de calidad del aire.

D. Evaluar el riesgo para la salud humana.

Los efectos de los contaminantes atmosféricos sobre la salud de la población, pueden agruparse en dos categorías: efectos agudos, generalmente observados en función de cambios drásticos en los índices de morbilidad y mortalidad por afecciones o enfermedades asociadas a la contaminación del aire, y los efectos crónicos, que se van manifestando poco a poco en diferentes grupos de la población después de años de exposición a contaminantes específicos del aire.

Con respecto a los primeros, es indispensable la medición de los contaminantes a intervalos cortos. Los periodos de muestreo de una a 24 horas son suficientes. Para determinar exposiciones de máximas concentraciones, es posible obtener el promedio de las mediciones durante periodos más cortos.

En cuanto a los efectos crónicos, bastarán los promedios anuales. Es procedente también un conocimiento de las variaciones durante periodos de hasta 24 horas. La integración de tales resultados ofrecerá un buen complemento para la toma de decisiones. En ambos casos, la investigación requiere que los sitios de vigilancia estén localizados de manera que los datos obtenidos representen las concentraciones a las cuales están expuestos los grupos de población sujetos a estudio. Por lo tanto, los sitios de vigilancia deben localizarse en áreas bien definidas dentro de una comunidad a fin de permitir el desarrollo de correlaciones entre los diferentes valores de contaminación, al igual que sus efectos en los niveles de morbilidad y mortalidad de la población. Generalmente se usa para tales estudios, poblaciones con diferentes grados de exposición.

E. Determinar posibles riesgos para el medio ambiente.

Su objetivo es establecer los impactos generados por los contaminantes atmosféricos en las especies forestales, animales o en áreas cultivadas o plantaciones de manera directa o indirecta. Los impactos se observan a diferentes escalas de acuerdo con la cercanía a la fuente de emisión. Normalmente se pueden determinar los daños a las plantas y árboles a nivel urbano con base en las concentraciones obtenidas en periodos de 24 horas.

Puesto que una breve exposición a concentraciones elevadas de un contaminante fitotóxico (por ejemplo, SO2 u O3) puede deteriorar en cortos períodos de exposición a especies vegetales muy sensibles, tal vez se requieran instrumentos de muestreo continuo, a fin de adoptar medidas de control que minimicen los riesgos. En cuanto al daño a materiales, y en especial, los riesgos de daño a la mampostería y demás materiales de construcción, es conveniente emplear dispositivos de muestreo pasivo, particularmente por el efecto del dióxido de azufre. Estos dispositivos son expuestos a la intemperie durante períodos que pueden ir de treinta a noventa días, según se requiera. Es necesario también recoger muestras de precipitación en la zona, con el propósito de realizar análisis de calidad físico-química en laboratorio, especialmente, su grado de acidez.

F. Activar los procedimientos de control en episodios de contaminación.

El Decreto 948 de 1995, modificado por el Decreto 979 de 2006, faculta a las autoridades ambientales a adoptar medidas para atender episodios en los que se superen las normas de calidad del aire establecidas en la normatividad vigente. En consecuencia es necesario para este tipo de mediciones, una gran rapidez de asimilación de los datos una vez que los contaminantes entran en contacto con los monitores. En este caso, los sistemas de vigilancia automáticos son ideales, porque permiten implementar medidas de control basadas en lecturas en tiempo real. Se recomienda tomar promedios horarios, para obtener información útil, fácilmente utilizable y comparable con las normas respectivas.

El manejo de estas situaciones de emergencia para el recurso aire, es complejo y requiere una coordinación inmediata de esfuerzos con otras instituciones del Estado, como la Policía Nacional, el Ejército, la Defensa Civil y los diferentes cuerpos de socorro.

G. Estudiar e investigar fuentes y quejas concretas.

Su objetivo se orienta hacia la evaluación de ciertos niveles de contaminación procedentes de fuentes fijas locales por parte de las autoridades locales o por quejas reportadas a la autoridad ambiental competente. Puesto que los pequeños cambios en la dirección del viento pueden influir en los resultados de la vigilancia de la calidad del aire, es posible que se requiera un gran número de dispositivos de muestreo junto con equipos de vigilancia continua a fin de registrar los momentos de contaminación y los niveles máximos correspondientes. Es deseable evaluar directamente las emisiones en las fuentes de emisión con el propósito de determinar el contaminante que está afectando. Si no se puede especificar de antemano el contaminante tal vez surjan dificultades, pues probablemente no sería factible establecer estaciones de muestreo para la diversidad de contaminantes. En estos casos se debe contar con estaciones móviles de muestreo que den apoyo a las diferentes campañas que la autoridad ambiental lleve a cabo.

H. Validar los modelos de calidad del aire.

Los diferentes modelos de dispersión de contaminantes, ya sean gaussianos, de grilla (euleriano o lagrangiano), modelos empíricos y estadísticos sobre calidad del aire, permiten relacionar las emisiones de un contaminante del aire proveniente de una fuente de emisión o de un conjunto de fuentes con las concentraciones de dicho contaminante sobre el área de estudio. La efectividad de un modelo para predecir los niveles de contaminación bajo condiciones variables, solo podrá ser valorada después que se lleven a cabo mediciones de campo bajo las mismas condiciones iniciales. En algunas ocasiones, cuando se dificulta la aplicación de un modelo de dispersión, las mediciones de calidad del aire pueden llegar a reemplazar tales desarrollos y convertirse en un modelo empírico.

Es importante considerar el uso de los datos de calidad del aire para validar los modelos de dispersión de contaminantes y para el desarrollo de estadísticas e índices de validación, como error medio absoluto, error estándar, entre otros.

Al determinar la frecuencia de las mediciones, deberá considerarse también la clase de modelo de calidad del aire a usarse y si tienen que utilizarse variaciones de la contaminación a corto plazo en periodos de una a 24 horas o bien determinación de promedios a largo plazo. En la mayoría de los casos para validar el modelo de dispersión, se necesita gran cantidad de datos de campo o concentraciones del contaminante en estudio, aportados por el SVCA, durante un periodo mínimo de un año. Tal calibración implica necesariamente un adecuado conocimiento de las emisiones de la fuente de emisión evaluada y de las condiciones meteorológicas y topográficas locales.

I. Soportar investigaciones científicas.

Se refiere a mediciones con objetivos definidos desde el punto de vista científico, puede incluir bases para estudios epidemiológicos, estudios de especiación, estudio de reacciones fotoquímicas, estudio de transporte de contaminantes a grandes distancias, entre otros.

4.3. Evolución de los objetivos del SVCA

Cuando no se cuente con disponibilidad de recursos técnicos y económicos para cumplir con todos los objetivos del sistema de manera inmediata, la autoridad ambiental deberá definir objetivos de corto, mediano y largo plazo para el desarrollo del SVCA. Sin descuidar las prioridades y deberes como autoridad ambiental, el SVCA puede diseñarse para ser desarrollado por etapas a las que se le van agregado objetivos a cumplir en plazos fijados y diseñados de acuerdo con la disponibilidad de recursos.

4.4. Diagnóstico.

Una vez definido el marco conceptual de la gestión de la calidad del aire y los objetivos del SVCA, se debe proceder con su diseño. El diseño de un SVCA debe llevarse a cabo en dos fases, una inicial de diagnóstico y otra de elaboración del diseño final y estructuración del sistema.

En la primera fase del diseño, un grupo técnico interdisciplinario designado por la autoridad ambiental competente debe establecer las causas de la contaminación del aire en la zona de interés y evaluar su impacto; es decir, realizar un diagnóstico o línea base y determinar si la región bajo estudio requiere un sistema para la vigilancia de la calidad del aire. En este estudio se deberán efectuar las acciones(5) que a continuación se relacionan. La no ejecución de algunos de los siguientes pasos, dependerá de la información disponible (estudios anteriores).

4.4.1. Recolección de información general.

Consiste en caracterizar la geografía, el clima, la población y el desarrollo urbano del área de estudio. Se debe hacer una revisión del plan de ordenamiento territorial (POT), o su equivalente, estudiando detalladamente aspectos relacionados con la calidad del aire.

En particular, se deberá incluir una descripción de los siguientes puntos:

Estudios de salud:

Se debe hacer una recopilación de estudios de salud presentes en el dominio del futuro SVCA en manos de la autoridad respectiva, universidades u otras fuentes de información.

Geografía y clima:

• Límites geográficos

• Condiciones topográficas

• Condiciones climatológicas

• Usos del suelo

Estructura y tendencias del crecimiento demográfico:

• Desarrollo urbano y sus actividades socioeconómicas

• Distribución demográfica y geográfica de los empleos

• Movilidad vehicular, incluyendo velocidad y desplazamientos diarios

• Tipo de viviendas e índice de población

• Ubicación de los servicios de saneamiento básico, como por ejemplo, rellenos sanitarios

y plantas de tratamiento de aguas residuales

Otra información de importancia:

• Cartografía de la zona de estudio

• Base de datos del tránsito local

• Base de datos de industrias locales

Aspectos económicos y financieros de la autoridad ambiental:

La autoridad ambiental debe revisar su capacidad financiera y presupuesto para el tema de calidad del aire, así como la disponibilidad de recursos humanos. Esta evaluación se convertirá en uno de los criterios de diseño, así como punto de partida para la gestión de los recursos necesarios.

4.4.2. Inventario de emisiones con fines de diseño.

En caso de no existir un inventario general de emisiones (1) se debe realizar uno preliminar incluyendo las fuentes más relevantes en el área de estudio. Este estudio puede tomar datos de estudio de expedientes de la autoridad ambiental y cálculos de emisiones a partir de factores de emisión, encuestas y modelos. El estudio no tendrá un gran nivel de detalle dados los fines con que se realiza.

(5) Adaptado y complementado de la fuente CEPIS-OPS/OMS. Directrices para la elaboración de planes de acción locales para mejorar la calidad del aire. 2001.

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Las fuentes a evaluar serán las siguientes:

Fuentes móviles:

Para hallar estas emisiones se hará necesario el uso de modelos de emisiones para fuentes móviles (2)(6) o factores de emisión. Para la aplicación de estas metodologías será necesario como mínimo obtener la siguiente información:

• Base de datos del tránsito municipal

• Características de los combustibles locales

• Tipo, cantidad y calidad del combustible que se consume

• Volumen y edad del parque automotor, tendencias de crecimiento en este campo

• Distribución del transporte urbano

• Estado actual y uso de las vías principales

• Puede ser necesario la realización de conteos y caracterización de la flota vehicular en las principales vías

Con la aplicación de la mencionada metodología se pueden determinar las emisiones provenientes de fuentes móviles como los automóviles, los autobuses, los camiones, las motocicletas, los aviones y los ferrocarriles.

Parte de la información necesaria puede estar en manos de las autoridades de tránsito y empresas de transporte público aunque en la mayoría de casos es necesaria la toma de información de campo.

Conceptos fundamentales:
(2) Cálculo de emisiones para fuentes móviles Modelos de Emisión: • International Vehicle Emissions Model (IVE): Es un modelo diseñado para estimar las emisiones provenientes de fuentes móviles en países en vía de desarrollo. El modelo hace predicciones para contaminantes de referencia, gases de efecto invernadero y contaminantes tóxicos. Fue desarrollado conjuntamente por la University of California en Riverside, College of Engineering – Center for Environmental Research and Technology (CE-CERT), Global Sustainable Systems Research (GSSR), y el International Sustainable Systems Research Center (ISSRC). La Agencia Ambiental de los Estados Unidos (EPA) financió el desarrollo del modelo(7). • MOBILE: Determina los factores de emisión de contaminantes primarios como hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO) y Óxido de nitrógeno (NOX). El modelo también ofrece la ventaja de modelar efectos de combustibles oxigenados (mezclas gasolina-alcohol y gasolinaéter) en emisiones de CO(8). Calcula los factores de emisión basándose en variables como estado de la flota vehicular, temperatura, coeficiente de rugosidad, fracciones de ventas diesel y gasolina, efecto del uso de catalizadores, entre otras consideraciones importantes que logran un comprobado acercamiento a condiciones reales como consecuencia predicciones verídicas. • NONROAD(9): Predice emisiones de hidrocarburos, monóxido de carbono, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y material particulado resultante del uso de combustible para una variedad de fuentes como vehículos recreacionales (todo terreno), tractores, sierras eléctricas, equipos de construcción, equipos industriales, equipos de jardinería, embarcaciones, locomotoras y aviones. • MOVES(10) (Motor Vehicle Emission Simulator): Es un software desarrollado por la EPA que corresponde a un modelo de nueva generación para la estimación de emisiones de fuentes móviles convencionales y no convencionales (non road) para hidrocarburos, monóxido de carbono, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y material particulado. • Otro modelo de condiciones similares a los anteriores es NMIM (National Mobile Inventory Model).

(6) www.epa.gov

(7) IVE model users manual version 1.0.3. Summer, 2003.

(8) EPA User’s guide for Mobile5.

(9) User’s guide for the final nonroad2005 Model.

(10) www.epa.gov

Fuentes fijas:

Son las fuentes de emisión situada en un lugar determinado e inamovible, aun cuando la descarga de contaminantes se produzca en forma dispersa.

Fuente fija puntual: Las fuentes fijas puntuales son aquellas que emiten contaminantes al aire por ductos o chimeneas debido a la magnitud de sus emisiones o a la complejidad de los procesos que desarrollan, tales como las refinerías y las plantas termoeléctricas u otras industrias de cierta magnitud, se les considera en forma individual. Otras fuentes puntuales de menor magnitud agrupadas pueden ser consideradas como fuentes difusas.

Fuentes fijas dispersas o difusas:

Son aquellas en que los focos de emisión de una fuente fija se dispersan en un área(11), por razón del desplazamiento de la acción causante de la emisión. Ejemplo: Trituradoras, depósitos de materiales de construcción, minas, canteras, plantas de tratamiento de aguas residuales, rellenos sanitarios, quemas agrícolas controladas, entre otros.

Fuentes naturales:

Emisiones provenientes de fuentes naturales como la resuspensión del polvo, las biogénicas y los volcanes en actividad.

Otro aspecto a tener en cuenta en el inventario de emisiones es el consumo de combustibles por las diferentes fuentes de emisión que aporta información sobre los contaminantes de acuerdo al tipo de combustible utilizado y son fuente inicial para los cálculos de las emisiones.

4.4.3. Estudio micrometeorológico y/o meteorológico preliminar.

Busca establecer los aspectos más relevantes para identificar la dispersión de contaminantes en la atmósfera en la zona de estudio y en la medida de lo posible, el comportamiento de la atmósfera superficial y superior. La resolución temporal y espacial dependerá del área de influencia del SVCA.

Como mínimo se deberá reunir información acerca del comportamiento de los vientos (dirección y velocidad - rosa de vientos) y de precipitación. Otros datos importantes son temperatura, presión, humedad relativa y radiación solar.

Con estos datos mínimos se deben determinar predominancias en velocidad y dirección del viento con miras a establecer la dirección consecuente de los contaminantes y su grado de dispersión en la atmósfera. Por otra parte es importante el análisis de la pluviometría de la zona con fines de determinar o acercarse a las implicaciones de la remoción húmeda en la zona (lavado atmosférico). La combinación de otros aspectos como perfiles atmosféricos, nubosidad y datos de superficie como temperatura, radiación solar y velocidad del viento deben llevar a la estimación de la estabilidad atmosférica.

Como parte de este estudio se deben determinar como mínimo los siguientes aspectos:

• Tendencias de vientos anuales durante los últimos años (preferiblemente entre 5 y 10 años como mínimo de la serie multianual)

• Rosa de vientos diurna y nocturna

• Variaciones mensuales de la rosa de vientos

• Determinar si en el área de estudio existen varias condiciones micrometerológicas de vientos

• Tendencias de precipitación durante los últimos años (preferiblemente entre 5 y 10 años)

• Identificación de épocas secas y húmedas

4.4.4. Campana de monitoreo preliminar.

Se desarrolla con fines de establecer niveles probables de los contaminantes criterio u otros contaminantes de interés específico en la zona evaluada (dependiendo del inventario de emisiones realizado). Su duración debe ser de por lo menos de dos meses (un mes en época seca y otro en época húmeda) con estaciones operando de manera simultánea. En caso de presentarse dificultades para su realización en las dos temporadas, se deberá realizar durante los dos meses en época seca. Con esta campaña también se busca evaluar la distribución espacial y temporal de las concentraciones de los contaminantes incluidos en las normas nacionales de calidad del aire a través de la recopilación, análisis e interpretación de los datos existentes.

Se debe tener en cuenta que la información así obtenida es indicativa y solamente busca establecer valores probables que orienten el diseño del SVCA.

La descripción de la calidad del aire en la zona de interés deberá incluir los siguientes aspectos:

• La distribución espacial y temporal de los contaminantes del aire durante los episodios de alta contaminación y los escenarios meteorológicos que se presenten durante ellos.

• Los modelos conceptuales del comportamiento de la atmósfera y los contaminantes durante los episodios de alta contaminación, en la zona de interés.

• La comparación entre los niveles de concentración de los contaminantes del aire y las normas de calidad del aire, de forma indicativa y no concluyente, teniendo en cuenta el corto periodo de medición.

La ubicación de las estaciones en la campaña de monitoreo preliminar se realizará de acuerdo con los siguientes aspectos:

• Condiciones meteorológicas de la zona (especialmente condiciones de viento).

• Estaciones de fondo urbano (ver tipos de estaciones) vientos abajo en puntos de influencia de fuentes importantes (vías de alto tránsito, vías de congestión vehicular, complejos industriales).

• Uso de una estación meteorológica portátil en caso de no existir información simultánea disponible.

• Una estación de fondo rural (concentración de fondo).

(11) El programa de inventarios de México utiliza el término fuentes de área para referirse a aquellas que son demasiado numerosas y dispersas como para ser incluidas en un inventario de fuentes puntuales.

La EPA usa el término Non point sources (fuentes no puntuales) para nombrar a aquellas fuentes que no califican individualmente como puntuales, pero que de forma grupal emiten cantidades considerables de contaminantes a la atmósfera.

En relación con los equipos de medición (Ver tecnologías de muestreo) se deberán usar los apropiados para cada caso particular, considerando la frecuencia establecida a nivel nacional:

• Muestreadores activos para PM10 (día de por medio) – mínimo 3 estaciones.

• Analizador infrarrojo no dispersivo para el caso de monóxido de carbono (automático permanente).

• Muestreadores pasivos o activos para O3, NO2 y SO2 con fi nes de densifi cación de la campaña de monitoreo.

• Unidad móvil automática cuando sea aplicable.

La combinación óptima de estos instrumentos brindará la información necesaria para el diseño del SVCA.

4.4.5. Modelacion preliminar.

Toda la información obtenida de condiciones locales (topografía, actividades económicas,

uso del suelo, ordenamiento urbano, entre otras), meteorología, emisiones y calidad del aire será usada para el adecuado diseño del SVCA. Cuando se requiera, se podrá utilizar esta información para realizar una modelación preliminar que permita llenar vacíos dejados por la campaña de monitoreo y entender la dispersión de contaminantes en el área de estudio.

A continuación se presenta una descripción de modelos Gaussianos de dispersión para contaminantes no reactivos que pueden ser utilizados.

Para fuentes fijas:

Aermod (3) dependiendo de la información disponible.

Para fuentes móviles:

CAL3QHCR y Caline4 (3) para fuentes móviles. Para este caso puede que sea necesario dividir el área de estudio en varios dominios de modelación, dadas las capacidades de los modelos.

Con la combinación de efectos de ambos modelos se podrán obtener algunas conclusiones sobre la distribución de los contaminantes evaluados en el área de estudio y sus fuentes.

Dependiendo del tamaño de la zona de estudio, de la configuración del terreno, de la información disponible y del área de influencia a evaluar, es recomendable el uso de modelos avanzados como CALPUFF (3), sin embargo, dado el tamaño de la mayoría de municipios de Colombia el uso de los modelos mencionados anteriores es suficiente. Para el caso de municipios que junto con su área metropolitana comprendan una población mayor de 500.000 habitantes, las modelaciones se podrán hacer para zonas específicas de interés de acuerdo con el estudio de fuentes y no para toda la zona.

Cuando se utiliza la modelación preliminar para apoyar el diseño de un SVCA el grado de precisión del modelo respecto a las mediciones no es tan representativo. Se busca establecer los sitios donde se presentan las mayores concentraciones de contaminantes y un nivel aproximado de influencia de las diferentes fuentes. Valores muy lejanos de la modelación respecto a las mediciones podría indicar que no se han considerado algunas fuentes importantes o que no se han considerado concentraciones de fondo. El análisis conjunto de toda la información anterior dará los argumentos necesarios para pasar a la etapa de diseño final.

Algunos modelos de dispersión recomendados se mencionan a continuación(12):

Conceptos fundamentales:
(3) modelos de dispersión recomendados: Modelos de dispersión de fuentes móviles: CALINE 4(13): Desarrollado por el Departamento de Transporte de California (CALTRANS), basados en el modelo de la Pluma Gaussiana. Calcula concentraciones de diferentes contaminantes como monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas suspendidas. Permite la modelación de calidad de aire en proximidades de intersecciones, cañones de calles y sistemas de parqueaderos. CAL3QHC-R(14): Es un modelo empleado para predecir concentraciones de contaminantes inertes provenientes de vehículos de motor en intersecciones viales. Incluye el modelo de dispersión CALINE3 y un algoritmo de tráfi co para estimar la longitud de la cola de vehículos detenidos en intersecciones señalizadas. Tiene la capacidad de procesar un año de información meteorológica en forma horaria y emisiones de monóxido de carbono, material particulado y óxidos de nitrógeno, tráfico y datos de señalización. Adicionalmente incorpora un algoritmo para altura de mezcla del ISC. Modelos de dispersión para fuentes fijas: AERMOD(15): Es un modelo de dispersión de pluma de estado estable que usa distribución Gaussiana en la vertical y la horizontal para condiciones estables y en la horizontal para condiciones convectivas. La distribución de la concentración vertical para condiciones convectivas resulta de asumir una función de densidad de probabilidad bi-Gaussiana de la velocidad vertical. AERMOD incorpora conceptos comunes acerca de la dispersión en terrenos complejos haciendo más realista la modelación. Fue diseñado como reemplazo del ISCST. ISCST (Industrial Source Complex): Es usado para evaluar concentraciones de contaminantes de una variedad de fuentes asociadas con complejos industriales. Predice concentraciones de contaminantes para fuentes continuas: puntuales, de área, de volumen y excavaciones a cielo abierto. CALPUFF(16): Es un modelo de dispersión tipo puff (bocanadas) avanzado multicapa, multi-especies que puede simular los efectos de las variaciones espaciales y temporales meteorológicas en la remoción, transporte y transformación de contaminantes. Una de sus capacidades superiores a los modelos anteriormente presentados es su capacidad para procesar campos de vientos tridimensionales y transformaciones químicas de los contaminantes.

(12) Tomado de: CALINE4 User’s guide; CAL3QHC-R User’s Guide; CALPUFF Dispersión Model User’s Guide, Versión 5.

(13) CALINE4 User’s guide.

(14) CAL3QHC-R User’s Guide.

(15) Appendix W to Part 51 – Guideline on Air Quality Models.

(16) CALPUFF Dispersión Model. User’s Guide. Versión 5.

4.5. Análisis de la información recolectada en el diagnostico.

El diagnóstico llevará a un conocimiento integral del área donde se desea materializar el SVCA obteniendo acercamientos a las respuestas de las siguientes preguntas con la interpretación e integración de sus resultados:

¿Cuáles son las fuentes criticas? A esta pregunta responderán el inventario de emisiones (IE), las campañas de medición y el modelo de dispersión, cuando se use. El IE presentará el aporte relativo de las diferentes fuentes presentes en el área de estudio.

El impacto ocasionado en la calidad del aire puede ser determinado por las mediciones realizadas en las campañas o por la utilización de los modelos de dispersión.

¿Cuáles son los contaminantes críticos? Será respondido con los elementos anteriores.

Las campañas de monitoreo o el modelo de dispersión permiten conocer los contaminantes que merezcan mayor atención. Así mismo, el IE proporcionará información sobre los contaminantes que se deben monitorear de acuerdo con las fuentes que se encuentran en el área de estudio.

¿Cuál es el comportamiento meteorológico de la zona? La interpretación del análisis meteorológico de la zona, es importante para establecer niveles de contaminación extrapolados (teniendo en cuenta las variaciones entre época seca y húmeda), así como las áreas más afectadas por predominancia y velocidad del viento.

¿Cómo se distribuyen los contaminantes en el dominio del SVCA? Esta respuesta estará dada por el modelo de dispersión y los datos de monitoreo de calidad del aire.

¿Cuáles son los puntos de mayor y de menor concentración? Esta pregunta será respondida por el modelo de dispersión y los datos de monitoreo.

La integración de todos los elementos del diagnóstico será la base del diseño final del SVCA.

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5. Fase de elaboración del diseño final.

Una vez realizado el diagnóstico, se procede a realizar el diseño detallado del SVCA buscando cumplir con sus objetivos y siguiendo los lineamientos que a continuación se exponen:

5.1. Definición del tipo de SVCA.

No existe una regla única para el diseño detallado de un SVCA, dado que las decisiones sobre el número y ubicación de las estaciones de vigilancia, están sometidas a los objetivos y a la problemática específica que pueden ser diferentes para cada región o industria.

Además, un SVCA, en función de la problemática sobre calidad del aire debe obedecer a uno o más objetivos a la vez, lo que implica diferencias entre los equipos instalados en una estación u otra, con las consiguientes diferencias de costos de implementación y operación.

Un diseño óptimo debe procurar obtener la mayor cantidad de información, permitiendo contrastar resultados entre varios sitios, con el mínimo de infraestructura y maximizando los recursos técnicos, humanos y económicos.

Teniendo en cuenta el conocimiento sobre las condiciones de calidad del aire en los principales centros urbanos del país, este protocolo define varios tipos de sistemas de vigilancia de calidad del aire que deberán ser adaptados a las condiciones específicas de cada región teniendo en cuenta la evaluación preliminar realizada y la legislación vigente que regula la materia. Los sistemas de vigilancia podrán ir evolucionando con el tiempo de acuerdo con las necesidades y cambio de objetivos del sistema.

En poblaciones inferiores a 50.000 habitantes sin problemáticas ambientales identificadas no será necesario establecer un SVCA. Las poblaciones entre 50.000 y 150.000 habitantes deberán darle prioridad a la medición de material particulado en sus fracciones de PM10 y PM2.5.

En este protocolo se establecen seis tipos de sistemas de vigilancia de la calidad del aire, adaptados a las condiciones de población, territorio, objetivos y condiciones ambientales del país. En general, todos los tipos de SVCA tienen como objetivo inherente la comparación con la normatividad vigente.

De acuerdo con lo anterior, a continuación se definen los requerimientos mínimos para cada tipo de sistema de vigilancia de la calidad del aire-SVCA, entendiendo como mínimo su infraestructura básica, haciendo énfasis en que un número mayor de estaciones o el uso de equipos distintos a los establecidos para cada sistema de vigilancia de la calidad del aire debe ser justificado desde el punto de vista de costo-efectividad, entendida esta como la alternativa más económica que permita cumplir con los objetivos propuestos, teniendo como base los parámetros y criterios desarrollados en el presente documento.

5.2. SVCA Tipo I: Indicativo

5.2.1. Objetivos

Este tipo de sistema de vigilancia podrá responder a los siguientes objetivos, aunque estos deben ser definidos de acuerdo a la necesidad de la jurisdicción de la autoridad ambiental:

• Evaluar el riesgo para la salud humana

• Determinar posibles riesgos para el medio ambiente

• Estudiar fuentes e investigar quejas concretas

• Soportar investigaciones científicas

5.2.2. Aplicación.

Este sistema aplica a poblaciones de 50.000 a menos de 150.000 habitantes en donde no existan problemáticas ambientales identificadas (ausencia de zonas industriales, mineras, otras fuentes relevantes) o no se hayan detectado quejas por deterioro en la calidad del aire de parte de la comunidad. Para este tipo de poblaciones el diagnóstico inicial solo incluirá inventario de emisiones, análisis meteorológico y campaña de medición. Opcionalmente se puede recurrir a la modelación.

Poblaciones con problemáticas ambientales especiales, con cualquier número de habitantes, se regirán por el diseño de sistemas especiales de vigilancia de la calidad del aire-SEVCA.

Tabla 2

CaracterísticasSVCA tipo I

Característica Parámetro Observaciones
Tecnología de medición Muestreo activo  
Tiempo de monitoreo Mínimo tres meses en época seca. Podrá monitorearse también en combinación de época seca y húmeda (mínimo 1,5 meses en época seca)
Periodicidad del monitoreo Máximo cada 3 años se deberá repetir la campaña. Se variará el periodo de acuerdo al análisis normativo descrito abajo.
Parámetros a medir PM10  
número de estaciones Mínimo 2 estaciones.  
Tipo de estaciones(17) Fondo fondo urbana EPE(18) 
Ubicación estaciones Una estación ubicada, vientos arriba de la localidad sin influencia de las fuentes estudiadas y otra, vientos abajo de las fuentes de mayor influencia. Otras estaciones serán ubicadas de acuerdo a la rosa de vientos en sitios con población afectada por otras fuentes vientos abajo de ellas.
Periodicidad del muestreo Mediciones de 24 horas, cada tercer día Se deben completar como mínimo 30 muestras en cada estación.
Instrumentos meteorológicos Precipitación Manual Estación meteorológica automática portátil en caso de no existir información simultánea.  

5.2.3. Objetivos de la ubicación de estaciones de un SVCA indicativo.

Las estaciones ubicadas para este tipo de SVCA deben responder a las siguientes características(19):

• Estaciones localizadas para determinar las concentraciones más altas en el dominio del SVCA.

• Estaciones localizadas para determinar concentraciones generales de fondo.

• Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire ocasionado por fuentes significativas.

5.2.4. Monitoreo de otros parámetros.

En este tipo de sistemas de vigilancia no se requiere la medición de contaminantes diferentes a PM10, a menos que se tengan quejas sobre otros contaminantes. En este caso, se deberá hacer una revisión de los tipos de fuentes presentes en el área y los posibles contaminantes emitidos. Posteriormente, se debe realizar un diagnóstico preliminar por un periodo no menor a dos meses, incluyendo la medición del contaminante a evaluar.

La frecuencia se definirá bajo los mismos criterios descritos a continuación. Se requerirá monitoreo permanente del contaminante cuando los valores medidos en la campaña de medición superen los estándares establecidos en la Resolución 601 de 2006 o en la que la modifique, adicione o sustituya.

(17) Ver tipos de estaciones.

(18) EPE: Estación de propósito específico: En caso de existir una fuente significativa que amerite monitoreo permanente.

(19) Adaptado de: Appendix D to Part 58—Network Design Criteria for Ambient Air Quality Monitoring.

5.2.5. Variaciones del SVCA indicativo relacionados con la legislación vigente.

Para verificar el cumplimiento de los estándares de PM10 establecidos en la Resolución 601 de 2006 o en la que la modifique, adicione o sustituya, en cuanto a promedios anuales, teniendo como base información indicativa (periodos inferiores a un año), después de realizado el control y aseguramiento de la calidad de la información, se debe realizar el siguiente análisis:

• Para establecer la tendencia anual se calcula el promedio de las mediciones de 24 horas. Este promedio permite evaluar de forma indicativa el comportamiento anual del contaminante teniendo en cuenta las condiciones de precipitación que se dieron durante el monitoreo suponiendo iguales comportamientos para periodos lluviosos o secos(20).

• Con el fi n de establecer una relación entre el SVCA tipo I y áreas fuente de contaminación que trata la Resolución 601 de 2006 y el Decreto 979 de 2006(21) (ver forma de cálculo en el anexo 2), se debe realizar el siguiente análisis de acuerdo a los niveles detectados durante la campaña de monitoreo:

— Se revisan los valores de PM10 hallados durante la campaña de monitoreo.

— Si al realizar el cálculo de excedencias de los valores monitoreados, menos del 10% de los datos válidos supera la norma anual, la campaña de monitoreo del SVCA se deberá realizar cada 3 años.

— Si al realizar el cálculo de excedencias de los valores monitoreados se tienen condiciones de área fuente marginal, la campaña de monitoreo deberá realizarse nuevamente al año siguiente.

— Si al realizar el cálculo de excedencias se encuentran valores que corresponden a Área-fuente moderada, media o alta, se debe pasar a un SVCA básico. En el último caso esta decisión se toma una vez se revisen posibles eventos puntuales que hayan causado los niveles observados y la posibilidad de repetición de dicho evento.

— En caso de existir una fuente significativa o específica en la zona (ej. cementera, planta de asfalto, troncal vial de alto tráfico, etc.), temporalmente la estación de fondo podría realizar mediciones indicativas trasladándola el tiempo necesario al área de influencia de la fuente.

En caso de encontrar valores cercanos en un 80% a la norma de 24 horas se deberá constituir una estación indicativa adicional en dicho punto en las campañas del SVCA Indicativo.

5.2.6. Componente de meteorología.

• Se podrá realizar el análisis a partir de estaciones meteorológicas existentes de otras instituciones (ejemplo Ideam) siempre que sean representativas.

• En caso de no existir una estación meteorológica cercana se deberá utilizar una estación meteorológica portátil.

• Se deberá conocer la presión atmosférica del sitio con fines de calibración de los equipos utilizados.

• En cada estación se deberá ubicar un pluviómetro manual.

5.2.7. Componentes del SVCA indicativo.

Hardware:

• Estaciones de calidad del aire indicativas

• Estación meteorológica portátil tipo I con parámetros básicos (dirección y velocidad del viento, pluviómetro y temperatura)

• Pluviómetros manuales

Software:

• Hoja de cálculo para manejo de información de calidad del aire y meteorológica con capacidad para realizar gráficas, de acuerdo a los requerimientos establecidos en el Sisaire.

Reportes:

• Un reporte a la comunidad de la campaña de monitoreo realizada

• Página Web General de la autoridad ambiental

• Reporte de la información en el Sisaire

5.2.8. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

Es poco probable que se requiera medición de gases; excepto en aquellas poblaciones pequeñas que sean vecinas de regiones que se caractericen por alta presencia de fuentes contaminantes, en especial fuentes móviles y fijas puntuales. Para estos casos, es necesario que se incluya la recolección de muestras para la determinación de los niveles de concentración de ozono, debido a que por efectos de condiciones meteorológicas como velocidad, dirección del viento y radiación solar, se promueva la formación del ozono troposférico en sitos(sic) diferentes y generalmente alejados a donde se encuentran las fuentes generadoras de los precursores de esta reacción química.

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(20) Se debe tener en cuenta que la filosofía de los SVCA Indicativos es establecer panoramas y tendencias no valores absolutos.

(21) Por el cual se modifican los artículos 7º, 10, 93, 94 y 108 del Decreto 948 de 1995. planes de contingencia y áreas fuente de contaminación.

Según análisis realizados por Monn y Hangartner (1990)(22), superar la norma horaria de ozono (120 μg/m3) es equivalente a obtener valores medios semanales de concentración de este contaminante iguales o superiores a 30 μg/m3, por esta razón, se establece este valor como parámetro de comparación con los valores que pueden llegar a obtenerse semanalmente con el muestreo con tubos pasivos en las campañas de monitoreo.

Se deberá revisar el diseño de este tipo de SVCA cada 3 años o de acuerdo a lo expresado en los parámetros arriba expuestos.

5.3. SVCA Tipo II: Básico.

5.3.1. Objetivos.

Este tipo de sistema de vigilancia podrá responder a los siguientes objetivos:

1. Determinar el cumplimiento de las normas nacionales de calidad del aire.

2. Evaluar las estrategias de control de las autoridades ambientales.

3. Observar las tendencias a mediano y largo plazo.

4. Evaluar el riesgo para la salud humana.

5. Determinar posibles riesgos para el medio ambiente.

6. Activar los procedimientos de control en situaciones de emergencia.

7. Estudiar fuentes e investigar quejas concretas.

8. Validar los modelos de calidad del aire.

9. Soportar investigaciones científicas.

5.3.2. Aplicación.

En poblaciones mayores o iguales a 150.000 habitantes y menores a 500.000 habitantes.

Poblaciones hasta de 300.000 habitantes sin problemas de calidad del aire podrán basarse en los criterios del SVCA Indicativo para diseñar su sistema.

Tabla 4 . Características de un SVCA Básico

Característica Parámetro Observaciones
Tecnología de medición Pasivo activo automático  
Tiempo de monitoreo Permanente  
Periodicidad del monitoreo Permanente  
Parámetros a medir De acuerdo a la problemática local identificada; sin embargo, debe medirse como mínimo pm10.  
Nº de estaciones Mínimo 2 estaciones de pm10. Un mayor número de estaciones se determinarán de acuerdo con los resultados de concentraciones de material particulado obtenidos en campañas de monitoreo similares a las adelantadas para el sistema de vigilancia indicativo tipo I o con base en los resultados del modelo de dispersión.
Tipo de estaciones(23) Fondo fondo urbana indicativas  
Ubicación estaciones Una estación ubicada vientos arriba de la localidad sin influencia de las fuentes estudiadas y una estación vientos debajo de las fuentes de mayor influencia. otras estaciones serán ubicadas de acuerdo a los resultados de la campaña de medición o el modelo de dispersión.  
Periodicidad del muestreo Para muestreadores activos cada tercer día. para muestreadores pasivos tres series de un mes de duración(24) cada dos años. para analizadores automáticos: permanente.  
Instrumentos meteorológicos Medidor automático de precipitación. estación meteorológica automática portátil.  

5.3.3. Diseño específico del SVCA Tipo II: Básico.

Las estaciones ubicadas para este tipo de SVCA deben responder a las siguientes características(25):

1. Estaciones localizadas para determinar las concentraciones más altas en el dominio del SVCA.

2. Estaciones localizadas para determinar concentraciones típicas de zonas densamente pobladas.

3. Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire de fuentes significativas

(22) Monn, Ch. and Hangartner, M. Federal Institute of Technology. Passive Sampling for ozone.Journal Air and Waste Management Association, vol. 40, Nº 3. 1990.

(23) Ver tipos de estaciones.

(24) Para muestreadores pasivos de Ozono debe reducirse el tiempo a una semana, una serie cada vez que inicie un mes.

(25) Adaptado de: Appendix D to Part 58—Network Design Criteria for Ambient Air Quality Monitoring.

4. Estaciones localizadas para determinar concentraciones generales de fondo.

5.3.4. Número de estaciones.

5.3.4.1. Definición y ubicación de estaciones fijas.

Una estación podrá estar conformada con la medición de uno o varios parámetros:

Estaciones de PM10

Se tendrá un número mínimo de dos estaciones fijas de PM10 ubicadas con los siguientes criterios:

• Una estación de fondo (objetivo 4). Se ubicará de acuerdo con la rosa de vientos de la zona, vientos arriba del centro urbano estudiado.

• Una estación en el punto donde se esperan las concentraciones de contaminación por partículas más altas (objetivo 1). Ubicada de acuerdo con los resultados del modelo de dispersión y de los resultados de la campaña de monitoreo preliminar. Si se usa un modelo de dispersión se debe buscar una correlación entre los datos del modelo de dispersión y los datos del monitoreo para tratar de disminuir la incertidumbre del mismo.

De acuerdo con los análisis del inventario de emisiones, la campaña de monitoreo o la modelación realizada en el diagnóstico se deberá complementar el SVCA para cumplir los objetivos 2 y 3 descritos anteriormente de la siguiente forma:

• Estaciones localizadas para determinar concentraciones típicas de zonas densamente pobladas. De acuerdo con los resultados de la campaña de monitoreo del diagnóstico preliminar (o mediciones históricas existentes) y los resultados del modelo de dispersión, teniendo en cuenta la combinación de los resultados de las emisiones de fuentes fijas y móviles, se justificará la ubicación de una estación fija bajo los criterios establecidos en la tabla 5.

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Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente media y área fuente moderada en su serie histórica, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como área fuente moderada y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente marginal y no clasificada en ningún tipo de área fuente, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como no clasificada en ningún tipo de área fuente y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

• Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire de fuentes significativas. Se estudiarán por separado los resultados del inventario de fuentes móviles y fuentes fijas, identificando los impactos de las fuentes más relevantes. Esto se debe complementar con el análisis de los resultados de la campaña de monitoreo o con el modelo de dispersión con el objeto de verificar los niveles probables. Este tipo de estaciones podrían ser indicativas. La estación pasará a ser fija si cumple con los criterios expuestos en la tabla anterior.

Estaciones de otros parámetros

• En este tipo de SVCA no será necesario medir monóxido de carbono (CO).

• Para la inclusión de otros parámetros será necesario el análisis de la información recolectada durante la campaña de monitoreo preliminar (usando extrapolación) o a partir de información histórica existente:

– Se incluirá la medición de SO2 ó NO2 bajo las condiciones establecidas en la tabla 6.

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Para la justificación de ubicación de las mediciones tanto de SO2 como de NO2 se deben tener en cuenta también las siguientes condiciones:

— Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente media y área fuente moderada en su serie histórica, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta, excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como área fuente moderada y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación control tomados en la zona.

— Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente marginal y no clasificada en ningún tipo de área fuente, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como no clasificada en ningún tipo de área fuente y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

— Se incluirá la medición de ozono (O3) cuando durante la campaña de monitoreo (mediante extrapolación o información histórica existente) se presenten los casos indicados en la tabla 7.

Tabla 7

Justificación de ubicación de estaciones de O3

Técnica CriterioAcción
Pasiva Si al menos uno de los valores medios semanales de concentración alcanza 27 μg/m3 Se debe realizar monitoreo indicativo con muestreo automático durante tres meses.
Pasiva Si al menos uno de los valores medios semanales de concentración alcanza 30 μg/m3 Se debe instalar una estación fija con monitoreo automático(26).
Automática indicativa Si durante los tres meses de operación de la estación indicativa automática se detecta un sobrepaso a la norma horaria o la de ocho horas. Se debe instalar una estación fija con monitoreo automático

Según análisis realizados por Monn y Hangartner (1990)(27), superar la norma horaria de ozono (120 μg/m3) es equivalente a obtener valores medios semanales de concentración de este contaminante iguales o superiores a 30 μg/m3, por esta razón, se establece este valor como parámetro de comparación con los valores que pueden llegar a obtenerse semanalmente con el muestreo con tubos pasivos en las campañas de monitoreo.

La ubicación de estaciones para estos contaminantes se realizará de acuerdo con el análisis de las campañas de monitoreo, de información existente o del análisis combinado de los modelos de dispersión de fuentes fijas y móviles con los mismos criterios que para PM10. No es obligatorio que un SVCA básico tenga estaciones fijas de medición de gases a menos que cumpla con alguno de los parámetros mencionados anteriormente.

5.3.4.2. Definición y ubicación de estaciones indicativas.

Estas estaciones tienen por finalidad determinar los niveles probables de los contaminantes de interés para un SVCA. Los métodos de medición para este tipo de estaciones no necesariamente son de referencia. De la misma forma pueden ser estaciones que usan métodos de referencia, pero que se movilizan con el tiempo.

Ubicación de estaciones indicativas de PM10

En caso que el SVCA esté conformado por las dos estaciones mínimas se podrán realizar mediciones indicativas en otros puntos que respondan a los objetivos de ubicación 2 y 3.

Este tipo de mediciones se pueden realizar de la siguiente forma:

• Durante el primer año las estaciones permanecerán en cada punto un periodo mínimo de 3 meses antes de cambiar su ubicación.

• A partir del segundo año debe permanecer por un periodo mínimo de un año en cada punto antes de cambiar su ubicación.

• En caso de encontrarse, durante la evolución del SVCA, mediciones de PM10 donde se cumplan condiciones de área fuente moderada se deberá ubicar una estación fija en el punto respectivo.

Ubicación de estaciones indicativas de gases

El número mínimo de estas estaciones se define en la tabla 8, teniendo en cuenta el uso de muestreadores pasivos(28).

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La ubicación de las estaciones se realizará de la siguiente forma:

• Una estación de SO2, NO2 y O3 de fondo.

• Las demás estaciones se ubicarán en tres semicírculos concéntricos a partir de la concentración de fondo en la dirección del viento. Las estaciones de SO2 y NO2 se diferencian de las de ozono en que estas últimas se ubican en los dos radios más externos de los semicírculos; siempre y cuando la región no colinde con otras zonas con fuerte presencia de fuentes emisoras de gases como NOX y VOC’s (precursores del ozono), ya que si esto sucede, deberá ser incluido por lo menos un punto de muestreo para ozono en la vecindad con la otra área.

• Los espacios entre los muestreadores pasivos de un mismo contaminante no deberán ser mayores de 4 kilómetros. En caso de ser necesario se deberá densificar la red.

(26) Esta acción sería equivalente a si se estuvieran reportando sobrepasos a la norma horaria de 120 μg/m3, de acuerdo a lo establecido en trabajos de investigación realizados por Monn y Hangartner, 1990.

(27) Monn, Ch. and Hangartner, M. Federal Institute of Technology. Passive Sampling for ozone. Journal Air and Waste Management Association, vol. 40, Nº 3. 1990.

(28) Tomando como base y adaptado de: Propuesta para la elaboración de un sistema de evaluación de la calidad del aire en el marco de las nuevas directivas.

Joaquim Cot y Carme Callés, técnicos del Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya. Versión final 8 de mayo de 2000. 

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Si al realizar una extrapolación, se encuentran mediciones con los muestreadores pasivos que sobrepasen el 80% de la norma anual, se procederá a la ubicación en ese punto de un muestreador activo.

5.3.5. Componente de meteorología.

• Se instalará una estación meteorológica portátil tipo II en el punto de mayor representatividad (Velocidad y dirección de viento, temperatura, radiación solar, humedad relativa, pluviometría, presión barométrica).

• En cada estación fija se deberá ubicar un pluviómetro automático.

5.3.6. Componentes del SVCA básico

Hardware:

• Estaciones de calidad del aire fijas

• Estaciones de calidad del aire indicativas

• Estaciones meteorológicas portátiles tipo II

• Pluviómetros automáticos

Software:

• Modelos de dispersión Gaussianos (fuentes fijas y móviles)

• Base de datos de inventario de emisiones

• Software de gestión de la información

Reportes:

• Reporte mediante página web con actualización semanal

• Reportes trimestrales de acuerdo a lo establecido en el presente protocolo

• Reporte de la información en el Sisaire

5.3.7. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

• Es poco probable que se requiera monitoreo de CO.

• En muy pocas ocasiones se necesitará monitoreo de NO2 y SO2.

• Es posible que únicamente se necesiten tecnologías manuales de monitoreo.

• Se deberá revisar el diseño de este tipo de SVCA cada 4 años y realizar los ajustes en caso de ser necesario.

5.4. SVCA tipo III: Intermedio.

5.4.1. Objetivos.

Este tipo de sistema de vigilancia podrá responder a los siguientes objetivos:

1. Determinar el cumplimiento de las normas de calidad del aire.

2. Evaluar las estrategias de control de las autoridades ambientales.

3. Observar las tendencias a mediano y largo plazo.

4. Evaluar el riesgo para la salud humana.

5. Determinar posibles riesgos para el medio ambiente.

6. Activar los procedimientos de control en situaciones de emergencia.

7. Estudiar fuentes de emisión e investigar quejas concretas.

8. Validar los modelos de calidad del aire.

9. Soportar investigaciones científicas.

5.4.2. Aplicación.

Poblaciones o zonas metropolitanas cuyo número de habitantes sea mayor o igual a 500.000 habitantes y menor a 1.500.000 habitantes. Poblaciones integradas al área metropolitana serán analizadas como un conjunto, para aquellas otras separadas del centro urbano de mayor tamaño se deberá hacer un diseño separado; sin embargo, la administración del SVCA podrá ser realizada en conjunto.

Tabla 9 Descripción SVCA TipoIII

CaracterísticaParámetroObservaciones
Tecnología de medición Pasivo Activo Automático  
Tiempo de monitoreo Permanente  
Periodicidad del monitoreo Permanente  
Parámetros a medir PM10 PM2.5 Ozono  
Número de estaciones Mínimo 3 estaciones PM10 Mínimo estaciones PM2.5(29) Mínimo 1 estación de O3 Serán definidos otros contaminantes de acuerdo con el inventario de emisiones, campañas de monitoreo, información existente o el modelo de dispersión
Tipo de estaciones(30) Fondo Fondo urbana Indicativas EPE  
Ubicación estaciones De acuerdo con el diseño específico descrito en el diseño detallado  
Periodicidad del muestreo Muestreadores activos de cada tercer día. Para muestreadores pasivos: 3 series de un mes de duración(31) cada dos años, Para analizadores automáticos:permanente.  
Instrumentos meteorológicos Pluviómetros automáticos Estaciones meteorológicas automáticas portátiles. Estación meteorológica de alta precisión  

5.4.3. Diseño específico del SVCA tipo III: Intermedio.

Objetivos de la ubicación de estaciones de un SVCA Tipo III Intermedio:

Las estaciones ubicadas para este tipo de SVCA deben responder a las siguientes características(32):

1. Estaciones localizadas para determinar las concentraciones más altas en el dominio del SVCA.

2. Estaciones localizadas para determinar concentraciones típicas de zonas densamente pobladas.

3. Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire de fuentes significativas.

4. Estaciones localizadas para determinar concentraciones generales de fondo.

5. Estaciones de soporte a estudios epidemiológicos.

5.4.4. Número de estaciones.

Cada estación podrá estar diseñada para contar varios equipos y medir uno o varios parámetros.

5.4.4.1. Definición y ubicación de estaciones fijas.

Estaciones de PM10

Se tendrá un número mínimo de tres estaciones fijas de PM10 ubicadas con los siguientes criterios:

• Una estación de fondo (objetivo 4). Se ubicará de acuerdo a la rosa de vientos de la zona, vientos arriba de la región estudiada.

• Una estación en el punto donde se esperarán las concentraciones más altas de PM10 (objetivo 1). Esta estación debe ubicarse de acuerdo con los resultados de la campaña de monitoreo preliminar o los resultados del modelo de dispersión.

• Una estación de punto crítico o hot spot (objetivos 3 y 5)

Las tecnologías para este tipo de estaciones serán de muestreo activo. Se pasará a muestreo automático si se cumplen condiciones de área fuente media o alta.

(29) La medición de este parámetro se realizará de acuerdo a lo explicito en la Resolución 601 de 2006 o la que la adicione, modifique o derogue.

(30) Ver tipos de estaciones.

(31) Para muestreadores pasivos de Ozono debe reducirse el tiempo a una semana, una serie cada vez que inicie un mes.

(32) Adaptado de: Appendix D to Part 58—Network Design Criteria for Ambient Air Quality Monitoring.

De acuerdo con los análisis del inventario de emisiones, campaña de monitoreo (extrapoladas o mediciones existentes) y la modelación realizados en el diagnóstico preliminar se deberá complementar el SVCA cumpliendo los objetivos 2 y 3 descritos anteriormente, de la siguiente forma:

• Estaciones localizadas para determinar concentraciones típicas de zonas densamente pobladas. De acuerdo con los resultados de la campaña de monitoreo del diagnóstico preliminar (o mediciones históricas existentes) y los resultados del modelo de dispersión, teniendo en cuenta la combinación de los resultados de las emisiones de fuentes fijas y móviles, se justificará la ubicación de una estación fija bajo los argumentos establecidos en la tabla 10.

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Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente media y área fuente moderada en su serie histórica, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como área fuente moderada y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente marginal y no clasificada en ningún tipo de área fuente, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como no clasificada en ningún tipo de área fuente y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

• Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire por fuentes significativas. Se estudiarán por separado los resultados del inventario de fuentes móviles y de fuentes fijas, identificando los impactos de las fuentes más relevantes. Esto se debe complementar con el análisis de los resultados de la campaña de monitoreo o con el modelo de dispersión con el objeto de verificar niveles probables. Este tipo de estaciones podrían ser indicativas. La estación pasará a ser fija si cumple con los criterios expuestos en la tabla anterior.

• La especiación o caracterización de los filtros de material particulado para los SVCA tipo III será realizada en aquellos puntos del área de diseño donde se determinen las mayores concentraciones y afecten a la población. La caracterización del material contenido en los filtros se basará en la determinación de iones (nitritos, nitratos, sulfitos, sulfatos), amonio, compuestos orgánicos, carbón elemental, metales pesados y otras sustancias de acuerdo con el caso particular.

Estaciones de PM2.5

Como mínimo una estación en el punto donde se determinen las mayores concentraciones de PM10. Cuando se tengan estaciones donde se registren valores de PM10 superiores a la norma anual de calidad del aire, se deberán instalar estaciones indicativas de PM2.5.

Estaciones de otros parámetros

• En este tipo de SVCA no será necesario medir CO

• Para la inclusión de otros parámetros será necesario el análisis de la información recolectada durante la campaña de monitoreo preliminar:

— Se incluirá la medición de SO2 y NO2 cuando durante la campaña de monitoreo (mediante extrapolación o información histórica existente) se presenten los casos mencionados en la tabla 11:

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Para la justificación de ubicación de las mediciones tanto de SO2 como de NO2 se deben tener en cuenta también las siguientes condiciones:

— Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente media y área fuente moderada en su serie histórica, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta, excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como área fuente moderada y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

— Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente marginal y no clasificada en ningún tipo de área fuente, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como no clasificada en ningún tipo de área fuente y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

Se incluirá la medición de O3 cuando durante la campaña de monitoreo (mediante extrapolación o información histórica existente) se presenten los casos establecidos en la tabla 12.

Tabla 12

Justificación de ubicación de estaciones 03

Tecnica CriterioAcción
Pasiva Si al menos uno de los valores medios semanales de concentración alcanza 27 mg/m3 Se debe realizar monitoreo indicativo con equipos activos o automáticos durante tres meses.
Pasiva Si al menos uno de los valores medios semanales de concentración alcanza 30 mg/m3 Se debe instalar una estación fija con analizador automático(33).
Activa o automática indicativa Si durante los tres meses de operación de la estación indicativa activa o automática se detecta un sobrepaso a la norma horaria o de ocho horas Se debe instalar una estación fija con analizador automático.

Generalmente las máximas concentraciones de ozono se producen entre 16 y 48 kilómetros vientos abajo del área de emisión de contaminantes precursores de ozono(34).

Según análisis realizados por Monn y Hangartner (1990)(35), superar la norma horaria de ozono (120 μg/m3) es equivalente a obtener valores medios semanales de concentración de este contaminante iguales o superiores a 30 μg/m3, por esta razón, se establece este valor como parámetro de comparación con los valores que pueden llegar a obtenerse semanalmente con el muestreo con tubos pasivos en las campañas de monitoreo.

La ubicación de estaciones para estos contaminantes se realizará de acuerdo al análisis combinado de las campañas de medición, la información existente y de los modelos de dispersión de fuentes fijas y móviles con los mismos criterios que para PM10. No es obligatorio que un SVCA Intermedio tenga estaciones fijas de medición de gases a menos que cumpla con alguno de los parámetros de las tablas anteriores.

5.4.4.2. Definición y ubicación de estaciones indicativas.

Estas estaciones tienen por finalidad determinar niveles probables de los contaminantes de interés para un SVCA. Los métodos de medición para este tipo de estaciones no necesariamente son de referencia. De la misma forma pueden ser estaciones que usan métodos de referencia pero que se movilizan con el tiempo. En todo caso los métodos aquí mencionados serán los publicados por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, previa aprobación del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.

Ubicación de estaciones indicativas de PM10

En caso que el SVCA esté conformado por las tres estaciones mínimas, se podrán realizar mediciones indicativas en otros puntos que respondan a los objetivos de ubicación 2 y 3.

Este tipo de mediciones se pueden realizar de la siguiente forma:

• Durante el primer año las estaciones permanecerían en cada punto por un periodo mínimo de 3 meses antes de cambiar su ubicación.

• A partir del segundo año debe permanecer por un periodo mínimo de un año en cada punto antes de cambiar su ubicación.

• En caso de encontrarse, durante la evolución del SVCA mediciones de PM10 donde se cumplan condiciones de área fuente moderada se deberá ubicar una estación fija en el punto respectivo.

Ubicación de estaciones indicativas para gases

Ubicación de estaciones indicativas de SO2, NO2, y O3 usando métodos automáticos de medición de referencia o equivalentes:Esta actividad consiste en el uso de estaciones automáticas de monitoreo con equipos que utilizan métodos de medición de referencia o equivalentes, dispuestas en cabinas especialmente acondicionadas que los protejan de los diferentes factores climáticos de la zona en la que se encuentren ubicados(36). Estas estaciones

están dotadas de equipos analizadores, con los sistemas auxiliares necesarios de adquisición de datos, de comunicaciones, de alimentación eléctrica autónoma y condiciones controladas de temperatura.

Este tipo de tecnología se utilizará de acuerdo con los criterios expresados anteriormente en la sección correspondiente a la ubicación de estaciones fijas. En todo caso, a menos que la autoridad ambiental posea equipos automáticos redundantes y los criterios establecidos lo permitan, se optará por la tecnología más económica entre la móvil y la fija.

Estaciones indicativas usando tubos pasivos

El número mínimo de estas estaciones se define teniendo en cuenta el uso de muestreadores pasivos(37), tal como se muestra en la tabla 13.

(33) Esta acción sería equivalente a si se estuvieran reportando sobrepasos a la norma horaria de 120 μg/m3, de acuerdo a lo establecido en trabajos de investigación realizados por Monn y Hangartner, 1990.

(34) Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems. EPA. 1998.

(35) Monn, Ch. and Hangartner, M. Federal Institute of Technology. Passive Sampling for ozone.

Journal Air and Waste Management Association, vol. 40, Nº 3. 1990.

(36) Revisar tecnologías de muestreo en el presente protocolo.

(37) Tomando como base y adaptado de: propuesta para la elaboración de un sistema de evaluación de la calidad del aire en el marco de las nuevas directivas. Joaquim Cot y Carme Callés, técnicos del Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya. Versión final 8 de mayo de 2000.

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La ubicación se realizará de la siguiente forma:

• Una estación de SO2, NO2 y O3 de fondo.

• Las demás estaciones se ubicarán en semicírculos concéntricos a partir de la concentración de fondo en la dirección del viento. Las estaciones de SO2 y NO2 se diferencian de las de ozono en que estas últimas se ubican en los radios más externos de los semicírculos; siempre y cuando la región no colinde con otras zonas con fuerte presencia de fuentes emisoras de gases como NOX y VOC’s (precursores del ozono), ya que si esto sucede, deberá ser incluido por lo menos un punto de muestreo para ozono en la vecindad con la otra área.

• Los espacios entre los muestreadores pasivos de un mismo contaminante, no deberán ser mayores de 4 kilómetros. En caso de ser necesario se deberá densificar la red. El esquema general de ubicación es similar al mostrado para los SVCA tipo II (ver figura 4).

Si se encuentra un resultado de muestreadores pasivos (extrapolando) con niveles promedio que representen una excedencia del 80% del valor de la norma anual, se procederá a la ubicación de un muestreador activo o automático en ese punto.

5.4.5. Componente de meteorología.

• Se deberá implementar una estación meteorológica de alta precisión.

• Se deberá implementar el uso de una o varias estaciones meteorológicas portátiles tipo II de acuerdo con un estudio micrometeorológico básico con medición de los parámetros de velocidad y dirección de viento, temperatura, radiación solar, humedad relativa, pluviometría y presión barométrica.

• En cada estación fija se deberá ubicar un pluviómetro automático.

5.4.6. Componentes del SVCA intermedio.

Hardware:

• Estaciones de calidad del aire fijas

• Estaciones de calidad del aire indicativas

• Estaciones meteorológicas portátiles tipo II

• Estaciones meteorológicas de alta precisión

• Pluviómetros automáticos

Software:

• Modelos de dispersión Gaussianos (fuentes fijas y móviles) o modelo avanzado

• Base de datos de inventario de emisiones

• Software de gestión de la información

Reportes:

• Reporte mediante página web con actualización semanal

• Reportes trimestrales para la comunidad, de acuerdo con lo establecido en el presente protocolo

• Reporte de la información en el Sisaire

5.4.7. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

• No se requiere monitoreo de CO, NO2 ó SO2 excepto en los casos en los que se presenten

problemas de calidad del aire asociados a estos conteminantes.

• Es posible que únicamente se necesiten tecnologías manuales de monitoreo cuando los contaminantes monitoreados no excedan los límites establecidos en la normatividad vigente o cuando no se requiera monitorear el comportamiento de un contaminante específico (por ejemplo ozono).

• Se deberá realizar análisis de la necesidad de hacer especiación o caracterización de filtros

• Se deberá revisar el diseño de este tipo de SVCA cada 3 años y realizar los ajustes en caso de ser necesario.

5.5. SVCA Tipo IV: Avanzado.

5.5.1. Objetivos.

Este tipo de sistema de vigilancia podrá responder a los siguientes objetivos:

1. Determinar el cumplimiento de las normas de calidad del aire.

2. Evaluar las estrategias de control de las autoridades ambientales.

3. Observar las tendencias a mediano y largo plazo.

4. Evaluar el riesgo para la salud humana.

5. Determinar posibles riesgos para el medio ambiente.

6. Activar los procedimientos de control en situaciones de emergencia.

7. Estudiar fuentes de emisión e investigar quejas concretas.

8. Validar los modelos de calidad del aire.

9. Soportar investigaciones científicas.

5.5.2. Aplicación.

Para zonas metropolitanas en donde la población sea mayor a 1.500.000 habitantes. Poblaciones integradas al área metropolitana serán analizadas como un conjunto, para aquellas otras separadas del centro urbano de mayor tamaño se deberá hacer un diseño separado; sin embargo, la administración del SVCA podrá ser realizada en conjunto.

Tabla 14 descripción SVCA- tipo IV Avanzado

Característica Parámetro Observaciones
Tecnología de medición Activo- Pasivo- Automático  
Tiempo de monitoreoPermanente 
Periodicidad del monitoreo Permanente  
Parámetros a medir PM10PM2.5 Ozono 
Número de estaciones(38) Mínimo 4 estacionesPM10 Mínimo 2 estacionesPM2.5 Mínimo 1 estación de O3 Serán definidos otros contaminantes de acuerdo con el inventario de emisiones, campañas de monitoreo, información existente o el modelo de dispersión
Tipo de estaciones(39) Fondo Fondo urbana Indicativas EPE  
Ubicación estaciones De acuerdo con el diseño específico descrito en el diseño detallado  
Periodicidad del muestreo Muestreadores activos cada 3 días. Muestreadores pasivos: 3 series de un mes de duración(40) cada dos años, Para analizadores automáticos:permanente.  
Instrumentos meteorológicos Pluviómetros automáticos Estaciones meteorológicas automáticas portátiles. Estación meteorológica de alta precisión  

5.5.3. Diseño específico del SVCA Tipo IV: Avanzado.

Objetivos de la ubicación de estaciones de un SVCA tipo IV Avanzado(41):

Las estaciones ubicadas para este tipo de SVCA deben responder a las siguientes características(42):

1. Estaciones localizadas para determinar las concentraciones más altas en el dominio del SVCA.

2. Estaciones localizadas para determinar concentraciones típicas de zonas densamente pobladas.

3. Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire de fuentes significativas.

4. Estaciones localizadas para determinar concentraciones generales de fondo.

5. Estaciones de soporte para estudios epidemiológicos.

6. Estaciones localizadas para determinar el grado de transporte regional de contaminantes entre áreas densamente pobladas.

7. Estaciones para estudios de especiación y aplicación de modelos de receptor.

5.5.4. Número de estaciones.

5.5.4.1. Definición y ubicación de estaciones fijas.

Cada estación podrá estar diseñada para contar con varios equipos y medir uno o varios parámetros:

Estaciones de PM10

Se tendrá un número mínimo de cuatro estaciones fijas de PM10 ubicadas bajo los siguientes criterios:

• Una estación de fondo (objetivo 4). Se ubicará de acuerdo con la rosa de vientos de la zona, vientos arriba del centro urbano estudiado. De acuerdo con la meteorología y micrometeorología de la zona, se deberán ubicar varias estaciones para evaluar concentraciones de fondo.

• Dos estaciones en los puntos donde se esperarán las concentraciones más altas de contaminación por PM10 (objetivo 1). Estas estaciones deben ubicarse de acuerdo con los resultados de la campaña de monitoreo preliminar o del modelo de dispersión.

• Una estación para soporte de estudios epidemiológicos o una estación de punto crítico para mediciones cercanas a vías de alto tráfico o en donde se encuentre una fuente de emisión de interés específico (objetivo 5).

Las tecnologías para este tipo de estaciones serán de monitoreo activo. Se pasará a monitoreo automático si se cumplen condiciones de área fuente media o alta.

Este tipo de SVCA de acuerdo con los análisis del inventario de emisiones, la campaña de monitoreo (extrapoladas o mediciones existentes) y la modelación realizados en el diagnóstico inicial, podrá complementar el SVCA cumpliendo con los objetivos 2, 3, 6 y 7 descritos anteriormente, de la siguiente forma:

• Estaciones localizadas para determinar concentraciones típicas de zonas densamente pobladas. De acuerdo con los resultados de la campaña de monitoreo del diagnóstico

(38) De acuerdo a criterios adaptados del CFR(40).

(39) Ver tipos de estaciones.

(40) Para muestreadores pasivos de Ozono debe reducirse el tiempo a una semana, una serie cada vez que inicie un mes.

(41) Adaptado de CFR 40.

(42) Adaptado de Appendix D to Part 58—Network Design Criteria for Ambient Air Quality Monitoring.

preliminar (o mediciones históricas existentes), y los resultados del modelo de dispersión, teniendo en cuenta la combinación de resultados de las emisiones de fuentes fijas y móviles, se justificará la ubicación de una estación fija bajo los argumentos establecidos en la tabla 15.

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Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente media y área fuente moderada en su serie histórica, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta, excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como área fuente moderada y la tendencia sea estable o decreciente, debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente marginal y no clasificada en ningún tipo de área fuente, la acción para reevaluar la estación, corresponderá a la condición más estricta, excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como no clasificada en ningún tipo de área fuente y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

• Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire por fuentes significativas. Se estudiarán por separado los resultados del inventario de fuentes móviles y de fuentes fijas, identificando los impactos de las fuentes más relevantes. Esto se debe complementar con el análisis de los resultados de la campaña de monitoreo o con el modelo de dispersión con el objeto de verificar niveles probables. Este tipo de estaciones podrían ser indicativas siempre usando métodos de referencia. La estación pasará a ser fija si cumple con los criterios expuestos en la tabla anterior.

Estaciones de especiación o caracterización de material particulado. Se usarán equipos muestreadores de PM10 ó PM2.5 que colecten muestras durante 24 horas cada tercer día. La caracterización del material contenido en los filtros se basará en la determinación de iones (nitritos, nitratos, sulfitos, sulfatos), amonio, compuestos orgánicos, carbón elemental, metales pesados y otras sustancias de acuerdo con el caso particular. Esta actividad se realizará en aquellos puntos del área de diseño donde se determinen las mayores concentraciones y afecten a la población.

Estaciones de PM2.5

Como mínimo dos estaciones en los puntos donde se determinen las mayores concentraciones de PM10. De preferencia serán ubicadas, una en el área de influencia de fuentes móviles y otra en el área de influencia de fuentes fijas. Sin embargo, su ubicación estará condicionada al conocimiento y experiencia de las autoridades ambientales. Cuando se tengan estaciones donde se registren valores de PM10 superiores a la norma anual de calidad del aire, se deberán instalar estaciones indicativas de PM2.5. El uso de estas estaciones se podrá utilizar para especiación o caracterización de filtros de acuerdo con lo descrito anteriormente.

Estaciones de ozono (O3)

Se ubicarán vientos abajo de los sitios donde se encuentren las mayores emisiones de precursores de ozono, a no ser que la región de estudio colinde vientos arriba con otra área que se caracterice por contar con la presencia fuerte de una o más fuentes emisoras de dichos precursores. Estos sitios se podrán determinar con el uso de un modelo fotoquímico o con campañas previas de tubos pasivos, de acuerdo con los criterios establecidos en la tabla 16.

Tabla 16

Tipo de monitoreo para estaciones de 03 para SVCA tipo IV avanzado

Técnica Criterio Acción
Pasiva Si al menos uno de los valores mediossemanales de concentración alcanza 27μg/m3 Se debe realizar monitoreo indicativo con equipos activos o automáticos durante tres meses.
Pasiva Si al menos uno de los valores mediossemanales de concentración alcanza30 μg/m3 Se debe instalar una estación fija con analizador automático(43).
Automática Indicativa Si durante los tres meses de operación de la estación indicativa automática se detecta un sobrepaso a la norma horaria o de ocho horas. Se debe instalar una estación fija conanalizador automático.

Generalmente, las máximas concentraciones de ozono se producen entre 16 y 48 kilómetros vientos abajo del área de máximos precursores de ozono(44).

Según análisis realizados por Monn y Hangartner (1990)(45), superar la norma horaria de ozono (120 μg/m3) es equivalente a obtener valores medios semanales de concentración de este contaminante iguales o superiores a 30 μg/m3, por esta razón, se establece este valor como parámetro de comparación con los valores que pueden llegar a obtenerse semanalmente con el muestreo con tubos pasivos en las campañas de monitoreo.

(43) Esta acción sería equivalente a si se estuvieran reportando sobrepasos a la norma horaria de 120 μg/m3, de acuerdo a lo establecido en trabajos de investigación realizados por Monn y Hangartner, 1990.

(44) Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems. EPA. 1998.

(45) Monn, Ch. and Hangartner, M. Federal Institute of Technology. Passive Sampling for ozone. Journal of the Air and Waste Management Association, vol. 40, Nº 3. 1990.

Estaciones de otros parámetros

En este tipo de SVCA podría medirse CO en cañones urbanos a nivel de suelo en puntos críticos. También serán definidos puntos a nivel de fondo urbano de acuerdo con los resultados de modelos de dispersión y campañas específicas empleando estaciones indicativas en los puntos de mayor concentración, determinados por modelación con fines de establecer relaciones de dispersión y posible definición de factores de emisión.

• En este tipo de SVCA se debe evaluar la necesidad de medir CO de acuerdo con los resultados del diagnóstico, las campañas de monitoreo, información existente o el modelo de dispersión.

• Para la inclusión de otros parámetros será necesario el análisis de la información recolectada durante la campaña de monitoreo preliminar:

— Se incluirá la medición de SO2 y NO2 cuando durante la campaña de monitoreo (mediante extrapolación o información histórica existente) se presenten los casos mencionados en la tabla 17.

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Para la justificación de ubicación de las mediciones tanto de SO2 como de NO2 se deben tener en cuenta también las siguientes condiciones:

— Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente media y área fuente moderada en su serie histórica, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como área fuente moderada y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

— Si un SVCA ha presentado condiciones alternantes entre área fuente marginal y no clasificada en ningún tipo de área fuente, la acción para reevaluar la estación corresponderá a la condición más estricta excepto que en los dos últimos años se haya mantenido como no clasificada en ningún tipo de área fuente y la tendencia sea estable o decreciente debido a programas de reducción de la contaminación tomados en la zona.

Para el caso de NO2 se podrá colocar un monitor automático vientos abajo del sitio donde se ha determinado, por modelación o con muestreos indicativos, que se está generando este precursor de ozono responsable de las mayores concentraciones de este contaminante. La ubicación de estaciones para estos contaminantes se realizará de acuerdo con el análisis de la información de las campañas de medición, de información existente y de los modelos de dispersión de fuentes fijas y móviles con los mismos criterios que para PM10.

Medición de contaminantes no convencionales

Corresponden al monitoreo por diferentes métodos de los contaminantes establecidos en el anexo 2 de la Resolución 601 de 2006 o la que la modifique, adicione o sustituya. Se deberá diseñar una prueba de acuerdo a un estudio previo detallado de las fuentes presentes que puedan emitir este tipo de sustancias. Los SVCA tipo IV deben contemplar la realización de muestreos de contaminantes no convencionales dependiendo de sus condiciones específicas.

5.5.4.2. Definición y ubicación de estaciones indicativas.

Estas estaciones tienen por finalidad determinar niveles probables de los contaminantes de interés para un SVCA. Los métodos para este tipo de estaciones pueden no ser de referencia.

De la misma forma, pueden ser estaciones que usan métodos de referencia, pero que se movilizan con el tiempo.

Ubicación de estaciones indicativas de PM10

En caso que el SVCA esté conformado por las cuatro estaciones mínimas, es posible realizar mediciones indicativas en otros puntos que respondan a los objetivos de ubicación 2 y 3. Este tipo de mediciones se harían de la siguiente forma:

• Durante el primer año las estaciones permanecerían en cada punto por un periodo mínimo de 3 meses antes de cambiar su ubicación.

• A partir del segundo año deben permanecer por un periodo mínimo de un año en cada punto antes de cambiar su ubicación.

• En caso de encontrarse, durante la evolución del SVCA mediciones de PM10 donde se cumplan condiciones de área fuente moderada se deberá ubicar una estación fija en el punto respectivo.

Ubicación de estaciones indicativas de PM2.5

En caso que el SVCA esté conformado por las dos estaciones mínimas, es posible realizar mediciones indicativas en otros puntos que respondan a los objetivos de ubicación 2, 3, 5, 6 y 7. Este tipo de mediciones se harían de la siguiente forma:

• En el año inicial las estaciones permanecerían en cada punto por un periodo mínimo de 6 meses antes de cambiar su ubicación.

• A partir del segundo año deben permanecer por un periodo mínimo de un año en cada punto antes de cambiar su ubicación.

• En caso de encontrarse, durante la evolución del SVCA mediciones de PM2.5 superiores al 85% de la norma anual la estación se debe convertir en fija.

Ubicación de estaciones indicativas para gases

Ubicación de estaciones indicativas de SO2, NO2, y O3 usando métodos de referencia:

Esta actividad consiste en el uso de estaciones automáticas de monitoreo con equipos que utilizan métodos de medición de referencia o equivalentes, dispuestas en cabinas especialmente acondicionadas que los protejan de los diferentes factores climáticos de la zona en la que se encuentren ubicados(46). Estas estaciones están dotadas de equipos analizadores, de los sistemas auxiliares necesarios de adquisición de datos, de comunicaciones, de alimentación eléctrica autónoma y condiciones controladas de temperatura.

Este tipo de tecnología se utilizará de acuerdo a los criterios expresados anteriormente en la sección correspondiente a ubicación de estaciones fijas. En todo caso a menos que la autoridad ambiental posea equipos automáticos redundantes y los criterios establecidos lo permitan, se optará por la tecnología más económica entre la móvil y la fija.

Estaciones Indicativas usando tubos pasivos

El número mínimo de estas estaciones se define teniendo en cuenta el uso de muestreadores pasivos(47), tal como se muestra en la tabla 18.

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La ubicación se realizará de la siguiente forma:

• Una estación de SO2, NO2 y O3 de fondo.

• Las demás estaciones se ubicarán en semicírculos concéntricos a partir de la concentración de fondo en la dirección del viento. Las estaciones de SO2 y NO2 se diferencian de las de ozono en que estas últimas se ubican en los radios más externos de los semicírculos; siempre y cuando la región no colinde con otras zonas con fuerte presencia de fuentes emisoras de gases como NOX y VOC’s (precursores del ozono), ya que si esto sucede, deberán ser incluidos por lo menos un punto de muestreo para ozono en la vecindad con la otra área.

• Los espacios entre los muestreadores pasivos de un mismo contaminante, no deberán ser mayores de 4 kilómetros. En caso de ser necesario se deberá densifi car la red. El esquema general de ubicación es similar al mostrado para los SVCA tipo II (ver figura 4).

• Para casos de las características de este tipo SVCA donde pueden existir varias condiciones de viento el análisis anterior se debe hacer partiendo de cada estación de fondo.

Si se encuentra un resultado de muestreadores pasivos (extrapolando) con niveles promedio que representen una excedencia del 80% del valor de la norma anual, se procederá a la ubicación de un muestreador activo o automático en ese punto.

5.5.5. Componente de meteorología.

• Se deberán implementar al menos dos estaciones meteorológicas de alta precisión.

Estas estaciones deberán tener anemómetros ultrasónicos o de propelas y sensores de temperatura a dos alturas con miras a determinar perfiles atmosféricos. Una se ubicará en un punto con gran concentración de fuentes móviles (si allí se establece se encuentran la mayoría de precursores de ozono) y otra fuera de estos efectos particulares.

• Se deberá implementar el uso de una o varias estaciones meteorológicas portátiles tipo II (velocidad y dirección de viento, temperatura, radiación solar, humedad relativa, pluviometría, presión barométrica) de acuerdo con un estudio micrometeorológico básico con miras a complementar el comportamiento meteorológico de dominio del SVCA.

5.5.6. Componentes del SVCA avanzado

Hardware:

• Estaciones de calidad del aire fijas

• Estaciones de calidad del aire indicativas

• Estaciones meteorológicas portátiles

• Estaciones meteorológicas de alta precisión

Software:

• Modelo urbano fotoquímico

• Base de datos de inventario de emisiones

• Software central de adquisición de datos

• Software de gestión de la información

Reportes:

• Reporte mediante página web con actualización diaria

• Reportes trimestrales para la comunidad, de acuerdo con lo establecido en el presente protocolo

• Reporte de la información en el Sisaire

(46) Revisar tecnologías de muestreo en el presente protocolo.

(47) Tomando como base y adaptado de: propuesta para la elaboración de un sistema de evaluación de la calidad del aire en el marco de las nuevas directivas. Joaquim Cot y Carme Callés, técnicos del Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya. Versión final 8 de mayo de 2000.

5.5.7. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

• Se deberá revisar el diseño de este tipo de SVCA cada 3 años.

• Se deberán desarrollar estudios de especiación o caracterización del material particulado contenido en filtros.

5.6. SEVCA - sistemas especiales de vigilancia de la calidad del aire.

5.6.1. Objetivos.

Este tipo de sistema de vigilancia podrá responder a los siguientes objetivos:

1. Determinar el cumplimiento de las normas de calidad del aire.

2. Evaluar las estrategias de control de las autoridades ambientales.

3. Observar las tendencias a mediano y largo plazo.

4. Evaluar el riesgo para la salud humana.

5. Determinar posibles riesgos para el medio ambiente.

6. Activar los procedimientos de control en situaciones de emergencia.

7. Estudiar fuentes de emisión e investigar quejas concretas.

8. Validar los modelos de calidad del aire.

9. Soportar investigaciones científicas.

5.6.2. Aplicación.

En poblaciones de cualquier número de habitantes bajo la influencia de fuentes de gran magnitud (siderúrgicas, concentraciones de fuentes puntuales, zonas mineras, refinerías, zonas petroleras) o grupo de poblaciones ubicadas con cualquier número de habitantes ubicadas bajo la influencia de fuentes de emisión de gran magnitud.

Tabla 19. Descripción SEVCA

CaracterísticaParámetro Observaciones
Tecnología de medición Activo- Pasivo -Automático  
Tiempo de monitoreo Permanente  
Periodicidad del monitoreo Permanente  
Parámetros a medir Se definirán los contaminantes de acuerdo al tipo de fuente involucrada Serán definidos otros contaminantes que no sean de referencia de acuerdo al inventario de emisiones, campañas de medición, información existente o el modelo de dispersión
Número de estaciones(48) Debe contemplar una estación de fondo. Mínimo una estación vientos abajo de la fuente o fuentes.  
Tipo de estaciones(49) Fondo Fondo urbana Indicativas EPE  
Ubicación estaciones De acuerdo con el diseño específico descrito en el diseño detallado  
Periodicidad del muestreo Permanente.  
Instrumentos meteorológicos Pluviómetro automático Estaciones meteorológicas automáticas portátiles. Estaciones meteorológicas de alta precisión  

5.6.3. Diseño específico de SEVCA.

El diseño involucrará el uso de estrategias de los tipos de SVCA básico, intermedio y avanzado, dependiendo del tipo de fuentes involucradas y de la magnitud de la problemática puntual.

5.6.3.1. Objetivos de la ubicación de estaciones de un SEVCA.

Las estaciones ubicadas para este tipo de SVCA deben responder a las siguientes características(50):

1. Estaciones localizadas para determinar las concentraciones más altas en el dominio del SEVCA.

2. Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire de fuentes significativas.

3. Estaciones localizadas para determinar concentraciones generales de fondo.

4. Estaciones de soporte a estudios epidemiológicos.

5. Estaciones localizadas para determinar grados de transporte regional de contaminantes entre áreas pobladas.

6. Estaciones para estudios de especiación y aplicación de modelos de receptor.

5.6.3.2. Número de estaciones.

Definición y ubicación de estaciones fijas

Las estaciones serán ubicadas y sus parámetros definidos de acuerdo con el inventario de emisiones, la campaña de monitoreo preliminar o el modelo de dispersión.

(48) De acuerdo a criterios adaptados del CFR40.

(49) Ver Tipos de estaciones.

(50) Adaptado de: Appendix D to Part 58—Network Design Criteria for Ambient Air Quality Monitoring.

En zonas con varias poblaciones involucradas, la ubicación de estaciones, como mínimo se deberá hacer teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

1. Una estación de fondo.

2. Estaciones ubicadas en las principales concentraciones de población de la región analizada.

3. Mínimo una estación vientos abajo de las fuentes.

El uso de estas estaciones se podrá utilizar para especiación o caracterización del material particulado contenido en filtros de acuerdo con lo descrito en el diseño detallado de SVCA Tipo IV.

Medición de parámetros especiales

Dependiendo del tipo de fuentes se deberán realizar mediciones de contaminantes no convencionales como metales pesados, benceno, VOCs, u otros establecidos en la Resolución 601 de 2006 o la que la modifique, adicione o sustituya. Este tipo de mediciones se realizarán de acuerdo con los métodos específicos para cada sustancia publicados por el Ideam, previa aprobación del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.

Se deberá realizar especiación o caracterización de filtros para el caso en que en una misma zona se encuentren distintos tipos de fuentes de emisión. Podrá existir la necesidad de determinar la relación entre PM10 y PM2.5 con miras a determinar el tipo de contaminantes y realizar consideraciones sobre el transporte, resuspensión y difusión de estos.

Componente de meteorología:

• Podrá existir la necesidad de ubicar por lo menos una estación meteorológica de alta precisión con temperatura y parámetros de viento, a dos alturas.

• Se deberá implementar el uso de una o varias estaciones meteorológicas portátiles tipo II de acuerdo con un estudio micrometeorológico básico con miras a complementar la información sobre el comportamiento meteorológico de dominio de la SEVCA.

• Estaciones pluviométricas automáticas.

5.6.4. Componentes del SEVCA.

Hardware:

• Estaciones de calidad del aire fijas

• Estaciones de calidad del aire indicativas

• Estaciones meteorológicas portátiles

• Estaciones meteorológicas de alta precisión

Software:

• Modelos Gaussianos o modelos avanzados

• Base de datos de inventario de emisiones

• Software central de adquisición de datos

• Software de gestión de la información

Reportes:

• Reporte mediante página web con actualización semanal

• Reportes para la comunidad, de acuerdo con lo establecido en el presente protocolo

• Reporte de la información en el SISAIRE

5.6.5. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

• Se deberá revisar el diseño de este tipo de SVCA cada dos años.

5.7. SVCAI - sistemas de vigilancia de la calidad del aire industrial.

5.7.1. Objetivos.

Este tipo de sistema de vigilancia podrá responder a los siguientes objetivos:

1. Determinar el cumplimiento de las normas de calidad del aire.

2. Observar las tendencias a mediano y largo plazo.

3. Evaluar el riesgo para la salud humana.

4. Determinar posibles riesgos para el medio ambiente.

5. Activar los procedimientos de control en situaciones de emergencia.

6. Validar los modelos de calidad del aire.

5.7.2. metodología específica de diseño de un SVCAI.

De la misma forma que un SVCA para un área territorial de una autoridad ambiental, un SVCAI debe partir de un análisis preliminar de la situación que debe estar sustentando en los requerimientos realizados por la autoridad ambiental en caso que sea una industria en operación.

Los monitoreos realizados en un SVCAI pueden ser fijos o indicativos dependiendo de las exigencias específicas de cada industria en particular.

5.7.3. Diagnóstico.

Al igual que en otros SVCA este tipo partirá de un diseño con los mismos argumentos de los anteriores:

Información general: estudio de los procesos de la planta, entorno de la misma, cartografía de la zona. Mucha de esta información habrá sido recolectada para la elaboración del estudio de impacto ambiental - EIA.

Inventario de emisiones: Relativo a las fuentes pertenecientes al proceso como tal y a otras fuentes del entorno de la planta.

Modelo de dispersión Gaussiano(de sondeo o refinado): dependiendo de los procesos de planta como parte del EIA debe haberse corrido un modelo de dispersión que servirá como argumento de diseño del SVCAI. También se podrá utilizar para el diseño del sistema, la información obtenida a través de una campaña de monitoreo en el área de influencia.

• Línea base de calidad del aire: Monitoreo realizado para el desarrollo del EIA.

5.7.4. Aplicación.

Actividades que como requerimiento de la autoridad ambiental realicen mediciones de calidad del aire. Este tipo de SVCA podrá ser indicativo o fijo, dependiendo de las exigencias de la autoridad ambiental. En la tabla 20 se presentan las características del SVCAI indicativo.

Tabla 20. Descripción SVCAI indicativo

CaracterísticaParámetro Observaciones
Tecnología de medición Activo Automático  
Tiempo de monitoreo Mínimo 18 muestras(51) 
Periodicidad del monitoreo Mínimo anualmente  
Parámetros a medir Se definirán los contaminantes de acuerdo al proceso industrial. Mínimo PM10 Serán definidos otros contaminantes que no sean de referencia de acuerdo al inventario de emisiones, campañas de medición, información existente o el modelo de dispersión
Número de estaciones(52) Debe contemplar como mínimo una estación de fondo y una estación vientos abajo de la fuente o fuentes.  
Tipo de estaciones(53) Fondo Fondo urbana Indicativas EPE  
Ubicación estaciones De acuerdo con el diseño específico descrito en el diseño detallado  
Periodicidad del muestreo Diario o día de por medio. El muestreo será diario si se hace en época seca, de lo contrario deberá realizarse día de por medio
Instrumentos meteorológicos Pluviómetro automático Estaciones meteorológicas automáticas portátiles.  

Para el caso de la realización de una línea base, se incluirá la medición de otros parámetros de acuerdo con las características y emisiones propias de la fuente a evaluar.

5.7.5. Diseño específico de SVCAI.

El diseño involucrará el uso de estrategias de los tipos de SVCA básico, intermedio y avanzado, dependiendo del tipo de fuentes involucradas y de la magnitud de la problemática puntual. Los criterios serán los definidos a continuación.

5.7.5.1. Objetivos de la ubicación de estaciones de un SVCAI.

Las estaciones ubicadas para este tipo de SVCA deben responder a las siguientes características(54):

1. Estaciones localizadas para determinar las concentraciones más altas en el dominio del SVCAI.

2. Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire de fuentes significativas.

3. Estaciones localizadas para determinar concentraciones generales de fondo.

5.7.5.2. Número de estaciones.

Definición y ubicación de estaciones fijas

Las estaciones serán ubicadas y sus parámetros definidos de acuerdo con el inventario de emisiones, el modelo de dispersión y la campaña de monitoreo preliminar.

En zonas con varias poblaciones involucradas, la ubicación de estaciones, como mínimo se deberá hacer teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

1. Una estación de fondo.

2. Estaciones ubicadas en las principales concentraciones de población de la región analizada y que se encuentra bajo la influencia de la actividad industrial. Esta ubicación será definida a partir de la campaña de monitoreo y de los resultados del modelo de dispersión.

3. Una estación vientos abajo de las fuentes de emisión objeto del SVCAI.

Estaciones de PM10

Se tendrá un número mínimo de dos estaciones fijas de PM10 ubicadas con los siguientes criterios:

• Una estación de fondo. Se ubicará de acuerdo a la rosa de vientos de la zona, vientos arriba de la actividad industrial analizada.

(51) En el anexo 3 y en el anexo 4 se hace una explicación de la cantidad de datos necesarios para este tipo de sistemas.

(52) De acuerdo a criterios adaptados del CFR40.

(53) Ver tipos de estaciones.

(54) Adaptado de: Appendix D to Part 58—Network Design Criteria for Ambient Air Quality Monitoring.

• Una estación vientos abajo de la actividad industrial que permita evaluar los incrementos debidos a la misma o ubicada en la población con mayor nivel de impacto en el área de influencia de la actividad industrial.

De acuerdo con los análisis del inventario de emisiones, campaña de monitoreo (extrapoladas o mediciones existentes) y la modelación, realizados en el diagnóstico, se deberá complementar el SVCA de la siguiente forma según sea la necesidad:

• Estaciones localizadas para determinar concentraciones típicas de zonas densamente pobladas bajo influencia importante de la actividad industrial (determinado con el modelo de dispersión).

Estaciones de otros parámetros

• Para la mayoría de casos no será necesario medir CO

• Para la inclusión de otros parámetros será necesario el análisis de la información recolectada durante la campaña de monitoreo preliminar:

— Se incluirá la medición de SO2 y NO2 cuando durante la campaña de monitoreo (mediante extrapolación o información histórica existente), se tengan las condiciones que se presenta en la tabla 21.

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La ubicación de estaciones para estos contaminantes se realizará de acuerdo al análisis del modelo de dispersión con los mismos criterios que para PM10. No es obligatorio que un SVCAI tenga estaciones fijas de medición de gases a menos que cumpla con alguno de los parámetros anteriores.

Medición de parámetros especiales

Dependiendo del tipo de proceso que realice la industria se deberán realizar mediciones de contaminantes no convencionales como metales pesados, benceno, VOCs, u otros establecidos en la Resolución 601 de 2006 o la que la modifi que, adicione o sustituya. Este tipo de mediciones se realizarán de acuerdo con los métodos específicos para cada sustancia publicados por el Ideam, previa aprobación del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.

5.7.6. Componente de meteorología.

• Se instalará una estación meteorológica portátil tipo I en el punto de mayor representatividad (velocidad y dirección de viento, temperatura, radiación solar, humedad relativa, pluviometría, presión barométrica).

5.7.7. Componentes del SVCAI.

Hardware:

• Estaciones de calidad del aire fijas

• Estaciones de calidad del aire indicativas

• Estaciones meteorológicas portátiles

Software:

• Modelos Gaussianos de sondeo(55) o refinados(56)

• Base de datos de inventario de emisiones

• Base de datos de gestión de la información

Reportes:

• Se debe reportar a la autoridad ambiental dando cumplimiento a lo establecido en el manual de operación de sistemas de vigilancia de calidad del aire del presente protocolo.

5.7.8. Consideraciones especiales de este tipo de SVCA.

• Se deberá revisar el diseño del sistema cuando cambie alguna de las condiciones del proceso.

• Cuando no exista la disponibilidad de fluido eléctrico, para medición de gases se podrán utilizar muestreadores pasivos. En este caso se realizarán dos campañas de 15 días por triplicado.

6. Parámetros de diseño de un SVCA

Una vez se hayan concluido los aspectos generales del diseño, se deben detallar varios aspectos del mismo, que se especifican a continuación.

6.1. Definición del tipo de estaciones(57)

Para evaluar y realizar el análisis de la calidad del aire a partir de los datos que proporcionan las estaciones de medición, es necesario tener en cuenta las características específicas de los puntos de medición considerados. Por lo tanto, se clasifican las estaciones de acuerdo con varios niveles descritos a continuación, de modo que las características y la representatividad de sus datos queden perfectamente establecidas al leer su ficha

(55) Ejemplo Screen.

(56) ISCST o Aermod.

(57) Tomado como base y adaptado de: propuesta para la elaboración de un sistema de evaluación de la calidad del aire en el marco de las nuevas directivas. Joaquim Cot y Carme Callés, técnicos del Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya. Versión final 8 de mayo de 2000.

técnica (figura 5). A continuación se explican las características de cada estación que deben ser definidas en el diseño del SVCA, registradas en el Sisaire y documentadas en los informes.

6.1.1. Nivel 1: Clasificación de estaciones según el tipo de área.

Respecto a este nivel, la clasificación determina el tipo de área donde se encuentra la estación de monitoreo. El tipo de área está basado en la distribución o densidad de edificaciones presentes. Se definen tres posibles tipos, tal como se muestra en la tabla 22.

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6.1.2. Nivel 2: Según el tiempo de muestreo.

Busca establecer la representatividad de los datos en la escala de tiempo. Se definen dos posibles tipos, tal como se muestra en la tabla 23.

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Los resultados provenientes de estaciones indicativas en caso de no tener una duración en tiempo suficiente (mayor o igual a un año) no pueden compararse con normas anuales. Sin embargo, pueden utilizarse para indicar el comportamiento de la variable evaluada.

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6.1.3. Nivel 3: clasificación de estaciones según las emisiones dominantes.

Respecto a este tercer nivel, la clasificación determina el tipo de estación dependiendo de su localización dentro de un área, particularmente en relación con la influencia que sobre ellas tienen los diferentes tipos de fuentes emisoras. Las estaciones de medición se clasifican en cuatro tipos, tal como se muestra en la tabla 24.

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Cualquiera de estos cuatro tipos de estaciones puede estar ubicada en cualquiera de los tres tipos de área descritos en el nivel 1.

6.1.4. Nivel 4: Información adicional.

Ofrece información adicional que permite concluir acerca de la representatividad de la estación respectiva, tal como se muestra en la tabla 25.

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De acuerdo con las necesidades específicas del SVCA se podrán definir estaciones de propósito especial (EPE) cuyo objetivo estará dado por algún objetivo específico de la autoridad ambiental. Este tipo de estaciones apoyarán estudios específicos puntuales que sirvan de soporte al análisis de datos e interpretación de los resultados del SVCA.

6.2. Contaminantes de interés según el tipo de estación(58).

Los contaminantes de mayor interés a medir en los distintos tipos de estaciones, en general, son los que figuran en la tabla 26.

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(58) Tomado como base (otros literalmente) y adaptado de: Propuesta para la elaboración de un sistema de evaluación de la calidad del aire en el marco de las nuevas directivas. Joaquim Cot y Carme Callés, técnicos del Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya. Versión final 8 de mayo de 2000.

6.3. Criterios de macro localización de estaciones(59)

6.3.1. Criterios de macrolocalización de estaciones (menos ozono).

Los criterios que se especifican en la tabla 27 son válidos para todos los contaminantes excepto para el ozono.

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6.3.2. Criterios de macrolocalización para ubicar los puntos de muestreo de ozono.

Los criterios de macrolocalización para las estaciones de medición de ozono difieren sustancialmente de los del resto de contaminantes. De todos modos, en la medida de lo posible, se debe intentar unir la ubicación de los puntos de muestreo de ozono con las del resto de contaminantes. En la tabla 28 se presentan estos criterios.

Tabla 28

Criterios de macrolocalización par ubicar los puntos de muestreo de O3(60)

Tipo de estación Objetivos de la mediciónRepresentatividadCriterios de Macrolocalizacion
Urbana Proteccion de la salud: evaluar la exposición de la población al ozono en zonas en que la densidad de población y la concentración de ozono sean relativamente elevadas. Hasta 50(61) km² Lejos de la influencia de las emisiones locales debidas al tráfico, estaciones de servicio, etc. Instalación en locaciones ventiladas donde puedan medirse niveles de ozono homogéneos. Ubicaciones tales como zonas residenciales y comerciales urbanas, parques (lejos de los árboles), calles o plazas de grandes dimensiones con tráfico escaso o nulo, espacios abiertos característicos de instalaciones educativas, deportivas o recreativas. Ubicada de acuerdo a modelo de dispersión fotoquímico o a criterios de experiencia(62)

 

(59) Tomado como base (otros literalmente) y adaptado de: Propuesta para la elaboración de un sistema de evaluación de la calidad del aire en el marco de las nuevas directivas. Joaquim Cot y Carme Callés, técnicos del Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya. Versión final 8 de mayo de 2000.

(60) Tomado como base y adaptado de: Propuesta para la elaboración de un sistema de evaluación de la calidad del aire en el marco de las nuevas directivas.

Joaquim Cot y Carme Callés, técnicos del Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya.

Versión final 8 de mayo de 2000.

(61) Valor tomado de CFR 40 - US EPA.

(62) Según el CFR 40 (EPA), en muchos casos, los sitios de concentración máxima de ozono estará localizada de 16 a 50 km del área urbana donde provienen el máximo precursores de O3. La dirección del viento y la distancia apropiada deberían ser determinadas de datos históricos meteorológicos durante los días que muestran el potencial para producir altos niveles de O3.

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6.4. Criterios de microlocalización de los sitios de vigilancia.

Una vez definido el número de estaciones de vigilancia y seleccionadas las áreas en donde se deben instalar (previa selección de los contaminantes a vigilar en cada una de ellas), debe evaluarse la microlocalización de todos los sitios propuestos y realizar las gestiones para poder utilizarlos(63). Esta última labor puede tener en algunos casos dificultades, por lo cual se recomienda seleccionar por lo menos tres sitios para la posible ubicación de cada estación con el fin de contar con alternativas. Para evaluar la microlocalización de un sitio específico dentro de un área, deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos.

6.4.1. Aspectos generales.

Condiciones de seguridad. Las condiciones de seguridad de un lugar en particular, deben ser suficientemente valoradas a la hora de seleccionarlo como sitio de vigilancia. Si el lugar no puede acondicionarse usando medidas convencionales de seguridad (iluminación, cercas, etc.), debe optarse por otro lugar en las cercanías que permita cumplir con los objetivos de vigilancia sin comprometer la seguridad de los equipos, ni de los operadores. Además de la seguridad de los equipos y operadores, debe tenerse en cuenta la seguridad del público en general, dado que elementos tales como la torre meteorológica o los sensores de viento, pueden representar algún riesgo para las personas en las cercanías de la estación de vigilancia.

Exposición de los toma-muestras y sensores. Una adecuada ubicación de los toma-muestras y de los sensores es fundamental para lograr mediciones representativas y significativas.

Los sitios de vigilancia deberán estar suficientemente separados de fuentes locales de contaminación, como parqueaderos, vías sin pavimentar, calderas o de sumideros como por ejemplo vegetación densa. Los toma-muestras deberán estar ubicados, de forma tal que se aseguraren mediciones representativas, por lo cual deben evitarse sitios demasiado cubiertos o que presenten estancamientos locales (por ejemplo un callejón de vientos formado entre edificios altos). Además los toma-muestras y los caminos de medición deben estar ubicados de tal manera que no se alteren las concentraciones de contaminantes en la muestra.

Condiciones de logística. El lugar debe tener facilidades de acceso permanente para que los operadores realicen las actividades de cambio de consumibles y de mantenimiento de los equipos. Las estaciones que cuenten con equipos automáticos, deben tener al menos una línea telefónica fija o celular para el envío de datos, así como puntos de electricidad regulada y disponibilidad de carga para todos los equipos que serán instalados.

Consideraciones visuales y arquitectónicas. Muchas veces la instalación de una estación de vigilancia en la terraza de un edificio o dentro de un parque puede resultar ofensiva visualmente o no armonizar con su entorno desde el punto de vista arquitectónico, factores que la mayoría de las veces son muy importantes para los dueños, o los vecinos de los terrenos, por lo tanto deben considerarse y realizarse las obras que se requieran para no generar un impacto visual indeseado.

6.4.2. Aspectos específicos de microlocalización de estaciones.

En la figura 6 se resumen los criterios que deben verificarse cuando se trata de evaluar la ubicación de los toma-muestras y sensores de una estación de un SVCA. En general deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

• Los toma-muestras no deben estar localizados cerca de las salidas de sistemas de aire acondicionado o ventilaciones de edificios.

• Se deben evitar también zonas de parqueo, depósitos de químicos o de combustibles.

• No se recomienda emplear generadores eléctricos para las estaciones.

(63) Es recomendable que se puedan utilizar los sitios seleccionados por periodos no inferiores a cinco años, para garantizar que no se tendrá que mover la estación del sitio escogido, ahorrarse los costos que implican un traslado y obtener además una serie de datos representativa de largos periodos.

• Se deben evitar sitios muy cercanos a acumulaciones o almacenamiento de residuos sólidos o líquidos.

• Los sitios de vigilancia de PST y PM10 deben estar alejados de carreteras sin pavimento, campos deportivos, lotes sin vegetación que los cubra o cualquier fuente emisora de material particulado que pueda alterar la medición.

6.4.2.1. Distancia a fuentes menores

Es importante entender el objetivo de monitoreo para un sitio en particular con el fin de interpretar este requisito específico. Fuentes menores locales de un contaminante primario, tal como SO2, plomo o partículas, pueden causar concentraciones altas de ese contaminante en particular en un sitio de monitoreo. Si el objetivo para aquella estación de monitoreo es investigar estas emisiones de contaminantes primarios locales, entonces es probable que el sitio esté apropiadamente seleccionado. En este caso, el sitio de monitoreo será representativo en una escala micro. Sin embargo, si una estación de monitoreo va a ser utilizada para determinar la calidad del aire sobre un área mucho mayor, tal como un vecindario o un centro urbano, la autoridad ambiental o entidad encargada del monitoreo debe evitar colocar el toma-muestras, el camino de medición o la entrada del muestreador cerca de fuentes menores locales. No debe permitirse que la pluma de fuentes menores locales interfiera y altere los datos de calidad del aire colectados en un sitio. Las estaciones para la medición de material particulado no deben ubicarse cerca o en un área sin pavimentar.

De modo similar, las fuentes locales de óxido nítrico (NO) y de hidrocarburos que reaccionen químicamente para conformar ozono pueden tener un efecto de barrido (scavenging) que cause concentraciones bajas de O3 no representativas de la zona de influencia del toma muestras y los caminos de medición. Para minimizar estas interferencias potenciales, el toma-muestras o al menos 90% del camino de monitoreo debe estar alejado de hornos, incineradores u otras fuentes menores emisoras de SO2 ó NO. La distancia de separación debe tener en cuenta las alturas de los ductos, el tipo de desecho o combustible quemado y el contenido de azufre presente en el combustible.

6.4.2.2. Distancia a vías.

 

 

Distancias a vías requeridas para la ubicación de toma-muestras y caminos de medición de ozono y óxidos de nitrógeno

Al ubicar analizadores de O3, es importante minimizar interferencias destructivas desde fuentes de NO, puesto que el NO reacciona rápidamente con el O3. Al situar analizadores de NO en escalas de monitoreo vecindario y urbanas, es importante minimizar las interferencias de fuentes móviles. La tabla 30 muestra las distancias de separación mínima requeridas entre una vía y un toma-muestras o, donde sea aplicable, al menos 90% del camino de monitoreo para varios rangos de tráfico promedio diario (TPD). Una estación de monitoreo que tenga un toma-muestras de un analizador ubicado a una distancia menor que la establecida como requisito mencionado en la tabla 30 debería clasificarse como de escala media en lugar de escala vecindario o urbana, puesto que las mediciones de tal sitio representarían de manera más apropiada una escala media.

Distancia a vías requerida para la ubicación de toma-muestras y caminos de medición de monóxido de carbono

Los sitios ubicados en cañones de calles y corredores de tráfico (microescala) tienen el propósito de dar una medida de la influencia de la fuente emisora inmediata en los niveles de exposición de la población a la contaminación. Con el fin de proporcionar una consistencia razonable y que los datos de calidad de aire de los sitios de monitoreo en la escala micro sean comparables, debe mantenerse una distancia mínima de 2 metros y máxima de 10 metros contados desde el borde del carril de tráfico más cercano a los toma-muestras de monitoreo de CO. Esto debe dar consistencia a los datos y permitir la flexibilidad de encontrar ubicaciones apropiadas para la ubicación de los toma-muestras.

Los toma-muestras de monóxido de carbono de estaciones ubicadas en cañones de calles y corredores de tráfico (microescala) deben estar situados al menos a 10 metros de distancia de una intersección vial (esquina) y preferiblemente a mitad de cuadra. No se recomienda ubicar estos sitios de monitoreo en intersecciones ya que esta ubicación solamente representa la contaminación generada en la intersección. La exposición de los peatones es probablemente también mayor en los cañones de calles y corredores que en las intersecciones.

Al determinar la separación mínima entre una estación de monitoreo a escala vecindario y una vía específica, se presumen que las mediciones no deben estar influenciadas sustancialmente por otra vía. La tabla 30 proporciona las distancias de separación mínima requeridas entre las vías y un toma-muestras o el 90% del camino de monitoreo. Un toma-muestras de un analizador o un camino de monitoreo ubicado a una distancia menor de una vía que los requisitos mencionados en la tabla 30, debe clasificarse como de escala media en vez de escala vecindario, puesto que las mediciones de tal sitio representan de manera más apropiada una escala media.

Distancia a vías requerida para la ubicación de entradas de material particulado (PM10, PM2.5)

Puesto que las emisiones asociadas con la operación de vehículos automotores contribuyen a los niveles de material particulado ambiente en un área urbana, se requiere una distancia desde las vías con el fin de asegurar consistencia en la ubicación de muestreadores de material particulado.

La intención de los SVCA en algunos casos es ubicar puntos críticos (hot-spot) en áreas donde se presenten las concentraciones más altas, ya sea por fuentes móviles o múltiples fuentes estacionarias. Si el área está afectada principalmente por fuentes móviles y la zona de concentración máxima se puede definir como un corredor de tráfico o un cañón urbano de calles, entonces los equipos de monitoreo deben ubicarse cerca de las vías con el volumen de tráfico más alto y a distancias de separación que en lo posible produzcan las concentraciones más altas. Para sitios de corredores de tráfico a microescala, la ubicación debe estar entre 5 y 15 metros de la vía principal (Ver figura 7). Para cañones urbanos de vías a microescala, la ubicación de la estación debe estar entre 2 y 10 metros de la vía (figura 7). Para escalas media, vecindario y urbana la figura 7 también muestra las distancias de separación mínima y máxima. Cualquier sitio ubicado entre 2 y 15 metros de altura, pero localizado a una distancia mayor que los requisitos de escala media se considerará generalmente como de escala vecindario, urbana o regional. Por ejemplo, si de acuerdo con la figura 7, un muestreador de material particulado está influenciado principalmente por emisiones de una vía con TPD de 20.000 vehículos y el muestreador se ubica a 10 metros de esta vía, el sitio debe clasificarse como de microescala si la altura está entre 2 y 7 metros; si la altura está entre 7 y 15 metros la escala de clasificación será media. De igual modo, será de escala media si la distancia horizontal del muestreador a la vía es de 18 metros. Si la entrada del muestreador está a 30 metros de la vía, se clasificará como de escala vecindario y si está a 100 metros se clasificará como de escala urbana.

Los toma muestras y los caminos de medición deben ubicarse a determinadas distancias de las vías vehiculares, según el contaminante y según la escala de vigilancia. Estos criterios se muestran en la tabla 30 y en la figura 7.

Figura 6. Ilustración de las recomendaciones para la ubicación de estaciones de vigilancia(64).

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Donde:

h: Diferencia de altura entre el toma-muestras y el obstáculo más cercano.

TPD: Tráfico promedio diario.

αTPD: Distancia proporcional al tráfico promedio diario, de acuerdo con la figura 7.

De manera independiente a su número y ubicación, las concentraciones de contaminantes atmosféricos determinados deben relacionarse con parámetros tales como radiación, precipitación, velocidad y dirección del viento y temperatura, para tratar de establecer un patrón de influencia entre las variables climáticas y los niveles de contaminación del aire.

Un análisis de este tipo permitirá crear una información base representativa con la cual se pueda retomar en un futuro la planificación de los programas de vigilancia de la calidad del aire y el establecimiento de las correspondientes medidas de control. En la medida de lo posible deberán seguirse los siguientes criterios para los diferentes contaminantes, que se muestran en la tabla 29.

Tabla 29 Criterios para ubicar toma-muestras y caminos de medición(65) 

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a El camino de medición para analizadores de camino abierto es aplicable solo para la medición de CO a escala media o vecindario y aplicable para todas las escalas para medición de SO2, O3, precursores de O3 y NO2.

b Cuando el sitio de vigilancia se encuentra en una azotea, esta distancia se refiere a cualquier muro, columna, o baranda etc., situados en la misma.

c Debería ser mayor a 20 m medidos desde la parte exterior de los árboles. Cuando estos actúan como obstáculos, la distancia debe ser de 10 m.

d La distancia desde el toma-muestra, el muestreador, o 90% de la distancia desde el camino de medición, a un obstáculo (como un edificio), debe ser al menos dos veces la diferencia de altura entre el obstáculo y el toma-muestra o el camino de medición. Los sitios que no cumplen este criterio pueden ser clasificados como de escala media.

(64) h es la diferencia de altura entre el toma-muestras y el obstáculo más cercano. TDP es la distancia a vías vehiculares, αTDP es una distancia proporcional al tráfico promedio diario. U.S. Code Federal Registrer 40 CFR 58 Apendix E. 1985.

(65) Adaptado de Table E–4 of Appendix E to Part 58. Summary of Probe and Monitoring Path Sitting Criteria.

e Debe tener flujo no restringido de aire 270º alrededor del toma-muestra, 180º si el toma-muestra se extiende desde el lado de un edificio.

f El toma-muestras o el camino de medición deben encontrarse lejos de fuentes menores de contaminación, como chimeneas. La distancia de separación depende de la altura del punto de emisión de la fuente menor, del tipo de combustible empleado en la misma y de la calidad del combustible. Este criterio está diseñado para evitar influencias indebidas de fuentes menores.

g Para sitios de vigilancia de CO a microescala, el toma-muestra debe estar a más de 10 m de una intersección de calles y preferiblemente en una ubicación a mitad de cuadra.

h Para dos o más toma-muestras de PM10 localizados en el mismo sitio, debe observarse entre ellos, una separación de 2 a 4 metros.

i Para dos o más toma-muestras de PM2.5 localizados en el mismo sitio, debe observarse entre ellos, una separación de 1 a 4 metros.

Tabla 30

Distancia mínima de separación entre toma-muestras o caminos de medición y vías vehiculares(66).

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En la tabla 30, para valores de tráfico medidos que sean intermedios a los mostrados, debe interpolarse la distancia de separación para el toma-muestras del contaminante que se quiera evaluar.

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Como ejemplo final de ubicación, supóngase que se cuenta con una estación de monitoreo de material particulado y gases ubicada en la azotea de un edificio que está situado junto a una vía de alto tráfico vehicular, considerada crítica para el centro urbano. De acuerdo con conteos de tráfico se estableció que el TPD es aproximadamente 32.000 vehículos diarios.

La tabla 31 muestra las distancias apropiadas tanto a nivel horizontal como respecto a la altura desde el borde de la vía para cada uno de los toma-muestras, teniendo en cuenta si la ubicación se desea hacer a una escala micro o a una escala media, aunque para un punto hot spot de tráfico la escala de monitoreo más adecuada debe ser micro.

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(66) Adaptado de U. S. Code Federal Registrer 40 CFR 58 Apendix E. 1985.

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6.5. Selección de las técnicas de medición del SVCA.

Después de tener clara la distribución de las estaciones, se debe considerar el cubrimiento temporal que requiere el cumplimiento de los objetivos de vigilancia y seleccionar con base en ellos, la técnica de medición apropiada.

6.5.1. Métodos de referencia.

Para monitorear los contaminantes criterio (SO2, CO, NO2, O3, PM10, PST ó PM2.5) con el fi n de realizar la comparación con los límites máximos permisibles establecidos por la normativa nacional, se deben utilizar los métodos de referencia o métodos equivalentes publicados por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, previa aprobación del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, que podrán basarse en las siguientes agencias ambientales:

• US–EPA (Environmental Protection Agency). Definidos en el documento LIST OF designated reference and equivalent methods que es actualizado periódicamente y actualmente se encuentra en la página web: www.epa.gov/ttnamti1/criteria.html.

• EEA (European Environment Agency): Corresponden a aquellos desarrollados y validados por el comité europeo de normalización CEN (European Committee for Standardization) a través de su comité técnico 246 o internacionales como la ISO (International Standards Organization). Actualmente dichos métodos se encuentran establecidos en la Directiva 1999/30/CE.

Se podrán utilizar otros métodos siempre y cuando se encuentren publicados por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudio Ambientales, previa aprobación del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.

Equipos que no usen métodos de referencia se podrán utilizar con fines indicativos, previa publicación del método por parte del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales.

6.5.2. Descripción de las diferentes técnicas de medición(67).

Las técnicas de medición pueden ser divididas en cuatro grupos, con marcadas diferencias de costos y desempeño. Estos grupos son: muestreadores pasivos, muestreadores activos (manuales o semiautomáticos), analizadores automáticos y sensores remotos. Se debe tener en cuenta que no todas las metodologías descritas son de referencia o equivalentes.

6.5.2.1. Muestreadores pasivos(67).

Ofrecen una manera sencilla y económica de evaluar la calidad del aire en un área. Se basan en el principio de absorción molecular. Permiten recolectar una muestra, integrada en un periodo definido (por lo general de una semana a un mes), por difusión molecular en un material absorbente, específico para cada contaminante. El bajo costo de cada muestreador permite desplegarlos en grandes números en un área de interés. Es muy útil cuando se trata de identificar lugares críticos, de alta concentración de contaminantes, cerca de vías de alto tráfico o de áreas industriales, donde estudios más detallados pueden ser necesarios.

Para obtener el mayor provecho de esta técnica se necesita una cuidadosa planeación de las mediciones y mucha atención al control y aseguramiento de calidad al proceso de análisis de muestras en el laboratorio. Los métodos de medición integral como los muestreadores pasivos, aunque en esencia limitados por su baja resolución temporal, son adecuados para evaluar la exposición a largo plazo y muy útiles para los estudios de diagnóstico y diseño de SVCA, por su poca demanda de recursos operativos y su bajo costo. Pese a lo anterior, como los muestreadores pasivos, se han trabajado bajo diferentes condiciones culturales, climáticas y geográficas, se requiere que antes de ser utilizados en estudios a gran escala, sea necesario efectuar ajustes menores al muestreador o al protocolo de muestreo, especialmente, cuando las condiciones difi eren de aquellas bajo las cuales el muestreador fue inicialmente diseñado y probado(68).

(67) Basada en introducción al monitoreo atmosférico- CEPIS

(68) Se llevaron a cabo durante un año estudios con muestreadores de tubos pasivos de NO2, SO2 y NH3 en ciudades del sudeste de Asia y de China con el propósito de investigar la reproductibilidad de los métodos de muestreo pasivo bajo diferentes condiciones geográficas y culturales [11].

• Los muestreadores de SO2 permitieron obtener los mejores resultados. La reproductibilidad alcanzada fue muy buena en todo el rango de concentraciones (0.1 - 76 ppb), y la desviación estándar relativa promedio para todas las mediciones fue de 7.7%.

• En referencia a los muestreadores de NO2, inicialmente se alcanzaron valores anormalmente bajos, posiblemente debido a que el reactivo fue consumido por el ozono, el cual se presentaba a niveles mayores que en Suecia, lugar donde el muestreador había sido desarrollado. Al solucionar este inconveniente se obtuvieron resultados de alta reproductibilidad en un intervalo aceptable de concentraciones.

• Los resultados obtenidos de los muestreadores de NH3 reflejaron una reproductibilidad considerablemente alta, obteniéndose una desviación estándar de 15.4 %, en un rango de concentraciones de 0.07 a 37 ppb.

• La importancia de los estudios anteriores radica en la evaluación de los muestreadores pasivos bajo diferentes condiciones culturales, climáticas y geográficas, antes de ser empleados en estudios a gran escala, ya que podría requerirse de ajustes menores en el dispositivo o en el protocolo de muestreo, cuando las condiciones difieren de aquellas bajo las cuales el muestreador fue diseñado y evaluado inicialmente.

(Martínez, Ana Patricia y Romieu, Isabelle. Introducción al monitoreo atmosférico. Centro panamericano de ecología y ambiente. OPS. OMS. México. (1997)).

Su funcionamiento se basa en la difusión de contaminantes desde el aire hacia un medio de adsorción, por lo tanto la fuerza impulsora es el gradiente de concentración entre el aire circundante y la superficie de adsorción donde la concentración se considera nula.

Las moléculas gaseosas se difunden hacia el interior del muestreador donde son recogidas cuantitativamente en un filtro impregnado o en un material adsorbente (ver figura 8). De esta manera se alcanza una concentración promedio en el tiempo considerado sin requerimientos

de electricidad, bombas u otro equipo de soporte (ver figura 9).

Figura 9. Configuración general de un muestreador pasivo.

(Adaptada de introducción al monitoreo atmosférico- CEPIS)

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El movimiento de las partículas del contaminante se puede determinar por medio de la primera ley de Fick teniendo en cuenta el área perpendicular a la dirección del transporte y la distancia que el gas recorre en su difusión. Mediante su integración y reordenamiento, se obtiene una ecuación que permite calcular la concentración del contaminante en el ambiente (ver siguiente ecuación).

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Donde:

Ci: concentración [μg/cm3]

Q: cantidad absorbida [μg]

L: ruta de difusión [cm]

A: sección transversal [cm2]

D: coeficiente de difusión [cm2/s]

t: tiempo de exposición [s]

S: cociente de captación [cm3/s]

La sección transversal (A), la ruta de difusión (L) y el coeficiente de difusión (D) son

constantes para estos sistemas y expresan el cociente de captación (S) de un aparato de muestreo pasivo.

Existen dos tipos de dispositivos de muestreo pasivo los cuales se diferencian en el mecanismo empleado para la difusión del aire hacia la superficie absorbente. Según esto pueden ser:

• Muestreador pasivo de tubo: la difusión es controlada con una capa de aire estancada.

• Muestreador pasivo de membrana: la difusión es dirigida por una penetración subsecuente a través de una membrana semipermeable.

La concentración promedio de los contaminantes adsorbidos se determina por medio de análisis instrumental utilizando técnicas como espectrofotometría, cromatografía de gases o cromatografía de iones.

Criterios de desempeño

En la aplicación de aparatos de muestreo para el monitoreo ambiental se deben conocer las características de desempeño para estimar la capacidad necesaria en una tarea específica.

Se toman en cuenta las siguientes características:

• Cociente de captación

• Rango de trabajo y saturación

• Precisión

• Influencia de la humedad

• Influencia de la velocidad del viento

• Tiempo de almacenamiento

• Acuerdo con los métodos independientes de medición bajo condiciones de campo

La tabla 32 resume las ventajas y desventajas de este tipo de muestreadores.

Tabla 32

Ventajas y desventajas de la implementación de muestreadores pasivos(69)

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En la tabla 33 se aprecian algunas características de desempeño para aparatos de muestreo difusivo comúnmente usados.

(69) Martínez, Ana Patricia y Romieu, Isabelle. Introducción al Monitoreo Atmosférico. Centro Panamericano de Ecología y Ambiente. OPS. OMS. México. (1997).

Tabla 33 Características de desempeño de algunos aparatos de muestreo difuso para el monitoreo de contaminantes ambientales(70)

 

 Muestreador Difusivo Tipo Coef.Difusion (cm2/s)Cociente Captacion (ml/min)Limite Deteccion (μg/sem)Tiempo AlmacenamientoCond AlmacenamientoAdsorbente Método analítico
  NO2(71) tubo 0.154 0.89 2 6 meses Temp amb Trietanolamina Espectrofotometría
  NO(72) tubo 0.199 1.16 6 1 sem Temp amb TrietanolaminaAcido crómico Espectrofotometría
  SO2(73) Membrana 0.117 15.0 0.3 6 meses Temp amb Carbonato de potasio Cromatografía de iones
  O3(74) tubo -- 0.85 3 2 meses 4 ºC Dipiridiletileno Espectrofotometría
  H2C="O88 tubo 0.159 9.0 5 2 meses 4 ºC Sulfito de sodio Espectrofotometría
  NH3(90) Membrana 0.254 40.9 0.2 6 meses Temp amb Acido fosfórico Espectrofotometría
  C6H6(75) Membrana 0.0859 435 0.4 6 meses Temp amb Carbón activado Cromatografía de gases

Los muestreadores pasivos de relación longitud/diámetro > 1 proporcionan un límite de detección alto y son referenciados como de alta dosis, sus dimensiones corresponden comúnmente a longitudes de 50 mm y diámetros de 10 mm(76). Por otro lado, los dispositivos de relación longitud/diámetro < 1 proporcionan un límite de detección menor y son conocidos como de baja dosis, sus dimensiones típicas incluyen longitudes de 10 mm y diámetros de 20 mm. Estos últimos poseen una velocidad de muestreo 20 veces mayor, gracias al aumento del área transversal y a la disminución de la longitud de difusión del gas.

Validación método de muestreo pasivo de NO2(77)

Estudios en el Reino Unido indican que las medidas con muestreadores pasivos de NO2 presentan una incertidumbre de aproximadamente 34% (95% de confianza) en una comparación de inter laboratorio. Sin embargo en el mismo país, otro estudio (“Validation of Nitrogen Dioxide Tube Methodology”), reporta excelentes correlaciones (0.97-0.99) entre los muestreadores difusivos empleados y un analizador quimioluminiscente para medida de NOX.

Validación método de muestreo pasivo de O3(78)

En un estudio realizado por el Instituto de Salud Carlos III para medir las concentraciones de ozono superficial presentes en la atmósfera de Madrid usando muestreadores pasivos, se comparó la validez de los resultados obtenidos con los alcanzados mediante un analizador de ozono por absorción UV. Se alcanzaron buenos resultados obteniendo coeficientes de correlación de 0.94.

Figura 9. Muestreadores pasivos(79)

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(70) Hangartner, Markus. El muestreo difusivo visto como una alternativa para los países en desarrollo. Congreso mundial sobre contaminación del aire en países de desarrollo. Costa Rica. (1996).

(71) Hangartner, M. Einsatz von passivsammlern fur verschiedne schadstoffe in der ausseluft. VDI Berichte Nr. 838, 515-526 (1990).

(72) Palmes, E.D. and Tomczyk, C. Personal sampler for NOX. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. (40) pág. 588-591 (1979).

(73) Ferm, M. A sensitive diffusional sampler. IVL-report B-1020, Gothenburg.

(74) Monn, Ch. Hangartner, M. Passive sampling for ozone. J. of Air and Waste Management Association, vol 40 Nº 3, (1990).

(75) Monn, C. and Hangartner, M. Passive sampler of volatile organic compounds (VOC) in ambient air in Switzerland. Environmental Technology. Vol. 17. pág. 301-307 (1996).

(76) Carmichael, Gregory R. World meteorological organization global atmosphere watch. Report on passive samplers for atmospheric chemistry measurements and their role in GAW. Iowa, USA. (1997).

(77) Smith, S., Bush, T., Stevenson, K. and Moorcroft, S. Validation of nitrogen dioxide diffusion tube methodology. 144/1592/97. SSE/AQ/0209. (1997).

(78) Galán Madruga, D., Fernández Patier, R. Díaz Ramiro, E and Herce Garraleta, M. Study of the superficial ozone concentrations in the atmosphere of comunidad de Madrid using passive samplers. Revista de Salud Ambiental, 1 (1) pág. 20-29. (2001).

(79) Tomado del informe final estudio de la calidad del aire en zonas urbanas y mineras del departamento del cesar. fase 1 diagnóstico y diseño de redes de monitoreo.

6.5.2.2. Muestreadores activos manuales(80).

Estos equipos recolectan las muestras de contaminantes por métodos físicos o químicos para un posterior análisis en laboratorio. Por lo general toman un volumen conocido de aire y lo bombean a través de un colector (un filtro en el caso de las partículas o una solución química para los gases), por un periodo de tiempo determinado. Después el colector es retirado y llevado al laboratorio para su análisis. Esta técnica ha sido empleada por mucho tiempo alrededor del mundo, por lo cual existen datos valiosos para la comparación de tendencias con otros lugares. Los factores que determinan la calidad de los datos obtenidos a través de esta técnica son los sistemas de muestreo (para los gases), el acondicionamiento de la muestra, los sistemas de gravimetría (para partículas) y los procedimientos de laboratorio para gases como SOX y NOX. Por otra parte, los sistemas semiautomáticos, como los muestreadores de PM10 y SO2, son adecuados para mediciones de estándares diarios y anuales, pero demandan mayores esfuerzos operativos.

A continuación se describen los equipos muestreadores activos de uso nacional e internacional.

Equipos Hi Vol (high volumen sampler)

Un muestreador de alto volumen (muestreador activo) es un equipo que succiona una cantidad medible de aire ambiente hacia una caja de muestreo a través de un filtro durante un periodo de tiempo conocido, generalmente 24 horas (ver figura 10). El filtro es pesado antes y después para determinar el peso neto ganado. El volumen total de aire muestreado se determina a partir de la velocidad promedio de flujo y el tiempo de muestreo. La concentración total de partículas en el aire ambiente se calcula como la masa recolectada dividida por el volumen de aire muestreado, ajustado a las condiciones de referencia. Existen dos muestreadores de este tipo que se diferencian en su controlador de flujo, pueden ser de sistema MFC (controlador de flujo de tipo másico) o VFC (controlador de flujo de tipo volumétrico).

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Equipos low vol (low volumen sampler)

Son equipos que funcionan con flujos entre 1 y 25 litros por minuto (varía de acuerdo al fabricante). Hacen pasar aire a través de un filtro de 47 mm durante un periodo de 24 horas. El filtro es pesado antes y después para determinar el peso neto ganado. El volumen total de aire muestreado se determina a partir de la velocidad promedio de flujo y el tiempo de muestreo. La concentración total de partículas en el aire ambiente se calcula como la masa recolectada dividida por el volumen de aire muestreado, ajustado a las condiciones de referencia.

Por lo general este tipo de equipos poseen controladores de flujo másicos con un microprocesador (semiautomáticos). Tienen varias ventajas sobre los equipos de alto volumen, como son: el tamaño del equipo que lo hace fácilmente transportable, el menor tamaño del filtro que ahorra costos y su bajo consumo energético que permite equiparlos con un panel solar convirtiéndolos en autónomos (con panel solar y batería) evitando una fuente de luz externa. Estos equipos son método de referencia EPA y norma europea. En la figura 11 se muestra uno de estos equipos.

Muestreadores portatiles

Son equipos que funcionan con tasas de flujo de aire bajas que no usan métodos de referencia pero que pueden ser usados de forma indicativa para evaluaciones de la calidad del aire. En la figura 12 se presenta uno de estos equipos.

Equipos muestreadores de tres gases(81)

Los equipos más conocidos en esta área son los equipos burbujeadores acidimétricos (ver figura 13). Sus características se resumen en las siguientes:

• Recolectan las muestras de contaminantes por métodos físicos o químicos para su posterior análisis en un laboratorio.

• Generalmente toman un volumen conocido de aire y lo bombean a través de un colector por un periodo de tiempo determinado.

• Es una técnica muy popularizada en el mundo.

• Demanda una logística diaria para su operación

• Se denominan activos porque requieren energía eléctrica para su funcionamiento.

(80) Basada en introducción al monitoreo atmosférico - CEPIS

(81) Basada en introducción al monitoreo atmosférico - CEPIS.

 

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Figura 13. Muestreadores activos(Rack de 3 gases)(82) 

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(82) Instruction Manual 3 gas sampler.

6.5.2.3. Muestreadores activos semiautomáticos.

Son muestreadores activos a los que se les han incorporado sistemas electrónicos para mejorar la calidad y despejar la incertidumbre en las mediciones (Ver !Error! No se encuentra el origen de la referencia.). Al igual que los muestreadores activos manuales, necesitan de análisis posterior de la muestra. Algunas de sus características son:

• Sistema de control de flujo a una rata especificada por el usuario (5 a 18 l/min)

• Sistema incorporado con sensor de flujo másico, temperatura ambiente y presión

• Microprocesador que permite la configuración de la programación del muestreo y almacenamiento de datos de estado de operación

• Interface para adquisición de variables atmosféricas y de flujo

• Capacidad para medir diferentes contaminantes (PST, PM10, PM2.5 y PM1) cambiando el cabezal (inlet) o el sistema de impactación

• Capacidad de muestrear varios días cambiando automáticamente los filtros.

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6.5.2.4. Analizadores automáticos.

La información que genera este sistema de medición, permite evaluar el comportamiento de los contaminantes atmosféricos, tanto en el tiempo como en el espacio. Además, por la confiabilidad y oportunidad de los datos que genera, se emplea para definir políticas y estrategias de prevención y control de la contaminación, al igual que para evaluar la eficacia de los programas que se implanten. Pueden proporcionar mediciones de tipo puntual con alta resolución (promedios horarios o cada 10 minutos), para la mayoría de los contaminantes criterio (SO2, NO2, CO, PST, PM10, PM2.5), como para otras especies importantes (HCT, HCM/HCNM, COV, etc.). Estas muestras pueden ser analizadas en línea usualmente por métodos electro-ópticos (Absorción UV, Infrarrojo no dispersivo, fluorescencia o quimioluminiscencia) y los datos pueden ser transmitidos en tiempo real. Para obtener datos exactos, precisos y confiables con esta técnica, debe alcanzarse un estándar alto de mantenimiento y de operación además de un adecuado programa de aseguramiento y control de calidad.

Si se desea implementar una estrategia de medición continua, los analizadores automáticos proporcionarán un cubrimiento temporal muy amplio y con relativamente poco esfuerzo operacional. Si se logra ajustar adecuadamente un programa de aseguramiento y control de calidad, estos analizadores son adecuados para obtener datos con un alto cubrimiento temporal y disponibilidad inmediata.

Equipos automáticos para medición de gases

Estos equipos funcionan bajo principios ópticos y eléctricos basados en características físicas y químicas del gas. Es la tecnología de medición puntual más avanzada en este campo. Estos equipos son generalmente instalados en cabinas bajo condiciones controladas de humedad y temperatura (ver figura 15).

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Entre sus características generales se encuentran:

• Mediciones en tiempo real.

• Proporcionan mediciones de tipo puntual con alta resolución (promedios horarios o cada diez minutos).

• La concentración del contaminante es analizada en línea usualmente por métodos ópticos

y eléctricos (Absorción UV, Infrarrojo no dispersivo, fluorescencia o quimioluminiscencia).

• Capacidad de transmitir datos.

• Necesita logística de mantenimiento.

• Deben ser dispuestos en cabinas especialmente diseñadas.

• Necesitan gases patrón de calibración.

Equipos automáticos para medición de partículas

Para el caso de material particulado se recomiendan los equipos tipo Beta Gauge (atenuación de radiación beta) o Tapered Element Oscillating Microbalance (microbalanza oscilante de elemento cónico).

El analizador Beta toma las partículas suspendidas en un filtro y calcula el peso de las partículas por absorbancia de rayos beta. El coeficiente de absorción depende únicamente de la fuente de rayos beta, no del tipo de material, tamaños o colores de las partículas. Por consiguiente, el peso es determinado por la absorbancia únicamente (ver figura 16).

Los equipos basados en el método Tapered Element Oscillating Microbalance utilizan un filtro intercambiable montado al final de un tubo hueco afilado. El extremo ancho del tubo es fijo. El elemento afilado vibra en su frecuencia natural, el aire de muestreo se pasa a través del filtro donde se depositan las partículas. La frecuencia de vibración natural disminuye conforme aumenta la masa de material particulado en el filtro, mientras la electrónica del equipo monitorea esta frecuencia. Este equipo basado en la relación física entre la masa depositada y la frecuencia de vibración el instrumento calcula la masa de material particulado acumulado en el filtro. El cambio de masa en tiempo real es combinado con la exactitud del flujo controlado con el ánimo de garantizar una medición precisa de la concentración de material particulado.

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Entre sus características generales se encuentran:

• Mediciones en tiempo real.

• Proporcionan mediciones de tipo puntual con alta resolución (promedios horarios o cada 30 minutos).

• Capacidad de transmitir datos.

• Deben ser dispuestos en cabinas especialmente diseñadas.

6.5.2.5. Sensores remotos(83).

Estos equipos usan técnicas espectroscópicas de largo paso. Obtienen datos integrados a lo largo del paso entre un emisor de luz y un receptor, o entre un emisor, un espejo y un receptor. Estos sistemas de medición pueden ser muy útiles en varias situaciones, en particular en cercanía de fuentes. Debe mantenerse un alto nivel de operación, calibración, y validación de datos para sacar provecho de esta técnica. Está basado en la ley de Beer y Lambert pero con la ventaja que mediante el mismo haz de radiación se miden varias sustancias contaminantes y se obtienen diferentes niveles de representatividad.

Un DOAS (differential optical absorption spectroscopy) está compuesto por tres componentes principales (ver figura 17):

• Un emisor

• Un receptor

• Un analizador

El funcionamiento se resume de manera general en la siguiente forma:

1. El emisor envía un haz de luz al receptor. Este haz contiene un rango de longitudes de onda desde el ultravioleta hasta el visible.

2. Diferentes moléculas de los contaminantes absorben la luz a diferentes longitudes de onda a lo largo de la trayectoria entre el emisor y el receptor.

3. El receptor está conectado a un analizador que mide la intensidad de las diferentes longitudes de onda a lo largo de toda la trayectoria y la convierte en concentraciones para cada uno de los contaminantes monitoreados(84).

(83) Basada en Introducción al monitoreo atmosférico- CEPIS [on line]: http://www.cepis.ops-oms.org/bvsci/e/fulltext/intromon/intromon.html

(84) Tomado The State of Queensland Environmental Protection Agency: http://www.epa.qld.gov.au/environmental_management/air/air_quality_monitoring/meteorological_data/what_is_doas/?format= print

Figura 17. Representación esquemática de un sistema DOAS ((Differential Optical Absorption Spectroscopy)(85)
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Otros métodos más complejos se pueden considerar de manera ilustrativa como el LIDAR y el LIF.

6.5.2.6. Otros equipos de apoyo a los SVCA

Medicion de polvo sedimentable

El material particulado emitido por las diferentes fuentes emisoras puede clasificarse principalmente en dos: suspendido y sedimentable; el material particulado suspendido corresponde al denominado PST, que a su vez puede ser subdividido en otros tipos de material particulado dependiendo de su diámetro aerodinámico (PM10, PM2.5 ó PM1).

Las técnicas empleadas para la recolección de muestras de material particulado sedimentable o polvo sedimentable se encuentran el muestreo con colectores y el muestreo en superficies adhesivas(86).

Dentro de los sistemas de recolección de polvo sedimentable se cuenta con el método Bergerhoff (el cual corresponde a un método por vía húmeda), que consiste en un dispositivo como el que se presenta en la figura 18. Su principio de operación es bastante sencillo ya que consiste en la recolección de material particulado sedimentable durante 30 días. Posteriormente, el colector es llevado al laboratorio para su respectivo análisis. Finalmente la concentración es calculada en función del área del colector y el tiempo de exposición, el límite relativo de detección es de 0.035 g/(m2.día)(87).

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Otros procedimientos para recoger polvo sedimentable son el aparato de Liesegang- Löbner y los métodos que recogen el polvo depositado sobre láminas adhesivas. Cabe mencionar que existen grandes diferencias en los resultados obtenidos por los diferentes métodos de muestreo, incluso pueden llegar a presentarse inconsistencias de cerca del 50%, por esta razón las mediciones de polvo sedimentable son relativas al dispositivo empleado.

Los métodos analíticos para la determinación de polvo sedimentable son prácticamente iguales que los métodos empleados para estimar la concentración de material particulado en suspensión.

Medición de carbón negro (aetalometría)

El carbón negro (black carbon) también conocido como grafito u hollín, es el producto de la combustión incompleta de combustibles fósiles o de biomasa (madera, bagazo, fibra, etc.); las partículas de hollín flotan en el aire generando un “velo” denso conocido como calima. El carbón negro u hollín se presenta generalmente en grandes cantidades en eventos relacionados con incendios forestales, aunque también se reportan altos niveles de concentración de este material en el aire en países poco desarrollados como la India donde aún es frecuente el uso de las hornillas y calentadores de carbón para uso doméstico(88).

Sin embargo, no solo el uso de estufas a base de carbón, madera o diésel son la fuente emisora de este contaminante, ya que a nivel industrial también se reportan altos índices

(85) Basado en https://www.epa.qld.gov.au/environmental_management/air/air_quality_monitoring/meteorological_ data/what_is_doas/

(86) Spiegel, Jerry and Maystre, Lucien. Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo, capítulo 55: Control de la contaminación ambiental. [on line]: http://www.mtas.es/insht/EncOIT/pdf/tomo2/55.pdf

(87) Para conocer el procedimiento de operación estándar, se puede remitir a: http://www.cepis.ops-oms.org/bvsci/e/fulltext/manualab/cap5.pdf

(88) http://homepage.mac.com/uriarte/aerosolesantropicos.html#hollin

de emisión sobre todo en las centrales termoeléctricas de aquellos países con bajo nivel de desarrollo, ya que en la mayoría de estos casos no se cuentan con los debidos sistemas de control.

La aetalometría es la técnica basada en la absorción de radiación electromagnética de algún tipo determinado de material particulado suspendido en el aire. Generalmente, se emplea para la medición del carbón negro, ya que este material es el contaminante orgánico con mayor índice de absorción de este tipo de radiación(89). Su principio de operación se basa en hacer pasar una cantidad conocida de aire inicialmente por un filtro fibroso y luego por una cámara donde es irradiado con una determinada longitud de onda; la estimación de la concentración de carbón negro en la muestra del aire está relacionada con la atenuación de la radiación generada por el contaminante y el fl ujo de aire que ingresa al equipo en un período de tiempo determinado(90). El equipo que se emplea para la medición del carbón negro es conocido como aethalometer.

Equipos portátiles personales para gases y partículas

Utilizados para uso personal como apoyo a estudios de calidad de aire ocupacionales o interiores, existen para gases y partículas.

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Pesaje de muestras (balanzas semimicroanalíticas y microanalíticas) Instrumento de medida para determinar la masa de un cuerpo, utilizando la acción de la aceleración de la gravedad sobre ese cuerpo. En la figura 20 se presenta su clasificación de acuerdo con su resolución y capacidad máxima.

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6.5.3. Comparación entre los diferentes sistemas de medición.

En la tabla 34 se describen las principales ventajas y desventajas de cada técnica de medición, incluyendo una calificación del costo de los muestreadores o analizadores.

Tabla 34. Características de las diferentes técnicas de medición(91) 

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6.5.4. Recomendaciones generales para selección de equipos.

La selección de los equipos tiene que ver con factores como el diseño del SVCA, el nivel de tecnología apropiado, la sostenibilidad y la disponibilidad económica, así como los requerimientos establecidos de acuerdo al SVCA de la autoridad ambiental competente.

Aunque se cuente con un capital suficiente de inversión, los equipos deben estar sujetos a

(89) Grupo de Estudos e Serviços Ambientais AcreBioClima. Laboratório de Estudos da Poluição do Ar - LEPA, Fazenda Catuaba, UFAC. http://aafd.educar.pro.br/Areas/AND.htm

(90) Tomado y adaptado de: Washington State Department of Ecology. Aethalometer Operating Procedure, Air Quality Program, october 2003 [on line]: http://www.ecy.wa.gov/pubs/030218.pdf

(91) Adaptado UNEP-WHO. GEMS AIR.”Methodology Review Handbook”.1994. Ha sido complementado con datos de Colombia resultados de un diagnóstico.

las especificaciones planteadas en el diseño y a la tecnología accesible, de manera que la inversión cumpla los propósitos con la menor inversión y máximos beneficios.

Cuando no se cuenta con experiencia propia o con los medios para realizar pruebas de desempeño para seleccionar equipos específicos (tecnología) para una SVCA, se recomienda basarse en la experiencia de entidades como el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, autoridades ambientales que cuenten con sistemas de vigilancia de la calidad del aire, instituciones de educación e investigación nacionales donde existan sistemas operando o entidades internacionales como la OMS, agencias reguladoras como la EPA, quien publica regularmente una lista de los equipos equivalentes y de referencia, que han sido sometidos a pruebas exhaustivas de desempeño y están aprobados. Con este listado de equipos y el diseño del SVCA ya realizado, se pueden adquirir todos aquellos elementos, que las necesidades y la disponibilidad económica permita.

Existe una clara proporcionalidad entre complejidad, costo, confiabilidad y desempeño.

Equipos más sofisticados, proveen datos más refinados pero usualmente son más complejos y más difíciles de operar. Los muestreadores manuales y semiautomáticos, no son necesariamente menos exactos que los analizadores automáticos. Por ejemplo, datos provenientes de un analizador de NO/NO2 por quimioluminiscencia y un tubo de difusión localizados en un mismo punto, pueden mostrar una concordancia entre ± 10%, sujetos ambos a altos estándares de operación y aseguramiento de calidad92.

Con base en la experiencia a nivel internacional, se observa que en algunos casos, puede implementarse una estrategia combinada utilizando muestreadores pasivos, activos y automáticos dentro de un mismo SVCA, con el objeto de implementar la resolución espacial y temporal de las mediciones de calidad de aire, siempre y cuando se lleven a cabo los estudios de validación pertinentes de los diferentes instrumentos y se tenga en cuenta que algunos de ellos presentarán dosis acumuladas y no detectarán eventos episódicos.

Lo más recomendable es siempre escoger la instrumentación más sencilla, que usualmente es también la más barata, que permita lograr datos confiables, con la periodicidad deseada y que se ajuste con los objetivos trazados en el SVCA. Equipos no apropiados, muy complejos, o propensos a presentar fallas de operación, pueden no proporcionar datos confiables que como consecuencia generen la pérdida de los recursos invertidos. Para decidirse por un equipo en especial, se deben considerar primero los objetivos de vigilancia, luego la disponibilidad de recursos para implementación y operación y por último el recurso humano capacitado.

Las técnicas de medición descritas tienen diversos grados de utilización, según los objetivos de la medición, según los recursos económicos disponibles y según la infraestructura disponible. En la tabla 35 se muestran los usos más comunes de estas metodologías, de acuerdo con el objetivo de vigilancia de la calidad del aire. Los valores del 1 al 3 indican la utilidad de la metodología, correspondiendo el número 3 a la tecnología más recomendada para cumplir con el objetivo propuesto para el SVCA. La ausencia de valor implica que esta tecnología no es recomendable para cumplir con el objetivo establecido.

Tabla 35

Utilidad de las metodologías para vigilancia de calidad del aire(92)

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6.6. Infraestructura para la instalación de las estaciones de calidad del aire.

Uno de los aspectos más importantes a la hora de definir la tecnología de medición de calidad del aire es la infraestructura asociada. Esta varía considerablemente dependiendo

(92) Smith S., Bush T, Stevenson KJ, Moorcroft S. 1997 Validation of Nitrogen Dioxide Diffusion Tube Methodology. Stanger Science and Environment and AEA Technology, National Environmental Technology Centre, Lansdowne Building, Lansdowne Rd, Croydon, CR0 2BX, UK and http://www.aeat. co.uk/netcen/airqual/reports/valid/nvalid.html.

del sitio específico de instalación de la estación y de la tecnología de medición, así mismo varían los costos de inversión inicial y mantenimiento de dicha infraestructura.

6.6.1. Infraestructura para equipos manuales.

Los sitios donde se pretendan ubicar las estaciones deben garantizar su seguridad y la de la infraestructura necesaria para la operación y mantenimiento de los equipos, así como la posibilidad de instalación de un equipo adicional de referencia. Esta infraestructura debe estar diseñada de tal forma que pueda ser factible su reubicación, reutilizando la mayoría de sus elementos (ver figura 21).

Para el caso de las estaciones indicativas (móviles) se construirán infraestructuras desmontables tipo andamios que permitan reutilizar todos sus elementos.

Figura 21. Modelo de infraestructura para estaciones fijas equipos manuales(93).

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6.6.2. Infraestructura para equipos automáticos.

En la figura 22 y en la figura 23 se presentan esquemas que sirven de ejemplo de la infraestructura necesaria para una estación automática.

6.6.2.1. Infraestructura para estaciones de medición de parámetros múltiples.

Una estación automática de parámetros múltiples requiere condiciones especiales de instalación como una cabina con asilamiento térmico, aire acondicionado (en la mayoría de las ocasiones), protección eléctrica, entre otros aspectos que garanticen el óptimo funcionamiento de los equipos. Se debe tener en cuenta que además de los equipos analizadores de gases, una estación de este tipo debe tener: sistema de adquisición de datos (Datalogger), calibrador dinámico de gases, generador de ozono, generador de aire cero, sistema de protección eléctrica (UPS) y gases de calibración, entre otros accesorios que se describen más adelante (ver figura 24).

Figura 22. Estaciones fijas automáticas(94) 

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Figura 23. Configuración interna esquemática estación de monitoreo(95)

(93) Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.

(94) Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.

(95) Tomado de introducción al monitoreo atmosférico-CEPIS.

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6.6.2.2. Infraestructura para estaciones de medición de parámetro único.

En los casos en que se utilicen únicamente uno o dos equipos es posible instalar una infraestructura más sencilla de acuerdo con el esquema mostrado en la figura 25.

Figura 25. Infraestructura estaciones automáticas(94).

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6.7. Medición meteorológica en los sistemas de vigilancia de la calidad del aire.

Las principales tareas que se deben realizar en el campo de la meteorología, dentro de un SVCA, pueden ser resumidas así(96):

• Participación en los estudios de diagnóstico previos a la implantación de un SVCA para apoyar la definición de sitos y número de estaciones requeridas.

• Generación de información meteorológica requerida para corregir y normalizar mediciones de calidad de aire.

• Generación de datos de apoyo para el análisis de los resultados de las mediciones de calidad de aire con respecto a las condiciones meteorológicas, por ejemplo, para estudiar direcciones de viento asociadas a contaminación, análisis de impactos de fuentes cercanas, etc.

• Análisis de condiciones meteorológicas de escala local, urbana y regional.

• Pronósticos de periodos de riesgo debido a altas concentraciones de contaminantes.

• Estudios de transporte y dispersión de contaminantes atmosféricos.

• Generación de información requerida por modelos de dispersión de contaminantes.

(96) Szepesi D.J. Applications of meteorology to atmospheric pollution problems. World Meteorological Organization. Technical Note Nº 188. WMO - No. 672. 1987.

• Provisión e interpretación de datos climatológicos de difusión.

• Asesoría en la generación de inventarios de emisiones con información compatible con los modelos de simulación meteorológica.

6.8. Selección y ubicación de los sensores meteorológicos.

6.8.1. Importancia de la meteorología en el SVCA.

El costo de los sensores meteorológicos depende del tipo de tecnología seleccionada, por lo que las restricciones económicas dependen del número de equipos meteorológicos y de la tecnología que se pretenda adquirir. Por lo tanto, es recomendable instalar sensores de velocidad y dirección de viento, precipitación, temperatura y humedad suficientes para describir la meteorología de la zona estudiada, de acuerdo con el nivel tecnológico especificado en la definición del tipo de SVCA. Los sensores de brillo solar, radiación solar y presión atmosférica se deben instalar cuando no existan dichos registros en el área de influencia del SVCA.

Dado que no existe la necesidad imperativa de instalar los sensores meteorológicos exactamente en la misma localización que los de calidad del aire(97) y que existe la posibilidad de encontrar sitios que cumplan con todas las restricciones impuestas para la vigilancia de calidad del aire pero no cumplan con las restricciones meteorológicas, es posible diseñar SVCA donde algunos o todos los sensores meteorológicos estén separados de los de calidad del aire. Sin embargo, ponerlos en el mismo sitio resulta más económico, dado que se requerirían menores recursos para la adquisición y transmisión de datos y para la operación y mantenimiento.

Por otro lado, es posible que el número de sitios para evaluar calidad del aire no sea suficiente para caracterizar adecuadamente la meteorología de la región o área urbana, luego podría ser necesario instalar algunas estaciones adicionales solo con sensores meteorológicos, para lograr un cubrimiento adecuado y para contar a futuro con la información necesaria para alimentar modelos de calidad del aire.

Las estaciones meteorológicas deben ubicarse teniendo en cuenta factores como la rugosidad de la superficie terrestre del área urbana, el uso del suelo urbano, el agrupamiento, la orientación y las características de los edificios y viviendas aledañas al sitio de vigilancia, debido a que las diferencias de estas características influyen en el balance radiactivo del sistema tierra–atmósfera y por lo tanto en la micrometeorología urbana(98). Deben tenerse en cuenta también las perturbaciones que tienen origen en la capa mezcla, la capa superficial y la capa de estela urbana, las condiciones microclimáticas de la capa límite planetaria y la capa límite urbana, como se ilustra en la figura 26.

Para zonas con diferentes rugosidades de la superficie terrestre y condiciones térmicas particulares, como áreas urbanas, se recomienda hacer mediciones de turbulencia en un rango de tres a cinco sitios. De dos a cuatro estaciones para medir velocidad y dirección de viento, y temperatura en las capas superiores de la atmósfera.

Figura 26. Disposición teórica de las estructuras de la capa limite sobre un área urbana(99).

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PBL=Capa límite planetaria, UBL= Capa Límite Urbana, RBL=Capa límite rural, UCL=Capa de dosel urbano

6.8.2. Microlocalización de estaciones meteorológicas.

Para obtener datos meteorológicos representativos en los estudios sobre la contaminación del aire es muy importante la ubicación adecuada de los instrumentos. Estos se deben colocar lejos de obstrucciones que puedan influir en las mediciones.

(97) Szepesi D.J. Applications of meteorology to atmospheric pollution problems. World Meteorological Organization. Technical Note Nº 188. WMO – Nº 672. 1987.

(98) Asesoría al proceso de auditoría al diseño y operación de la red de medición de calidad de aire de Bogotá. informe final. P. Ulricksen. Centro Nacional del Medio Ambiente, Bogotá 2002. Anexo 14.

(99) Taesler, R. 1988. Métodos y datos sobre climatología urbana. conferencia técnica: La climatología urbana y sus aplicaciones con especial referencia a las regiones tropicales. OMM Nº 652, Organización Meteorológica Mundial, Ginebra.

No se debe permitir que consideraciones secundarias, como la accesibilidad y la seguridad, comprometan la calidad de los datos, aunque encontrar sitios que cumplan todos los criterios de ubicación puede resultar complicado.

Los sensores meteorológicos no necesariamente deben ser ubicados en los mismos sitios donde se ubican los de calidad del aire, aunque evaluando el presupuesto del montaje del SVCA, es mucho más económico ubicarlos en el mismo sitio ya que se disminuyen costos en la adquisición y transmisión de datos, la operación y mantenimiento.

En la selección del sito de ubicación se debe identificar el propósito del monitoreo, determinar los métodos de medición más apropiados y tener en cuenta que el mejor sitio será aquel que permita obtener de mejor manera una muestra representativa.

Además de lo anterior deben considerarse algunos aspectos prácticos como:

• Acceso a energía eléctrica y línea telefónica si se requiere.

• Seguridad.

• Permisos necesarios para utilizar el sitio.

• Conocimiento de cualquier interrupción que las actividades puedan causar a otros

ocupantes. Asegurarse de alcanzar un entendimiento claro entre todas las partes involucradas en el sitio.

• Considerar la duración requerida por el monitoreo

– A corto plazo solamente

– A corto plazo, con posibilidad de ejercicios repetitivos. Frecuencia de los ejercicios.

– Largo plazo, período de monitoreo definido.

– Largo plazo, período de monitoreo indefinido.

• Características de la superficie

– Rugosidad de la superficie terrestre del área que será representada por los datos.

– Uso del suelo urbano.

– Proximidad a viviendas y árboles.

– Topografía.

– Perturbaciones que tienen origen en la capa mezcla, la capa superficial y la capa de estela urbana, las condiciones microclimáticas de la capa límite planetaria y la capa límite urbana.

Además de las consideraciones mencionadas anteriormente, es recomendable tener presente siempre que el lugar seleccionado para la ubicación de la estación no debe presentar condiciones que favorezcan posibles inundaciones en temporada de lluvias; y otro aspecto no menos importante es la homogeneidad en el terreno circundante a la estación, ya que de esta forma y de manera conjunta con las otras recomendaciones, se estará garantizando que las mediciones obtenidas realmente sean representativas del área considerada.

Finalmente y teniendo en cuenta si la estación cuenta con sensores de evaporación, debe considerarse que el punto de localización de la estación no debe ser próxima a estanques, pantanos, lagunas, etc.

Existen diversos sensores meteorológicos para cada uno de los cuales es necesario seguir ciertas consideraciones para su ubicación dentro de una estación de monitoreo.

6.8.2.1. Sensores de velocidad y dirección del viento.

Deben observarse las condiciones de microlocalización y disposición que se muestran en la figura 27, en la figura 28 y en la tabla 36(100).

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Tabla 36. Recomendaciones para asegurar la correcta ubicacion de los sensores de velocidad y dirección del viento según la Organizacion Meteorológica Mundial.

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(100) Introducción al monitoreo atmosférico. ECO/OPS. México.

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6.8.2.2. Sensores de temperatura.

Los criterios y recomendaciones de localización de este tipo de sensores se establecen en la tabla 37.

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6.8.2.3. Sensores de radiación global Los criterios y recomendaciones para la microlocalización de este tipo de sensores se establecen en la tabla 38.

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6.8.2.4. Sensores de humedad relativa.

Los criterios y recomendaciones para la microlocalización de este tipo de sensores se establecen en la tabla 39.

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6.8.2.5. Sensores de precipitación Los criterios y recomendaciones para la microlocalización de este tipo de sensores se establecen en la tabla 40.

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6.8.2.6. Sensores de presión.

Los criterios y recomendaciones para la microlocalización de este tipo de sensores se establecen en la tabla 41.

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Como se mencionó anteriormente, es recomendable que los sensores meteorológicos y los equipos de calidad del aire se encuentren ubicados en el mismo sitio, ya

que se disminuyen los costos de adquisición y transmisión de datos y de operación y mantenimiento.

6.8.3. Tecnologías de estaciones meterológicas.

Las estaciones planteadas para los SVCA se presentan a continuación.

6.8.3.1. Estaciones meteorológicas de alta precisión.

Las estaciones del tipo estacionario son comúnmente construidas con equipos de alta calidad y precisión, los datos arrojados por estas estaciones hacen parte de grandes redes de meteorología de ámbito nacional y la mayoría pertenece a grandes redes de meteorología.

Estas estaciones deberán ser compatibles con la red actual del Ideam, y cumplir con estándares internacionales de la OMM.

La estación puede estar en línea (capacidad de acceder a ella en forma remota) o con un sistema de adquisición de datos (Datalogger) con capacidad de almacenar datos que puedan ser adquiridos posteriormente con un computador o agenda electrónica. La configuración mínima de este tipo de estaciones se ilustra en la figura 29.

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Las estaciones deberán contar con los componentes definidos en la tabla 42.

Sensor  
Sensores de viento – Anemometro y veleta. El instrumento más común para medir la dirección del viento es la paleta de viento o veletas que acompaña su medición de un anemómetro de copas; sin embargo existen otras tecnologías más avanzadas como propelas UVW y ultrasónicos que miden vectorialmente los componentes del viento.
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Sensor de temperatura Las tres clases principales de sensores de temperatura se basan en: la expansión térmica, el cambio de resistencia y las propiedades termoeléctricas de diversas sustancias como una función de la temperatura. Para cada uno de estos tipos de sensores de temperatura se tienen: Detector de Temperatura por Resistencia (DTR): Opera sobre la base del aumento lineal de resistencia de ciertos metales como una función de la temperatura. Termistor: Hecho a partir de una mezcla de óxidos metálicos que arrojan un cambio de resistencia con la temperatura mayor que el DTR pero no lineal, estos sistemas usan dos o más termistores fijos que permiten obtener una respuesta casi lineal sobre un rango específico de temperatura. Termoeléctricos: El flujo de corriente eléctrica entre dos metales diferentes es dependiente de la temperatura, llamados también termopares.
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Sensor de radiacion solar(101) El instrumento más usado en la medición de la radiación solar es el piranómetro. Este sensor consta de un pequeño disco plano con sectores pintados alternativamente de blanco y negro. Cuando el aparato es expuesto a la radiación solar, los sectores negros se vuelven más cálidos que los blancos. El piranómetro mide la radiación solar incidente sobre la superficie de la tierra. Se trata de un sensor diseñado para medir la densidad del flujo de radiación solar (vatios por metro cuadrado) en un campo de 180 grados.
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Sensor de precipitacion(102) El método de funcionamiento para pluviómetros automáticos más común es del tipo de cazoletas basculantes. El modo de operación del pluviómetro es el siguiente: • El agua de lluvia es recogida por un primer embudo superior. • La primera cazoleta báscula después de recoger una cantidad de agua dada, genera un cierre momentáneo de un relé, posicionándose la segunda cazoleta para recoger el agua procedente del embudo. • Una vez llenas, las cazoletas basculan en sentido contrario produciéndose un nuevo contacto de relé y repitiéndose el ciclo.
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Sensor sensor de presion barometrica(103) Los sensores de presión barométrica convierten la presión atmosférica absoluta en un voltaje proporcional y lineal, para esto utilizan un transductor de estado sólido y dispositivos para linealizar y amplifi car la señal.
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Sensor de humedad relativa(104) El sensor de humedad relativa está basado en el cambio de las propiedades de un capacitor polimérico de película delgada de una micra de espesor. Esta película absorbe las moléculas de agua a través de un electrodo metálico delgado y causa el cambio en la capacitancia proporcional a la humedad relativa.
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(101) http://es.wikipedia.org/.

(102) Davis. Catálogos estaciones meteorológicas.

6.8.3.2. Estaciones meteorológicas portátiles.

Estas estaciones están compuestas principalmente por componentes electrónicos capaces de leer de forma análoga a las antiguas estaciones manuales pero con la ventaja de la captura en línea de datos y la capacidad de almacenar y transmitir la información. Sus principales ventajas son su facilidad de transporte, instalación y su bajo costo (ver figura 30).

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Estación meteorológica portátil tipo I: posee sensores como mínimo de temperatura, velocidad de viento, dirección del viento, humedad relativa y precipitación.

Estación meteorológica portátil tipo II: temperatura (con estándar NIST), velocidad del viento, dirección de viento, humedad relativa, radiación solar, pluviometría (con estándar NIST)

6.8.3.3. Pluviómetros automáticos.

Permiten la captura de información en el datalogger de forma automática. No necesariamente están en línea. Usan la metodología de cubeta basculante (ver figura 31).

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6.8.4. Clases de estaciones meteorológicas(105).

De acuerdo con el protocolo de toma de datos de campo y emplazamiento de estaciones meteorológicas del Ideam, existen ocho tipos o clases de estaciones meteorológicas de acuerdo con la información recolectada en ellas; dicha clasificación se basa en los criterios establecidos por la Organización Meteorológica Mundial-OMM.

6.8.4.1. Estaciones pluviométricas.

Este tipo de estaciones están dotadas de pluviómetros que permiten medir la cantidad de lluvia medida entre dos observaciones consecutivas.

(103) ...

(104) MET ONE Instruments. Manual de usuario de la estación.

(105) Ideam. Protocolo toma de datos de campo y emplazamiento de estaciones meteorológicas.

6.8.4.2. Estaciones pluviográficas.

Permiten conocer la cantidad de lluvia caída, la duración, el período en el que se registró el episodio y la intensidad de la precipitación; la medición se realiza de forma continua.

6.8.4.3. Estación climatológica ordinaria.

Este tipo de estaciones mide y reporta una vez al día las variables de precipitación y temperatura.

6.8.4.4. Estación climatológica principal.

Esta estación se caracteriza por realizar mediciones detalladas tanto de las variables meteorológicas comunes como de la temperatura del aire, precipitación, humedad, dirección y velocidad del viento, radiación solar y/o brillo solar y evaporación, como la cantidad, tipo y altura de la base de las nubes, estado del suelo y visibilidad. Por lo general las observaciones se realizan a las 7, 13 y a las 19 horas.

6.8.4.5. Estación sinóptica principal.

Realiza observaciones a determinadas horas convenidas internacionalmente, las cuales permiten conocer la evolución horaria del tiempo atmosférico y efectúa reportes de condiciones especiales de la atmósfera (en caso de presentarse). Entre las variables medidas están: dirección y velocidad del viento, presión atmosférica, temperatura del aire, tipo y altura de las nubes, visibilidad, fenómenos especiales, tensión del vapor, punto de rocío, humedad relativa, tendencia de la presión, presión a nivel de la estación, precipitación,

temperaturas extremas a diferentes niveles, capas significativas de nubes, evaporación en tanque, recorrido del viento, secuencia de los fenómenos atmosféricos y estado del suelo.

6.8.4.6. Estación sinóptica suplementaria.

La cantidad de variables medidas es inferior en número a la cantidad de variables medidas por la estación sinóptica principal, se limita solamente a visibilidad, temperatura, precipitación, fenómenos especiales, tempo, atmosférico, nubosidad, estado del suelo, humedad relativa y velocidad y dirección del viento. Al igual que las estaciones principales sinópticas realizan las observaciones a determinadas horas convenidas internacionalmente.

6.8.4.7. Estación agrometeorológica.

Se realizan mediciones de variables que en general permiten establecer relaciones entre el tiempo y el clima, y cómo se relacionan con la vida y desarrollo de plantas y animales.

Los parámetros medidos por este tipo de estación son: temperatura desde un metro (1 m) de profundidad hasta diez metros (10 m) sobre la vegetación predominante (debe incluir los máximos y mínimos de estos elementos) a diferentes niveles; hidrometeoros tales como granizo, rocío, niebla, así como la evaporación del suelo, del agua, transpiración de las plantas, escorrentía y profundidades de la capa freática; insolación y radiación; daños, plagas, enfermedades causadas o influidas por la intemperie, y finalmente crecimiento y rendimiento cualitativo y cuantitativo de los productos animales y vegetales. Estas variables, pueden ser medidas en su totalidad o solo alguna de ellas dependiendo de los objetivos planteados para la instalación de la estación.

6.8.4.8. Estación de radiosonda y radiosonda cautiva.

Este tipo de estación tiene como objetivo observar el comportamiento de algunas de las variables meteorológicas a diferentes alturas de la atmósfera, en especial las capas altas. La obtención de datos es realizada mediante técnicas como el globo cautivo (ver figura 32 a), globo piloto (ver figura 32 b), perfilador del viento (el cual emplea ondas sonoras para determinar la dirección y la velocidad del viento) y las radiosondas meteorológicas (globos con sensores para medir el perfil vertical por varios kilómetros de parámetros como dirección, velocidad del viento, temperatura, humedad relativa y presión atmosférica).

Adicionalmente, a la sonda cautiva se le pueden adaptar diferentes sensores para estudios específicos como mediciones de ozono troposférico.

Figura 32. Ejemplos de tecnologías empleadas para el radiosondeo(106).

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6.9. Software de apoyo al SVCA.

Con el fin de realizar el acopio de la información, su análisis y modelación se necesita una herramienta de software de apoyo con las características que se mencionan a continuación.

6.9.1. Software de modelación.

Existen tres tipos de software posibles dependiendo de la complejidad de la dispersión de los contaminantes y sus efectos sobre el área analizada. En los diferentes tipos de SVCA se hacen recomendaciones de los modelos a usar para cada caso particular, que incluyen:

• Modelos gaussianos

• Modelos avanzados

• Modelos numéricos regionales

(106) NCAR Earth Observation Laboratory. Megacity Initiative - Local and Global Research Observations Predicción de meteorología: mediciones y modelos, México, marzo 1º-31 de 2006.

6.9.2. Software de base de datos de inventario de emisiones.

Es un módulo actualizable en el cual se introduce la información georreferenciada de las fuentes de emisión y análisis de la información adquirida durante su desarrollo. Los análisis posibles para este tipo de aplicaciones incluyen:

• Consultas por tipo de fuentes (puntuales, de área, móviles) de un contaminante criterio en particular o de combinaciones de contaminantes criterio.

• Consultas por código de clasificación industrial de un contaminante criterio en particular o de combinaciones de contaminantes criterio.

• Consultas por municipio o municipios de las emisiones totales de un contaminante criterio en particular o de combinaciones de contaminantes criterio.

• Consultas por autoridad ambiental o autoridades ambientales de las emisiones totales de un contaminante criterio en particular o de combinaciones de contaminantes criterio.

• Consultas por tipo de actividad industrial o actividades industriales de las emisiones totales de un contaminante criterio en particular o de combinaciones de contaminantes criterio.

• Consultas por tipo de combustible de las emisiones totales de un contaminante criterio en particular o de combinaciones de contaminantes criterio.

• Consultas de fuentes nuevas incluidas en un período de tiempo establecido y sus emisiones totales de un contaminante criterio en particular o de combinaciones de contaminantes criterio.

6.9.3. Software para la gestión de la información.

Es una herramienta en la cual se introduce la información georreferenciada de los datos de calidad del aire producto de los monitoreos y otra información disponible de los SVCA.

Las características de este software pueden ser las siguientes:

• Resultados de los monitoreos

• Gestión de repuestos y consumibles de los equipos

• Tablas de calibración de los equipos

• Inventario de los equipos

• Fichas técnicas de los equipos

• Hojas de vida de las estaciones

• Gestión de repuestos de estaciones meteorológicas

• Resultados de la medición de variables meteorológicas

• Análisis estadístico de los resultados de mediciones meteorológicas y de contaminantes

6.10. Estrategia de muestreo del SVCA.

La estrategia de muestreo o forma en que se ejecutará el programa a seguir con el sistema de vigilancia de la calidad del aire, está estrechamente ligada al alcance de los objetivos propuestos. Por tal razón, la definición del programa de medición, del tiempo dispuesto para las mediciones y la frecuencia de las mismas, así como de las actividades componentes básicas de la estrategia a seguir, dependerán del tipo de programa que se pretenda llevar a cabo. Por tal razón, lo primero que se tendrá que definir para cualquier tipo de programa de vigilancia, ya sea de muestreo continuo o discontinuo, será la duración del mismo. La frecuencia de medición y el tiempo de toma de muestra se determinarán para programas discontinuos en función de los objetivos de vigilancia y de la calidad de los datos que se requieran para cumplirlos.

6.10.1. Duración del SVCA.

Se define como el periodo durante el cual operará el SVCA, recopilando la información sobre concentraciones de contaminantes y condiciones meteorológicas, que permita cumplir plenamente con los objetivos del programa. En la tabla 43, se presentan las duraciones propuestas para sistemas de vigilancia de acuerdo al objetivo básico de diseño.

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6.10.2. Frecuencia de monitoreo.

A continuación se presentan las frecuencias mínimas de monitoreo que deben tener los equipos de calidad del aire que pertenezcan a los sistemas de vigilancia de calidad del aire de las autoridades ambientales competentes.

6.10.2.1. Analizadores automáticos.

Se deben obtener promedios horarios consecutivos, excepto durante períodos de mantenimiento rutinario o períodos de calibración del analizador.

Para demostrar el cumplimiento del límite máximo permisible anual, los promedios deben estar basados en la información diaria que esté completa al menos en un 75% en cada trimestre calendario.

Un promedio de 24 horas se considera válido si al menos el 75% de los promedios horarios para el promedio de 24 horas se encuentra disponible. En el evento que solo 18, 19, 20, 21, 22 o 23 promedios horarios estén disponibles, el promedio de 24 horas deberá ser calculado como la suma de los promedios horarios disponibles usando 18, 19, etc., como el divisor. Si menos de 18 promedios horarios se encuentran disponibles, pero el promedio de 24 horas excede el límite máximo permisible cuando se reemplazan los valores faltantes por ceros, se debe considerar como un promedio válido de 24 horas. En este caso, el promedio de 24 horas debe ser calculado como la suma de los promedios horarios disponibles divididos por 24.

Los promedios de 8 horas se consideran válidos si al menos el 75% de los promedios horarios para el promedio de 8 horas está disponible. En el evento que solo seis o siete promedios horarios estén disponibles, el promedio de 8 horas debe ser calculado tomando como base las horas disponibles y usando seis o siete como divisor, respectivamente.

Un promedio de 3 horas se considera válido solo si los tres promedios horarios para el promedio de 3 horas se encuentran disponibles. Si solo uno o dos promedios horarios están disponibles, pero el promedio de 3 horas excede el límite máximo permisible cuando se reemplazan los valores faltantes por ceros, se debe considerar como un promedio válido de 3 horas. En todos los casos, el promedio de 3 horas debe ser calculado como la suma de los promedios horarios disponibles divididos por 3.

6.10.2.2. Muestreadores manuales de PST y PM10.

Las muestras de PST y PM10 para un periodo de medición de 24 horas deben ser tomadas desde la medianoche hasta la medianoche para asegurar la consistencia nacional.

La frecuencia de monitoreo mínima para la estación en el área donde se espere la máxima concentración estará basada en el nivel relativo de la concentración en esa estación con respecto al nivel máximo permisible para 24 horas, de acuerdo a lo establecido en la figura 33. La frecuencia de monitoreo mínima para las estaciones en un área debe ser una vez cada seis días. Para el caso de los SVCAI la frecuencia deberá ser día de por medio en caso de ser cumplido en el periodo mínimo establecido en su diseño.

Los ajustes a la frecuencia de monitoreo deben realizarse con evaluaciones basadas en mediciones del SVCA de calidad del aire de 5 años. Cuando no se cuente con información de 5 años, se debe considerar el año con información más reciente para estimar el estado de la calidad del aire en la estación cercana al área de máxima concentración. Modelos estadísticos como los presentados en este protocolo deben ser utilizados. La estación con la más alta concentración en el año más reciente debe ser considerada como la primera opción cuando se seleccione la estación con la mayor frecuencia de monitoreo. Otros factores como cambios importantes en las fuentes de emisión de PST o PM10 o en las características de la estación de monitoreo pueden influenciar la ubicación del sitio de máxima concentración esperada.

Adicionalmente, el uso de los 3 años más recientes de datos puede, en algunos casos, proporcionar una base de datos más representativa de la cual se estime el estado actual de la calidad del aire y proporcione estabilidad al SVCA. Esta consideración multianual reduce la posibilidad de un año anómalo que sesgue la selección de un sitio para el monitoreo poco frecuente. Si el sitio de máxima concentración basado en el año más reciente, no emplea la frecuencia de monitoreo más alta, se debe documentar la justificación para la selección de un sitio alternativo para que sea aprobado durante el proceso de evaluación de 5 años de información del SVCA.

Figura 33. Relación con el límite máximo permisible para 24 horas de PST y PM10(107).

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6.10.2.3. Muestreadores manuales de PM2.5.

Los muestreadores manuales de PM2.5 deben operarse al menos cada tercer día en los sitios donde no exista un analizador continuo de PM2.5. En los sitios donde se mida PM2.5 simultáneamente con un muestreador manual y un analizador continuo, la entidad a cargo del SVCA puede justificar una reducción en la frecuencia de monitoreo de PM2.5 hasta cada sexto día en las estaciones del SVCA o para ciertos periodos del año.

La justificación en la reducción de la frecuencia de monitoreo debe incluir la consideración de factores como la evaluación de calidad de la información histórica de PM2.5, la localización de los sitios actuales de PM2.5 y a las necesidades de información para generar regulación, entre otros. Los sitios con concentraciones calculadas dentro de más o menos el 10% de los límites máximos permisibles de calidad del aire y los sitios donde los valores de 24 horas han excedido los límites máximos permisibles en un periodo de 3 años deben mantener la frecuencia de monitoreo al menos cada tercer día. Los sitios con concentraciones calculadas dentro de más o menos 5% del límite máximo diario permisible de PM2.5 deben contar con un método de referencia de los establecidos en el presente protocolo.

Los muestreadores manuales de PM2.5 requeridos para evaluar concentración de fondo y transporte de contaminantes y los utilizados para especiación o caracterización de material particulado deben operarse con una frecuencia de al menos cada tercer día.

6.10.2.4. Muestreadores manuales de SO2.

Las muestras de SO2 de 24 horas deben ser tomadas desde la medianoche hasta la medianoche para asegurar la consistencia nacional, con una frecuencia que tenga en cuenta las mismas consideraciones de las muestras de PM10.

(107) CFR 40 US EPA.

Para demostrar el cumplimiento del límite máximo permisible anual, los promedios deben estar basados en la información diaria que esté completa al menos en un 75% en cada trimestre calendario.

Un promedio de 24 horas se considera válido si al menos el 75% de los promedios horarios para el promedio de 24 horas se encuentra disponible. En el evento que solo 18, 19, 20, 21, 22 ó 23 promedios horarios estén disponibles, el promedio de 24 horas deberá ser calculado como la suma de los promedios horarios disponibles usando 18, 19, etc., como el divisor. Si menos de 18 promedios horarios se encuentran disponibles, pero el promedio de 24 horas excede el límite máximo permisible cuando se reemplazan los valores faltantes por ceros, se debe considerar como un promedio válido de 24 horas. En este caso, el promedio de 24 horas debe ser calculado como la suma de los promedios horarios disponibles divididos por 24.

Las muestras de SO2 de 3 horas deben ser tomadas a partir de la medianoche en bloques de 3 horas que no se sobrepongan para asegurar la consistencia nacional, con una frecuencia que tenga en cuenta las mismas consideraciones de las muestras de PM10.

Un promedio de 3 horas se considera válido solo si los tres promedios horarios para el promedio de 3 horas se encuentran disponibles. Si solo uno o dos promedios horarios están disponibles, pero el promedio de 3 horas excede el límite máximo permisible cuando se reemplazan los valores faltantes por ceros, se debe considerar como un promedio válido de 3 horas. En todos los casos, el promedio de 3 horas debe ser calculado como la suma de los promedios horarios disponibles divididos por 3.

6.10.2.5. Muestreadores manuales de NO2.

Las muestras de NO2 de 24 horas deben ser tomadas desde la medianoche hasta la medianoche, con una frecuencia que tenga en cuenta las mismas consideraciones de las muestras de PM10.

Para demostrar el cumplimiento del límite máximo permisible anual, los promedios deben estar basados en la información diaria que esté completa al menos en un 75% en cada trimestre calendario.

Un promedio de 24 horas se considera válido si al menos el 75% de los promedios horarios para el promedio de 24 horas se encuentra disponible. En el evento que solo 18, 19, 20, 21, 22 o 23 promedios horarios estén disponibles, el promedio de 24 horas deberá ser calculado como la suma de los promedios horarios disponibles usando 18, 19, etc., como el divisor. Si menos de 18 promedios horarios se encuentran disponibles, pero el promedio de 24 horas excede el límite máximo permisible cuando se reemplazan los valores faltantes por ceros, se debe considerar como un promedio válido de 24 horas. En este caso, el promedio de 24 horas debe ser calculado como la suma de los promedios horarios disponibles divididos por 24.

6.10.2.6. Métodos manuales de Plomo (Pb).

Se debe obtener al menos una muestra de 24 horas cada 6 días.

6.10.3. Tiempo de toma de muestra.

El tiempo de toma de muestra de una lectura individual en mediciones discontinuas, corresponde al período de tiempo en que se lleva a cabo la determinación de concentraciones de los contaminantes. Mientras más corto es el tiempo de toma de muestra, más altos serán los valores máximos esperados.

Este tiempo se determina tomando en cuenta los criterios recomendados de efectos en la salud o factores de inmisión de los contaminantes a determinar, por medio de los límites de detección del método de muestreo utilizado y por medio de los criterios establecidos en las normas de calidad del aire vigentes.

Para métodos de referencia discontinuos estos tiempos son los siguientes:

• Para gases (SO2): 1 h, 3h, 24 h.

• Para partículas suspendidas: 1h, 24 horas.

Algunas recomendaciones de los manuales OMS/UNEP, GEMS/AIR, en cuanto a tiempos de muestreo, son las siguientes:

• Deben ser medidas concentraciones promedio de 24 horas.

• La medición anual se recomienda para determinar las variaciones estacionales y para obtener promedios anuales.

• El muestreo diario se recomienda si se necesitan realizar comparaciones significativas a corto plazo o si las concentraciones a 24 horas serán cuantificadas confiablemente.

 

• Partículas ultrafinas: Son partículas con diámetro aerodinámico inferior a 0.1μm.

Tomando en cuenta el tamaño de las partículas, se establecen diferentes tipos de muestreadores y de esta forma se asegura un mejor funcionamiento.

Monóxido de carbono(117)

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El CO se produce por la combustión incompleta de materiales combustibles como gas, gasolina, queroseno, carbón, petróleo o madera. Las chimeneas de hornos e incineradores industriales, las calderas para generación de vapor, los calentadores de agua y los aparatos domésticos que queman combustibles fósiles o derivados del petróleo, como las estufas u hornillas de la cocina o los calentadores de queroseno, también pueden producir CO si no están funcionando bien.

Tanto los automóviles en movimiento como los automóviles parados con el motor encendido (en ralentí) emiten CO. El monóxido de carbono tiene una afi nidad mucho más alta que el oxígeno por la hemoglobina de la sangre, por lo que forma carboxihemoglobina que impide a la hemoglobina transportar el oxígeno a las células, y por tanto, el organismo no puede obtener la energía necesaria para sobrevivir.

Óxidos de nitrógeno(117)

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(115) Seinfi eld, J, Pandis, S. Atmospheric Chemistry and Physics. John Wiley and Sons. 2006.

(116) Curso de calidad del aire en centroamérica. Swisscontact.

(117) Adaptado y complementado del manual de control de la calidad del aire. E. Roberts Alley & Associates, Inc

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Los óxidos de nitrógeno son degradados rápidamente en la atmósfera al reaccionar con otras sustancias comúnmente presentes en el aire. La reacción del dióxido de nitrógeno con sustancias químicas producidas por la luz solar lleva a la formación de ácido nítrico, el principal constituyente de la lluvia ácida. El dióxido de nitrógeno reacciona con la luz solar, lo cual lleva a la formación de ozono y smog en el aire ambiente.

La mayor parte de los óxidos de nitrógeno se forman por la oxidación del nitrógeno atmosférico durante los procesos de combustión a temperaturas elevadas. El oxígeno y el nitrógeno del aire reaccionan para formar NO, oxidándose posteriormente a NO2.

N2 + O2 ---> 2 NO

2 NO + O2 ---> 2 NO2

La mayor parte de los NOX emitidos a la atmósfera lo son en forma de NO.

Oxidos de azufre(117) (Especialmente SO2)

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Ozono (O3)

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Anexo 2. Procedimiento de cálculo para la determinación de Área-Fuente

De acuerdo con lo establecido en el Decreto 979 de 2006 “Por el cual se modifi can los artículos 7º, 10, 93, 94 y 108 del Decreto 948 de 1995”, las autoridades ambientales competentes deberán clasificar como áreas - fuente de contaminación zonas urbanas o rurales del territorio nacional, según la cantidad y características de las emisiones y el grado de concentración de contaminantes en el aire, a partir de mediciones históricas con que cuente la autoridad ambiental, con el fi n de adelantar los programas localizados de reducción de la contaminación atmosférica.

En esta clasificación se establecerán los distintos tipos de áreas, los límites de emisión de contaminantes establecidos para las fuentes fijas y móviles que operen o que contribuyan a la contaminación en cada una de ellas, el rango o índice de reducción de emisiones o descargas establecidos para dichas fuentes y el término o plazo de que estas disponen para efectuar la respectiva reducción.

Para los efectos de la implementación del decreto, el artículo 5º establece que las áreas

— fuente de contaminación se clasificarán en cuatro (4) clases, a saber:

1. Clase I- Áreas de contaminación alta: aquellas en que la concentración de contaminantes, dadas las condiciones naturales o de fondo y las de ventilación o dispersión, excede con una frecuencia igual o superior al setenta y cinco por ciento (75%) de los casos de la norma de calidad anual. En estas áreas deberán tomarse medidas de contingencia, se suspenderá el establecimiento de nuevas fuentes de emisión y se adoptarán programas de reducción de la contaminación que podrán extenderse hasta por diez (10) años.

2. Clase II- Áreas de contaminación media: aquellas en que la concentración de contaminantes, dadas las condiciones naturales o de fondo y las de ventilación y dispersión, excede con una frecuencia superior al cincuenta por ciento (50%) e inferior al setenta y cinco por ciento (75%) de los casos de la norma de calidad anual. En estas áreas deberán tomarse medidas de contingencia, se restringirá el establecimiento de nuevas fuentes de emisión y se adoptarán programas de reducción de la contaminación que podrán extenderse hasta por cinco (5) años.

3. Clase III- Áreas de contaminación moderada: aquellas en que la concentración de contaminantes, dadas las condiciones naturales o de fondo y las de ventilación y dispersión, excede con una frecuencia superior al veinticinco por ciento (25%) e inferior al cincuenta por ciento (50%) de los casos la norma de calidad anual. En estas áreas se tomarán medidas dirigidas a controlar los niveles de contaminación y adoptar programas de reducción de la contaminación, que podrán extenderse hasta por tres (3) años.

4. Clase IV- Áreas de contaminación marginal: aquellas en que la concentración de contaminantes, dadas las condiciones naturales o de fondo y las de ventilación y dispersión, excede con una frecuencia superior al diez por ciento (10%) e inferior al veinticinco por ciento (25%) de los casos de la norma de calidad anual. En estas áreas se tomarán medidas dirigidas a controlar los niveles de contaminación que permitan la disminución de la concentración de contaminantes o que por lo menos las mantengan estables.

Adicionalmente, el mencionado decreto en su artículo 5º establece el siguiente parágrafo:

PAR. 1º—Para la estimación de la frecuencia de las excedencias se utilizarán medias móviles, las cuales se calculan con base en las mediciones diarias.

De acuerdo con la normativa ambiental vigente, se deben tener las siguientes consideraciones para realizar el procedimiento para la determinación del área fuente de contaminación:

1. Teniendo en cuenta los parámetros establecidos en la Resolución 601 de 2006 “Por la cual se establece la norma de calidad del aire o nivel de inmisión, para todo el territorio nacional en condiciones de referencia” o la que la modifi que, adicione o sustituya, solamente es posible clasificar áreas fuente de contaminación por partículas suspendidas totales (PST), material particulado menor a 10 micras (PM10), material particulado menor a 2,5 micras (PM2.5), óxidos de nitrógeno (NOX) y óxidos de azufre (SOX). Con el monóxido de carbono (CO) y el ozono (O3) no es posible clasificar un área fuente de contaminación debido a que no existe norma anual ni diaria.

2. Para clasificar un área fuente de contaminación es necesario contar por lo menos con un año de mediciones de 24 horas. En el caso de equipos manuales como los medidores de alto volumen (Hi-Vol) para medir material particulado (PST y PM10) se obtiene un resultado diario el cual corresponde a la medición diaria o de 24 horas. En el caso de los equipos automáticos que registran datos cada diez minutos y promedios horarios, se deberá obtener el dato correspondiente al promedio de 24 horas. Tanto en el caso de equipos automáticos como en el de equipos manuales, el promedio diario de 24 horas se debe realizar con los datos obtenidos desde la media noche, es decir, las mediciones que van desde las 0 horas hasta las 24 horas.

3. Para poder establecer las excedencias de las mediciones diarias con respecto a la norma anual, según lo establece el parágrafo primero del artículo 5º del Decreto 979 de 2006, se requiere contar por lo menos con un año de mediciones, que para las estaciones manuales corresponde a 121 mediciones si se utiliza una frecuencia de cada tercer día.

Sin embargo, es necesario, tener en cuenta la cantidad mínima requerida de datos que está establecido en el presente protocolo.

4. Paso seguido, se deberá realizar el conteo de las mediciones de 24 horas (teniendo en cuenta las consideraciones anteriores) realizadas durante los 365 días anteriores a la fecha del cálculo, las cuales no podrán ser inferiores a las establecidas en este protocolo. Todas las mediciones de 24 horas deberán ser comparadas con la norma anual y establecer el número de mediciones que se encuentran por encima de dicha norma, este procedimiento deberá ser actualizado día a día.

5. Posteriormente, se deberá calcular el porcentaje de excedencias que se encuentran por encima de la norma anual (concentración de 24 horas comparada con la norma anual) y compararlo con lo establecido en el artículo 5º del Decreto 979 de 2006. El porcentaje deberá ser calculado dividiendo el número de excedencias sobre el número total de mediciones, multiplicando el valor por 100.

A continuación se presenta a manera de ejemplo un cálculo de las excedencias de la norma anual, a partir de mediciones de 24 horas. En la tabla 47 se presenta la información necesaria para el cálculo de las excedencias de una determinada estación.

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Número del dato: Corresponde a una identificación del dato para poder determinar si la estación cumple con el número de datos que establece el protocolo de monitoreo y seguimiento de la calidad del aire.

Fecha de medición: Corresponde a la fecha en la cual fue tomada la medición, para lo cual es necesario revisar lo establecido en el protocolo de monitoreo y seguimiento de la calidad del aire.

Concentración: Corresponde a los resultados de las mediciones de los contaminantes monitoreados.

Valores mayores a la norma anual: Corresponde al conteo de las mediciones que están por encima de la norma anual durante un año. En el caso del dato 124 incluye los datos del 13 de enero de 2005 al 10 de enero de 2006.

Datos válidos: Corresponde al número de datos considerados como válidos después del proceso de validación realizado, en términos generales corresponde el número de datos que cuenten con resultados en la columna concentración. Igualmente deberán ser los datos comprendidos entre la medición uno y la medición 121 en el caso de la tabla 47. Es importante mencionar que para un año de monitoreo no siempre se cuenta con todos los datos, por tal razón es importante revisar el presente protocolo para determinar la cantidad mínima de datos que se necesitan.

Porcentaje de excedencia de la norma anual: Se obtiene al dividir la columna de valores mayores a la norma anual sobre la columna de datos válidos y multiplicar el valor por 100 para expresarlo en porcentaje.

6. Después de determinar en cada estación o punto de monitoreo si se cumplen las condiciones para clasificar un área-fuente de contaminación, es necesario determinar los límites geográficos del área-fuente. Para determinar estos límites es necesario contar con la información del inventario de emisiones, de la modelación realizada para establecer la SVCA y del área de influencia del punto de calidad del aire que se está analizando.

Anexo 3

Validez de muestras en SVCA tipo I - Indicativo

El número de días en que se debe realizar un monitoreo en las actividades industriales a las cuales se lo requiera la autoridad ambiental, depende del objetivo de la medición. Si el objetivo es verificar el cumplimiento normativo se debería medir el número mínimo requerido en el presente protocolo, es decir, para la norma anual al menos el 75% del tiempo y sin baches continuos.

En el caso de comparación con la norma de 24 horas, se deben tener en cuenta las condiciones establecidas en el diseño de sistemas de vigilancia de calidad del aire tipo I.

Si el objetivo es describir una situación determinada, se debe buscar que las mediciones realizadas sean estadísticamente representativas de la situación. En este sentido, el número de mediciones depende del comportamiento de dichas mediciones y de la probabilidad de error definida. Un nivel de confianza del 95% es ampliamente aceptado (es decir, una probabilidad de error del 5%).

El tamaño de la muestra juega un papel importante para determinar la probabilidad de error así como en la precisión de la estimación. Una vez que se ha seleccionado el nivel de confianza, dos factores importantes influyen en el tamaño muestral:

1. La varianza de la población s2

2. El tamaño del error tolerable que se está dispuesto a aceptar.

Mientras que el primer factor está más allá del control del estudio (no hay nada que se pueda hacer sobre la varianza de la población), sí es posible limitar el tamaño del error.

El tamaño del error que se puede tolerar depende de qué tan crítico es el trabajo. Algunas tareas extremadamente delicadas requieren resultados exactos: los procedimientos médicos vitales de los cuales dependen vidas humanas, o la producción de piezas de una máquina que debe cumplir medidas precisas, pueden tolerar solo un pequeño error. En otros casos, los errores más grandes pueden tener consecuencias menos graves.

Tamaño de la muestra para estimar una media (μ)

Vale la pena recordar que la distribución normal de una población (Z) puede expresarse como:

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Esto puede reescribirse algebraicamente como:

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En donde la diferencia entre la media muestral y la media poblacional

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es el error

El valor de Z depende del nivel de confianza requerido. Esto deja por determinar solo σ2 para calcular el tamaño muestral apropiado. En caso de que σ2 sea desconocida, puede estimarse mediante la desviación estándar muestral (s), utilizando una muestra piloto de cualquier tamaño razonable (n ≥ 30). La varianza calculada de esta muestra preliminar puede entonces utilizarse en la fórmula.

Ejemplo: Un industrial quiere determinar la línea base de su entorno antes de iniciar un nuevo proceso productivo. Un estudio previo de línea base con 10 mediciones mostró que la desviación estándar de las mediciones es de 12,2 μg/m3. ¿Qué tan grande debe ser la muestra para que el industrial tenga el 95% de confianza de que el error en su estimación sea máximo 4 μg/m3?

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Nótese que si la desviación estándar de las mediciones fuera de 6 μg/m3 la muestra debería ser tan solo de 9 mediciones.

Tamaño de la muestra para comparación de dos medias

Si el objetivo es verificar el efecto de una actividad específica (como por ejemplo la instalación de un sistema de control), se debe buscar que las mediciones realizadas antes y después de la actividad específica sean estadísticamente representativas de la situación. En este sentido, el número de mediciones depende del comportamiento de dichas mediciones antes y después del evento y de la probabilidad de error definida. Un nivel de confianza del 95% es ampliamente aceptado (es decir, una probabilidad de error del 5%). De manera similar a la determinación del tamaño de muestra para encontrar una media, la fórmula utilizada para encontrar el tamaño de la muestra para comparación de dos medias está dado por:

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Donde:

n = sujetos necesarios en cada una de las muestras

Zα = Valor Z correspondiente al intervalo de confi anza (1-α)

Zβ = Valor Z correspondiente a la potencia o poder del estudio (1-β)

σ2 = Varianza de la variable cuantitativa que tiene el grupo control o de referencia

d = Valor mínimo de la diferencia que se desea detectar (datos cuantitativos)

En general, siempre que se van a realizar comparaciones estadísticas con datos obtenidos experimentalmente, existen dos tipos de errores conocidos como error tipo I o nivel de significancia (α) y error tipo II (β) donde α y β corresponden a la probabilidad de que ocurra cada uno de dichos errores respectivamente. El intervalo de confianza está relacionado con el error tipo I (α), corresponde a la probabilidad de que la estimación efectuada se ajuste a la realidad y se define como 1-α, mientras que para β o error tipo II, se tiene como complemento el poder o potencia del estudio y se define como 1-β.

Algunos de los valores de Z según el intervalo de confianza y según la potencia se indican en la tabla 48, donde se denota como Zα, al valor estadístico determinado a partir de la definición del intervalo de confianza (1-α) y Zβ al valor estadístico determinado a partir de la definición del poder del estudio (1-β).

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Ejemplo: Un industrial quiere mostrar que un sistema de control mejora la calidad del aire en su entorno en más de 10 μg/m3. El estudio previo de línea base mostró que la desviación estándar de las mediciones es de 12,2 μg/m3. ¿Qué tan grande debe ser la muestra para que el industrial tenga un 95% de confianza y un poder estadístico del estudio de 90%?

Solución:

Teniendo en cuenta que el intervalo de confianza es del 95% y sabiendo que este porcentaje corresponde a 1-α, entonces α es igual a 0,05 o lo que es equivalente a 5%. El valor de Zα, entonces corresponde a 1,645, debido a que en esta oportunidad solo se trata de una prueba unilateral (valores de concentración de contaminantes inferior a la media) y el valor de Zβ es 1,282 ya que se desea que la potencia del estudio sea del 90%, es decir 1-β debe ser igual a 0,90.

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Nótese que entre más grande es la diferencia que se quiere comprobar, más pequeña será la muestra requerida.

Anexo 4

Validez de muestras en SVCAI - industrial

De igual forma para los sistemas industriales de vigilancia de calidad de aire (SVCAI), los cuales no están obligados a realizar monitoreo continuo durante el año, sino que tiene una duración definida, se enfrentan entonces a la inquietud referente a la cantidad de días necesarios para lograr un monitoreo con un margen de incertidumbre y porcentaje de error aceptable.

Para desarrollar la estimación de la cantidad de días en los que se debe realizar el monitoreo de calidad de aire en un SVCAI, se parte de la expresión para determinar el tamaño de la muestra para estimar una media μ con determinado nivel de significancia.

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Al partir de la información de las series históricas de datos de calidad de aire para diferentes redes de monitoreo (las cuales a partir de la implementación del presente protocolo, serán llamadas sistemas de vigilancia de calidad de aire - SVCA) y definiendo un nivel de significancia de 5% o lo que es equivalente a un intervalo de confianza del 95%, se determina que un muestreo que tenga entre 15 y 24 días, para el caso de concentraciones de PM10, presenta valores de error que están entre 7,00 y 8,85 μg/m3 con respecto a la media anual, para el caso del NO2 el rango de error se maneja entre 10,74 y 13,58 μg/m3 y para concentraciones de SO2 el rango de error está entre 3,27 y 4,14 μg/m3; estos rangos de los valores de los errores corresponden a porcentajes que van de 4,09% a 5,18% para SO2, 10,74% a 13,58% para NO2 y 3,79% a 6,83% para PM10. Con estos porcentajes se obtiene una idea del rango en el que puede variar la concentración.

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Manual de operación de sistemas de vigilancia de la calidad del aire

© Bogotá, Octubre 2010

Tabla de contenido

1. Introducción.

2. Acrónimos.

3. Tipos de sistemas de vigilancia de calidad del aire según su tecnología.

4. Sistemas manuales de vigilancia de la calidad del aire.

4.1. Generalidades.

4.2. Etapas de la operación.

4.2.1. Toma de muestra.

4.2.1.1. Determinación de concentración de material particulado: PST, PM10 y PM2.5.

4.2.1.2. Determinación de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno.

4.2.2. Análisis de laboratorio.

4.2.3. Procesamiento de la información.

4.2.4. Reporte.

4.2.5. Control y aseguramiento de la calidad.

4.2.6. Mantenimiento de equipos y calibración.

4.2.6.1. Rutinas y frecuencias de mantenimiento recomendadas para equipos Hi Vol.

4.2.6.2. Calibración de equipos muestreadores de partículas Hi Vol.

4.2.6.3. Equipos muestreadores de tres gases.

4.2.6.4. Calibración de equipos muestreadores de tres gases.

5. Sistemas automáticos de vigilancia de la calidad del aire.

5.1. Generalidades de la operación.

5.2. Etapas de la operación.

5.2.1. Toma de muestra y análisis.

5.2.1.1. Analizador de material particulado (PST, PM10 y PM2.5).

5.2.1.2. Analizador de óxidos de azufre (SOx).

5.2.1.3. Analizador de óxidos de nitrógeno (NO/NO2/NOX).

5.2.1.4. Analizador de ozono (O3).

5.2.1.5. Analizador de monóxido de carbono (CO).

5.2.1.6. Analizador de hidrocarburos metánicos y no metánicos.

5.2.1.7. Otros elementos necesarios para la operación de SVCA automáticos.

Herramientas, equipamiento e instrumental de uso general.

5.2.2. Procesamiento de la información.

5.2.3. Reporte.

5.2.4. Aseguramiento y control de calidad.

5.2.5. Mantenimiento de equipos.

5.2.5.1. Revisión de los analizadores de calidad del aire.

5.2.5.2. Verificación de la calibración de los analizadores de calidad del aire.

5.2.5.3. Verificación del correcto funcionamiento de calibradores multigás.

6. Sistemas híbridos de vigilancia de la calidad del aire.

7. Elementos comunes en todos los SVCA.

7.1. Programa de control y aseguramiento de la calidad.

7.1.1. Objetivos del programa de control y aseguramiento de calidad.

7.1.2. Secuencia metodológica de implementación.

7.1.3. Planeación del programa de control y aseguramiento de la calidad.

7.1.4. Implementación.

7.1.5. Evaluaciones.

7.1.6. Reportes.

7.1.7. Características organizativas de un programa de control y aseguramiento de la calidad.

7.1.8. Objetivos de calidad de datos.

7.1.9. Establecimiento de los objetivos de calidad de datos.

7.1.10. Elementos de aseguramiento de calidad.

7.1.10.1. Documento control.

7.1.10.2. Objetivos y políticas de aseguramiento de la calidad.

7.1.10.3. Organización.

7.1.10.4. Planeación de la calidad.

7.1.10.5. Entrenamiento.

7.1.10.6. Preparación del SVCA.

7.1.10.7. Mantenimiento preventivo.

7.1.10.8. Recolección de la muestra.

7.1.10.9. Análisis de la muestra.

7.1.10.10. Reporte de errores en los datos.

7.1.10.11. Control de calidad.

7.1.10.12. Verificación y calibración.

7.1.10.13. Acciones correctivas.

7.1.10.14. Costos de la calidad.

7.1.10.15. Pruebas interlaboratorios y dentro del laboratorio.

7.1.10.16. Procedimientos de auditoría.

7.1.10.17. Validación de datos.

7.1.10.18. Análisis estadístico de los datos.

7.2. Manejo de muestras y cadena de custodia.

7.2.1. Manejo de la muestra.

7.2.1.1. Etiquetado e identificación de la muestra.

7.2.1.2. Colección de la muestra.

7.2.1.3. Transporte.

7.2.2. Cadena de custodia.

7.3. Análisis de la información generada en los SVCA.

7.3.1. Bases de datos.

7.3.1.1. Manejo y presentación de las variables de calidad del aire.

7.3.1.2. Manejo y presentación de las variables de meteorología.

7.3.2. Manejo estadístico de datos.

7.3.2.1. Cálculo de los promedios en el tiempo.

7.3.2.2. Brechas de datos.

7.3.2.3. Interpolación y ajuste.

7.3.2.4. Promedio aritmético.

7.3.2.5. Promedio geométrico.

7.3.2.6. Concentración máxima por hora.

7.3.2.7. Estimación de la media móvil.

7.3.2.8. Comparación de los valores de concentración con la norma.

7.3.2.9. Cálculo del número de excedencias.

7.4. Indicadores de operación y desempeño del SVCA.

7.4.1. Análisis del porcentaje de captura de datos.

7.4.2. Análisis del porcentaje de datos válidos.

7.4.3. Consistencia de los datos relacionados con la calidad del aire.

7.4.4. Consistencia de los datos relacionados con las variables meteorológicas.

7.5. Generación de reportes.

7.6. Reporte de la calidad del aire.

7.6.1. Información sobre SVCA, estaciones y técnicas de medición.

7.6.2. Contenido del informe anual de calidad del aire.

7.6.3. Contenido de informes mensuales y trimestrales de calidad del aire.

7.6.4. Contenido del informe de calidad del aire presentado en las páginas Web.

7.6.5. Cálculos y contenido de un informe meteorológico anual.

7.6.6. Contenido de un informe de campañas de monitoreo.

7.6.7. Índice nacional de calidad de aire.

7.6.7.1. Contaminantes del índice nacional de calidad del aire.

7.6.7.2. Rangos del índice nacional de calidad del aire.

7.6.7.3. Puntos de corte del índice nacional de calidad del aire.

7.6.7.4. Cálculo del índice nacional de calidad del aire.

7.6.8. Contenido de un plan de calidad.

8. Bibliografía.

Lista de figuras

Figura 1. Tipos de SVCA según su tecnología

Figura 2. Proceso general de operación de un SVCA manual

Figura 3. Ejemplo flujo de proceso de un SVCA manual

Figura 4. Pasos previos a la realización de la toma de muestras de material particulado

Figura 5. Pasos a realizar durante la toma de la muestra de material particulado

Figura 6. Pasos a realizar después de la toma de la muestra de material particulado

Figura 7. Pasos previos en la realización de la toma de muestras de SO2 y NOX

Figura 8. Pasos a realizar durante la toma de la muestra de SO2 y NOX

Figura 9. Pasos a realizar después de la toma de la muestra de SO2 y NOX

Figura 10. Equipo muestreador de 3 gases

Figura 11. Montaje del calibrador de burbuja

Figura 12. Proceso general de operación de un SVCA automático

Figura 13. Esquema analizador Beta

Figura 14. Diagrama de flujo analizador de SO2

Figura 15. Diagrama de flujo analizador NOX

Figura 16. Diagrama de flujo analizador O3

Figura 17. Diagrama de flujo analizador CO

Figura 18. Proceso de tomas de muestras hasta el procesamiento de la información

Figura 19. Ejemplo captura y manejo de la información

Figura 20. Pruebas automáticas internas y externas de equipos analizadores

Figura 21. Proceso de revisión de un analizador de partículas suspendidas totales (PST)

Figura 22. Proceso de revisión de un analizador de partículas menores a 10 micras (PM10)

Figura 23. Proceso de revisión del analizador de material particulado PM10

Figura 24. Proceso de revisión del analizador de dióxido de azufre (SO2)

Figura 25. Proceso de revisión del analizador de óxidos de nitrógeno (NO/NOX)

Figura 26. Proceso de revisión del analizador de ozono (O3)

Figura 27. Proceso de revisión del analizador de monóxido de carbono (CO)

Figura 28. Proceso de cambio de filtros en los analizadores de gases

Figura 29. Ilustración del proceso de verificación de la calibración de los analizadores

de gases

Figura 30. Proceso de calibración

Figura 31. Principio de funcionamiento de un calibrador multigás

Figura 32. Burbujeador (soap bubbler fl ow-meter) usado como patrón de medición de flujo volumétrico

Figura 33. Ilustración del montaje para verifi car la operación del calibrador multigás

Figura 34. Verificación del correcto funcionamiento de un calibrador multigás

Figura 35. Proceso general de operación de un SVCA Híbrido

Figura 36. Ciclo de los programas de AC para vigilancia de calidad del aire

Figura 37. Ejemplo etiqueta de la muestra

Figura 38. Ejemplo de la forma de cadena de custodia

Figura 39. Ejemplo de cadena de custodia del laboratorio

Figura 40. Ejemplo de metodología para la estimación de la media móvil para 8 horas de un conjunto de datos

Figura 41. Ejemplo de metodología para la estimación de la media móvil para 3 horas de un conjunto de datos

Figura 42. Media móvil de ocho horas de series temporales con datos inválidos

Figura 43. Diagrama de comparación de la concentración de contaminante con la norma de 8 horas

Figura 44. Descripción de un diagrama de caja

Figura 45. Gráfica de series de tiempo donde se validan picos de O3 en horas de la madrugada

Figura 48. Nomograma para cálculo de estabilidad atmosférica según Pasquill

Figura 49. Ejemplo de distribución horaria de la altura de la capa de mezcla para determinada zona de estudio

Lista de tablas

Tabla 1. Herramientas básicas para realizar el mantenimiento de las estaciones automáticas

Tabla 2. Ejemplo de la composición de la mezcla de gases del cilindro usado para la verificación de la calibración de los analizadores de gases

Tabla 3. Periodicidad de las operaciones de control de la calibración de los analizadores de gases

Tabla 4. Criterios para la verificación de la exactitud de analizadores de gases

Tabla 5. Formato de calibración de SPAN y cero

Tabla 6. Formato de calibración multipunto

Tabla 7. Descripción del significado de los parámetros de calibración de equipos automáticos

Tabla 8. Desarrollo de un programa de control y aseguramiento de la calidad

Tabla 9. Actividades rutinarias de AC para cada estación de vigilancia

Tabla 10. Procedimientos de calibración

Tabla 11. Ejemplo de tabla de validación de datos en campo

Tabla 12. Tipos de banderas que invalidan los datos

Tabla 13. Tipos de banderas que no invalidan los datos

Tabla 14. Conversión de dirección del viento

Tabla 15. Cuestionario de evaluación de la cadena de custodia para métodos manuales

Tabla 16. Evaluación del manejo de los reportes desde la estación automática hasta el

centro general de información del SVCA

Tabla 17. Variables iniciales de calidad del aire a ser incluidas dentro del Sisaire

Tabla 18. Pesos moleculares de algunas sustancias contaminantes

Tabla 19. Nombres y unidades de variables de meteorología

Tabla 20. Datos de concentración de ozono y resultados de los cálculos de la media móvil para dichos datos

Tabla 21. Límites máximos permisibles por contaminante criterio según Resolución 601 de 2006

Tabla 22. Disponibilidad de datos para calcular los promedios anuales en el SVCA estudiado

Tabla 23. Información sobre los SVCA

Tabla 24. Información sobre las estaciones

Tabla 25. Información sobre la configuración de las mediciones por contaminante

Tabla 26. Disponibilidad de datos meteorológicos existentes en el SVCA evaluado

Tabla 27. Ejemplo para la presentación del resumen meteorológico anual por horas para una estación

Tabla 28. Resumen de valores promedios mensuales de las variables climáticas en el SVCA evaluado durante el año 2002

Tabla 29. Longitud de aspereza superficial en metros

Tabla 30. Categorías de estabilidad para períodos diurnos, condiciones convectivas

Tabla 31. Categorías de estabilidad para períodos nocturnos, condiciones estables

Tabla 32. Presentación de resultados obtenidos para altura de mezcla y estabilidad atmosférica

Tabla 33. Puntos de corte del ICA

Tabla 34. Efectos a la salud de acuerdo con el rango y valor del índice de calidad del aire

Tabla 35. Acciones preventivas de acuerdo al rango y al valor del índice de calidad del aire

1. Introducción.

El protocolo para el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire está conformado por dos manuales que guían el proceso de diseño y operación de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire.

El manual de diseño de sistemas de vigilancia de la calidad del aire (SVCA) contiene todos los lineamientos y elementos conceptuales para el diseño de un SVCA y el manual de operación de sistemas de vigilancia de la calidad del aire explica los procedimientos para operar un SVCA.

El manual de diseño de sistemas de vigilancia de la calidad del aire incorpora los lineamientos a tener en cuenta para llevar a cabo el diseño y la operación de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire en el país. Contiene las generalidades sobre los sistemas de vigilancia de calidad del aire, la explicación de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire en el marco de los planes de gestión de calidad del aire, las etapas generales para el diseño de un sistema de vigilancia de la calidad del aire y los pasos relacionados con la revisión inicial y la fase final de elaboración del diseño del sistema, dependiendo del sistema de vigilancia que se requiera instalar. De igual manera, presenta los parámetros de diseño de un sistema de vigilancia de la calidad del aire y criterios para realizar modificaciones a los sistemas de vigilancia, así como los recursos necesarios para el montaje, operación y seguimiento de estos sistemas de vigilancia. Finalmente, cuenta información relacionada con clasificación de áreas-fuente de contaminación y validez de la información recolectada en campañas de monitoreo.

El manual de operación de sistemas de vigilancia de la calidad del aire incorpora los lineamientos a tener en cuenta para llevar a cabo la operación de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire en el país. Contiene los tipos de sistemas de vigilancia de la calidad del aire según su tecnología y presenta en detalle los sistemas manuales, automáticos e híbridos de vigilancia de la calidad del aire. Así mismo, se presentan elementos comunes a todos los sistemas de vigilancia de la calidad del aire como el programa de control y aseguramiento de la calidad del aire, el análisis de la información generada y la generación de reportes.

2. Acrónimos.

PGCA Plan de gestión de la calidad del aire

SVCA Sistema de vigilancia de la calidad del aire.

SEVCA Sistema especial de vigilancia de la calidad del aire

SVCAI Sistema de vigilancia de la calidad del aire industrial

EPE Estación de propósito especial

IE Inventario de emisiones

Sisaire Subsistema de Información sobre calidad del aire.

atm Unidad de presión, atmósfera. Donde 1 atm ≈ 101.325KPa ≈ 760 mmHg

AC Aseguramiento de calidad

cm Unidad de longitud, centímetro

CC Control de calidad

DANE Departamento Administrativo Nacional de Estadística

EPA Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (Environmental Protection Agency)

GPS Sistema de posicionamiento global

HCT Hidrocarburos totales

Hg Mercurio

H2S Sulfuro de hidrógeno o ácido sulfhídrico

in Unidad de longitud, pulgadas

Invías Instituto Nacional de Vías

IVA Impuesto al valor agregado

KPa Unidad de presión, kilo-Pascal. Donde 101.325KPa ≈ 1 atm

l Unidad de volumen, litros

ml Unidad de volumen, mililitros

mm Unidad de longitud, milímetros

mm Hg Unidad de presión, milímetros de mercurio. Donde 760 mm Hg ≈ 101.325 KPa

MAVDT Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial

N2 Nitrógeno

NH4+1 Ión amonio. También puede ser escrito sin el superíndice que indica el valor de su carga eléctrica.

NO Monóxido de Nitrógeno

NO2 Dióxido de Nitrógeno

N2O3 Trióxido de Dinitrógeno

N2O4 Tetróxido de Dinitrógeno

N2O Óxido Nitroso

N2O5 Pentóxido de Dinitrógeno

NOX Óxido de Nitrógeno

OH- Ión Hidroxilo

Pb Plomo

PCB’s Bifenilos policlorinados

PST Partículas suspendidas totales

PM Material particulado

PM2.5 Material particulado menor a 2.5. micrómetros

PM10 Material particulado menor a 10 micrómetros

ppm Partes por millón

SIG Sistema de información geográfico

SOX Óxidos de azufre

VOC Compuestos orgánicos volátiles

SENA Servicio Nacional de Aprendizaje

IVE Modelo para elaborar inventario de emisiones de vehículos (International Vehicle Emission Model) μm unidad de longitud, micrómetro

3. Tipos de sistemas de vigilancia de calidad del aire según su tecnología.

De acuerdo con el tipo de instrumentos que utilizan para su operación los SVCA podrán ser:

SVCA Manuales: SVCA constituidos totalmente por equipos manuales (muestreadores y semiautomáticos).

SVCA Automáticos: SVCA constituidos totalmente por equipos y sistemas automáticos (analizadores automáticos).

SVCA Hibridos: SVCA constituidos por la combinación entre equipos manuales y automáticos.

Como ya se ha planteado anteriormente, un SVCA independientemente del tipo de tecnología que emplee, tiene como principal objetivo medir la cantidad presente de contaminantes en el aire de determinadas regiones o áreas en un periodo de tiempo determinado.

Para realizar las mediciones de la concentración de contaminantes atmosféricos, los SVCA están conformados por equipos que bien pueden ser muestreadores manuales o semiautomáticos o analizadores propiamente dichos.

Los muestreadores, son equipos que como su nombre lo indica, solo pueden ser empleados para la recolección de muestras, las cuales posteriormente deben ser llevadas al laboratorio para desarrollar los análisis físico-químicos pertinentes y realizar las respectivas cuantificaciones de la presencia del contaminante deseado. Estos equipos pueden ser de dos tipos: manuales o semiautomáticos. Por otra parte se tienen los analizadores, que funcionan de manera automática, y a diferencia de los muestreadores, no solamente recolectan la muestra sino que internamente cuentan con los accesorios necesarios para que a partir de procedimientos como fluorescencia UV, quimioluminiscencia, absorción infrarroja, absorción de rayos beta y microbalanza, para determinar las concentraciones de cada contaminante específicamente. En las secciones 4.2. y 5.2. de este manual se encuentran resumidos los principios de funcionamiento tanto para los equipos manuales, como para los automáticos.

Cabe mencionar que la principal ventaja de los equipos semiautomáticos en comparación con los manuales, es que permiten la recolección de muestras durante varios días, sin necesidad de la presencia del operador para el cambio del medio de muestreo (filtro en el caso de material particulado). Por ejemplo, un equipo semiautomático de material particulado realiza un muestreo cada 24 horas al igual que uno manual, pero después de dicho período, el mismo equipo cambia el medio filtrante e inicia un nuevo monitoreo y así sucesivamente hasta que se agoten los medios filtrantes para los cuales tiene capacidad.

En los siguientes capítulos se presentan los procesos de operación para SVCA manuales y SVCA automáticos así como algunas particularidades de los SVCA Híbridos teniendo en cuenta que estos últimos usan la combinación de procedimientos de los dos anteriores.

En la figura 1 se presenta un esquema de dichos sistemas.

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4. Sistemas manuales de vigilancia de la calidad del aire.

A continuación se describen los procedimientos para la determinación de concentración de contaminantes para los parámetros que hacen parte de un SVCA manual.

4.1. Generalidades.

Los sistemas de vigilancia de la calidad del aire manuales se caracterizan por requerir un laboratorio como apoyo para el análisis de las muestras tomadas. Requieren además, una rutina para la recolección de las muestras, de acuerdo con una periodicidad preestablecida.

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La figura 2 muestra las etapas generales de operación de un SVCA manual. Como se observa, el sistema consta de cuatro etapas principales y dos de apoyo, como son: Aseguramiento y control de la calidad y mantenimiento y calibración de los equipos.

La operación de todo SVCA debe estar amparada en un plan que defina la secuencia en la cual se desarrollarán cada una de las etapas y los responsables de su ejecución, de modo que el proceso se mecanice y se lleve a cabo garantizando la calidad de la información tomada.

El mecanismo que garantiza la efectividad del proceso y la calidad de la información es el plan de calidad del SVCA, el cual deberá desarrollarse a lo largo de todo el proceso a fin de garantizar la confiabilidad de la información reportada. Dentro de este plan se incluyen las actividades de mantenimiento y calibración de equipos, que garantizan su operatividad y la veracidad de las lecturas y registros de las muestras tomadas.

Dentro de la elaboración del plan de calidad se debe hacer un flujo detallado del proceso que permita establecer actividades rutinarias y no rutinarias a realizar. La figura 3 muestra un ejemplo de flujo de proceso específico. Posteriormente, serán descritas las etapas de toma de muestra, análisis, procesamiento de la información, generación de reportes, control y aseguramiento de calidad y mantenimiento de equipos, involucradas bajo el marco de operación de un SVCA manual.

Figura 3. Ejemplo flujo de proceso de un SVCA manual(1)

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4.2. Etapas de la operación.

4.2.1. Toma de muestra.

Esta etapa comprende todos los procedimientos relacionados con la toma de muestras en un SVCA manual y está compuesta por las siguientes fases:

• Actividades previas a la toma de la muestra: Actividades de preparación y acondicionamiento de filtros y medios previos al inicio de la ruta de muestreo. Esta actividad se lleva a cabo en el laboratorio.

• Toma de muestra: Comprende todas las actividades de toma de muestra que se desarrollan en campo.

• Actividades posteriores a la toma de la muestra: Son las actividades que se llevan a cabo en laboratorio con la muestra tomada.

A continuación se muestran los diagramas de flujo para la determinación de los contaminantes criterio durante la operación de un SVCA manual.

4.2.1.1. Determinación de concentración de material particulado: PST, PM10 y PM2.5

La figura 4, la figura 5 y la figura 6 detallan cada una de las actividades a realizar previamente a la realización de la toma de la muestra, durante la toma de la muestra y de manera posterior a su realización(2)

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(1) Tomado de plan de calidad de la red de calidad del aire zona minera-Corpocesar.

(2) Tomado de diagramas de flujo área metropolitana del Valle de Aburrá.

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4.2.1.2. Determinación de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno.

La figura 7, la figura 8 y la figura 9 detallan cada una de las actividades a realizar previamente a la realización de la toma de la muestra, durante la toma de la muestra y de manera posterior a su realización(2).

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4.2.2. Análisis de laboratorio.

Comprende todas aquellas actividades que se realizan en el laboratorio con el fin de obtener las concentraciones de los contaminantes medidos.

Este proceso se compone de las siguientes fases:

• Análisis de laboratorio: Técnicas y procedimientos analíticos realizados en la muestra para obtener valores que puedan ser relacionados posteriormente con la concentración del contaminante respectivo.

• Cálculos: Manejo de los datos tomados durante la medición, que conjuntamente con los resultados del laboratorio, permiten estimar la concentración de un determinado contaminante.

4.2.3. Procesamiento de la información.

Consiste en la determinación de ciertos factores puntuales que pudieron afectar la medición para proceder a su validación y posterior inclusión en la base de datos. Durante esta etapa se realiza el análisis y la consolidación de los datos con el fin de llegar a conclusiones acerca de la calidad del aire correspondiente al dominio del SVCA. Es en esta etapa donde se deben cumplir los objetivos previstos para el sistema. En el capítulo con las etapas comunes a todos los SVCA (capítulo 9), se muestra la forma en que debe realizarse el procesamiento de la información.

4.2.4. Reporte.

El reporte es el resultado del trabajo operativo del SVCA que es entregado a la comunidad. Dependiendo del SVCA, dicho reporte tendrá unas características específicas como su publicación en páginas web o a través de informes periódicos. La forma específica de los reportes se presenta en el capítulo etapas comunes a todos los SVCA (capítulo 9) donde se muestran los componentes mínimos de cada uno de los reportes.

4.2.5. Control y aseguramiento de la calidad.

Consiste en el conjunto de procesos y requerimientos que garantizan la confiabilidad de la información. Esta actividad debe llevarse a cabo a lo largo de todas las etapas de la operación del SVCA. El capítulo etapas comunes a todos los SVCA (capítulo 7) describe la forma como se debe llevar a cabo el programa de control y aseguramiento de la calidad. Todo SVCA debe tener un plan de calidad implementado que garantice la confiabilidad de la información.

4.2.6. Mantenimiento de equipos y calibración.

Cada SVCA debe tener un programa de mantenimiento preventivo y correctivo. Este programa define las acciones generales a seguir para evitar fallas en el sistema, así como para corregir cualquier problema de operación, lo cual redunda en la confiabilidad de los datos. En dicho sistema se definen las rutinas de chequeo y limpieza de partes, así como también las frecuencias de estas actividades. Se recomienda referirse al manual del fabricante para rutinas de mantenimiento específicas.

El mantenimiento de los equipos garantizará la continuidad en la toma de muestras en el SVCA. Un estricto programa de mantenimiento preventivo y correctivo debe incluirse en el plan de calidad del SVCA. De todos los mantenimientos realizados, tanto preventivos como correctivos, se debe llevar registro según se especifique en dicho plan.

4.2.6.1. Rutinas y frecuencias de mantenimiento recomendadas para equipos Hi Vol.

Por cada visita al lugar:

• Verificar el nivel del flujo antes y después de la toma de la muestra.

• Verificar el contador de tiempo antes y después de la toma de la muestra.

• Revisar los empaques de la placa de fijación y observar si existe algún desgaste.

Mensualmente:

• Llevar a cabo la calibración del muestreador.

• Limpiar todo polvo el área del cabezote (inlet) de muestreo.

Trimestralmente:

• Verificar el número de horas de operación desde el último cambio de escobillas.

Por lo regular, las escobillas del motor deben reponerse después de 600 a 1.000 horas de operación con un voltaje normal de línea. Una vez cambiadas las escobillas, debe recalibrarse el muestreador de alto volumen. Sin embargo, esto no debe hacerse sino hasta después de un período inicial de asentamiento para asegurar el acoplamiento adecuado de las escobillas contra la armadura del motor. Se debe inspeccionar la armadura y cambiar el motor si la armadura muestra un desgaste excesivo. Inspeccionar el cableado en busca de alambres quemados. Limpiar el polvo del motor.

• Inspeccionar el estado de todos los empaques, reponer si se encuentran con desgastes excesivos.

• Operación del registrador de flujo. Asegurarse que la pluma pueda moverse libremente, de no ser así, revisar el registrador para determinar la causa. Si la impresión es ilegible, verificar que la pluma no se encuentre seca; reponerla de ser necesario. Una vez cambiada la pluma, encender el muestreador brevemente, con un filtro en su lugar, para confirmar que está funcionando correctamente.

• Realizar el procedimiento de calibración de acuerdo con las instrucciones del fabricante del equipo y con los procedimientos de los métodos de medición de contaminantes.

• Control de flujo. Revisar el controlador de flujo por ausencia de registro de flujo o si se registran valores bajos, excesivos o erráticos.

4.2.6.2. Calibración de equipos muestreadores de partículas Hi Vol.

El equipo muestreador de alto volumen está provisto de un dispositivo de control de flujo, cuya acción sobre el circuito eléctrico conectado al motor regula su velocidad y por lo tanto, su capacidad de succión. La calibración se fundamenta en la posición del dispositivo de control de fl ujo que permite una aspiración de aire en el rango deseado, es decir de 1,1 a 1,7 m3/min. En resumen, la calibración del equipo consiste básicamente en una verificación del flujo.

El equipo debe ser calibrado en los siguientes casos o eventos:

• Una vez sea instalado.

• Después de cambio de motor.

• Después de cambio de escobillas.

• Cuando se cambia el sitio de muestreo.

• Periódicamente, por lo menos cada tres meses.

• Después de 360 horas de medición.

La calibración del equipo se realiza con la ayuda de un kit de calibración, el cual puede ser un juego de platos o un sistema con una resistencia de flujo variable. El juego de platos consiste en un tubo metálico y cinco platos intercambiables, con diferentes orificios que permiten varios tipos de flujo. El sistema de resistencia de flujo variable es un tubo metálico con un par de discos que permiten obtener varias aberturas al girar uno de los discos. Cada uno de estos kits de calibración posee una ecuación de calibración con su respectiva curva, la cual se obtiene a través de un patrón primario o medidor de volumen estándar de desplazamiento positivo, denominado Rootsmeter ®.

Por lo anterior, la calibración del equipo depende del tipo: si es volumétrico o másico. Los procedimientos de calibración y los respectivos formatos deben desarrollarse de acuerdo con el documento de referencia Quality Assurance Handbook vol. II, Part. II de la EPA.

4.2.6.3. Equipos muestreadores de tres gases.

El equipo muestreador de gases tipo Rack, es un instrumento que utiliza un sistema húmedo de absorción de gases con químicos en estado líquido, que sirve para medir dióxido de azufre y dióxido de nitrógeno. Este equipo consta de una caja metálica con tapa móvil y dos compartimentos. El primer compartimento tiene una bomba de vacío cuyas características cumplen las especificaciones recomendadas por el Código Federal de Regulaciones de la EPA(3) (motor de 1.700 rpm, 0,5 HP, presión máxima de 20 psi, 110-115 voltios y 23 pulgadas de mercurio de capacidad de vacío a nivel del mar).

En el segundo compartimento se encuentra el tren de muestreo, que va conectado a la bomba de vacío y consta de un tubo distribuidor conectado en serie a tres colectores de vidrio de boro silicato (burbujeadores) que contienen la solución absorbente para NOX, SO2, y un tercero, vacío, que hace las veces de trampa colectora de humedad (burbujeador trampa). El flujo de aire que pasa a través del sistema es controlado por orificios críticos, el cual es calibrado antes y después de la colección de la muestra (24 horas). El sistema es protegido por un filtro de membrana de 8 micras colocado entre la entrada de la muestra y el primer burbujeador, y por una trampa de humedad (sílica gel) colocada entre el burbujeador trampa y la bomba de vacío (ver figura 10).

Figura 10. Equipo muestreador de 3 gases(4)

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Adicionalmente, el colector de NOX va empotrado en una pequeña nevera refrigerada con hielo seco o hielo con salmuera para mantener el sistema a baja temperatura.

4.2.6.4. Calibración de equipos muestreadores de tres gases.

Este procedimiento se efectúa empleando una unidad de calibración tipo burbuja, tal como se describe a continuación:

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(3) US EPA CFR 40 Appendix A to Part 50-Reference Method for the Determination of Sulfur Dioxide in the Atmosphere.

(4) RAC 3 Gas Sampler User’s Guide.

• Ensamblar el equipo como muestra la !Error! No se encuentra el origen de la

referencia.

• Llenar los tubos de muestreo con 50 ml de agua destilada.

• Revisar las conexiones.

• Encender la bomba de vacío y verificar la presión manométrica.

• Verificar el funcionamiento de los burbujeadores en el tren de muestreo.

• Formar una burbuja, medir y registrar el tiempo de viaje entre las marcas de volumen conocido en el calibrador de burbuja, repitiendo esta operación como mínimo tres veces; hasta que los tiempos de recorrido no difieran entre sí en más del 5%. Registrar la información en el formato para calibración de orificios críticos.

• Promediar el tiempo de viaje para 8 corridas.

• Corregir el volumen desplazado a condiciones de referencia (760 mm Hg y 25 ºC)

• Dividir el volumen corregido por el tiempo promedio para determinar la tasa de flujo.

• La tasa de flujo para cada orificio de flujo crítico debe localizarse entre 180 y 220 ml/min, si no se cumple esta condición debe desecharse el orificio.

5. Sistemas automáticos de vigilancia de la calidad del aire.

A continuación se describe la metodología para determinar las concentraciones de los parámetros contaminantes presentes en el aire ambiente usando un SVCA automático.

5.1. Generalidades de la operación.

Los sistemas de vigilancia de la calidad del aire automáticos no requieren análisis posterior de la muestra tomada. Por medio de métodos ópticos o eléctricos se analiza la muestra directamente proporcionando datos en tiempo real, de modo que se puedan tomar acciones inmediatas ante la ocurrencia de un evento de concentraciones altas de algún contaminante.

La figura 12 muestra las etapas generales de operación de un SVCA automático. Como se observa, está conformado por tres secciones principales y dos de apoyo: Aseguramiento y control de la calidad y mantenimiento y calibración de equipos.

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El análisis de la muestra es realizado de manera continua por el equipo, con base en las propiedades físicas o químicas del gas y sus posibles reacciones ante ciertos fenómenos, que generalmente están relacionados con la incidencia de energía en diferentes longitudes de onda. Por esta razón, los analizadores automáticos emplean principalmente métodos ópticos y electrónicos para la determinación de la concentración de los diferentes contaminantes atmosféricos.

La operación de todo SVCA automático debe estar amparada bajo un plan que defina cada una de las etapas de ejecución y los responsables del desarrollo de tales etapas, de modo que el proceso se mecanice y se lleve a cabo garantizando la calidad de la información tomada. El mecanismo que garantiza la efectividad del proceso y la calidad de la información es el plan de calidad del SVCA el cual debe desarrollarse a lo largo de todo el proceso.

Dentro de este plan se debe incluir el mantenimiento preventivo y correctivo, al igual que la calibración; labores que aseguran la operatividad de los equipos y la veracidad en la lectura de las muestras tomadas. En el plan de calidad se debe elaborar un flujo detallado del proceso que permita establecer actividades rutinarias y no rutinarias a realizar.

Para que el esquema anterior se cumpla, se debe tener en cuenta que cada estación automática deberá tener un sistema de comunicaciones adecuado (teléfono fijo, celular, radio, etc.). De otra forma será necesaria una rutina de recolección de información, que en gran medida anularía las ventajas de la automatización. A continuación se describen cada una de las etapas de operación para un SVCA automático.

5.2. Etapas de la operación.

5.2.1. Toma de muestra y análisis(5).

Esta etapa comprende los procedimientos relacionados con la toma de la muestra y su análisis en un SVCA automático. A continuación se describen los métodos empleados por los equipos para el análisis de la muestra.

5.2.1.1. Analizador de material particulado (PST, PM10 y PM2.5).

Principio de operación: Absorción Beta

En este método para la medición de partículas el material es recolectado del aire ambiente por medio de una cinta. La intensidad de los rayos Beta es medida después de que estos son atenuados por el material particulado. La intensidad es relacionada con la masa del material particulado depositada en la cinta, después de haber efectuado las respectivas correcciones debidas a la absorción de la cinta.

El carbono-14 o el prometio-147 son utilizados como fuentes Beta en niveles apropiados de radiación, posteriormente tales radiaciones son detectadas con un centelleador plástico. En la figura 13 se presenta un esquema del funcionamiento de este tipo de equipos.

Figura 13. Esquema analizador Beta(6)

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Principio de operación: Tapered Element Oscillating Microbalance - TEOM

Este sistema de medición utiliza un filtro intercambiable montado al final de un tubo hueco afilado. El extremo ancho del tubo es fijo. El elemento afi lado vibra en su frecuencia natural; el aire de muestra pasa a través del filtro, en donde se depositan las partículas.

La frecuencia de vibración natural disminuye conforme aumenta la masa de material particulado en el filtro, mientras la electrónica del equipo monitorea esta frecuencia.

Este equipo basa su lectura considerando la relación física entre la masa depositada en el filtro y la frecuencia de vibración del elemento. El cambio en tiempo real de la masa es combinado con la exactitud del flujo controlado, con el ánimo de garantizar una medición precisa de la concentración del material particulado depositado.

5.2.1.2. Analizador de óxidos de azufre (SOx).

Principio de operación: Fluorescencia ultravioleta

Este método está basado en la energía de luz discreta descargada o fluorescencia característica de la molécula de dióxido de azufre SO2 cuando es irradiada con luz ultravioleta. Esta luz fluorescente está también en la región ultravioleta (UV) del espectro, aunque a una longitud de onda distinta que la radiación incidental.

Una de las ventajas de este método de detección es que la medición a longitudes de onda comprendidas entre 190 y 230 nm, presenta poca interferencia de la fluorescencia debida a otras sustancias que puedan estar presentes en el aire ambiente y que no corresponden a lo que se desea medir. La luz es detectada por un tubo fotomultiplicador que produce un voltaje proporcional a la intensidad de la luz, la cual, a su vez, es traducida a concentraciones de SO2 por medio de factores de calibración.

Esta tecnología utiliza dos tipos de luz, una fuente UV continua, mecánicamente interrumpida, o una fuente de luz UV electrónicamente pulsada. A longitudes de onda específicas, tanto el vapor de agua como el oxígeno, pueden distorsionar la fluorescencia de los óxidos de azufre.

(5) Tomado y complementado de informe de técnicas y estrategias de monitoreo utilizadas por el DAMA en sus estaciones de monitoreo ambiental.

(6) Tomado del catálogo del equipo particulate monitor FPM 222-223 DKK TOA Corporation.

Una lámpara de Xenón emite la radiación UV, la cual pasa a través de una cámara de reacción donde las moléculas de SO2 son excitadas debido a la energía radiada, disipando parte de la energía con movimientos vibracionales y rotacionales. La reacción que describe este fenómeno es:

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Debido a que por naturaleza, todo cuerpo o sustancia tiende a recuperar su estado inicial, las moléculas de SO2 excitadas, comienzan a emitir una radiación superior en longitud de onda a la radiación aplicada (aproximadamente 350 nm) generando así una luz fluorescente que es detectada por el tubo fotomultiplicador (PMT), la cual es proporcional a la concentración de SO2 en la cámara de reacción.

La absorción de radiación por las moléculas de SO2 cumple la Ley de Lambert - Beer, que se puede expresar de la siguiente forma:

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Donde:

A= Absorbancia de SO2 (adimensional)

Ia= Intensidad de la luz ultravioleta en cualquier punto del sistema (radiación resultante)

Io= Intensidad de la luz ultravioleta incidente (radiación incidente)

a = Coeficiente de absorción del SO2 o absorbidad molar (l/mol.cm)

x = Longitud de la trayectoria o camino óptico recorrido o tamaño de la celda (cm)

CSO2 = Concentración molar de SO2 (mol/l)

El coeficiente de absorción es propio de cada sustancia y se puede encontrar en diferentes fuentes bibliográficas relacionadas con las técnicas de análisis cuantitativo para sustancias químicas(7).

La figura 14 muestra un diagrama de flujo correspondiente a un analizador de dióxido de azufre empleando la técnica de fluorescencia ultravioleta.

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5.2.1.3. Analizador de óxidos de nitrógeno (NO/NO2/NOX).

Principio de operación: Quimioluminiscencia

La quimioluminiscencia es una técnica empleada en la determinación cuantitativa de la concentración de alguna sustancia en particular presente en una mezcla comúnmente conocida como analito. Es especialmente útil cuando el analito se encuentra en muy bajas concentraciones. El método se fundamenta en emplear la energía emitida por una sustancia química que haya sido excitada previamente a través de radiación generada para lograr tal fin, similar al principio de operación de los métodos por fluorescencia y por espectroscopia de emisión atómica.

Para el caso de medición de los óxidos de nitrógeno, el principio de medición consiste en provocar la reacción del monóxido de nitrógeno con el ozono para formar dióxido de nitrógeno. Parte de estas moléculas que se forman se encuentran en estado excitado como consecuencia del salto de electrones a niveles de energía más altos.

Estas moléculas excitadas, al volver a su estado fundamental emiten una radiación quimioluminiscente detectable:

(7) Tutorial relacionado con la ley de Lambert -Beer. [on line]: http://teaching.shu.ac.uk/hwb/chemistry/ tutorials/molspec/beers1.htm.

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El aire que es succionado por el analizador desde el ambiente, es filtrado y dividido en dos líneas de flujo, cada una de las cuales llega a una respectiva cámara.

En una de las líneas de flujo la muestra de aire filtrado no sufre ningún tipo de sometimiento a energías radiantes, ni a agentes químicos, es decir, corresponde al valor blanco o testigo. En la segunda línea de flujo, se incita a la reducción del NO2 a NO mediante acción catalítica. La primera línea de flujo llega a una cámara de reacción, donde se determina la concentración total de NOX, y la segunda, finaliza en una cámara de reacción diferente a la anterior donde se determina la concentración de NO. La concentración de NO2 es obtenida por la diferencia matemática entre las concentraciones de NOX y NO.

La luz emitida es medida en el tubo fotomultiplicador (PMT) después de pasar por un filtro óptico de banda angosta. La intensidad de luz recibida por el PMT es proporcional a la concentración de NO. La medición de NO2 se logra convirtiendo el NOX de la corriente de aire en NO, haciendo pasar la corriente de aire por un catalizador de molibdeno a 315 ºC, que convierte el NOX a NO como se describe en la siguiente reacción:

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La figura 15 muestra un diagrama de flujo correspondiente a un analizador de dióxido de nitrógeno empleando la técnica de quimioluminiscencia.

Figura 15. Diagrama de flujo analizador NOx(8)

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5.2.1.4. Analizador de ozono (O3).

Principio de operación: Absorción Ultravioleta. La determinación de ozono por absorción ultravioleta se basa también en la Ley de Lambert – Beer(9):

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Donde:

A= Absorbancia de O3 (adimensional)

Ia= Intensidad de la luz ultravioleta en cualquier punto del sistema (radiación resultante)

Io= Intensidad de la luz ultravioleta incidente (radiación incidente)

a = Coeficiente de absorción del O3 o absorbidad molar (l/mol.cm)

x = Longitud de la trayectoria o camino óptico recorrido o tamaño de la celda (cm)

CO3 = Concentración molar de O3 (mol/l)

Cabe anotar que también existen analizadores de ozono cuyo principio de detección se basa en la quimioluminiscencia del ozono al reaccionar con etileno (C2H4). Este método presenta como desventaja, en comparación con la determinación por absorción UV, que requiere de agentes químicos reaccionantes.

El principio de operación del equipo es similar al analizador de óxidos de nitrógeno, la muestra de aire succionada por la bomba del equipo es filtrada y bifurcada en dos flujos iguales, uno de estos flujos atraviesa una sección que contiene óxidos de molibdeno como catalizador, el cual atrapa el ozono de la muestra que es empleada como patrón en la medida, para lo cual es dirigida a una celda de medición. El otro flujo pasa directamente a una celda de medición diferente sin atravesar por ningún lecho de catalizador. En las celdas se lleva a cabo el proceso de irradiación de las muestras (la radiación UV es generada por una lámpara de mercurio) y la absorbancia en ambas celdas es determinada por un PMT.

(8) Tomado del manual del analizador de SO2 Modelo SIR S-5012 NOX

(9) Equipos y sistemas de evaluación continúa de contaminantes atmosféricos. [on line]: http://www. personal.us.es/jmorillo/medicion5/evaluacion_continua_resumen.pdf

ambas celdas son traducidas internamente por el analizador a señales eléctricas y la diferencia entre estas señales es proporcional y equivalente a la concentración de ozono presente en la muestra de aire ingresada originalmente al equipo. Este valor de concentración es traducido a una señal digital la cual es reportada por el datalogger y almacenado en la unidad de procesamiento del analizador, para su posterior transferencia a la central de información del SVCA.

La figura 16 muestra un diagrama de flujo correspondiente a un analizador de ozono empleando la técnica de absorción ultravioleta.

Figura. 16 Diagrama de flujo analizador O3(10)

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5.2.1.5. Analizador de monóxido de carbono (CO).

Principio de operacion: Correlación de filtro de gas (GFC)

La incidencia de radiación infrarroja (IR) atraviesa una rueda rotatoria fi ltrante de gas (una mitad contiene CO y la otra mitad contiene nitrógeno) antes de ingresar a la celda de muestra. Cuando la radiación infrarroja pasa a través de la mitad de la rueda que contiene CO, todas las longitudes de onda absorbidas por el CO son completamente removidas de la radiación, creando un rayo de “referencia” el cual no resulta afectado por el CO en la muestra que se mide. Cuando la energía IR atraviesa la mitad de la rueda que contiene nitrógeno, las longitudes de onda específicas de CO no son removidas de la radiación, y un rayo de “medición” será atenuado por CO en la muestra. La rotación de la rueda de filtro de gas crea un haz que alterna entre fases de “referencia” y “medición”. La energía infrarroja que atraviesa el filtro y la celda de muestra es detectada por un sensor de estado líquido y es convertida a un valor de concentración. Los analizadores infrarrojos CFG son, en general, menos sensibles a los gases interferentes, las fluctuaciones de potencia de la fuente IR, la vibración y la acumulación de polvo en el medio óptico(11).

La figura 17 muestra un diagrama de flujo correspondiente a un analizador de monóxido de carbono empleando la técnica de correlación de filtro de gas.

Figura 17. Diagrama de flujo analizador CO(12)

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(10) Tomado del manual del analizador de O3 Modelo SIR S-5014.

(11) Informe de técnicas y estrategias de monitoreo utilizadas por el DAMA en sus estaciones de monitoreo ambiental.

(12) Tomado del manual del analizador de CO Modelo SIR S-5006.

5.2.1.6. Analizador de hidrocarburos metánicos y no metánicos.

Principio de operación: Cromatografía de gases por ionización de llama

La muestra de gas es succionada por una bomba eléctrica ubicada en el interior del analizador. El flujo de gas es controlado por el instrumento el cual permite el paso de muestra durante 12 segundos, después no se hace ninguna inyección de aire. El ciclo total se completa cada 3 minutos, dando como resultado un total de 20 ciclos en una hora.

En el comienzo del ciclo, la válvula inyecta el contenido de la muestra en una columna cromatográfica (consiste en un aceite de silicona ubicada sobre un soporte sólido), apareciendo el metano en sentido descendiente de la columna y en orden secuencial de tiempo, seguido por otros hidrocarburos pesados.

Alcanzado el fin de la corriente, en sentido descendiente de la columna y la vaselina cromatográfica, se lleva a cabo la lectura de la concentración máxima de metano. Posteriormente, los hidrocarburos que permanecen en la columna son lavados a contracorriente para así medir el pico de estos que aparece en la vaselina cromatográfica y dentro del sistema de la columna (el flujo es revertido directo en la columna) para mostrar así el pico medido de hidrocarburos no metánicos.

La muestra es transportada a un detector de llama de hidrogeno donde las concentraciones máximas de hidrocarburos son medidas. De todas las mediciones en el detector se generan señales eléctricas que son amplificadas y registradas en la pantalla y la altura de los picos de los componentes del gas, las cuales se expresan como concentraciones.

5.2.1.7. Otros elementos necesarios para la operación de SVCA automáticos.

Con el fin que los equipos automáticos funcionen adecuadamente y puedan ser calibrados, es necesario que cuenten con equipos accesorios y gases patrón que garanticen la confiabilidad de los resultados de la medición. Estos accesorios se muestran a continuación.

Generador de aire cero

Es un sistema simple capaz de producir aire seco de alta calidad libre de partículas.

Están diseñados para remplazar cilindros de gas como fuente estándar de calibración.

 

 

La operación consiste en llevar el aire ambiente al generador de aire cero donde es comprimido y luego purificado usando una combinación de desecantes y filtros. Hay dos juegos de cánister de desecantes, los cuales tienen que ser llenados periódicamente; bajo uso normal, duraran hasta seis meses. El otro juego de cánister contiene carbón, purafil y paladio en alúmina, un catalítico que no es consumible. Se debe tener en cuenta el cambio periódico del filtro.

Calibrador dinámico por dilución

Permite realizar dilución de gases y efectuar calibraciones a los analizadores de gases.

Provee estándares de calibración para chequeos multipunto, span y de cero.

Generador de hidrogeno

El más importante componente de cada generador es el sistema electrolítico constituido a partir de un número de electrodos en serie. Una característica general de los electrodos Claind es un orificio estrecho que permite que sean ensamblados dentro de una celda completa. Cuando un voltaje continuo es suministrado a los conectores en una terminal electrónica de una celda de modo electrolítica, ocurre la siguiente reacción:

 

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El electrolizador produce H2 y O2. El oxígeno es disipado sin peligro dentro de la atmósfera, mientras el flujo de hidrogeno va directo a un desecador donde es secado con un rociado a presión a una temperatura de -57º F (-40ºC). Después es estimulado el generador y los gases producidos por la electrólisis del agua son separados y no pueden volver a combinarse.

Este hidrógeno producido es desmineralizado y requerido para rellenar el tanque interno (cargado automática o manualmente por el operador). La cantidad de agua electrolizada en la unidad depende directamente de la constante de flujo que cruza directo al módulo de celda. Un electrolito alcalino (escala definida durante la manufactura) es adherido al agua para aumentar la alcalinidad.

Herramientas, equipamiento e instrumental de uso general

Para realizar de manera adecuada la revisión y calibración de las estaciones automáticas, es necesario contar con una serie de herramientas e instrumentos básicos, los cuales se describen en la tabla 1.

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Estos implementos son indispensables para efectuar los diversos procedimientos de mantenimiento revisión y calibración de los equipos que conforman las estaciones automáticas de calidad del aire. Sin embargo, en caso de ser necesario, las actividades de revisión y calibración que requieran de un desarrollo más complicado o de mayor duración deberán ser ejecutadas con algunos equipos adicionales que se incluyen en los procedimientos específicos.

Entre estos equipos y herramientas se puede mencionar el burbujeador, utilizado para evaluar el adecuado funcionamiento de los calibradores multigás y el medidor de flujo para verificar el comportamiento de los muestreadores de material particulado.

5.2.2. Procesamiento de la información.

Esta actividad comprende la validación de los datos y la determinación de factores puntales que pudieron afectar la medición, a fin de incluirlos en la base de datos. Durante esta etapa se realiza el análisis y la consolidación de los datos para llegar a conclusiones acerca de la calidad del aire dentro del dominio del SVCA.

Es en esta etapa donde se deben cumplir los objetivos previstos para el sistema.

En el capítulo sobre etapas comunes a todos los SVCA (capítulo 9) se muestra la forma en que debe realizarse el procesamiento de la información.

Previo al procesamiento de la información se deben enviar los datos al analista desde la estación. Para ello es necesario que existan ciertos dispositivos que se encargarán de la toma del dato desde el analizador, el pre procesamiento, en promedios configurados por el usuario y la transmisión de los datos tal como se muestra en la figura 18.

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Por lo general en los SVCA el procesamiento de la información se realiza automáticamente a través de un software central que comunica con las estaciones y gestiona la información para que sea trasferida y luego analizada con las herramientas propias de dicha aplicación. Un ejemplo de captura y manejo de la información se presenta en la figura 19.

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5.2.3. Reporte.

El reporte es el resultado de la operación del SVCA que se lleva a la comunidad, dependiendo del SVCA del aire dicho reporte tendrá unas características específicas, como su publicación en página web o a través de informes periódicos. La forma específica de los reportes se presenta en el capítulo 9 donde se establecen elementos comunes a todos los SVCA, en donde se detallan los componentes mínimos para cada uno de los reportes.

5.2.4. Aseguramiento y control de calidad.

Esta actividad comprende el conjunto de procesos y requerimientos necesarios para garantizar la confiabilidad de la información. El aseguramiento y control de la calidad debe llevarse a cabo a lo largo de todas las etapas de la operación del SVCA. El capítulo 9 sobre etapas comunes a todos los SVCA describe la forma como se debe llevar a cabo.

Todo SVCA debe tener un plan de calidad implementado que garantice la confiabilidad de la información.

5.2.5. Mantenimiento de equipos.

Cada SVCA debe tener un programa de mantenimiento preventivo y correctivo. Este programa define las acciones generales a seguir con el fi n de evitar fallas en el SVCA e incrementar la confiabilidad de los datos.

En el programa de mantenimiento se definen las rutinas de chequeo y limpieza de partes, que aseguran el funcionamiento del sistema, así como también las frecuencias de estas actividades. Es recomendable referirse al manual del fabricante para rutinas de mantenimiento específicas.

El mantenimiento de los equipos garantizará la continuidad en la toma de muestras en el SVCA. Un estricto programa de mantenimiento preventivo y correctivo debe incluirse en el plan de calidad del SVCA. De todos los mantenimientos realizados se debe llevar registro de acuerdo a como se especifique en dicho plan.

Los SVCA automáticos poseen equipos con la capacidad de realizar pruebas automáticas que diagnostican el estado del equipo, tal como se muestra en la figura 19. No obstante, debe existir un programa de mantenimiento que siga por lo menos los lineamientos especificados a continuación.

(13) Software Airviro. Sweden Meteorological e Hydrological Institute. Tomado del informe final estudio de la calidad del aire en zonas urbanas y mineras del departamento del Cesar. Fase 1 diagnóstico y diseño de redes de monitoreo.

Figura 20. Pruebas automáticas internas y externas de equipos analizadores(14) 

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5.2.5.1. Revisión de los analizadores de calidad del aire.

Antes de realizar la medición de los contaminantes, es necesario realizar una revisión general de los analizadores de calidad del aire. La revisión de cada analizador se debe realizar por separado. A continuación se presenta una breve descripción de las pruebas y actividades que se pueden realizar para este tipo de equipos.

Revisión del analizador de partículas suspendidas totales (PST)

En la figura 21 se describen las actividades necesarias durante la revisión del analizador de partículas suspendidas totales.

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Se debe efectuar una observación general al equipo y sus partes, con el fin de revisar el estado de limpieza del cabezal, del toma-muestras, del filtro de partículas y de los sellos y empaques. Así mismo, es necesario verificar el estado de la bomba externa y cambiar el kit con periodicidad semestral.

Se debe igualmente, verificar el estado general de la cinta para comprobar que no se esté rasgando, enredando o sufriendo daños por causas externas. Además, es necesario tener un control visual de la duración de la misma. En caso de encontrar algún problema con la cinta, es necesario detener el proceso de muestreo, arreglar la cinta y posteriormente reactivar nuevamente el proceso de muestreo.

(14) Tomado de la página web www.sirsa.es.

Por otro lado, se debe realizar una prueba general al equipo para comprobar el estado de sus principales parámetros y lecturas, esto permite obtener una idea del estado general del mismo.

Se debe verificar la base de datos del analizador con el fin de visualizar posibles interrupciones en la medición, datos constantes o datos no coherentes durante el registro.

Revisión del analizador de material particulado menor a 10 micras (PM10)

En la figura 22 se describen las actividades necesarias durante la revisión del analizador de material particulado menor a 10 micras.

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Se debe realizar una revisión general al equipo y a sus diferentes partes, con el fin de verificar el estado de limpieza del cabezal, del toma-muestras, del filtro de partículas y de los sellos y empaques. Así mismo, es necesario verificar el estado de la bomba externa y realizar un cambio de kit con periodicidad semestral.

También se debe verificar el estado general de la cinta para comprobar que no se esté rasgando, enredando o sufriendo daños por causas externas. Además, es necesario tener un control visual de la duración de la misma. En caso de encontrar algún problema con la cinta, es necesario detener el proceso de muestreo, arreglar la cinta y posteriormente reactivar nuevamente el proceso de muestreo.

Igualmente, se debe realizar una prueba general al equipo para comprobar cada uno de sus principales parámetros y lecturas, permitiendo tener una idea del estado general del mismo.

Por otro lado, se debe verificar la base de datos del analizador con el fin de visualizar posibles interrupciones en la medición, datos constantes o datos no coherentes durante el registro.

El cambio de cinta de los analizadores de material particulado es un procedimiento básico de operación que asegura el buen comportamiento y operación de estos analizadores.

El procedimiento se efectúa generalmente cada dos meses con el fin de mantener una operación adecuada y constante, sin embargo debe verificarse en la guía del fabricante la frecuencia sugerida y el procedimiento específico, puesto que existen equipos en el mercado a los cuales se les hace cambio de cinta una vez al año.

La función primordial de la cinta es la de retener las muestras de material particulado en un periodo de tiempo determinado, obteniendo entonces una concentración de partículas relacionada directamente con un flujo de entrada de aire y un tiempo de medición.

En la figura 23 se indica el proceso que se debe realizar para el cambio de la cinta filtro en un analizador de material particulado por atenuación de rayos Beta, tal como se indica a continuación:

• En caso de que la cinta instalada en el analizador no se haya terminado, es indispensable fijar el analizador en modo suspendido. En algunos analizadores con este procedimiento se apaga la bomba automáticamente. Si la bomba de succión del analizador continúa activa, es indispensable apagarla.

• Si la boquilla de muestreo se encuentra en la posición de muestreo, es necesario fijarlo en la posición de espera.

• Antes de liberar la cinta de muestreo se deben soltar los discos sujetadores. Posteriormente, es necesario halar el tornillo sujetador hacia fuera, o la palanca sujetadora hacia arriba, levantando los rodillos que sujetan la cinta. Por último, y sin soltar este tornillo se debe elevar verticalmente el eje que sujeta los rodillos.

• Una vez liberada la cinta de partículas, es necesario retirarla teniendo en cuenta la disposición de la misma con respecto a los rodillos para colocar adecuadamente la nueva cinta.

• Se debe colocar la cinta teniendo mucho cuidado con la disposición de la misma en relación con los rodillos, y recordando que esta debe desplazarse de derecha a izquierda.

En algunos analizadores es necesario halar de nuevo la palanca para que libere los rodillos y estos aseguren nuevamente la cinta.

• Antes de poner en operación nuevamente el monitor, es necesario halar de nuevo el tornillo sujetador para que libere los rodillos y estos aseguren nuevamente la cinta.

• Posteriormente, es necesario fijar el analizador en modo normal, lo que activa automáticamente la bomba, y esperar a que se cumpla la secuencia de inicio y que se fi je en la fase medición.

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Revisión del analizador de dióxido de azufre (SO2)

En la figura 24 se describen las actividades a realizar durante la revisión del analizador de dióxido de azufre, tal como se muestra a continuación:

• Verificar las conexiones eléctricas y neumáticas del analizador, así mismo es necesario verificar el nivel de flujo y el funcionamiento de la bomba.

• Revisar que el analizador se encuentre prendido y en modo de muestreo y no presente señales de alarma. Así mismo se debe revisar el dato en la pantalla con el fin de ver posibles variaciones en el mismo.

• Realizar un diagnóstico general del mismo, verificando los diversos parámetros de diagnóstico que se muestran en pantalla. Dichos parámetros deben encontrarse dentro de los rangos recomendados por el fabricante.

• Por último, es importante verificar el dato mostrado en la pantalla del analizador contra el dato registrado por el datalogger, dicha verificación puede ayudar a identificar fallas internas, fallas de conexión o de transmisión, o fallas de configuración.

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Revisión del analizador de óxidos de nitrógeno (NO/NOx)

En la figura 25 se describen las actividades necesarias durante la revisión del analizador de óxidos de nitrógeno, tal como se muestra a continuación:

• Es necesario verificar las conexiones eléctricas y neumáticas del analizador, así mismo es necesario verificar el nivel de flujo presente y el buen funcionamiento de la bomba.

• Es importante revisar que el analizador se encuentre prendido y en modo de muestreo y no presente señales de alarma. Así mismo, se debe revisar el dato en la pantalla con el fin de observar posibles variaciones.

• Después de revisar el funcionamiento básico del equipo, es necesario realizar un diagnóstico general del mismo, verificando los diversos parámetros de diagnóstico que se muestran en pantalla. Dichos parámetros deben encontrarse dentro de los rangos recomendados por el fabricante.

• Por último, es importante verificar el dato mostrado en la pantalla del analizador contra el dato registrado por el datalogger. Dicha verificación puede ayudar a identificar fallas internas, fallas de conexión o de transmisión y fallas de configuración.

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Revisión del analizador de ozono (O3)

En la Figura 26 se describen las actividades necesarias durante la revisión del analizador de ozono, tal como se muestra a continuación:

• Es necesario verificar las conexiones eléctricas y neumáticas del analizador, así mismo es necesario verificar el nivel de flujo presente y el buen funcionamiento de la bomba.

• Es importante revisar que el analizador se encuentre prendido y en modo de muestreo y no presente señales de alarma. Así mismo, se debe revisar el dato en la pantalla con el fin de ver posibles variaciones en el mismo.

• Después de revisar el funcionamiento superficial del equipo, es necesario realizar un diagnóstico general del mismo, verificando la temperatura de la celda de reacción, el flujo interno y el voltaje de la lámpara.

• Por último, es importante verificar el dato mostrado en la pantalla del analizador contra el dato registrado por el sistema de adquisición de datos (datalogger). Dicha verificación puede ayudar a identificar fallas internas, fallas de conexión o de transmisión y fallas por configuración.

 

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Revisión del analizador de monóxido de carbono (CO)

En la figura 27 se describen las actividades necesarias durante la revisión del analizador de monóxido de carbono, tal como se muestra a continuación:

• Se debe verificar las conexiones eléctricas y neumáticas del analizador, así mismo es necesario verificar el nivel de flujo presente y el buen funcionamiento de la bomba.

• Es importante revisar que el analizador se encuentre prendido y en modo de muestreo y no presente señales de alarma. Así mismo se debe revisar el dato en la pantalla con el fin de observar posibles variaciones.

• Revisado el funcionamiento básico del equipo, es necesario realizarle un diagnóstico general, verificando los diversos parámetros de diagnóstico que se muestran en pantalla del equipo. Dichos parámetros deben encontrarse entre los rangos recomendados por el fabricante.

• Por último, y antes de continuar con otros analizadores, es muy importante verificar el dato mostrado en la pantalla del analizador contra el dato registrado por el datalogger. Esta verificación puede ayudar a identificar fallas internas, fallas de conexión, de transmisión o fallas de configuración.

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Cambio de filtros en los analizadores de gases

Los analizadores de gases cuentan con filtros, generalmente de teflón, que sirven para evitar la entrada de material particulado en los mismos, y en particular, hacia la cámara de reacción o las celdas ópticas. Los filtros pueden ser de 37 ó 47 milímetros y normalmente

tienen una porosidad de cinco micras. Dichos filtros hacen parte de los consumibles determinantes

para la adecuada operación de los analizadores de calidad del aire.

Algunos analizadores presentan un filtro externo, localizado en la parte posterior del rack, al lado de los manifolds de muestreo y otros cuentan con un compartimiento interno ubicado en la parte frontal del analizador. Sin embargo, el tipo de filtro y la metodología para el cambio es muy similar en ambos casos y se describe en la figura 28.

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En el caso de analizadores con el filtro en la parte posterior, se deben desenroscar los tornillos que permiten abrir y cerrar el dispositivo que lo contiene, levantando la tapa y dejando el filtro al descubierto.

En el caso de analizadores con el filtro en la parte frontal se debe abrir el panel frontal del analizador doblándolo hacia abajo, ubicar el filtro al lado izquierdo del panel e inspeccionarlo visualmente a través de la ventana de vidrio. Posteriormente, se debe desenroscar la tapa del dispositivo que contiene el filtro, retirando el vidrio protector y dejándolo al descubierto.

Una vez retirada la tapa del filtro, es necesario liberar el mismo retirando el anillo sujetador y el O-ring para luego extraer el filtro.

Después de haber retirado el filtro usado, se debe tomar un filtro nuevo y colocarlo en el dispositivo teniendo en cuenta que el elemento debe estar completamente asentado en el fondo del mismo.

Antes de cerrar nuevamente el dispositivo del filtro, se debe revisar el estado del O-ring y reemplazarlo, en caso de ser necesario. Posteriormente, se debe colocar el anillo sujetador y cerrar la tapa del dispositivo ajustándola manualmente.

5.2.5.2. Verificación de la calibración de los analizadores de calidad del aire.

Para verificar el funcionamiento de los analizadores de gases contaminantes, es necesario realizar una calibración multipunto, utilizando la metodología recomendada por la EPA. Esta metodología consiste esencialmente en hacer pasar una mezcla de gases de concentración conocida a través del analizador y comparar el valor reportado por el equipo contra el valor del patrón.

La figura 29 ilustra la metodología empleada para los analizadores de SO2, NO/NOx y CO. En el caso de la metodología para analizadores de O3 existe una leve diferencia en el montaje dado que no existen cilindros con O3 por ser un gas altamente inestable. Sin embargo, dicha metodología se presenta más adelante.

 

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Se recomienda emplear un cilindro de una mezcla gaseosa de concentración conocida y con certificado de composición bajo trazabilidad NIST15. Esto permite asegurar que la mezcla utilizada tenga una concentración exacta y por lo tanto asegura la precisión y exactitud del proceso de calibración. En la figura 30 se indica el procedimiento que se debe seguir para realizar la calibración.

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(15) NIST: Instituto de pruebas estándar de Estados Unidos.

Metodología para efectuar la calibración multipunto de analizadores de calidad del aire

La calibración multipunto de analizadores de calidad del aire consiste básicamente en efectuar al menos cinco mezclas de concentración conocida, las cuales se hacen pasar a través de los equipos analizadores con el fin de evaluar la precisión y exactitud de los datos arrojados por dichos equipos.

El patrón de referencia

Como se menciona en el numeral 5.2.5.3., el calibrador multigas es el patrón de referencia para evaluar el adecuado comportamiento de los analizadores de calidad del aire.

Se debe emplear un cilindro con una mezcla de gases con concentraciones como la especificada en la tabla 2. La composición de los gases de este cilindro debe ser certificada.

Esto permite asegurar que la mezcla utilizada tenga una concentración exacta y por lo tanto asegura la precisión y exactitud del proceso de calibración.

Tabla 2. Ejemplo de la composición de la mezcla de gases del cilindro usado para la verificación de la calibración de los analizadores de gases.

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Como gas de dilución se debe usar un cilindro de N2 de alta pureza (99.999%) o en su lugar una fuente de generación de aire cero, que posea lavadores de CO, HC, NOx, SO2 y O3. Este procedimiento se ciñe a las recomendaciones de la EPA para calibración de analizadores de gases.

Como mezclador dinámico de gases se debe emplear un calibrador multigás (calibrador dinámico) que permita generar diversas mezclas de concentraciones conocidas.

Antes de efectuar la calibración de los equipos es necesario verificar el correcto funcionamiento de este mezclador. La verificación del funcionamiento del calibrador multigás seleccionado se debe aplicar tanto al inicio del proceso de verificación de calibración de los analizadores de gases, como al final de acuerdo con las especificaciones dadas en el numeral 5.2.5.3. El resultado del anterior procedimiento debe ser muy similar con el fin de asegurar la precisión y exactitud de la calibración efectuada.

Actividades previas

Antes de dar inicio al proceso de calibración de los analizadores de gases existe una serie de actividades que se deben realizar con el fi n de asegurar el buen funcionamiento de los equipos y de la metodología utilizada.

• Herramientas utilizadas

Para empezar con la calibración de los analizadores de gases, es necesario contar con las siguientes herramientas:

— Llave de expansión

— Destornillador de pala

— Acople para pasar del sistema milimétrico a NPT

— Compresor

— 2 mangueras de polietileno LDPE

— Calibrador multigás

• Purga del compresor de aire

Como medida de seguridad, antes de realizar el montaje, es necesario purgar el compresor de aire abriéndole el desagüe que posee en uno de sus costados. Esto, con el fin de asegurar que el aire que va a ser introducido en los Controladores de flujo másico no contiene agua que pueda afectar los sensores y el funcionamiento de esta parte del equipo.

• Verificación de la fecha de vencimiento de los gases utilizados

Antes de iniciar la calibración de los analizadores de gases, es indispensable verificar la fecha de vencimiento de los gases que se utilizarán para dicho efecto. Este procedimiento es indispensable con el fin de asegurar la validez de los datos que se utilizarán durante el proceso.

Montaje

Para realizar la calibración de los analizadores de gases se debe conectar una fuente de aire cero a la línea de aire del calibrador y un cilindro con mezcla de gases certificada a una de las líneas de gases. Adicionalmente, es necesario conectar la salida del calibrador al manifold que distribuye las muestras de aire a cada uno de los equipos.

Una vez efectuado el montaje inicial, es necesario tapar otras entradas de muestra tanto al manifold como a los equipos, con el fin de evitar diluciones adicionales y poder asegurar la concentración de la dilución suministrada a cada uno de los equipos.

Por otra parte, es importante tener en cuenta el flujo de entrada de los analizadores, y la cantidad de analizadores alimentados por el manifold con el fin de aplicar, como flujo de muestra, al menos la sumatoria de flujos, a la entrada del manifold. El flujo de mezcla debe ser igual o superior al flujo total tomado por los analizadores con el fin de evitar diluciones adicionales.

Proceso de verificación y de calibración

Se entiende por calibración al conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento de medida o un sistema de medida, o los valores representados por una medida materializada o por un material de referencia, y los valores correspondientes de una magnitud de medida o patrón. A efectos de análisis instrumentales, entenderemos por calibración la determinación de la función de calibración: relación entre la concentración de contaminante

en el aire y la lectura del instrumento. El proceso de calibración implica el ajuste de la respuesta del equipo. Por otro lado se entiende por VERIFICACIÓN las mismas acciones descritas anteriormente, pero sin la realización de ajustes a los equipos.

A continuación se incluirán todas las verificaciones y calibraciones, tanto de CERO y SPAN como multipunto, a realizar sobre los equipos, así como la periodicidad de las mismas que se realizarán a los monitores de gases.

Se entiende por CERO cuando se suministra aire limpio, sin contaminantes al monitor de gas. SPAN corresponde al suministro de una concentración conocida del gas, normalmente del 80-100% del tope de la escala de medición.

Las operaciones de verificación y de calibración se dividirán de la siguiente forma, según su realización:

Verificaciones CERO-SPAN.

Verificaciones multipunto.

Calibración de CERO-SPAN.

Calibración multipunto de acuerdo con la norma CFR40

(http://www.epa.gov/lawsregs/search/40cfr.html)

Como regla se realiza una calibración multipunto después de una reparación mayor de un equipo o después de instalarlo o reinstalarlo. Los periodos de calibración se deben recoger en la ficha de control de equipos junto con los mantenimientos. En la tabla 3 se muestra una periodicidad para la realización de estas pruebas.

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El estado de calibración de un equipo debe quedar perfectamente indicado mediante la colocación de una etiqueta sobre el mismo que contendrá la información que se muestra a continuación:

Código del equipo 
Fecha de calibración 
Fecha de la próxima calibración 

Como casos excepcionales, se realizará una calibración multipunto en los siguientes casos:

• Puesta en marcha del equipo tras una avería o mantenimiento correctivo de importancia

• Puesta en servicio por primera vez del equipo tras su instalación

• Después de un largo periodo fuera de uso, cuya duración dependerá de cada equipo y de la experiencia adquirida sobre el mismo

En las verificaciones de CERO y SPAN se deben adoptar los siguientes criterios de aceptación:

• Deriva de CERO menor que 1% del fondo de escala del rango de medición.

• Deriva de SPAN menor que el 6% del tope de escala del rango de medición.

Si no se cumple alguno de los criterios anteriores se deberá proceder a revisar el equipo, tras lo cual se realizará una verificación de CERO y SPAN y, en función de los resultados, se realizaría una calibración multipunto.

En las verificaciones multipunto, se tomará como criterio de rechazo el que el factor de correlación esté fuera del rango de 1± 0,01%, la pendiente fuera del rango de 1 ± 0,05 y el intercepto sea mayor que 1% del tope de escala del rango de medición, tal como se muestra en la tabla 4. En caso de no cumplir estos criterios se debe revisar el equipo y realizar una calibración multipunto antes de poner el equipo en operación.

Los criterios de aceptación para las calibraciones SPAN y CERO o multipunto deben estar establecidos en el programa de AC/CC.

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Los registros de las operaciones de verificación y calibración de los equipos se anotarán en formatos como los que se establecen en la tabla 5 y en la tabla 6.

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En la tabla 7 se presenta la explicación de los resultados obtenidos después de un proceso de calibración.

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5.2.5.3. Verificación del correcto funcionamiento de calibradores multigás.

Un calibrador multigás es un equipo que mezcla un gas de referencia (mezcla de CO, NO2, y SO2 en N2 con composición conocida) con aire puro (aire cero) en proporciones deseadas. De esta forma el calibrador multigas proporciona un gas cuya concentración de CO, NO2, y SO2 es especificada por el usuario. La figura 31 ilustra su funcionamiento.

El calibrador multigás consta de una entrada para aire, varias entradas para gases y una sola salida de la mezcla realizada. Los calibradores multigases se utilizan para calibrar los analizadores de CO, NOx y SO2 de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire.

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Los calibradores multigas realizan la mezcla usando dos controladores de flujo másico.

Uno de estos específicamente destinado a controlar los flujos de aire cero para rangos entre 0 y 10 L/min, y el otro destinado a controlar los flujos de gases para rangos entre 0 y 100 mL/min.

Dichos flujos son establecidos digitalmente, por medio de comandos numéricos, con el teclado del calibrador.

Es importante anotar que solamente se puede realizar una dilución a la vez, esto quiere decir que se utiliza la entrada de aire y solamente una de las entradas de gases por cada dilución deseada.

A continuación se presenta una metodología para verificar el correcto funcionamiento de los calibradores multigás utilizados en redes automáticas de calidad del aire.

Metodología para verificar el funcionamiento de los calibradores multigás

La verificación de la correcta operación de un calibrador multigás consiste en comparar los flujos volumétricos reportados en cada canal del calibrador contra un patrón de medición de flujo volumétrico de referencia.

El patrón de medida

En este caso se usa un burbujeador (soap bubbler fl ow-meter) como patrón de medición.

Este dispositivo es recomendado por la EPA como uno de los patrones de medición de flujo volumétrico. La figura 32 muestra un burbujeador.

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El burbujeador consiste en un tubo en vidrio de diámetro constante con varias marcaciones a distancias determinadas y dos entradas de aire en la parte inferior del mismo.

Este tubo contiene una pequeña cantidad de una solución jabonosa. En una de las entradas se conecta la fuente del flujo volumétrico a ser medido. La otra entrada permite producir burbujas soplando la solución jabonosa. Una vez producida una burbuja la fuente de gas la arrastra a lo largo del tubo. Midiendo la distancia (L) que recorre la burbuja en un tiempo dado (t) y el diámetro del tubo (Di) se encuentra el flujo volumétrico que está produciendo la fuente de gas, mediante la ecuación siguiente:

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Una vez encontrado este flujo volumétrico, es necesario expresar este flujo a condiciones estándar (Qst.) corrigiendo el valor por la presión local (Pi) y la temperatura local (Ti), de acuerdo con la ecuación siguiente:

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Pst: Presión estándar

Tst: Temperatura estándar

Actividades previas

Antes de dar inicio al proceso de verifi cación de los calibradores multigas existe una

serie de actividades que se deben realizar con el fin de asegurar el buen funcionamiento de

los equipos y de la metodología utilizada.

• Herramientas utilizadas

Para poder empezar con la verificación de lo calibradores multigás, es necesario contar con las siguientes herramientas:

— Llave de expansión

— Destornillador de pala

— Cronómetro

— Termómetro

— Acople para pasar del sistema milimétrico a NPT

— Jabón en polvo

— Burbujeador

— Frasco lavador

— Compresor

— 2 mangueras de polietileno LDPE

— Cinta métrica

• Purga del compresor de aire

Como medida de seguridad, antes de realizar el montaje, es necesario purgar el compresor de aire abriéndole el desagüe que posee en uno de sus costados. Esto, con el fin de asegurar que el aire que va a ser introducido en los controladores de flujo másico no contiene agua que pueda afectar los sensores y el funcionamiento de esta parte del equipo.

El montaje

Para realizar la verificación del funcionamiento del calibrador multigás se debe conectar el burbujeador al puerto de salida del calibrador y una fuente de aire cero a la línea de aire del calibrador o una fuente de N2 (cilindro de N2) a la línea de gases del calibrador. La figura 33 ilustra las conexiones a realizar.

Una vez terminadas todas las conexiones, es necesario verificar que no existan fugas de aire o de gas, esto se efectúa colocando un poco de solución jabonosa en las uniones y empalmes que tenga el montaje y abriendo las líneas de aire para poder observar que no se formen burbujas.

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El proceso de verificación

• Se fija un flujo volumétrico en el calibrador multigás.

• Se determina el flujo volumétrico en el patrón de medición. Cuando el patrón de medición para dicho flujo es un burbujeador, es necesario tomar en repetidas ocasiones (por lo menos 3) el tiempo en que la burbuja de jabón se desplaza una distancia conocida. Dichos datos deben ser reportados y anotados para procesarlos posteriormente. También se debe registrar la temperatura ambiente.

• Se repite el proceso para diferentes flujos volumétricos del calibrador multigás. Mínimo 5 flujos diferentes cubriendo todo el rango de funcionamiento del calibrador multigás.

Se recomienda trabajar con el 20, 40, 60, 80 y 100% del flujo máximo permitido por los controladores de flujo másico del calibrador multigás.

Conclusiones y recomendaciones

• Una vez obtenidos los diferentes valores de tiempo del desplazamiento de la burbuja de jabón se pueden obtener valores para flujo real con base en las ecuaciones (1) y (2) mostradas anteriormente.

• Posteriormente, se grafican los puntos obtenidos de flujo real vs flujo leído en el calibrador multigás.

• Mediante el método de mínimos cuadrados se obtiene la ecuación de la línea recta que mejor representa los puntos obtenidos y el coeficiente de correlación R2.

Una pendiente de la recta cercana a 1 indica que el calibrador está funcionando apropiadamente. La constante de la recta indica el offset del calibrador. Un coeficiente de correlación alejado de 1 indica que el funcionamiento del calibrador es inestable o que el proceso de toma de datos no fue realizado en forma apropiada. La figura 34 muestra un ejemplo de una gráfica obtenida durante un proceso de calibración de controladores de flujo másico.

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La verificación del correcto funcionamiento de los calibradores multigás es una actividad previa fundamental para poder realizar la calibración de los analizadores de calidad de aire.

Esto con el fin de asegurar el correcto funcionamiento del equipo que servirá posteriormente como el patrón de verificación de los analizadores de gases.

6. Sistemas híbridos de vigilancia de la calidad del aire.

Los sistemas híbridos de vigilancia de la calidad del aire se caracterizan por combinar las ventajas de los sistemas manuales y los automáticos. Con la combinación de tecnologías se pueden optimizar costos y ampliar la cobertura del sistema aprovechando la resolución y oportunidad de los métodos automáticos y los menores costos de los métodos manuales.

Estos sistemas tienen una desventaja, dado que el grado de entrenamiento de los operarios debe ser mayor, así como la cantidad del personal requerido, aspecto que puede minimizarse con los equipos semiautomáticos.

La figura 35 muestra las etapas generales de operación de un SVCA híbrido. Tal como se observa, está compuesto por cinco etapas que combinan las de los otros SVCA ya vistos.

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. Eelementos comunes en todos los SVCA.

7.1. Programa de control y aseguramiento de la calidad(16).

Todo sistema de vigilancia de la calidad del aire deberá implementar un programa de control y aseguramiento de la calidad que deberá involucrar los elementos descritos a continuación.

Un programa de aseguramiento de calidad (AC) se define como un conjunto de actividades organizadas por etapas, diseñadas para alcanzar unos objetivos de calidad de datos y certificar que tales datos tengan una calidad conocida.

El control de calidad (CC) es el sistema general de las actividades técnicas que miden los atributos y desempeños de un proceso, artículo, o servicio respecto a estándares definidos, con el objeto de verificar que estos se encuentren dentro de los requisitos establecidos por el usuario. Se desarrolla para asegurar que la incertidumbre de las mediciones se mantenga dentro de criterios de aceptación establecidos por los objetivos de calidad de datos(17).

En síntesis el control de calidad se considera como el uso cotidiano de procedimientos diseñados para obtener y mantener niveles específicos de calidad en un sistema de medición.

(16) Tomado traducido y complementado de air quality handbook for air quality measurements systems.

(17) Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems Volume II: Part 1 Ambient Air Quality Monitoring Program Quality System Development.

El aseguramiento de la calidad es un grupo de acciones coordinadas, como planes, especificaciones y políticas usadas para asegurar que el programa de mediciones sea cuantificable y tenga una calidad conocida(18).

Un programa de control y aseguramiento de la calidad para una SVCA, solo puede existir y cumplir su propósito dentro del desarrollo de un programa de vigilancia y control de la calidad del aire. Ninguna actividad de vigilancia puede ser justificada si no existe un programa de control y aseguramiento de la calidad que la respalde.

En la tabla 8 se resumen los aspectos principales que debe contemplar un programa de control y aseguramiento de la calidad. Los objetivos de calidad de los datos definen los requerimientos que deben cumplir las mediciones, de manera que estas puedan ser usadas para resolver las preguntas formuladas en los objetivos de vigilancia, debiendo cumplir con ciertas características tales como: exactitud, precisión, integridad, representatividad y compatibilidad.

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Los objetivos de vigilancia y de calidad de los datos necesitan ser definidos claramente

para optimizar el diseño del SVCA, seleccionar los contaminantes apropiados y sus métodos

de medición (de acuerdo con las condiciones ambientales de la región) y determinar el nivel

requerido de control de calidad y manejo de datos.

Las principales fases de la estrategia de vigilancia, con un programa de control y aseguramiento

de calidad, se agrupan en:

• Diseño del SVCA.

• Selección del sitio.

• Evaluación y selección del equipo.

• Diseño del sistema de medición.

• Infraestructura del sitio.

• Operaciones de rutina.

• Mantenimiento y calibración del equipo.

• Acopio, revisión y validación de los datos.

7.1.1. Objetivos del programa de control y aseguramiento de calidad.

Un programa de control y aseguramiento de calidad debe garantizar que los datos obtenidos del sistema de medición sean representativos de las concentraciones ambientales existentes en cualquiera de las áreas bajo investigación. Esto implica que:

• La variación en los resultados medidos por diferentes instrumentos se mantenga dentro de un intervalo permitido.

• Se minimicen las variaciones entre laboratorios.

• Las variables sean medidas con la misma exactitud y precisión a través de todo el SVCA.

• Las mediciones deberán tener la suficiente precisión y calidad para cumplir con los objetivos de vigilancia establecidos.

• Los datos deberán ser comparables y reproducibles. Los resultados dentro de un mismo SVCA deberán ser consistentes y comparables con estándares internacionales.

• Los resultados deberán ser consistentes en el tiempo y seguir patrones rastreables por medio de estándares metrológicos sobre todo si se realizan análisis a largo plazo.

• Generalmente se requiere que el intervalo anual de captura de datos sea de por lo menos entre 75-80% y que la pérdida de datos esté distribuida, en lo posible, a lo largo de todo el año calendario.

El éxito de un buen programa de vigilancia dependerá en gran medida de la adecuada aplicación de un programa de control y aseguramiento de la calidad.

7.1.2. Secuencia metodológica de implementación.

Los programas de aseguramiento de la calidad para la vigilancia de calidad del aire son procesos continuos, que pueden y deben estar en constante cambio y adaptación a nuevas circunstancias, a nuevas necesidades o a cambios en la disponibilidad de recursos.

(18) “Quality assurance/Quality control program for wet deposition monitoring in East Asia”. March 2000. The second interim scientific Adviser group meeting of Acid Deposition monitoring network in East Asia.

Para garantizar la capacidad, competencia y credibilidad de toda la gestión alrededor del programa de vigilancia; a continuación se describen los aspectos más importantes para implantar un programa de aseguramiento de la calidad y su secuencia metodológica.

Aspectos adicionales relacionados con un sistema de calidad, se pueden consultar en la norma ISO 9000 o similares.

Es recomendable establecer el programa de aseguramiento de la calidad desde el inicio de la operación del SVCA y una vez definidos los objetivos de vigilancia del sistema. No obstante, puede seguirse la metodología que describe este capítulo para implementar el programa de AC en un SVCA que ya esté en operación.

En la figura 36 se representan las etapas de planeación, implementación, evaluación y generación de reportes, que componen los programas de aseguramiento de la calidad para vigilancia de la calidad del aire. Estas etapas y los elementos que las constituyen, se describirán brevemente a continuación.

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7.1.3. Planeación del programa de control y aseguramiento de la calidad.

Lo primero que se debe hacer para implementar un programa de control y aseguramiento de la calidad de un SVCA es planear a dónde se quiere llegar, y cómo se puede llegar. Las actividades de planeación incluyen:

• Inserción del programa dentro de la normatividad nacional. El programa inicia por revisar la normatividad existente para adaptarse a sus exigencias.

• Establecimiento de los objetivos de calidad de los datos. Una vez revisado el marco normativo, el programa de aseguramiento de la calidad debe definir los objetivos de calidad de los datos, que son las metas cualitativas y cuantitativas que clarifican el fin del programa de vigilancia, definen el tipo apropiado de datos que deben recolectarse y determinan las condiciones más adecuadas para la recolección de los datos.

• Selección de los métodos de medición. Después de tener claridad sobre los objetivos a cumplir, se deben seleccionar los métodos de medición que permitan alcanzarlos y que estén de acuerdo con la normatividad vigente.

• Elaboración del plan de calidad. El propósito principal de este plan es sintetizar el programa, partiendo de los objetivos y métodos que ya se han definido, puntualizando las actividades de AC y CC que deberán ser desarrolladas para su implementación. Se sugiere elaborar un solo documento. El plan deberá proporcionar una descripción clara de todos los aspectos del programa de AC y deberá incluir información sobre todos los componentes del programa de vigilancia. Además, el plan se deberá elaborar para facilitar la comunicación entre los usuarios de los datos, el grupo de trabajo del SVCA, la dirección del programa y los auditores externos. Proporcionará también los instrumentos a la parte administrativa para mantener el programa de vigilancia dentro del cronograma y según el presupuesto aprobado.

• Elaboración de los manuales de procedimientos. Se deben elaborar los manuales de procedimiento para todas las actividades relativas al programa de vigilancia, con base en los métodos de referencia.

• Elaboración de un programa de entrenamiento. Al finalizar todas las actividades anteriores, se debe organizar un programa de entrenamiento para capacitar a las personas que conforman el grupo de trabajo del SVCA. Dicho entrenamiento debe cubrir en especial, qué deben hacer, por qué deben hacerlo, cómo deben hacerlo, cuándo deben hacerlo y qué resultados deben obtener de cada actividad.

7.1.4. Implementación.

Las actividades de implementación incluyen:

• Ejecución del programa de aseguramiento de la calidad (AC). Después de contar con el programa de aseguramiento de la calidad, este debe ponerse en práctica.

• Actividades internas de control de calidad (CC). Comprende el conjunto de actividades y técnicas que miden los atributos y desempeño de un proceso, un equipo, o un servicio y los comparan con los criterios de aceptación establecidos, para que el programa de vigilancia pueda afirmar, con bases científicas, que la incertidumbre de la medición obtenida cumple con lo dispuesto en los objetivos de calidad de los datos. Para este caso se deben realizar pruebas cualitativas y cuantitativas establecidas por entidades de reconocida idoneidad y experiencia científica para asegurar que los datos obtenidos cumplirán los objetivos de calidad.

Cada una de estas pruebas evalúa partes de la incertidumbre total de la medición efectuada.

A continuación se presentan las pruebas más importantes:

• Pruebas de precisión y exactitud. Estas pruebas pueden usarse para obtener una evaluación general de la incertidumbre en las mediciones.

• Pruebas de Cero y Span. Están diseñadas para determinar si se está operando adecuadamente el sistema de medición.

• Pruebas de calibración. Se realizan en el sitio de vigilancia haciendo que el sistema analice muestras de gases con una concentración conocida de los contaminantes.

• Intercomparaciones internas. Estas pruebas consisten en la confrontación de los resultados arrojados por equipos de vigilancia comparables, pueden realizarse en el sitio de medición o en un ambiente controlado como un laboratorio.

7.1.5. Evaluaciones.

En un programa de vigilancia de la calidad del aire, las evaluaciones permiten medir el desempeño o la efectividad del programa y sus elementos. Involucran también auditorías, evaluación de desempeño, e intercomparaciones externas.

• Auditorías a los SVCA de las autoridades ambientales. Estas auditorías, generalmente externas buscan determinar si el SVCA está cumpliendo con sus objetivos de vigilancia o en caso de ser necesario, las modifi caciones requeridas para cumplir con ellos. Lo más recomendable es que sean realizadas por otras autoridades ambientales o el Ideam.

• Evaluaciones de desempeño. Este es un tipo de evaluación en el cual los datos cuantitativos generados en un sistema de vigilancia, son obtenidos de manera independiente y comparados con datos generados rutinariamente para determinar la capacidad profesional de un analista, o el desempeño de un laboratorio o de un sistema de vigilancia. Pueden hacerse bajo la colaboración de las autoridades ambientales o apoyadas por instituciones técnicas y científicas como el Ideam.

7.1.6. Reportes.

Todos los datos de concentración requerirán evaluaciones para determinar si cumplen con los objetivos de calidad, y por lo tanto deberán generarse reportes de estas evaluaciones.

Estos reportes deberán incluir:

• Evaluación de la calidad de los datos. Es la evaluación científica y estadística de los datos obtenidos por las actividades de aseguramiento y control para determinar si los datos de vigilancia son correctos y adecuados en cuanto a calidad y cantidad; así como las condiciones particulares del entorno (precipitación, temperatura, presión, intensidad de actividades productivas y su tipo de fuente, entre otras). Los datos del programa de control y aseguramiento de calidad pueden valorarse a varios niveles de agregación para determinar si los objetivos de calidad de datos se han cumplido. Por ejemplo, los datos de aseguramiento de calidad de las pruebas de precisión, exactitud y parcialidad pueden ser agregados por cada equipo monitor o para todos los monitores de un SVCA que empleen ese mismo método.

• Reportes de precisión y exactitud. Estos reportes deben generarse anualmente y evalúan la precisión y la exactitud de los datos contra los requerimientos establecidos.

• Reportes de aseguramiento de calidad. Un reporte de AC debe proporcionar una evaluación de los datos de aseguramiento y control por un periodo determinado de tiempo, para establecer si los objetivos de calidad de datos se han alcanzado en ese período.

• Intercambio de experiencias. Las experiencias obtenidas durante la implementación del programa de control y aseguramiento de la calidad podrán compartirse con otras autoridades ambientales, con el sector académico y otras entidades privadas, con el objeto de obtener una retroalimentación valiosa para el mejoramiento del SVCA. Es importante que la información derivada de estos intercambios, sea debidamente documentada y se refleje en los informes anuales de aseguramiento de calidad del aire.

Después de llevar a cabo la etapa de generación de reportes, puede enfrentarse con bases nuevas, la planeación de las acciones correctivas que permitan obtener mejores resultados continuando así el ciclo del programa de aseguramiento de calidad.

7.1.7. Características organizativas de un programa de control y aseguramiento de la calidad.

Los objetivos de vigilancia, las limitaciones económicas y la disponibilidad de personal capacitado, son factores determinantes en el alcance y complejidad del programa de AC y CC, y a la vez la sostenibilidad del mismo.

Los principios generales de la práctica del aseguramiento y control de la calidad son aplicables a todo tipo de metodología de vigilancia, sin embargo, los detalles del programa y del personal requerido dependerán en gran medida de la técnica de vigilancia implementada.

Si se usan muestreadores semiautomáticos, el programa de AC deberá hacer énfasis en aseguramiento de la calidad de las actividades de laboratorio, incluido el análisis de las muestras recolectadas; si se utilizan analizadores automáticos, se deberá concentrar esfuerzos en las mediciones.

En cualquier circunstancia, es sumamente importante que todo el personal sea consciente de que el programa de AC y CC, es un componente integral y vital de cualquier programa de vigilancia de la calidad del aire. Los operadores deben estar estrechamente familiarizados con los diferentes aspectos relacionados con los procedimientos de operación y manejo de datos. Por otro lado, la comunicación constante entre los supervisores de control de calidad y los operadores, brinda la oportunidad de intercambiar ideas y examinar los procedimientos de operación. Esta práctica puede ser efectiva para identificar rápidamente los problemas y mejorar la comunicación entre el personal de operación y los supervisores responsables de la implementación formal de los programas de AC. Un programa adecuado de AC también debe detallar los procedimientos destinados a garantizar un flujo efectivo de información, además de proporcionar una adecuada capacitación en procedimientos de CC.

7.1.8. Objetivos de calidad de datos.

Los datos recolectados por un SVCA deben responder a las necesidades de los usuarios de la información, es decir, a los objetivos de vigilancia trazados para el SVCA, y servirán en la mayoría de los casos solo para dar respuesta a las preguntas contempladas cuando se trazaron estos objetivos.

Si el SVCA está bien diseñado, bien operado y tiene un programa efectivo de control y aseguramiento de calidad, estas preguntas se podrán responder, con un grado de incertidumbre conocido.

Los objetivos de calidad de los datos trazados con base en los objetivos de vigilancia del SVCA, determinan cómo deben recolectarse los datos, los criterios para tomar decisiones y la incertidumbre aceptable para esas decisiones.

Esta incertidumbre es la suma de todas las fuentes de error asociadas a todo el proceso de obtención y procesamiento de los datos. Puede representarse por la siguiente ecuación:

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Donde:

UO = Incertidumbre total

UR = Incertidumbre de la representatividad espacial y temporal

UP = Incertidumbre de la precisión

UE = Incertidumbre de la exactitud

Incertidumbre de la representatividad espacial y temporal.La representatividad es el atributo de calidad de datos más importante de un SVCA. El término se refiere al grado en el cual los datos representan de una manera precisa y exacta, una característica de una población, la variación de un parámetro en un punto de muestreo, la condición de un proceso o una condición ambiental. No importa qué tan preciso y exacto pueda ser un dato si no representa lo que debería representar. La incertidumbre de la representatividad se puede controlar así:

Diseñando un SVCA con un tamaño adecuado, con sitios representativos consistentes con los objetivos de vigilancia.

Determinando y documentando las restricciones que impone la meteorología, la topografía, las fuentes de emisión cercanas, en los sitios de vigilancia.

Estableciendo periodos de muestreo adecuados para los objetivos de vigilancia.

Incertidumbre de la calibración e incertidumbre de la precisión.Estas incertidumbres están asociadas a todas las etapas de obtención y procesamiento de los datos. En cada una pueden ocurrir errores, que se dispersan en la siguiente. La finalidad del programa de AC es mantener la incertidumbre en un nivel aceptable, mediante la aplicación de varias técnicas.

Si se dispone de los recursos suficientes, se puede evaluar la incertidumbre en cada etapa de la medición, de lo contrario puede calcularse, evaluarse o estimarse la incertidumbre general de la medición.

Los tres indicadores más importantes de la calidad de los datos que permiten el cálculo de la incertidumbre general de la medición son:

La precisión, que se define como grado de concordancia entre las mediciones individuales de una misma propiedad bajo condiciones similares expresadas generalmente en términos de la desviación estándar. Representa el componente aleatorio del error.

La parcialidad, definida como la desviación sistemática o persistente en un proceso de medición que causa errores en una misma dirección. Puede ser determinada estimando la desviación positiva y negativa del valor real calculada como un porcentaje del mismo.

El límite de detección, que es el valor inferior del intervalo de variación de una característica (como la concentración) que un procedimiento que utiliza un método de medición específico puede discernir.

El término exactitud ha sido empleado en este documento y en general, para representar la medida de la cercanía al “valor real” de una medición pero cuando se habla de incertidumbre, esta medida puede representarse mejor como una combinación de las componentes del error asociadas a la precisión y la parcialidad.

7.1.9. Establecimiento de los objetivos de calidad de datos.

Teniendo claro el concepto de incertidumbre puede enfrentarse el proceso de establecimiento de los objetivos de calidad de datos. Este proceso debe permitir(19):

Establecer un lenguaje común entre los usuarios de la información y el personal técnico del SVCA.

Seleccionar objetivos de calidad de datos que permitan responder adecuadamente las preguntas planteadas por los objetivos de vigilancia.

Proveer una estructura lógica dentro de la cual el proceso iterativo del programa de aseguramiento de calidad (planeamiento, implementación, evaluación, reporte), puede ser logrado eficientemente.

Orientar y reforzar el desarrollo del diseño del SVCA, al definir los requerimientos espacio temporales para la implantación del SVCA(20).

El desarrollo de los objetivos de calidad de datos puede ser complejo y su resultado es definitivamente único, porque obedece a objetivos de vigilancia particulares para cada sistema de vigilancia de calidad de aire (SVCA).

(19) US- EPA. Guidance for the Data Quality Objectives Process EPA QA/G4. 1996.

(20) La US-EPA ha desarrollado software para orientar el proceso de creación de los objetivos de calidad de datos, con miras a diseñar o reformar el diseño de un SVCA, este software denominado “Data Quality Objectives (DQO) Decision Error Feasibility Trials (DEFT)” puede descargarse de www.epa.gov/ttn/ amtic/.

Lo más recomendable es tomar el objetivo de vigilancia más exigente, en términos de calidad de datos, y establecer los objetivos de calidad de datos necesarios para cumplirlo.

Por lo general los demás objetivos de vigilancia, que son menos exigentes, podrán cumplirse sin objetivos de calidad de datos adicionales. Si esta labor es exitosa se logrará minimizar la incertidumbre espacial y temporal asociada a los datos, que responde en esencia al diseño del SVCA. Resta minimizar la incertidumbre de las mediciones, que corresponde a la operación del SVCA. Esta tarea se logra evaluando y controlando los datos, en las fases de toma de muestra, procesamiento y análisis, contra los criterios de aceptación impuestos por los objetivos de calidad de datos, para cada una, en términos de los siguientes atributos:

Precisión.

Parcialidad.

Representatividad temporal y espacial.

Límite de detección.

Integridad temporal. Se define como la relación entre la cantidad de datos válidos obtenidos por un sistema de muestreo comparado y la cantidad ideal que debería obtenerse en condiciones normales de operación.

Comparabilidad. Es decir, el grado de confiabilidad con que un conjunto de datos puede ser comparado con otro.

7.1.10. Elementos de aseguramiento de calidad(21).

7.1.10.1. Documento control.

Lo más recomendable es que todo el personal que labora en un SVCA cuente con procedimientos detallados para la realización de sus tareas. Sin embargo, para poner en marcha un programa de AC, se deben elaborar al menos los procedimientos detallados para la operación rutinaria del SVCA, los procedimientos de mantenimiento preventivo y correctivo, los procedimientos de manejo, validación, análisis de datos y generación de reportes, entre otros.

Se pueden identificar de una manera amplia los siguientes procedimientos para implementar un programa de aseguramiento de la calidad:

1. Procedimientos de toma de muestra.

2. Procedimientos de calibración.

3. Procedimientos analíticos.

4. Procedimientos de análisis de datos, validación y reporte.

5. Procedimientos desempeño y auditoría del sistema.

6. Mantenimiento preventivo.

7. Plan de calidad.

8. Proyectos de aseguramiento de la calidad.

Todos estos documentos deben estar escritos en un documento de control, en manos del

coordinador de aseguramiento de la calidad.

7.1.10.2. Objetivos y políticas de aseguramiento de la calidad.

Cada organización se debe escribir y dar a conocer a su personal sus políticas de aseguramiento de la calidad.

En calidad del aire los objetivos generales del aseguramiento de la calidad son producir datos que reúnan los requerimientos de sus usuarios en términos de integridad, precisión, exactitud, representatividad e intercomparabilidad, reduciendo los costos de la calidad.

Los objetivos de la calidad deben ser difundidos entre el personal de la organización relacionado con el proceso con el fin de sensibilizarlos en todo lo referente a la importancia de la calidad de los datos en términos de los parámetros expuestos anteriormente.

7.1.10.3. Organización.

La organización del aseguramiento y la calidad plantea actividades como:

La rigurosidad que corresponde a cada actividad de aseguramiento de calidad

Preparación del programa de aseguramiento de calidad

Identificación de los problemas del AC a ser resueltos

Implementación el programa de AC

Definir un organigrama con profesionales y responsabilidades, incluyendo el programa de AC

Definir objetivos del AC (Precisión, exactitud e integridad) para cada sistema de medición

Proveer una guía para el aseguramiento de la calidad del SVCA, procedimientos de laboratorio, validación de datos, mantenimiento de equipos, calibración, etc.

7.1.10.4. Planeación de la calidad.

La planeación de la calidad en mediciones de contaminación de aire es concebida para obtener una calidad de datos aceptables a unos costos razonables. La planeación en general es pensada para el mejoramiento de una serie de acciones para a su vez cumplir con un objetivo trazado y comunicarlo a las personas encargadas de ejecutar dichas acciones En un sistema de medición se encuentran las siguientes actividades y elementos críticos:

Toma de la muestra

Análisis de la muestra

Procesamiento de datos

Equipo asociado

Personal: operadores y analistas

(21) U.S.Environmental Protection Agency. Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems. Volume II: Part 1. Ambient Air Quality Monitoring ProgramQuality System Development.

La elaboración del programa de aseguramiento de calidad implica conocer y definir todo el proceso de medición. Se debe hallar respuesta a preguntas como:

Cuáles actividades deben ser consideradas

Cuáles de estas actividades son las más críticas

Cuáles límites de aceptabilidad pueden ser asignadas a estas actividades

Cada cuánto deben ser verificadas y chequeadas estas actividades

Cuáles métodos de medida deben ser usados para chequear estas actividades

Qué acciones deben tomarse si se superan los rangos de aceptabilidad

7.1.10.5. Entrenamiento.

El entrenamiento continuo y planeado del personal que hace parte del SVCA, es una parte fundamental del programa de AC. El entrenamiento tiene como objeto incrementar la efectividad del personal y de su organización. El programa de AC requiere que se establezca una programación de entrenamiento que especifique, el perfil profesional, el entrenamiento y la frecuencia del mismo para cada cargo. Todo el personal involucrado en la operación y en el mismo programa de AC, debe tomar los cursos de entrenamiento programados, sin dejar de atender sus responsabilidades.

Se debe entrenar a todo el personal que participa en el proceso (toma de muestreas, análisis, reducción de datos y aseguramiento de la calidad). Todo el personal debe estar involucrado para garantizar los reportes con una gran calidad de los datos.

Cada funcionario debe estar enterado de los objetivos de la calidad y su responsabilidad en el proceso. Además conocer las bases teóricas de las actividades que realizan. Regularmente se deben hacer este tipo de capacitaciones, evaluando al tiempo la apropiación delos conocimientos.

Todo el personal administrativo, profesional y técnico que participa de las diferentes actividades que se dan con la vigilancia permanente de la calidad del aire, requieren ser capacitados y entrenados principalmente en el área de evaluación y control de la contaminación del aire.

Esta capacitación puede consistir en cursos, talleres o teleconferencias, ofrecidas por autoridades ambientales de orden internacional como la EPA, el CEPIS de la OPS, entre otras, o de orden nacional como el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, el Ideam, centros ambientales de universidades, instituciones académicas formales, complementados con actividades internas tales como exposiciones, lecturas o prácticas en campo.

Se recomienda que las actividades de capacitación y entrenamiento se enfoquen a los siguientes temas:

Legislación aplicada al recurso aire.

Métodos para la evaluación de la calidad del aire.

Aseguramiento de la calidad de datos, de documentos, de equipos.

Vigilancia de variables ambientales.

Calibración de equipos de vigilancia manuales y automáticos.

Prácticas de laboratorio para los métodos analíticos de calidad del aire.

Meteorología aplicada a la contaminación del aire.

Aplicación de cursos de auto instrucción sobre aire, meteorología.

Administración y revisión de sistemas administrativos.

Evaluación de impactos de la calidad de aire en la salud humana

Estadística aplicada a manejo y presentación de datos ambientales.

Inventario de emisores y emisiones de contaminantes del aire.

Evaluación de emisiones atmosféricas en fuentes fijas y móviles.

Sistemas generales para el control de la contaminación del aire.

7.1.10.6. Preparación del SVCA.

Se refiere a los aspectos de diseño de un SVCA. La elección y prueba correcta de sitios de medición es fundamental para obtener datos representativos y de alta calidad. Los elementos de diseño más importantes son:

Dominio del SVCA

Localización de las estaciones de medición

Examen del sitio

Selección de los métodos y equipos de medición

7.1.10.7. Mantenimiento preventivo.

El beneficio más importante de un programa de mantenimiento preventivo eficaz es el incremento de la disponibilidad del sistema de medición en el tiempo, es decir, tiene que ver directamente con la integridad de los datos. Adicionalmente, una operación correcta de los equipos se ve traducida en una alta calidad de los datos que los equipos adquieran.

Este elemento del aseguramiento de la calidad se debe concretar en un programa continuo de mantenimiento preventivo, donde se definan los repuestos y consumibles que deben permanecer en inventario para no suspender la operación de los equipos ante un probable reemplazo de estos elementos.

7.1.10.8. Recolección de la muestra.

El acopio de la información consiste en la captura, colección y manejo de los datos que generalmente lo lleva a cabo una persona distinta a la que realiza la validación, por lo que se necesitan fijar procedimientos y reportes que especifiquen QUIÉN está a cargo, de QUÉ parte del proyecto y CÓMO llevó a cabo su trabajo. Además deberá incluirse el DÓNDE, es decir, la localización geográfi ca, el CUÁNDO, en el cual se reportarán no solo las horas específicas, días, meses o años, sino también tópicos importantes como variaciones diurnas y estacionales, y el POR QUÉ, que consiste en establecer el propósito de la colección de los datos.

Los procesos de captura de información difieren dependiendo del tipo de tecnología que tenga cada estación. En las estaciones automáticas, este procedimiento es menos susceptible de presentar fallas, siempre y cuando se garantice la continua y adecuada comunicación entre la estación remota y la central de información, así como la seguridad de la misma.

Para el caso de muestreadores manuales o semiautomáticos, donde la captura de datos es realizada a través de una persona y generalmente requiere de procedimientos de cálculo realizados por el operador del SVCA, laboratorista u otro cargo al que le sea asignada esta labor, existe siempre mayor posibilidad de errores que puedan invalidar un dato.

Se deben hacer chequeos durante la toma de la muestra para determinar el desempeño del equipo. Se deben realizar gráficas de control para registrar las novedades durante la recolección de la muestra. El tratamiento de la muestra en la etapa posterior a la toma de la muestra es fundamental para garantizar la representatividad y calidad de esta.

Cuando un SVCA cuenta con estaciones automáticas para el monitoreo de los diferentes contaminantes criterio y la descarga de dicha información es realizada a través de comunicación telefónica, radial, satelital, cable u otro sistema de transmisión de datos, se debe garantizar y mantener el correcto funcionamiento del medio de comunicación empleado para evitar que en la transferencia y descarga de datos a la estación central de información, se pierdan registros o sean transferidos de forma errónea, haciendo que el dato quede inválido.

Toma de datos en SVCA automáticos

Si bien es cierto que con los analizadores automáticos se reduce la generación de datos erróneos y la cantidad de datos no captados, debido a que existe menor manipulación de la información, es incorrecto pensar que por tal motivo no es necesaria la existencia de procedimientos que aseguren la calidad en la transmisión de datos.

De manera interna cada analizador debe realizar procedimientos de traducción de datos a señales análogas (voltajes) y de estas a señales digitales, las cuales son las que pueden ser visualizadas en el datalogger de cada equipo. Debido a esto, es imperativo que existan programas estrictos de revisión y calibración de los equipos, para garantizar que la señal que se visualiza en el monitor coincida con las salidas eléctricas recibidas y coincida con la información almacenada en la unidad de memoria del analizador, es decir, poder asegurar que el sistema de comunicación no introduce perturbaciones. Finalmente, debe verificarse la consistencia de datos entre el datalogger y el sistema central de información.

Se recomienda verificar la consistencia global de toda la cadena de transferencia de datos, registrando en el sistema central los datos generados durante las calibraciones multipunto.

Por otro lado, se debe verificar que la distribución de información desde el sistema central de datos a los usuarios finales se realice manteniendo la consistencia de la información generada. Para esto se recomienda comparar periódicamente grupos de datos, escogidos arbitrariamente y obtenidos de cada una de las bases de datos para periodos iguales, verificando que su contenido permanezca sin alteración atribuida a los sistemas de envío y recepción de información.

Es posible que existan estaciones donde a pesar de contar con analizadores automáticos, la transmisión de los datos hacia la central de información no puede ser realizada directamente, sino que es almacenada en un procesador, también conocido como CPU (Central Processing Unit) y de ahí descargados en algún medio magnético de almacenamiento de información (USB, CD ó MMC-SD) y trasladado al centro de control. En estos casos, donde la transferencia de datos no es realizada directamente sino a través de medios externos al equipo, se hace necesario que el SVCA considere adicionalmente al programa de mantenimiento del equipo, una cadena de custodia, que garantice que los datos no van a sufrir cambios, ni deterioro en su calidad.

Transferencia de información en SVCA manuales

El acopio de información en SVCA que cuentan con equipos manuales es bien diferente al proceso en los SVCA automáticos, ya que la generación de datos de concentración de cualquiera de los contaminantes para los cuales es posible emplear estos métodos comienza desde el momento en que las muestras llegan al laboratorio y son procesadas. Por lo anterior, es indispensable que existan procedimientos detallados relacionados con la cadena de custodia de las muestras, con los respectivos registros de control de manipulación de las mismas; de esta forma se puede garantizar la calidad de los datos, en esta etapa de la medición.

Una vez las muestras son procesadas en el laboratorio a través de los diferentes métodos de análisis y determinación de la concentración de los contaminantes (gravimetría, colorimetría, entre otros), debe hacerse llegar esta información a la central de información, donde comenzará el respectivo proceso de validación de la información obtenida.

7.1.10.9. Análisis de la muestra.

Los chequeos de control por parte del analista deben conducir a:

Determinar el desempeño del sistema analítico.

Estimar la variabilidad de los resultados desde el sistema analítico en términos de precisión.

Se deben llevar gráficas de control para determinar cuando el sistema o procedimientos analíticos no funcionan adecuadamente y se deban tomar medidas correctivas.

7.1.10.10. Reporte de errores en los datos.

Los errores humanos son la fuente más común de errores en los reportes de datos. Los procedimientos de validación de datos pueden ser usados para revisar los niveles operacionales y de análisis. Las gráficas de control son una herramienta común usada para la revisión de características críticas en sistemas de medición.

7.1.10.11. Control de calidad.

Se refiere principalmente a la calidad de los equipos de medición. Se sugiere intercambiar experiencias con otros usuarios de equipos para evaluar calidad, soporte y otras ventajas de los equipos seleccionados. Se deben realizar controles de los estándares de calibración, químicos y consumibles necesarios.

A pesar de que los sistemas automáticos que usan comunicaciones telemétricas proporcionan un método de recopilación de datos efectivo y eficiente para SVCA geográficamente muy extendidos y con gran número de analizadores automáticos, se requerirán también visitas regulares de apoyo para la validación de los datos, las cuales se llevarán a cabo tan frecuentemente como la operación lo necesite y lo permitan las restricciones geográficas o de disponibilidad de personal.

Las visitas regulares buscan asegurar la operación adecuada de los instrumentos y maximizar la captura de datos y la integridad de los mismos. Se recomienda que tengan una frecuencia semanal como mínimo. Dentro de estas visitas regulares semanales deben realizarse visitas especiales una vez por mes y una vez por año donde se efectúan las pruebas más rigurosas y los procedimientos más complejos.

Algunas de las funciones que se llevan a cabo durante las visitas a los sitios de medición incluyen:

1. Preparación de instrumentos y elementos consumibles necesarios en la visita.

2. Registro del ingreso del personal a la estación en el libro de control.

3. Inspección visual del sitio, verificación del correcto funcionamiento de los equipos y sensores meteorológicos, limpieza a los toma-muestras y verificación de cambios en el entorno del sitio de vigilancia que afecten los criterios de ubicación.

4. Revisión de alarmas y eventos registrados por el sistema de adquisición de datos y analizadores o muestreadores. Registro de los cambios inusuales.

5. Inspección y limpieza de manifolds y líneas de conducción de gases. Chequeo de fugas y reparación de las fallas presentadas.

6. Reposición de consumibles como filtros de partículas para los analizadores de gases, medios de absorción de contaminantes para los sensores electroquímicos, entre otros, con la frecuencia recomendada por el fabricante.

7. Cambio de lavadores, filtros, desecadores y otros elementos de purificación del sistema de aire cero para calibración, según las recomendaciones del fabricante.

8. Chequeos y pruebas diagnósticas sugeridas por los fabricantes.

9. En el caso de equipos automáticos, verificación de span y cero en cada instrumento(22)de acuerdo con los manuales del fabricante.

10. Calibración multipunto con la frecuencia recomendada por el fabricante o cuando los valores de span o cero salgan del intervalo establecido por los objetivos de calidad de datos.

11. Calibración a los equipos meteorológicos de acuerdo con lo establecido por el fabricante.

12. Mantenimiento preventivo de los equipos de acuerdo con el manual del fabricante, a fin de anticipar la existencia de problemas.

13. En caso de presentarse fallas de operación, mantenimiento correctivo de los equipos de acuerdo con lo establecido por el fabricante en el manual de operación del equipo.

14. Verificación de las características actuales del entorno en cuanto a emisiones por fuentes fijas o móviles u otras actividades nuevas del entorno.

El desarrollo de las actividades descritas en los numerales 2 a 13, deben ser registradas en el libro de control de la estación.

El programa de AC debe establecer procedimientos separados para cada tipo de visita regular, seleccionando las tareas de acuerdo a su complejidad, su rigurosidad y a la frecuencia con que deben realizarse, es decir, las tareas de las visitas regulares anuales serán las más exhaustivas y complejas, las mensuales lo serán menos y las semanales serán las más sencillas. Así mismo, deben elaborarse los formatos correspondientes para la documentación de las visitas (listas de chequeo) y la recopilación de los datos de AC (Desviación de cero y span, ganancias, calibraciones, entre otros).

Las actividades rutinarias de aseguramiento y control de la calidad que deben efectuarse en cada estación componente del SVCA, pueden resumirse como se muestra en la tabla 9.

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7.1.10.12. Verificación y calibración.

Es el procedimiento más importante en la medición. La verificación es un proceso que establece las relaciones entre los resultados que el sistema reporta durante la medición y un patrón conocido. La calibración es la corrección que se hace al sistema de medición para minimizar el error en comparación con el patrón conocido. Un plan de verificación y calibración debe ser implementado para todos los equipos involucrados en el sistema de medición. Se deben implementar cartas de registro de las calibraciones.

(22) No deben realizarse ajustes de span y cero durante estas pruebas, que son únicamente de verificación dado que alteran inadecuadamente las ganancias de los equipos. Los ajustes se deben realizar solo durante las calibraciones multipunto.

La adecuada calibración del equipo de vigilancia es esencial para obtener datos precisos y reproducibles de calidad del aire y su importancia dentro del SVCA debe ser suficientemente enfatizada. Solo a través de la calibración de los diferentes equipos de vigilancia (incluso el datalogger), así como de las pruebas desviación del span y cero, realizadas dentro de un estricto cronograma y observando rigurosamente los procedimientos, podrá conocerse y certifi carse la calidad de los datos de vigilancia. El programa de AC debe recopilar cuidadosa y exhaustivamente los datos generados por estas actividades para su posterior evaluación.

El programa de AC y CC debe verificar que el material utilizado para la calibración de los diferentes equipos, como balanzas, medidores de fl ujo, de presión, controladores de flujo másico, fotómetros, generadores de ozono, lentes de calibración, sistemas de permeación, cilindros de mezclas de gases, sensores de frecuencia, voltímetros y amperímetros, entre otros, estén certificados contra estándares de referencia o de transferencia, rastreables a estándares primarios reconocidos o autorizadas(23).

La frecuencia de verificación o calibración de los equipos de vigilancia de calidad del aire debe ser la siguiente:

En intervalos regulares de seis meses como máximo.

Antes de que un equipo recientemente instalado empiece a reportar datos.

Antes de retirar un equipo del sitio de vigilancia.

Después de una reparación o el cambio de algún repuesto.

En intervalos de un mes para un equipo nuevo por un mínimo de 3 meses, para establecer su estabilidad.

Cada vez que el equipo se salga del rango de control de span y cero.

La frecuencia de verificación o calibración de los instrumentos meteorológicos debe ser:

En intervalos regulares de un año como máximo.

Antes de que un equipo recientemente instalado empiece a reportar datos.

Después de una reparación o el cambio de algún repuesto.

Existe una gran variedad de métodos para realizar una verificación o calibración, que dependen de la tecnología y de la calidad de datos deseada, por tanto los procedimientos específicos para calibración de cada equipo serán considerablemente diferentes. En general, se recomienda seguir las indicaciones del fabricante, e integrarlas a los procedimientos específicos de verificación y calibración de los diferentes equipos elaborados por el programa de AC.

Los datos de vigilancia anteriores a la calibración deben corregirse con base en la misma para que puedan aprobar las instancias de validación.

Para llevar a cabo la calibración individual de diferentes métodos de medición, según el tipo de muestreador y poder realizar comparaciones entre un equipo y otro, aunque sean métodos diferentes se recomiendan los procedimientos establecidos en la tabla 10.

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Revisión de Cero y Span

En el caso de los analizadores automáticos, la verificación de cero y span es una manera rápida de revisar su desempeño. Dicha revisión, debe realizarse al menos semanalmente.

Si los analizadores disponibles tienen la capacidad de realizar el chequeo de span y cero automáticamente y guardar los resultados, es posible programar estas pruebas diariamente, cuidando que los valores desde la última calibración no sean modificados automáticamente. Además deben programarse para minimizar la pérdida de datos importantes (aproximadamente por un intervalo de una hora), es decir, durante periodos del día poco relevantes, como en la madrugada, a menos que el sitio de vigilancia presente niveles importantes a esa hora.

Los procedimientos para estas verificaciones dependen de la tecnología de los analizadores y deben elaborarse a partir de las recomendaciones del fabricante.

El programa de AC debe elaborar los formatos adecuados para documentar de manera detallada los resultados de estas pruebas y las observaciones de los técnicos que las realizan.

Si el analizador se sale del intervalo de control, debe realizarse una calibración multipunto y debe identificarse, remediarse y documentarse la causa de la anomalía.

Las reparaciones necesarias deben hacerse de acuerdo con la programación de mantenimiento correctivo para minimizar la pérdida de datos.

7.1.10.13. Acciones correctivas.

Existen dos tipos de acciones correctivas: En el sitio (para corregir datos no satisfactorios o reparar el equipo) o de largo plazo (para eliminar las causas de la inconformidad de los datos). Para ejecutar acciones correctivas se deben seguir básicamente los siguientes pasos:

(23) Como el US - National Institute of Standards and Technology (NIST), la Agencia de protección ambiental US-EPA, el Ideam, la Superintendencia de Industria y Comercio.

• Definir el problema

• Asignar la responsabilidad para la investigación del problema

• Determinar la acción correctiva para eliminar el problema

• Asignar la responsabilidad para implementar la acción correctiva

• Establecer la efectividad de la acción correctiva e implementarla

• Verificar que el problema desapareció con la acción tomada

7.1.10.14. Costos de la calidad.

Se deben identificar los costos totales del control y aseguramiento de la calidad, para minimizarlos al máximo, se pueden identificar los siguientes tipos de costos en sistemas de medición de contaminación del aire:

• Costos de prevención

• Costos de valoración (relacionado con la medición y análisis de datos)

• Costos de corrección de fallas

Se deben hacer balances y reportes periódicos de los costos asociados al procedimiento de control de la calidad.

7.1.10.15. Pruebas interlaboratorios y dentro del laboratorio.

Tienen el propósito de detectar fuentes de error en las mediciones y la estimación del sesgo y variabilidad en las medidas. Esta actividad puede ser apoyada por el programa de acreditación de laboratorios del Ideam.

7.1.10.16. Procedimientos de auditoría.

Las auditorías de desempeño son hechas para evaluar cuantitativamente la calidad de los datos producidos por el total del sistema de medición, es decir, recolección de la muestra, análisis de la muestra y procesamiento de datos.

El propósito de estas actividades es detectar errores sistemáticos en los datos reportados por el SVCA, fallas en el programa de AC, en el sistema de administración, en el diseño del SVCA y en general efectuar una revisión completa del programa de vigilancia. Las auditorías internas pueden desarrollarse con la colaboración de otras entidades dedicadas a la vigilancia de calidad del aire, que cuenten con personal idóneo y equipos de iguales o preferiblemente de mejores especificaciones que los propios. Las auditorías externas pueden ser realizadas por el Ideam o por autoridades ambientales.

En este caso el programa de AC debe limitarse a realizar la programación de estas actividades de acuerdo con la frecuencia recomendada anteriormente, verificando que se cumpla esta programación e implementando las acciones correctivas que resulten de las auditorías.

Sin embargo, el programa de AC puede verificar que se utilicen procedimientos adecuados, dependiendo de la complejidad y la profundidad de las auditorías implementadas. En el documento titulado “SLAMS/NAMS/PAMS Network Review Guidance”, editado por la EPA, se encuentran lineamientos para la realización de auditorías.

Dentro de esta actividad también se realiza la intercomparación del desempeño de los instrumentos con los que cuenta el SVCA, ya sea entre sí, o con los del laboratorio de referencia, si el programa de vigilancia cuenta con uno. La meta que se persigue es asegurar que todos los instrumentos del SVCA estén operando en el mismo nivel, es decir, que se obtengan mediciones comparables entre sí. Aunque es recomendable involucrar asesores externos durante este proceso de verificación, también puede realizarse solo con el personal interno del programa de AC.

Pueden realizarse un gran número de pruebas en los diferentes equipos tanto de vigilancia de calidad de aire como meteorológico. El programa de AC debe seleccionar los que se deben implementar según los recursos con los que se cuente. Las pruebas de verificación de desempeño para los equipos de calidad del aire han sido estandarizadas en el Código Federal de Regulaciones de los Estados Unidos, título 40, parte 58, anexos A y B(24). Los procedimientos para las pruebas a los equipos meteorológicos pueden encontrarse en la guía de instrumentos y métodos de observación meteorológicos de la OMM(25). El programa de AC debe utilizar estas fuentes para desarrollar sus propios procedimientos para las pruebas de verificación de desempeño.

7.1.10.17. Validación de datos.

Aunque se implemente y se opere a satisfacción un SVCA, pueden generarse datos incorrectos. Antes que dicha información sea enviada a la autoridad ambiental nacional, es necesario establecer también un sistema de almacenamiento, revisión y validación de datos adecuado, que permita su depuración y su correcta validación.

En este proceso se filtran, aceptan o marcan datos para su análisis posterior (con criterios más amplios). Los datos invalidados deben ser archivados y conservados. Se recomienda contar con dos bases de datos, una que contenga todos los datos y otra que contenga únicamente los datos válidos.

La validación depende del tipo de datos y propósitos de las mediciones. Algunos métodos de validación son:

• Test del total de datos

• Test de límites

• Test de relaciones entre parámetros

• Test de comparación entre sitios

(24) Code of Federal Regulations. Title 40 Protection of Environment. Chapter I Environmental Protection Agency. Volume 5, part 58 Ambient Air Quality Surveillance.

(25) Organización Meteorológica Mundial-OMM. Guía de instrumentos y métodos de observación meteorológicos. OMM-No 8. Ginebra, Suiza. 1990.

Puede ser realizada por varios métodos, manuales o computarizados

Revisión de datos

El examen o revisión de los datos es un proceso rutinario, que el personal calificado debe llevar a cabo en cada visita a la estación. Este proceso de revisión da como resultado metadatos usados posteriormente por el equipo de procesamiento como insumos para el proceso de validación de los datos de vigilancia. Los metadatos o información de los datos, definidos de una manera sencilla, son las anotaciones y observaciones realizadas diariamente durante la operación de la estación, junto con la información sobre procesos como la verificación de span y cero y la calibración de los equipos, aportadas por los operadores, en los formatos respectivos.

La revisión sirve tanto para rechazar datos erróneos o inválidos e informar a los operadores de campo de fallas o problemas del equipo que requieran atención, como para identificar datos extremos de concentración de contaminantes que se salgan de los parámetros normales de calidad del aire en una zona determinada. En general, las consideraciones que se tienen que tomar en cuenta para la revisión de los datos son:

• Características e historia de instrumentos.

• Factores de calibración y tendencias.

• Datos fuera de intervalo o negativos.

• Picos o aumentos repentinos.

• Características del sitio de vigilancia.

• Efectos de la meteorología.

• Época del año y hora del día.

• Niveles de otros contaminantes.

• Observaciones desde otros sitios.

• Eventos especiales (marchas, incendios, días festivos, entre otros).

Además existen algunos criterios que se utilizan para estimar la calidad de los datos, eliminando los que no se ajustan a un comportamiento normal, teniendo en cuenta las consideraciones anteriores. Estos son:

• Las lecturas que caigan fuera del intervalo de detección del instrumento deberán ser eliminadas de la base de datos final, después de haber verificado la calibración del equipo.

• Datos que presenten cambios muy rápidos con respecto al tiempo, deberán tomarse con precaución verificando las condiciones atmosféricas o la presencia de alguna fuente de contaminación.

• Un importante indicador de la calidad de los datos pueden ser las características específicas de una estación de vigilancia, pues sus alrededores y las fuentes locales pueden influenciar las mediciones.

Existe una fuerte relación entre la concentración de los contaminantes y las condiciones meteorológicas como dispersión atmosférica, velocidad y dirección del viento, precipitación y radiación solar; las cuales tendrán que tenerse en cuenta cuando existan datos dudosos.

Ya revisados los datos, se procederá a la validación de los mismos para crear una base de datos confiable y que pueda ser utilizada para cumplir con los objetivos de vigilancia que se fijaron.

Validación de los datos de las estaciones automáticas

La validación es el proceso de confirmar los datos de vigilancia, acopiando e inspeccionando evidencia objetiva que confirme que los requerimientos específicos del uso final de los datos han sido cumplidos.

La validación de los datos debe hacerse en varios niveles, de manera manual o mediante aplicativos de software. En cualquiera de los dos casos es necesario que este proceso lo realice un profesional con experiencia y criterio para calificar, rechazar o aceptar los datos obtenidos del muestreo; para esto, debe conocer los principios básicos de la química de los contaminantes, el comportamiento de los analizadores, las condiciones meteorológicas locales, los usos de suelo de la zona de estudio, entre otros aspectos y debe considerar además factores como las desviaciones del cero y span, los resultados de las calibraciones y los ajustes realizados a los parámetros de operación de los equipos, el historial de desempeño y servicio realizado a los equipos (es decir, los metadatos provenientes de la revisión reportados por los operadores), junto con los ciclos estacionales, las condiciones climáticas inusuales, los datos reportados para otros contaminantes y las variables ambientales en los intervalos de tiempo adecuados desde el punto de vista de la cinética de las reacciones de los contaminantes atmosféricos.

Como se mencionó anteriormente, existen varios niveles en la validación de datos, el primero de ellos es el que se efectúa en campo, otro que se realiza de manera automática por el equipo (según la programación realizada al mismo) y otro que es realizado en la estación central por la persona encargada en el SVCA de revisar la información generada.

La validación de datos en campo consta fundamentalmente en identificar datos erróneos en el datalogger, en esta actividad se identifican aquellos datos que se encuentren fuera del rango lógico de datos y deben ser notificados los sucesos que se hayan presentado y que puedan haber influenciado directamente la veracidad de la información, como por ejemplo: canales bloqueados, interrupciones por procesos de calibración o por falta de energía, problemas en el registrador o en cualquier otro instrumento. De acuerdo con lo anterior, se deberán utilizar controles o banderas que identifiquen el problema del dato. Con el objeto de dejar documentadas estas anomalías, el SVCA del DAMA (ahora SDA) desarrolló un formato de campo que se visualiza en la tabla 11, el cual podría ser utilizado por los diferentes SVCA automáticos, realizando las respectivas modificaciones que cada entidad considere conveniente.

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La siguiente etapa en el proceso de validación corresponde a la validación automática, la cual consiste en comparar los datos generados por un equipo de acuerdo con el tiempo de monitoreo al cual ha sido programado. En términos generales, la programación de los equipos automáticos en el país es cada diez minutos, almacenando promedios horarios. Sin embargo, podrá existir otra frecuencia de monitoreo, frente a las mediciones históricas de dichos equipos. Un tipo de control automático consiste en definir el límite mínimo de validación como el valor mínimo positivo presentado por el parámetro durante toda la historia del monitoreo y el límite máximo de validación como la mediana más tres veces la amplitud intercuartílica del conjunto total de datos. De esta manera, la validación automática debería realizarse de acuerdo con estos dos parámetros; uno para un límite mínimo y otro para un límite máximo, para cada parámetro. Esta depuración automática filtra datos atípicamente altos, negativos o atípicamente bajos y además identifica con banderas aquellos datos que han sido descartados en esta etapa.

Por último, la validación que es realizada en la estación central por la persona encargada en el SVCA de revisar la información generada, es la validación que requiere un mayor conocimiento de las variables que se miden, de la química de los contaminantes, del comportamiento local de los mismos, de los equipos del SVCA, de los resultados de las calibraciones, entre otras. Esta validación se puede dividir en dos etapas: una validación manual diaria y otra validación cada quince días o tres semanas (siguiendo siempre los mismos parámetros y teniendo siempre los mismos criterios de verificación).

En el proceso de validación manual diaria, es necesario emplear las compilaciones diarias de los datos de vigilancia para realizar la exploración general de todos los datos. El programa de aseguramiento de calidad (AC) debe especifi car el formato exacto (unidades, decimales, etc.) en que los datos deben remitirse de las estaciones para su validación y análisis, estas especificaciones deben coincidir con lo estipulado en la normatividad nacional vigente.

Además, en la validación manual diaria es recomendable realizar representaciones gráficas del comportamiento de los datos obtenidos para cada contaminante, a través del aplicativo de visualización o de elaboración de gráficos que tenga el SVCA; básicamente se trata de identificar datos que se alejen del comportamiento esperado o histórico de las variables monitoreadas. Un procedimiento a utilizar puede consistir en graficar inicialmente los datos horarios por periodos semanales desde la fecha de la revisión hasta siete días antes, aunque la revisión sea diaria, esto con el objeto de realizar un barrido intensivo de los datos, es decir al menos de siete (7) revisiones manuales durante esta fase.

Una vez encontrado un intervalo con datos sospechosos o anormales, se hace necesario graficar todos los datos, ya no solamente los horarios, para determinar con exactitud la anomalía, su extensión temporal y su posible significado u origen. El personal encargado de la validación de datos siempre debe tener en mente el significado físico y químico de los parámetros monitoreados.

Deberían marcarse como no válidos aquellos datos que presenten períodos constantes, datos con poca variación, datos imposibles físicamente (por ejemplo datos de radiación solar en horas de la noche), datos que muestren alteraciones súbitas, o lapsos de ascenso y caída inusuales en el comportamiento observado cotidianamente en el parámetro, que son cuestionables(26). Algunos ejemplos de datos que son imposibles debido al significado físico de los parámetros a que se refieren y que deben ser marcados como no validos son:

• Datos de concentraciones de PM10 mayores a las de PST en la misma estación. Dado que el PST está constituido del total de partículas suspendidas en el aire, la fracción de partículas con diámetro menor a diez micras, no puede ser nunca mayor al total.

• Datos de concentraciones de NO2 que no correspondan a la resta entre la concentración del NOX menos la concentración del NO. Por ende las concentraciones del NO2, también deben ser siempre menores o iguales a las de NOX.

En conclusión, la exploración general de la base de datos debe:

• Buscar datos inusualmente altos o bajos que pueden indicar errores gruesos en los sistemas de vigilancia. Para poder determinar los valores que pueden considerarse altos o

(26) Sin embargo, se debe tener en cuenta que ciertas condiciones atmosféricas, o la presencia de algunas fuentes contaminantes cercanas pueden dar lugar a fluctuaciones extremas en las concentraciones de contaminantes.

bajos para un contaminante específico, el profesional encargado de esta labor debe conocer las condiciones predominantes para el contaminante en la estación de vigilancia y los límites de detección superiores e inferiores del equipo, que determinan los valores más altos o más bajos que puede reportar el equipo. Los datos considerados cuestionables deben ser marcados con una bandera para ser posteriormente verifi cados. Esta exploración general de los datos no es sensible a datos con valores intermedios que también pueden estar errados.

• Detectar desviaciones del cero en un analizador automático que no han sido corregidas.

Estas desviaciones son evidentes cuando los valores mínimos usuales de las concentraciones de contaminantes que por ejemplo para el CO se presentan en las horas de la madrugada tienden a incrementar o a disminuir por un periodo de varios días. También puede ocurrir que las concentraciones mínimas a estas horas se encuentran constantemente por encima de los valores típicos. En este caso, puede inferirse que el analizador puede tener un mal ajuste del cero. En ambas situaciones, es necesario contrastar los hallazgos con los reportes de verificación de cero y span y los reportes de calibración del equipo. Si es necesario, deben corregirse los datos y recomendar el ajuste del equipo.

• Detectar y rechazar todos los valores negativos de concentración de los contaminantes a menos que provengan de un grado aceptable de inexactitud del instrumento (una característica común de muchos tipos de analizadores automáticos). Lo anterior es indicio de una inadecuada respuesta, configuración o calibración del equipo a menos que los valores negativos se presenten durante su periodo temprano de estabilización de acuerdo con los manuales de operación.

• Por último, debe identificarse el número de horas con información utilizable en cada día y descartar para el siguiente nivel de validación los días que no cumplan con el mínimo de recuperación de datos útiles establecido por los objetivos de calidad de datos.

La exploración continua de los datos de vigilancia y de los metadatos producidos por los operadores constituye un enfoque más flexible y recomendable para el primer nivel de validación de datos.

Para este mismo nivel de validación deben tomarse los datos marcados con banderas y analizar su validez a la luz de la experiencia y el conocimiento del personal encargado de examinar los datos, que son prerrequisitos para el éxito del proceso. Se deben rechazar los datos no adecuados. Para este propósito, el grupo de validación debe contar con los metadatos recopilados por el grupo de operaciones para el período que se va a validar, realizando el proceso de la siguiente manera:

• Inicialmente, se deben seleccionar los datos marcados con alguna bandera que corresponden a los datos descartados por la validación automática (ver tabla 12). Se debe organizar cada parámetro por estación y se deben graficar en el tiempo, con las hojas de cálculo, o programas de análisis estadísticos disponibles. Después deben ser analizados contra los metadatos disponibles, con el fi n de validarse o descartarse definitivamente. Si los datos se consideran válidos, debe utilizarse el editor de datos con que cuente el SVCA, para marcar los datos con la bandera que indica datos válidos, “V” (ver tabla 13) y se deben graficar en el tiempo, con cualquier hoja de cálculo o programa estadístico.

• Posteriormente se deben tomar las curvas de desviación de cero y span y las curvas de calibración de los analizadores de gases, obtenidas por el grupo de operación del SVCA y ajustar los datos válidos de la base de datos, según sea necesario. Las desviaciones del cero son evidentes cuando los valores mínimos usuales de las concentraciones de contaminantes, que por ejemplo para el CO se presentan en las horas de la madrugada, tienden a incrementar o a disminuir por un periodo de varios días. También puede ocurrir que las concentraciones mínimas a estas horas se encuentran constantemente por encima de los valores típicos. En este caso, puede inferirse que el analizador puede tener un mal ajuste del cero. En ambas situaciones es necesario contrastar los hallazgos con los reportes de verificación de cero y span y los reportes de calibración del equipo. Si es necesario, deben corregirse los datos en la base de datos y recomendar el ajuste del equipo en cuestión al grupo de operación.

• Después de realizar estos dos primeros filtros, se deben seleccionar los datos marcados como válidos y organizarlos por parámetro y por estación. Con el software estadístico disponible en el SVCA, se deben realizar diagramas de caja de los datos, para identificar los datos atípicos (outliers) y los extremos, los cuales deben tratar de entenderse basándose en los metadatos disponibles sobre cada parámetro y cada estación y en la experiencia del grupo de validación(27).

Algunas recomendaciones generales que deben tenerse en cuenta para este nivel de validación son las siguientes:

• Las características específicas para una estación particular pueden ser un indicador importante de la calidad de los datos. Los alrededores de la estación, el grado de protección, las fuentes y los puntos receptores locales pueden infl uir en las mediciones. Por ejemplo, no se esperaría hallar niveles altos de NO en un sitio rural durante las primeras horas de la mañana, pero estos niveles serían fácilmente explicables en un área urbana congestionada debido a las emisiones del tránsito.

• La fuerte relación existente entre las concentraciones de contaminantes y la dispersión atmosférica u otras condiciones meteorológicas también pueden ser un indicador positivo de la validez de los datos. Cuando los datos son dudosos, se deben considerar parámetros tales como el entorno de la estación, la velocidad y dirección del viento, la precipitación y la radiación solar. Por ejemplo, niveles altos de ozono asociados con climas lluviosos y sin radiación solar se deben considerar como dudosos.

• La hora del día también es importante, ya que las variaciones diurnas en los patrones de emisión y en las condiciones meteorológicas pueden ejercer una influencia particularmente fuerte en las concentraciones de O3 y NOX. Por ejemplo, altos niveles de ozono durante la noche, si bien pueden ser posibles bajo ciertas condiciones, serían sumamente sospechosos

(27) Estos procedimientos están basados en el manejo de validación dado a los datos en la red de Bogotá y de acuerdo con el documento: Variables del sub-sistema de información sobre calidad del aire (Sisaire) publicado por el Ideam en su página web.

a menos que se asocien con alguna evidencia de inicio de transporte vertical (por ejemplo, un aumento súbito en la velocidad del viento).

• La relación entre los diferentes contaminantes también puede aportar claves para determinar la validez de los datos; por ejemplo, no se esperarían altos niveles de ozono si se incrementan los niveles de NOX.

• La continuidad temporal y espacial de los niveles de contaminación es otro factor que se debe considerar al examinar los datos medidos. Los resultados obtenidos del SVCA a menudo pueden indicar integralmente si las observaciones hechas en un sitio particular son excepcionales o cuestionables.

De acuerdo con lo anteriormente establecido, es importante para que los procesos de validación sean homogéneos en los diferentes SVCA automáticos del país, unificar los controles o banderas que identifiquen los diferentes estados del dato, en este sentido, en la tabla 12 se presentan los controles o banderas que deberán ser utilizados por los diferentes SVCA según sea el caso y que invalidan el dato. Por otro lado, en la tabla 13 se presentan los tipos de banderas que no generan la invalidación del dato.

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Después de haber sido elaboradas las pruebas estadísticas y presentadas en diferentes representaciones gráficas (como diagramas de caja, gráficas de períodos diarios, mensuales o anuales) se seleccionan los datos válidos y posteriormente estos deben ser corregidos según los resultados de calibración de los equipos con el fin de calcular los promedios en el tiempo para la comparación con las normas nacionales vigentes.

El programa de AC debe definir el procedimiento de validación de los datos, las pruebas que deben realizarse a los mismos y la documentación que debe generarse.

Por otra parte, los datos que sean cargados al sub-sistema de información sobre calidad de aire (Sisaire) deberán cumplir con las condiciones de acceso de la información que se encuentren estipuladas en dicho sistema y deben estar previamente validados.

Validación de los datos de las estaciones semiautomáticas y manuales

Los procesos de validación de los datos obtenidos a través de los equipos semiautomáticos o manuales difieren de la propuesta realizada para los equipos automáticos, dado que no es posible realizar una programación del equipo, ni tampoco existe la cantidad de datos que se pueden tomar con un equipo automático, entre otras. Por lo anterior, es importante realizar un proceso de captura adecuado. En el presente protocolo se muestran algunos

procedimientos de monitoreo, como el de los equipos muestreadores de alto volumen (Hi Vol) para PST y para PM10.

Validación de los datos de las estaciones meteorológicas

El procesamiento de información meteorológica es realizado en tres etapas que incluyen la lectura de los datos de entrada, cálculo de resúmenes y finalmente generación de reportes. Cada una de estas actividades es soportada por diversos programas específicos para cada función.

Una vez son obtenidos los datos por los sensores meteorológicos son almacenados en archivos con extensiones propias de cada equipo. Dichos archivos son recolectados en la central de información y de allí deben ser clasificados, reorganizados y almacenados en un solo tipo de archivo para cada una de las variables, con el fi n de facilitar su lectura y posterior uso para la generación de análisis y reportes. Este proceso se separa a su vez en tres pasos:

Separación de parámetros individuales: A partir de los archivos originales y de acuerdo al formato de origen, se extraen por separado las cifras de cada parámetro relevante y se almacenan en nuevos archivos en un formato simple de texto (se puede usar el tipo de archivo conocido como CSV donde los valores son separados por comas). De este modo se generan archivos para cada parámetro meteorológico (dirección del viento, velocidad del viento, temperatura, presión, humedad relativa, radiación solar, etc.), en donde son reportados los valores de la respectiva variable y también la fecha y la hora en la que fue obtenido el dato por el equipo de medición.

Separación de datos por años: Cada archivo de texto con las variables ya organizadas, puede ser nuevamente tratado, separando los grupos de datos por años, es decir que se tendría para cada parámetro meteorológico un grupo de archivos que corresponderían a cada uno de los años de los que se tiene dicha información.

Separación los datos por meses: De forma similar al proceso anterior, los reportes anuales también pueden ser separados de manera mensual, de esta forma se tendrán archivos de cada una de las variables meteorológicas clasificadas para cada uno de los meses de medición.

Para el caso del análisis de los datos relativos a la dirección del viento obtenidos por las estaciones de monitoreo, es necesario realizar un paso adicional al descrito en los pasos anteriores. Este paso adicional consiste en realizar la conversión de los datos obtenidos en grados de dirección a sus respectivas convenciones internacionales que indican las direcciones desde las cuales provienen. Esta tarea se elabora de acuerdo con la tabla 14.

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El siguiente paso en el procesamiento de la información meteorológica, después de haber homogenizado la forma de almacenar los datos y generado los archivos anuales y mensuales para cada variable, es la verificación de la calidad y confi abilidad de los datos. Los criterios para la evaluación de calidad deben ser definidos para cada región con base en los valores históricos registrados en las estaciones del Ideam, según la elevación sobre el nivel del mar de la estación y de acuerdo con las secuencias que presentan los datos en cada estación.

De esta forma, los datos que se encuentren fuera de los rangos lógicos no serán tenidos en cuenta para los posteriores cálculos y deberán ser marcados para su posterior revisión.

Una vez los datos han sido verificados, se generan diferentes resúmenes en donde se relacionan los parámetros meteorológicos de acuerdo con la hora y período, de la siguiente forma:

Resúmenes mensuales: Los datos de cada variable se reúnen en una tabla de acuerdo con cada mes disponible, aplicando una función de promedio, excepto para el parámetro de precipitación en donde se aplica la suma de todos los valores por hora, y para el parámetro de dirección de viento en donde se aplica la moda estadística. En este paso también se generan archivos que incluyen todos los datos que hayan sido rechazados por la etapa de verificación.

Resúmenes anuales: Se generan nuevamente resúmenes del mismo modo descrito para los resúmenes mensuales, pero esta vez se generan a partir de los resúmenes mensuales y para cada año.

Resúmenes multianuales: Se generan resúmenes que abarcan todo el rango de años para los que se disponen datos, tal y como se ha explicado anteriormente, con la única diferencia que para el parámetro de precipitación ya no se aplica la suma de todos los valores, sino el promedio de los valores anuales.

Empleando los datos recopilados en los resúmenes, se generan gráficas que representan el comportamiento de los valores meteorológicos a través de las horas de un día. Estas gráficas se generan para cada año y finalmente para el rango multianual completo.

La última fase del procesamiento de datos consiste en la generación de reportes mensuales, anuales y multianuales, los cuales deben incluir la tabla de datos y las gráficas que se hayan generado para el período de tiempo correspondiente, partiendo de los resúmenes y gráficas creados en la fase anterior.

Los SVCA automáticos pueden contar con aplicativos que realizan automáticamente las acciones mencionadas anteriormente.

7.1.10.18. Análisis estadístico de los datos.

Se deben utilizar técnicas adecuadas de análisis de datos, de acuerdo con el tipo de datos manejados y los requerimientos del usuario. Previo al cálculo de promedios en el tiempo y comparación de las mediciones con las normas de calidad de aire expedidas por la autoridad ambiental competente, los datos ya validados y corregidos, deben ser convertidos a valores a condiciones de referencia (298,15 K y 101,325 KPa) y presentarse en las unidades adecuadas. Las ecuaciones y factores para realizar estas conversiones han sido claramente estipulados dentro de la norma y también son mencionados en este manual.

7.2. Manejo de muestras y cadena de custodia.

En los SVCA manuales, la principal fuente de error en los datos obtenidos se debe al manejo de las muestras. Esto incluye almacenamiento, transporte y análisis, como en el caso de medición de PST, PM10 y PM2.5, SO2 y plomo.

Cabe anotar, que las fallas en las mediciones no solo se presentan en los equipos de operación manual, sino también en aquellas estaciones automáticas donde no es posible la descarga y transferencia directa de los datos desde el sitio del monitoreo hasta la central de información y por lo tanto se requiere delegar a algún miembro de la organización del SVCA, la tarea de descargar periódicamente de la estación datos en un medio magnético de almacenamiento de información (como CD, USB, etc.) o incluso directamente a un procesador portátil y luego dicha información llevarla a la central de información.

En otras ocasiones, donde los equipos reportan los datos de forma impresa, es necesario también recolectar la información y llevarla hasta la central de información para su procesamiento, análisis y archivo. En las actividades mencionadas anteriormente, es necesario contar con un procedimiento estándar para realizar dicha actividad, así como establecer el encargado directo del cumplimiento y buen desarrollo de la misma.

Para todos los equipos de medición debe existir un protocolo o procedimiento que describa un único proceso a seguir en cada caso y también formularios o formatos que soporten la ejecución de dicha actividad bajo los parámetros de calidad establecidos. A dicha documentación, que asegura el manejo que se le da a las muestras (y a los reportes o medios magnéticos con la información para el caso de estaciones automáticas sin transmisión directa de datos), se le conoce como registro de custodia o cadena de custodia.

7.2.1. Manejo de la muestra.

La manipulación de las muestras (en los métodos que la incluyen), generalmente se da en las etapas de recolección del medio de obtención de la muestra, transporte y análisis.

Estas etapas provocan los mayores errores en las mediciones debido a la manera en que se determinan las concentraciones, por esto, es fundamental que las muestras sean manipuladas tal y como se recomiendan en los procedimientos para evitar modificaciones, pérdidas o alteraciones en las muestras y por lo tanto en la información a obtener. Las fases en las que se deben manipular las muestras incluyen: etiquetado, recolección y transporte.

7.2.1.1. Etiquetado e identificación de la muestra.

Debe existir un documento donde se defina el manejo de las muestras para garantizar la correcta identificación de las mismas durante el ensayo y el análisis, que debe seguirse en su totalidad para evitar anular muestras por un mal seguimiento.

Los filtros que van a ser empleados en el monitoreo deben ser identificados claramente, con tinta a prueba de agua, para que la identificación no sea afectada por acción de la humedad del aire, de los gases contaminantes presentes en el aire succionado o por las temperaturas a las cuales están sometidos los filtros. Pueden emplearse otros métodos de identificación como códigos de barras siempre y cuando no afecten las condiciones del filtro y cumplan satisfactoriamente con su función de identificación. Es importante que el método escogido para marcar los medios filtrantes, no deteriore la capacidad del filtro, ni genere perforaciones o cambios en el poro del material.

Cada contenedor de muestras que se emplea en el transporte de las mismas debe tener un único número de identificación para evitar la posibilidad de intercambio de muestras;

este número de identificación debe ser reportado en el informe de los análisis. Puede incluirse información general, si es necesario, dependiendo del método de análisis que se está empleando. Para los métodos de análisis de gases a través de agentes absorbentes, es indispensable registrar también el número de recipientes recolectados y observaciones respecto al nivel de muestra encontrado.

Debe existir un buen control en la manipulación de las muestras para evitar la contaminación de las mismas y para lograr que el análisis se realice a las muestras con las características que se reportaron durante su recolección. Por lo anterior, las muestras deben permanecer en un lugar seguro entre el tiempo de recolección y el tiempo que tardan en ser analizadas. Es importante que todas las muestras estén seguras hasta su uso y descarte. Estas normas de seguridad deben estar descritas en un reporte que irá firmado por el responsable de la manipulación de las muestras.

Los reportes de los analizadores automáticos también deben ser identificados claramente y sin lugar a ambigüedades, esta identificación puede ser colocada sobre cada reporte de resultados del equipo teniendo cuidado que no se tapen o interfi eran los resultados mostrados.

Si la hoja de reporte es muy larga, la información deberá ser almacenada en intervalos periódicos de tiempo en cartas, con marcas indelebles. La figura 37 muestra la etiqueta estandarizada para la identificación de las muestras que puede ser empleada.

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7.2.1.2. Colección de la muestra.

Para evitar desechar muestras por invalidez se debe tener precaución en su sellado y ubicación en los contenedores, los cuales a su vez deben garantizar un ambiente libre de agentes reaccionantes con el contenido de las muestras. Sin embargo, si debido a la logística de transporte es inevitable que el contenedor sea abierto por personal no autorizado, las muestras deben ir selladas individualmente con un adhesivo especial, el cual llevará un número y estará firmado por el operario responsable del manejo de la estación en donde se recogió la muestra; este adhesivo debe estar ubicado de tal forma que garantice que la muestra no puede ser destapada sin la destrucción total del adhesivo, notándose así claramente la manipulación por personal no autorizado y la posible contaminación de la muestra.

Posteriormente las muestras deben ser entregadas al laboratorio para análisis, preferiblemente el mismo día en que fueron tomadas. Si esto no es posible, las muestras deberán ser ubicadas en un sitio seguro que evite rupturas, pérdidas o contaminación.

7.2.1.3. Transporte.

En el transporte de muestras u otros datos de monitoreo, es importante y por esto se hace énfasis en que se deben tomar precauciones para evitar y minimizar al máximo el riesgo de manipulación, destrucción accidental y efectos físicos o químicos sobre la muestra.

En general, las muestras siempre estarán expuestas a factores físicos y ambientales como temperatura y presión y además a contaminación por la manipulación (empaque y acomodación). Sin embargo, en cada etapa (identifi cación del empaque, recolección, sellado, manipulación, almacenamiento, transporte y entrega fi nal al laboratorio) debe existir un documento guía para el ejercicio de estas actividades y un registro donde se especifique claramente el responsable de cada etapa y de la calidad de las muestras. Todo esto debe estar organizado en un manual o guía de operación estándar aplicable a todo el SVCA.

Finalmente, incluso en el laboratorio se deben mantener las muestras en un lugar seguro, protegiéndolas de todos aquellos factores que puedan afectar su calidad mientras llega el momento de realizar el análisis a cada paquete de muestras. La persona responsable de la entrega de las muestras al laboratorio o del registro de datos debe ser capaz de asegurar la no manipulación o destrucción de las muestras y en todo momento será el principal responsable de las mismas.

Para asegurar que las muestras líquidas no presentan derrames durante el transporte, debe marcarse el nivel del líquido en la parte exterior del recipiente o envase con un marcador permanente.

Cuando se usen latas de acero inoxidable debe compararse la presión de la lata al ser recibida en el laboratorio con la presión final obtenida en la recolección de las muestras, esto indica si el recipiente presenta fugas o pérdidas de muestra.

7.2.2. Cadena de custodia(28).

Si los datos obtenidos por el SVCA son empleados como evidencia, debe existir un reporte escrito que describa la ubicación de los datos y de las muestras en todo momento.

Este registro es necesario para hacer un sondeo inicial de la representatividad de las muestras, sin él no se puede garantizar que la muestra es la misma desde que fue recolectada hasta el momento de su análisis en el laboratorio.

Los datos solo deben ser manipulados por personas involucradas de alguna forma con el SVCA. Cada persona que manipula las muestras o los reportes de datos de las estaciones automáticas debe estar en la capacidad de identificar y registrar en el documento de la cadena de custodia de quién recibió el material y a quién se lo entregará directamente. La figura 38 es un ejemplo de la forma de registro que debe acompañar a las muestras o los datos desde el sitio en donde fueron recolectados hasta el laboratorio donde serán analizados.

Todas las personas que tengan contacto con este material deben firmar el registro de la cadena de custodia.

 

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Una vez las muestras llegan a su destino, se debe proceder a realizar una verificación de la integridad y utilidad de las muestras. Cuando se encuentre alguna muestra de la que no se esté seguro sobre la validez de la misma, debe marcarse, reportarse y mantener el seguimiento de este registro hasta que pueda comprobarse la validez o invalidez de la muestra.

Esta marca puede reportarse en la forma que se muestra en la figura 38 en comentarios u observaciones.

Los registros de cadena de custodia deben ser usados para hacer un seguimiento de la manipulación de las muestras a través de las fases de almacenamiento, procesamiento y análisis en el laboratorio. La figura 39 muestra un ejemplo del formato de cadena de custodia para el laboratorio.

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(28) Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems. Volume II: Part 1. August 1998.

En general, es recomendable que las entidades encargadas del manejo y operación de los SVCA, tengan presente los siguientes cuestionarios para evaluar su desempeño y visualizar los puntos por mejorar. A continuación se presentan dos tablas con las respectivas preguntas a contestar por el SVCA, de acuerdo a si manejan equipos manuales (ver tabla 15) o equipos automáticos sin transmisión directa de datos (ver tabla 16).

El cuestionario de la tabla 15 deberá ser diligenciado para los casos en los que no se cuente con estaciones automáticas y en general para todos aquellos métodos indirectos de determinación de concentración de contaminantes, como por ejemplo: material particulado (PST, PM10 mediante equipos Hi Vol), plomo y determinación de gases contaminantes mediante la técnica de absorción de gases en solventes líquidos.

El cuestionario de la tabla 16 permite realizar una revisión de cadena de custodia para métodos de monitoreo automático (manejo de reportes).

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7.3. Análisis de la información generada en los SVCA.

7.3.1. Bases de datos.

Las bases de datos de calidad del aire generadas en los diferentes sistemas de vigilancia de calidad del aire deberán ajustarse a los requisitos del subsistema de información sobre calidad del aire (Sisaire). Los detalles de los aspectos de la base de datos del Sisaire y el modo en que se realizará la captura de la información para cada SVCA, serán dados a conocer por el Ideam.

El Sisaire ha sido formulado para convertirse en el medio a través del cual se centralice la información relacionada con calidad de aire recolectada a lo largo del territorio nacional y de esta manera poder contar con los criterios suficientes para generar, implementar y evaluar estrategias de control y prevención de la contaminación atmosférica. Por lo anterior, el Sisaire define las variables que deben presentarse, el formato en el que deben presentarse y el formato para su respectivo almacenamiento.

7.3.1.1. Manejo y presentación de las variables de calidad del aire.

Es necesario identificar todas las variables de calidad del aire con un nombre. Se recomienda utilizar la columna nombre de la tabla 17 para identificar cada una de ellas. Es importante que todas las variables estén en mayúsculas, no utilizar subíndices ni tampoco espacios entre los caracteres de cada nombre con el fin de permitir la correcta migración de los datos de las diferentes SVCA del país. En la tabla 17 se presentan las variables que deberán ser incluidas dentro del Sisaire(29), el nombre de las mismas y las unidades.

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(29) Variables del subsistema de información sobre calidad del aire (Sisaire) y procedimientos para validar la información generada por las redes de calidad del aire. Ideam, 2006.

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De acuerdo con lo anterior, las variables de calidad del aire, deberían ser divididas en tres grandes grupos: Contaminantes criterio, contaminantes no convencionales y contaminantes generadores de olores ofensivos, de acuerdo con la Resolución 601 de 2006.

En caso que las unidades de medición sean diferentes a μg/m3 o mg/m3, y se presenten en ppm, es necesario realizar el proceso de conversión que se detalla más adelante y que se deduce a partir de la ecuación de estado del gas ideal.

Partiendo de la ecuación de estado del gas ideal (PV = nRT), se puede comprobar que a condiciones de referencia (1 atm de presión y temperatura en 298,15 K) 1 mol de cualquier sustancia gaseosa ocupa un volumen igual a 24,4 litros.

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Donde:

P: Presión a condiciones estándar o de referencia (1 atm ≈760 mm Hg ≈101325 Pa ≈101,325 KPa)

R: Constante de los gases ideales (8,314 m3.Pa/kmol.K ≈ 0,082 l.atm/mol.K)

T: Temperatura a condiciones estándar o de referencia (25 ºC ≈ 298,15 K)

Reemplazando los valores de condiciones de referencia en la ecuación anterior, se tiene:

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Por lo anterior, para aquellos contaminantes que la normatividad colombiana vigente establezca sean reportados en ppm o en μg/m3, es necesario realizar la respectiva conversión empleando el peso molecular de la sustancia involucrada (ver tabla 18).

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Cuando sea necesario, los valores en μg/m³ se calculan a partir de los valores en partes por millón.

Todas las variables de calidad del aire utilizan microgramos por metro cúbico (μg/m3) como unidad de medida, exceptuando el monóxido de carbono que emplea miligramos por metro cúbico (mg/m3). Como criterio de estandarización de estas medidas y específicamente del μg/m3 no se deben utilizar espacios, ni mayúsculas, ni subíndices, y el símbolo μ, se debe obtener insertando el símbolo en la plantilla texto normal (tecla ALT + 0181).

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Los sistemas automáticos para la medición de la calidad del aire tienen la posibilidad de generar datos cada diez minutos; sin embargo, por la gran cantidad de información a almacenar en el Sisaire y el tipo de análisis a realizar, no es necesario contar con información de tan cortos periodos de tiempo. Se recomienda entonces para los sistemas automáticos de medición emplear promedios horarios.

En este sentido, es importante aclarar que los datos comprendidos entre una hora y la siguiente, deberán corresponder a los de esta última. Por ejemplo, para los datos tomados entre las 3:00 y las 4:00 p.m. el reporte que haga la autoridad ambiental corresponderá al de las 4:00 p.m.

7.3.1.2. Manejo y presentación de las variables de meteorología.

Las variables meteorológicas registradas por cada red dependen del sistema de vigilancia de calidad del aire (SVCA) de la población o región. En la tabla 19 se presentan las variables meteorológicas, su nombre y las unidades en las cuales deben ser reportadas.

Muchas de estas variables no son medidas en los SVCA, sin embargo, se incluyen todas las posibles variables que mide el Ideam con el fi n de tener opciones predefinidas en caso de querer implementarse en un futuro.

Tabla 19

Nombres y unidades de variables de meteorología

Variable Nombre Unidades
Precipitación sólida PSolida mm
Temperatura y humedad del viento a 10 cm T/HAire10 ºC/%
Temperatura del viento a 10 cm Taire10 ºC
Humedad del viento a 10 cm HAire10 %
Temperatura y humedad del viento a 2 m T/HAire200 ºC/%
Temperatura del viento a 2 m Taire200 ºC
Humedad del viento a 2 m HAire200 %
Temperatura del viento a diferente altura Taire¹h ºC
Humedad del viento a diferente altura HAire¹h %
Radiación global Rglobal W/m2
Radiación visible Rvisible μm/m2s
Dirección y velocidad del viento D/Vviento Grados/m/s
Dirección del viento DViento Grados
Velocidad del viento VViento m/s
Temperatura del suelo TSuelo ºC
Presión atmosférica P hPa
Precipitación líquida PLiquida mm
Radiación ultravioleta RUVb W/m2
Radiación difusa RDif W/m2
Temperatura de capa de mezclado TCM ºC
Brillo solar BrS h(30)
Temperatura y humedad del suelo a 10 cm T/HSuelo10 ºC/%
Temperatura y humedad del suelo a 30 cm T/HSuelo30 ºC/%
Temperatura y humedad del suelo a 50 cm T/HSuelo50 ºC/%
Evaporación Evap mm

Al igual que las variables de calidad del aire de los sistemas automáticos de medición, las variables meteorológicas deberán ser reportadas cada hora, de tal manera que el Sisaire obtenga información horaria, sin que esto signifique que los procesos de transmisión de datos entre la autoridad ambiental y el Ideam sean horarios.

7.3.2. Manejo estadístico de datos.

Una vez han sido validados los datos obtenidos por los equipos de monitoreo de calidad de aire y se haya comprobado su confiabilidad, se procede a realizar un tratamiento estadístico para elaborar resúmenes y generar los reportes.

Los reportes de calidad del aire deben cumplir con ciertos requisitos mínimos en cuanto a cantidad de datos presentados, cálculos, análisis y comparación con la norma nacional de acuerdo con la Resolución 601 del 4 de abril de 2006 o la que la adicione, modifique o sustituya. En esta sección se presentarán las metodologías para estimar los parámetros estadísticos requeridos.

En caso de que el porcentaje de información perdida iguale o supere el 25% no podrán realizarse los cálculos de los valores promedio para el período de tiempo a evaluar. Datos no válidos no podrán ser ingresados en las hojas de cálculo para el tratamiento de la información.

7.3.2.1. Cálculo de los promedios en el tiempo.

El cálculo de los promedios en el tiempo de los datos de vigilancia debe ajustarse a las siguientes definiciones:

• Se define una “hora” como el periodo de sesenta minutos trascurridos “inmediatamente antes” de la hora reportada, es decir los datos de vigilancia correspondientes a las 7 a.m. son los recolectados desde las 6:01 a.m. a las 7:00 a.m. Esta definición se justifica

(30) Expresada como horas de sol al día.

por la necesidad de correspondencia entre los datos de vigilancia de calidad del aire y los datos meteorológicos. Tal definición ha sido establecida de acuerdo con los lineamientos de la Organización Meteorológica Mundial y está basada en el razonamiento de que la hora reportada solo puede cubrir eventos que ya han sucedido. Algunas organizaciones internacionales definen la hora como el tiempo transcurrido después de la hora reportada y reconocen que este enfoque requiere de un esfuerzo adicional al momento de compaginar las mediciones con los datos meteorológicos. El Ideam, ente encargado de recopilar la información sobre mediciones de calidad del aire, requiere que el formato remitido por las entidades que realizan la vigilancia utilice el esquema de “hora antes”.

• El día se define como el periodo de 24 horas transcurrido entre las 00:01 y las 24:00, donde 00:01 es el primer minuto del día, después de la media noche. Es decir, en un día se obtendrán 24 promedios horarios desde la 1 que es la primera hora del día, hasta las 24 que es la última. Esta definición es fundamental cuando se quiere calcular promedios diarios.

La semana, el mes, y el año corresponden a la definición universal, del período que sigue inmediatamente al momento reportado; es decir, la semana comienza en minuto 00:01 del lunes y termina en el minuto 24:00 del domingo. El mes y el año se ajustan a los períodos de tiempo reportados por el calendario.

Los promedios corridos (medias móviles) deben corresponder al enfoque del tiempo que precede el reportado, ya sean de una hora, tres horas, ocho horas, 1 día, 1 semana, 1 mes, 1 año. Es importante mencionar que las medias móviles menores a 24 horas deben utilizar información únicamente del día que se quiere reportar.

7.3.2.2. Brechas de datos.

Ningún tipo de vigilancia entrega datos las 24 horas del día durante los 7 días a la semana.

Siempre existirán brechas en el conjunto de datos, algunas causadas deliberadamente como las de las calibraciones, otras inevitables y fortuitas como las ocasionadas por cortes en la energía eléctrica, fallas de los equipos, etc. A pesar de la experiencia y de la alta inversión, es difícil acercarse a un 95% de recolección de datos válidos.

Nunca se debe interpolar o extrapolar datos brutos para completar estas brechas, a menos que se conozcan perfectamente las tendencias en estos periodos y puedan justificarse. En general, cuando se pierde el 25% o más de los datos de un periodo a promediar, debe descartarse este periodo y no calcularse, ni reportarse valor alguno para el mismo, al menos que se cumplan los criterios establecidos en este protocolo para el reporte de información.

Los objetivos de calidad de los datos deben establecer claramente el porcentaje de recuperación de datos y si deben ser contabilizados los períodos de calibración como pérdidas.

El programa de AC debe asegurar que los códigos reportados durante los períodos de calibración, o durante las fallas de los equipos, que en algunos sistemas son “9999”, se excluyan del cálculo de los promedios, desde el primer nivel de validación, donde además debe introducirse un metadato que explique la razón por la cual los datos son invalidados.

7.3.2.3. Interpolación y ajuste.

Aunque no se recomienda interpolar datos brutos, a veces los datos validados pueden ser interpolados. Por ejemplo, cuando van a ser alimentados a un modelo, no deben tener brechas para que el modelo pueda correr. Existen técnicas estadísticas sofisticadas para realizar estas interpolaciones (ajuste de curvas, análisis de tendencias, filtrado selectivo de frecuencias, entre otras), pero la más adecuada es una simple regresión lineal. Por recomendación heurística no deben realizarse interpolaciones en brechas de más de 1% de período promediado.

En algunas ocasiones puede hacerse una excepción cuando existen obvias y justificables tendencias, como las presentadas en algunos puntos de vigilancia en el comportamiento diario de contaminantes como el CO, asociadas a los patrones de tránsito de fuentes móviles.

En tales casos, se obtienen distribuciones bien definidas de concentraciones horarias a través del día, con base en las cuales pueden interpolarse los valores faltantes de otros días en los cuales se cuenta solo con los puntos máximos y mínimos que usualmente se presentan a la misma hora del día.

Al interpolar los datos se debe tener en cuenta lo siguiente:

• La naturaleza del contaminante.

• Entendimiento de las condiciones atmosféricas presentes y su influencia sobre la dispersión del contaminante.

• Experiencias con tendencias y ciclos diarios de emisiones y meteorológicos.

• Los periodos relevantes a promediar.

• El programa de AC debe encargarse de evaluar el desempeño del proceso y del personal de validación de datos y de calcular los indicadores que antes se han establecido para determinar si se han cumplido los objetivos de calidad de los datos.

7.3.2.4. Promedio aritmético.

Promedio de todos los “n” datos recolectados en determinado período de tiempo.

 

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Donde:

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7.3.2.5. Promedio geométrico.

Antilogaritmo de la media aritmética de los logaritmos de los valores observados. También puede expresarse como la raíz enésima del producto de los “n” valores observados.X1 .X2 .X3....Xn(31)

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Este promedio solo es empleado para la estimación de los valores medios de PST en determinado intervalo de tiempo.

7.3.2.6. Concentración máxima por hora.

Se toma el valor máximo para cada una de las horas del día contemplando la información disponible de todo el año para cada estación de vigilancia. Es importante mencionar que la concentración máxima por hora debe reportarse para cada día, usando solamente la información generada durante ese día.

7.3.2.7. Estimación de la media móvil.

Para definir una media móvil, se debe primero comprender el significado de serie temporal o serie cronológica. Una serie temporal o cronóloga es un conjunto de datos cuyos valores representan observaciones de un fenómeno, uniformemente espaciadas a lo largo del tiempo. Bajo este concepto los datos reportados por los equipos de monitoreo de calidad de aire, corresponden a series cronológicas o temporales que representan la concentración de determinado tipo de contaminante, medida cada cierto intervalo de tiempo.

La media móvil es el promedio de un valor de la serie y los que le rodean. Las medias móviles se utilizan para suavizar las series cronológicas, es decir, para reducir las fluctuaciones en las series de datos(32).

En el caso que se deseen calcular medias móviles de por ejemplo ocho (8) horas, para un conjunto de datos de calidad de aire, el procedimiento sería tomar el primer conjunto de ocho datos y calcular su valor promedio, por ejemplo, los datos tomados entre las 00:00 y las 07:00 horas. Luego se procede a calcular el valor promedio para los datos correspondientes a las horas 01:00 hasta las 08:00, el tercer valor calculado de la media móvil corresponderá al promedio del grupo de datos reportados para las horas comprendidas entre las 02:00 hasta las 09:00 y así sucesivamente para todo el conjunto de datos que se tengan y que se vayan a evaluar. En la figura 40 se presenta una ilustración del cálculo de la media móvil de 8 horas.

El procedimiento de cálculo de la media móvil debe seguirse para todos los conjuntos de datos que conformen el período al que se esté haciendo referencia; es decir, si se desea realizar un informe trimestral, se deberá contar con datos válidos registrados por la estación para cierto contaminante durante los tres meses que hacen parte del informe.

En la tabla 20 se reportan datos tabulados de ozono (μg/m3), durante los días 2 y 3 de marzo de 2006, reportados por una de las estaciones de monitoreo de calidad de aire en el país y a partir de ellos se realizan los respectivos cálculos de la media móvil (la temperatura media de la ciudad de la cual se tomaron los datos es de 24,42 ºC y la presión atmosférica es 90,10 KPa).

Como se puede observar en la tabla 20, el primer cálculo para la media móvil de ocho horas, que corresponde al ejemplo dado, solo se puede obtener una vez se cuente con ocho datos consecutivos de concentración, pertenecientes al mismo día. Ahora bien, si lo que se requiere es el cálculo de la media móvil de tres horas, se tomarán grupos de tres datos, empleando los mismos valores anteriores. Una ilustración del cálculo se muestra en la figura 41.

Cabe anotar, que los datos empleados en los cálculos deben haber sido previamente validados. En el caso de presentarse datos inválidos dentro de la serie de tiempo, estos deben estar primeramente identificados (siguiendo el procedimiento indicado en la sección de validación de datos de este documento) y no deberán ser incluidos dentro del cálculo de ninguna de las medias móviles; además, debe aplicarse el parámetro que para calcular este parámetro estadístico mínimo en cada grupo de datos debe contarse con el 75% de información válida. Si la cantidad de datos invalidados es superior a la cuarta parte de la cantidad total de datos, entonces para ese grupo de datos no debe calcularse la media móvil, ni establecer algún valor por extrapolación o interpolación para compararlo con la norma (ver figura 42).

(31) Diccionario Estadístico del Data Mining Institute, S.L. Madrid, España; [on line]: http://www.estadistico. com/dic.html?p=1607

(32) Diccionario Estadístico del Data Mining Institute, S.L. Madrid, España; [on line]: http://www.estadistico. com/dic.html?p=613

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De los datos de concentración de ozono que se presentan en la figura 42, existen dos datos dentro de dicha serie temporal que su validez ha sido rechazada durante el proceso de manejo y validación de la información obtenida por cada uno de los equipos que conforman las estaciones; los datos corresponden a las 2:00 y a las 4:00 a.m. De acuerdo con el procedimiento de cálculo de medias móviles, a los tres primeros grupos de ocho horas se les estimaría la media sin incluir esos dos datos. Es decir el promedio para esos tres casos debe realizarse solo con seis datos. Para los grupos de datos 4 y 5, el promedio será calculado omitiendo el dato de las 4:00 a.m. y por lo tanto solo incluirá siete valores. Sin embargo, y a pesar de existir en la serie temporal presentada en la figura 42 dos datos no válidos, es posible estimar para todos los casos la media móvil de ocho horas, ya que se alcanza a cumplir que por lo menos el 75% de los datos de cada uno de los grupos corresponden a datos válidos.

En general, la media móvil puede ser calculada para grupos de series de datos de tres (3) horas, ocho (8) horas, veinticuatro (24) horas (a partir de datos horarios) y un año (a partir de datos diarios), para todo contaminante medido en cualquier estación de monitoreo de calidad de aire.

7.3.2.8. Comparación de los valores de concentración con la norma.

Un objetivo fundamental de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire, es verificar el cumplimiento de los niveles de concentración de contaminantes acorde con la norma nacional de calidad del aire o nivel de inmisión vigente que regule la materia.

A continuación se presenta una metodología tanto para el cálculo de las concentraciones a condiciones de referencia (temperatura: 298,15 K y presión: 760 mmHg ? 101.325 Pa ? 101,325 KPa) a partir de los valores promedios horarios de concentración, como de la estimación de los promedios para cada contaminante partiendo de los datos obtenidos por los equipos de medición de los SVCA y finalmente la presentación gráfica de los resultados.

La Resolución 601 de 2006 establece en su capítulo II, artículo 4º los niveles máximos permisibles para contaminantes criterio y los tiempos de exposición para cada contaminante.

En la tabla 21 se muestra en resumen por periodo, en los cuales cada contaminante debe ser comparado.

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Para comparar los datos de calidad de aire obtenidos de las mediciones con la norma, debe seguirse un procedimiento básico, similar para todos los posibles casos de comparación.

De forma general el procedimiento que se sigue es el siguiente:

Con los datos ya validados y organizados por orden cronológico, se calculará inicialmente el valor promedio horario (promedio de todos los datos recolectados y válidos obtenidos en una hora). En la tabla 20 se encuentra un ejemplo de datos horarios para ozono recolectados en dos días de monitoreo.

Una vez se tienen estimados los valores de concentración horaria del contaminante, se procede con el cálculo de la media móvil (ver procedimiento descrito en la sección 7.3.2.7.).

El periodo de tiempo para la estimación de la media móvil se definirá de acuerdo con la comparación que se requiera hacer y según lo estipulado en la Resolución 601 de 2006 (ver tabla 21) o la norma que la adicione, modifique o sustituya. Para el ejemplo presentado en la tabla 20, se está realizando la evaluación del cumplimiento de la norma de 8 horas de la concentración de ozono y por este motivo la media móvil es calculada con grupos de ocho datos horarios, cabe anotar que este promedio es calculado a las condiciones propias de la ciudad a la que pertenecen los datos.

Debido a que las normas establecidas en la legislación colombiana se encuentran definidas a condiciones de referencia, es necesario expresar cada dato obtenido a estas mismas condiciones de referencia. En ningún momento es correcto expresar la norma nacional (condiciones de referencia) a norma local (condiciones propias de cada ciudad), para realizar la comparación.

Para expresar los datos horarios a condiciones de referencia y establecer la comparación con la norma, se parte de la ecuación de gas ideal y se establecen las correspondientes relaciones, esto es:

PV=nRT Ecuación de gas ideal

Donde:

P: Presión

V: Volumen

n: Número de moles

R: Constante de los gases ideales (8.314 m3.Pa/Kmol.K ≈ 0.082 l.atm/mol.K)

T: Temperatura (siempre expresada en grados Kelvin, K)

A través de la ecuación del gas ideal, puede determinarse la concentración en función de la presión, la temperatura y el peso molecular de la sustancia de la que se desea cuantificar su presencia en el gas, de la siguiente forma:

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En esta serie de ecuaciones, se encuentran los siguientes términos:

m: Masa de la sustancia que se quiere determinar en el gas (Kg)

PM: Peso molecular de la sustancia a determinar (Kg/Kmol)

C: Concentración de la sustancia en el gas (Kg/m3 o g/l)

Ahora bien, del tratamiento matemático anterior realizado a la ecuación del gas ideal, se llega a la conclusión que dependiendo del contaminante (de sus propiedades físicas como masa y peso molecular) y de las condiciones atmosféricas (presión y temperatura) se obtendrán determinados valores de concentración; por lo tanto es válido afirmar que la concentración del contaminante i a condiciones de referencia es igual al producto del peso molecular de dicho contaminante por la relación existente entre las condiciones estándar de presión y temperatura (Pst, Tst):

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Como los datos promedio de concentración que se obtienen del monitoreo de calidad de aire, corresponden a los valores de concentración de cada contaminante en particular obtenidos a las condiciones locales de presión y temperatura, y dichas condiciones son diferentes a las condiciones de referencia, entonces los datos que se obtienen en realidad de concentración corresponden a:

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Donde:

(Ci)j: Concentración del contaminante i en la región o ciudad j

(P)j: Presión en la región o ciudad j, es decir la condición local de presión

(T)j: Temperatura en la región o ciudad j, es decir la condición local de temperatura

PMi: Peso molecular del contaminante medido

R: Constante de los gases ideales (8.314 m3. Pa/kmol.K» 0.082 l.atm/mol.K)

Concluyendo, los datos obtenidos se tienen referenciados a las condiciones locales de la región o ciudad para los cuales se realizó la medición; pero estos a su vez deben ser comparados con la norma nacional, la cual se encuentra expresada a condiciones de referencia o condiciones estándar (760 mmHg de presión ó 101.325 Pa ó 101,325 KPa y a una temperatura de 298,15 K). Por tal razón, es necesario expresar los datos promedios obtenidos de la medición a valores promedios de concentración expresados a condiciones de referencia, lo cual se realiza de la siguiente forma:

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Los datos obtenidos a condiciones locales ((Ci)j) son expresados bajo condiciones de referencia, empleando la siguiente expresión:

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Finalmente, tan pronto se hayan expresado los datos promedio de concentración a condiciones de referencia, se procede a compararlos con la norma nacional para el periodo de tiempo estipulado. En el ejemplo presentado en la tabla 20, se compara la norma para ocho (8) horas de ozono en μg/m3. Dicha comparación se visualiza mejor de manera gráfica y su construcción se muestra en la figura 43.

En el ejemplo presentado (ver tabla 20 y figura 43) solo se realizan los cálculos para dos días, pero como se mencionó antes, los días para los cuales se tomen datos, debe corresponder al tipo de informe que se vaya a realizar (semanal, mensual o trimestral). Para los informes anuales, la media móvil será calculada para intervalos de 24 horas o anual con las respectivas comparaciones con la norma nacional.

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Comparación con la norma para PST

Al comparar los valores de concentración obtenidos en el monitoreo de partículas suspendidas totales (PST) con la norma nacional, deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

• Para la comparación con la norma de 24 horas, debe estimarse el promedio para conjuntos de 24 datos horarios de un mismo día (sección 7.3.2.5.); luego se debe realizar la respectiva conversión a condiciones de referencia y posteriormente comparar los valores obtenidos con el valor de la norma nacional. Este procedimiento solo podrá seguirse en caso de contar con equipos automáticos en donde se tengan, por lo menos, reportes horarios de concentración.

• Para la comparación con la norma anual, debe emplearse el promedio geométrico (sección 7.3.2.5.) en vez del promedio aritmético. Los datos incluidos serán los promedios diarios de concentración, por tal motivo para hablar de media móvil debe contarse con datos históricos superiores a un año y anteriores al año para el que se desea realizar el informe. Esta comparación es posible realizarla tanto para estaciones manuales como para automáticas, haciendo la salvedad que la cantidad de datos obtenidos por los equipos manuales que operan cada tercer día durante el año no debe ser inferior a 91 datos (75% de los 121 datos que serían el total de mediciones posibles por muestreadores manuales cada tercer día) y que la cantidad de datos obtenidos a través de muestreo automático corresponderán a 274 datos, que corresponden al 75% de los 365 datos que se pueden obtener durante un año de monitoreo continuo.

Comparación con la norma para PM10

Para realizar la evaluación del cumplimiento de la norma nacional relacionado con los máximos niveles permisibles de PM10, se siguen las mismas pautas mencionadas anteriormente para PST, exceptuando que en vez de utilizar el promedio geométrico, se emplea el promedio aritmético (ver sección 7.3.2.4.), estableciendo como parámetro de comparación los valores correspondientes al PM10.

Comparación con la norma para SO2

En la normatividad nacional existen tres parámetros de comparación para vigilar si se están cumpliendo con los niveles máximos permitidos de concentración de SO2 en el aire, estos límites están definidos para tres (3) horas, veinticuatro (24) horas y anual. Las comparaciones con cada uno de estos límites deben realizarse teniendo presente las siguientes pautas:

• Para comparar los valores medios para grupos de datos de 3 horas en una serie cronológica de concentración de SO2, inicialmente se debe estimar la media móvil de 3 horas siguiendo el procedimiento descrito en la sección 7.3.2.7. del presente documento, luego expresar los valores obtenidos a condiciones de referencia y luego proceder a compararlos con el valor de la norma nacional (750 μg/m3). La media móvil para los valores de concentración de SO2, para cualquier intervalo de tiempo se calcula como un promedio aritmético. Este procedimiento solo es posible de efectuar si se cuenta con datos horarios de concentración, los cuales normalmente solo pueden ser obtenidos a través de métodos automáticos de medición. En todo caso, todos los datos utilizados deben pertenecer al día que se quiere reportar. Cuando se quiera presentar el promedio de 3 horas de un día se debe presentar el máximo promedio encontrado.

• Cuando se desea realizar la comparación de los valores medios registrados por los equipos de monitoreo de SO2 en un SVCA con la norma de 24 horas, se realiza a través del promedio aritmético de los 24 datos horarios disponibles para un día. Esta comparación puede ser empleada en la elaboración de informes mensuales o trimestrales, siempre y cuando se cuente con la cantidad de datos sufi cientes para el período de tiempo al que se le plantea el análisis. Por requerir valores horarios de concentración de SO2 este análisis puede desarrollarse para estaciones donde se cuente con equipos automáticos de medición.

• En la Resolución 601 de 2006 se establece la concentración anual de SO2. Para efectos de comparar con la reglamentación vigente se debe utilizar el promedio aritmético de las concentraciones diarias obtenidas por los equipos de monitoreo (121 para manuales cada tercer día y 365 para automáticos).

Comparación con la norma para NO2

En la Resolución 601 del año 2006, se establece la norma de calidad de aire o el valor máximo permisible de concentración de NO2 para períodos de 1 hora, 24 horas y anual.

Para los tres casos se plantea el cálculo de la media móvil empleando el promedio aritmético (ver sección 7.3.2.4.) para conjuntos de datos de 24 horas o para el conjunto de datos de 365 ó 121 datos dependiendo de si es el caso de comparación con la norma diaria o anual y de si se cuenta con equipos automáticos o manuales, respectivamente, siguiendo las siguientes pautas:

• Cuando se compara con la norma de 1 hora, el procedimiento se limita a tomar el valor promedio de cada hora, reportarlo a condiciones de referencia y compararlo con la norma nacional (se puede reportar solamente el máximo horario como dato horario del día). Este procedimiento solo puede realizarse si se cuenta con estaciones automáticas, debido a que a través de este tipo de analizadores es posible contar con resultados horarios e incluso en algunas ocasiones se tienen frecuencias de medición cada diez minutos.

• La norma de 24 horas de NO2 es empleada como criterio de comparación con el promedio aritmético de los 24 valores horarios de concentración reportados por los equipos automáticos.

• Cuando se tienen datos de concentración equivalentes a un año de medición de NO2, por cualquiera de los métodos de monitoreo de gases (manuales o automáticos), es posible realizar la comparación de los promedios anuales con la norma nacional anual. Es necesario tener en cuenta que si se desea estimar la media móvil para un año, mínimo se debe contar con reportes diarios de por lo menos un año anterior al que se desea analizar; esta aclaración es importante porque en caso de solo contar con datos de solo un año de monitoreo, no tiene sentido hablar de media móvil, sino que solo se tendría un valor promedio anual de concentración para todos los datos de dicho año.

Comparación con la norma para O3

La norma de calidad de aire, en relación con la concentración máxima permitida de ozono (O3) en el aire en territorio nacional está definida para 1 hora y para 8 horas. En ambos casos se requiere que el monitoreo de dicho contaminante se realice a través de analizadores automáticos, debido a que solo a través de esta forma es posible obtener resultados de concentración horarios y en algunas situaciones hasta cada diez minutos. Se deben seguir las siguientes pautas:

• Los datos horarios de concentración reportados por el equipo son redefinidos a condiciones de referencia y posteriormente comparados con la norma nacional; en caso de contar con datos cada diez minutos, estos deben ser promediados a datos horarios empleando la media aritmética.

• Una vez se tengan los datos horarios de concentración de ozono, obtenidos a través del monitoreo automático, estos deben ser convertidos a condiciones de referencia (para lo cual previamente debe conocerse las condiciones locales de temperatura y presión) y finalmente se procede con el cálculo de la media móvil para grupos de 8 datos horarios (tal y como se mostró en la figura 40 y figura 42) y el mayor de estos valores debe ser comparado con la norma nacional para períodos de tiempo iguales a 8 horas.

Comparación con la norma para CO

En la Resolución 601 de 2006, se encuentran definidos los valores máximos permisibles de concentración en el aire de este contaminante para 1 y 8 horas. El procedimiento para realizar la comparación es similar al especificado para el ozono, pero teniendo en cuenta que los valores de la norma son diferentes para cada contaminante.

7.3.2.9. Cálculo del número de excedencias.

Una excedencia se define como el evento en el cual los valores de concentración de un contaminante sobrepasan lo estipulado en la norma de calidad del aire. Por ejemplo, para la norma horaria de ozono debe contarse una excedencia por cada vez que el promedio de concentración de una hora sobrepase el valor establecido por la norma y totalizarse el número de veces por año. En este caso el número de excedencias debe reportase como el “número de veces que la norma ha sido sobrepasada en un determinado año”. Es importante anotar que cuando se realice un análisis de excedencias en periodos anuales, se debe contabilizar solamente una excedencia por día, es decir, si todos los días del año evaluado se sobrepasa la norma por más de una hora, el número de excedencias será de 365.

Por otro lado, cuando se trata de promedios corridos (medias móviles), como en la norma de CO de 8 horas, debe contarse una excedencia por cada vez que el promedio de concentración de 8 horas sobrepase el valor establecido por la norma y totalizarse el número de veces por día. Para realizar el análisis por año, se debe realizar el análisis mencionado anteriormente.

En conclusión, los análisis reportados pueden ser: “el día X la norma horaria de CO fue sobrepasada durante 4 horas” ó “el año X se tuvieron sobrepasos de la norma de O3 horaria durante 250 de los 365 días”.

7.4. Indicadores de operación y desempeño del SVCA.

Con el objeto de evaluar la operación de los equipos que conforman cada una de las estaciones de un SVCA y de su desempeño en general, es necesario determinar el porcentaje de captura de datos de los equipos y establecer parámetros de comparación para todas las estaciones en un período de tiempo definido.

7.4.1. Análisis del porcentaje de captura de datos.

Para determinar el porcentaje de captura de datos es necesario establecer la cantidad máxima de datos que se pueden obtener en un periodo determinado y la cantidad de datos recolectados durante ese mismo periodo. Por ejemplo, un analizador de material particulado manual que mide la calidad del aire cada tercer día podría registrar máximo 121 datos por año. Si durante un año específico registra 90 datos, el porcentaje de captura sería de 74,4%.

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Donde:

%Cap_datos: Valor numérico que indica el desempeño del equipo, en relación con la cantidad de datos entregados a la central de información

d: Número total de datos reportados por el equipo durante el periodo de tiempo definido

N: Número de datos máximos que pudieron ser reportados en el periodo de tiempo definido

7.4.2. Análisis del porcentaje de datos válidos.

Existe también la posibilidad de que en las estaciones se tenga un porcentaje de captura de datos aceptable. Sin embargo, los valores registrados pueden no ser validados de acuerdo con los lineamientos presentados en la sección correspondiente a los procedimientos de validación de información generada por los analizadores. Por esta razón, es recomendable que en el momento de desarrollar la evaluación del SVCA, se defina un porcentaje que relacione la cantidad de datos aceptados (datos válidos) con la cantidad de datos capturados por la central de información.

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Donde:

%Val_datos: Valor numérico que indica la confiabilidad del equipo, en relación con la cantidad de datos válidos entregados a la central de información

V: Número de datos aceptados como válidos y que pueden ser empleados en posteriores cálculos y análisis que realice el SVCA

N: Número de datos máximos que pudieron ser reportados en el periodo de tiempo definido

Tal como se ha mencionado en diversas ocasiones a lo largo de este documento, es necesario que el porcentaje de datos válidos empleados en la realización de los correspondientes cálculos de promedios, comparaciones con la norma de calidad de aire y estimación del número de excedencias; no sea inferior al 75%.

Partiendo de la cantidad de datos válidos obtenidos por el equipo analizador, es posible determinar el porcentaje multianual de operación para cada una de las estaciones con las que cuenta el SVCA (en caso de contar con el histórico de datos para un período no menor a dos años) e incluso el porcentaje del SVCA que reporte su desempeño anual.

Es prioritario comprender que el indicador multianual de operación de los equipos, debe ser estimado para cada tipo de analizador presente en las estaciones, es decir, se estimará este porcentaje para equipos de PM10, para equipos de PST, para equipos de SO2, para equipos de NO2 y así sucesivamente para cada uno de los tipos de analizadores que miden los contaminantes del SVCA. Este porcentaje es calculado realizando la relación entre el total de datos válidos obtenidos por el equipo en los años de operación con la cantidad máxima de datos que en el mismo período de tiempo el equipo hubiese podido reportar, es decir:

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En donde:

%Op_multianual: Porcentaje multianual de operación del equipo

Vi: Cantidad de datos válidos reportados por el equipo durante los años considerados

Ni: Cantidad máxima de datos que podrían obtenerse por el equipo durante los años considerados

i: Año al que hace referencia

n: Cantidad de años que se están teniendo en cuenta para la estimación del indicador

A manera de ejemplo, se considera un SVCA que ha estado operando de manera intermitente durante los años 2002 a 2006. Este SVCA durante el período de tiempo descrito, ha contado en general con 12 estaciones de medición de calidad del aire (E1, E2, E3,...,

E11, E12). Las estaciones cuentan con equipos manuales de PST, PM10, SO2 y NO2. Ahora bien, analizando los datos históricos almacenados por el SVCA, se obtiene la siguiente información para PM10 (ver tabla 22).

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Teniendo en cuenta que en el año 2002 la operación de las estaciones inician en marzo, el máximo de datos posible es 98

En la tabla anterior se observa que los porcentajes de datos válidos han sido estimados para cada estación de forma anual, teniendo en cuenta que como se trata de analizadores manuales de PM10, la cantidad máxima que pueden llegar a reportar en un período de tiempo igual a un año es 121 datos, medidos cada tercer día. Sin embargo, debido a que la operación del SVCA en el año 2002 inició en el mes de marzo, para dicho año, la cantidad máxima de datos posibles por reportar es 98.

Como se puede observar en la tabla 22 la máxima disponibilidad de datos válidos es de 43%, lo que indica que no es posible calcular promedios anuales para comparar con las normas nacionales vigentes.

El porcentaje de operación multianual para cada equipo de PM10, de cada estación es calculado tomando la suma de los datos obtenidos por la estación cada año, y dividiéndolos por la suma del número máximo posible de datos por cada año. Para el caso de la estación E1 del SVCA que se menciona en el ejemplo, el porcentaje multianual es:

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El proceso se repite para las 12 estaciones que cuentan con el analizador del contaminante indicado.

Otro indicador que puede ser determinado para el SVCA y relacionado con la evaluación del desempeño del mismo, es el porcentaje de operación anual del SVCA, el cual es calculado a partir de la totalidad de los datos válidos recolectados durante un año, en todas las estaciones del SVCA, y la cantidad de datos que se deberían recoger en un año, empleando todas las estaciones del mismo SVCA que hayan operado durante el mismo periodo de tiempo. Esto podría expresarse matemáticamente como:

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En donde:

%Op_anual_SVCA: Porcentaje anual de desempeño del SVCA

Vj: Cantidad de datos válidos reportados por el equipo en cada una de las estaciones en un año.

Nj: Cantidad máxima de datos que podrían obtenerse por el equipo en cada una de las estaciones en un año

j: Estación a la que hace referencia

m: Cantidad de estaciones que operaron durante el año que se está considerando

De esta forma, el porcentaje de operación para el SVCA que está siendo considerado para el ejemplo de cálculo, en cuanto a la medición de PM10, durante el año 2003 se calcula de la siguiente manera (ver datos de la tabla 22):

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Debido a que para el año 2003, en el ejemplo que se mencionó, funcionaban en nueve estaciones los analizadores de PM10 del mismo tipo, podría multiplicarse la cantidad máxima de datos que se obtendría por el equipo en el año (121) por el número de estaciones que operaron para ese mismo año. En caso que existieran en algunas de las estaciones consideradas analizadores del mismo contaminante pero con diferente funcionamiento y, que debido a esta diferencia, variara la cantidad del máximo número de datos posibles a obtener, entonces deberán sumarse las capacidades individuales de obtención de datos de cada equipo para obtener el número total de valores que teóricamente pudieran obtenerse para dicho contaminante, en dicho año.

Estos cálculos de indicadores de operación aquí presentados, deben ser estimados, discriminando cada tipo de analizador y de contaminante.

7.4.3. Consistencia de los datos relacionados con la calidad del aire.

Para evaluar la consistencia de los datos relacionados con calidad del aire, es recomendable elaborar diagramas de caja por contaminante y por tipo de promedio a analizar (horario, 3 horas, 8 horas, 24 horas, anual), identificar los datos clasificados como valores extremos o valores atípicos y buscar información adicional (metadata) que permita identificar las causas de la información detectada. En la figura 44 se presenta un ejemplo de un diagrama de cajas. La elaboración de estos diagramas, permiten la realización del análisis de los datos para su validación.

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El diagrama de caja es una representación gráfi ca de varias estadísticas:

• El primer cuartil (valor por debajo del cual está el 25% de los datos) representado por el borde inferior de la caja.

• La mediana como medida de tendencia central, correspondiente al segundo cuartil (valor por debajo del cual está el 50% de los datos) representada por la línea horizontal dentro de la caja.

• El tercer cuartil (valor por debajo del cual está el 75% de los datos) representado por el borde superior de la caja.

• El intervalo intercuartílico como medida de la dispersión, definido como la diferencia entre el tercer y primer cuartil, representado por la altura de la caja.

• El valor mínimo que corresponde al mínimo valor de los datos o, en caso de valores atípicos, a 1,5 distancias intercuartílicas, medidos hacia abajo desde la mediana.

• El valor máximo que corresponde al máximo valor de los datos o, en caso de valores atípicos, a 1,5 distancias intercuartílicas, medidos hacia arriba desde la mediana.

• Los valores extremos, que son los que se encuentran por encima de 1,5 y por debajo de 3 distancias intercuartílicas medidas desde la mediana, representados por un círculo.

• Los datos atípicos que se encuentran a más de tres distancias intercuartílicas medidos desde la mediana, representados por un asterisco.

• El número de caso que corresponde a la medición en la cual se encontró el valor extremo o el dato atípico.

Los percentiles son valores que dividen una distribución de frecuencias obtenida en una medición en cien partes ordenadas y de igual área; de forma similar se definen los deciles y los cuartiles ya que corresponden a dividir una distribución de frecuencias en 10 partes iguales (10, 20, 30, ..., 90, 100) y en 4 partes iguales (25, 50, 75 y 100), respectivamente.

Teniendo en cuenta que cada diagrama de caja corresponde a la representación gráfica del monitoreo de algún contaminante específico para determinado intervalo de tiempo, sería adecuado que la lectura de los valores de concentraciones se realizará en el eje vertical del diagrama y que cada bloque o caja corresponda a un intervalo de tiempo definido.

Es posible que en algunos casos no desee implementar esta metodología para el análisis de la consistencia de datos, sin embargo, en caso de no emplear los diagramas de caja como herramientas para desarrollar el análisis de la consistencia de datos, sería necesario calcular para cada conjunto de valores los siguientes valores estadísticos: máximo, mínimo, media, mediana, percentil 25, percentil 75 e indicar los valores atípicos.

De igual manera, es posible realizar gráficas de series de tiempo que permitan identificar valores atípicos en ciertas horas del día (por ejemplo picos de ozono en las noches). En la figura 45 se presenta una gráfica de series de tiempo donde se observa esta situación.

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Al comparar diferentes contaminantes medidos en una misma estación se pueden observar inconsistencias en los datos validados como por ejemplo valores de PM10 mayores a los de PST o valores de NO2 y NO que no corresponden a la cinética química establecida entre estos contaminantes (valores de NO2 constantes ante valores de NO muy variables).

También es importante determinar la hora de inicio y finalización de las mediciones similares realizadas para determinar si son comparables. Por ejemplo, que los promedios de 24 horas de las mediciones de PM10 en una misma estación inicien y terminen a la misma hora. Se requiere que las mediciones de 24 horas inicien a medianoche.

7.4.4. Consistencia de los datos relacionados con las variables meteorológicas.

Siguiendo la misma metodología usada para evaluar la consistencia de los datos relacionados con la calidad del aire, es posible evaluar los datos correspondientes a las variables meteorológicas. Por ejemplo, es posible identifi car valores de radiación solar que superen la máxima emisión que se pueda recibir del sol o valores de velocidad del viento, o temperatura, por fuera de los rangos normales sin información adicional de los datos.

Es importante determinar la coherencia en el tiempo por comparación de los diferentes parámetros con los obtenidos en una observación precedente o por la verificación de la tasa de cambio en elementos cuantitativos, la coherencia interna a través de la verificación entre sí de los distintos parámetros, como por ejemplo, dirección del viento con velocidad del viento, tasa de descenso en los perfiles de la temperatura vertical.

Coherencia en relación con los límites máximos y mínimos establecidos estadísticamente basados en datos históricos y coherencia con relación a los límites físicos o absolutos (en función de la zona, la estación, el mes, ecuaciones físicas, entre otros). Entre los límites físicos se pueden tomar: la temperatura del aire debe ser igual o mayor a la temperatura del punto de rocío derivada de la humedad relativa mediante la fórmula psicrométrica, comparación de la presión de la estación con la fórmula hipsométrica, comparación del gradiente observado con el gradiente adiabático seco en la atmósfera libre o pruebas de coherencia física entre parámetros interdependientes, entre otros.

7.5. Generación de reportes.

Una base de datos final y validada sobre calidad del aire es por sí sola, es de utilidad limitada. Para que se aplique en la elaboración de políticas, en el manejo de la contaminación del aire, en la investigación científica sobre sus efectos, los datos se deben cotejar, analizar y publicar. Los resúmenes anuales y, de preferencia, mensuales de datos constituyen un nivel mínimo de la administración de esta información. Estos resúmenes pueden usar métodos sencillos de análisis estadístico y gráfico, en el manual de diseño de este protocolo, se encuentra estipulada la periodicidad de generación de reportes para cada tipo de SVCA. Los formatos apropiados para este propósito se pueden diseñar fácilmente (véase por ejemplo, Broughton et al(33).

Un reporte más regular de datos, por día u hora, puede ser apropiado para algunos objetivos del SVCA (por ejemplo, los sistemas de alerta), aunque en tales casos, se debe poner de manifiesto que los datos publicados pueden no estar plenamente validados y la calidad puede no estar asegurada. La publicación de datos provisionales o validados solo representa un primer paso para alcanzar los objetivos de la vigilancia.

(33) Broughton, G. F. J.; Bower, J. S.; Stevenson, K. J. et al. Air Quality in the UK: A Summary of Results from Instrumented Air Monitoring Networks in 1991/92. Stevenage, Warren Spring Laboratory, informe LR 941 (AP). 1993.

Esta información debe proporcionar antecedentes a los encargados de tomar decisiones, así como una base para elaborar y verificar hipótesis científicas y modelos de los procesos relacionados con la calidad del aire y con su impacto en el hombre y su ambiente.

Para maximizar el uso de las mediciones ambientales de calidad del aire en su totalidad, se debe contar con datos sobre otros factores socioeconómicos y geográficos compatibles y de calidad óptima. Por ejemplo, el uso de datos para profundizar el conocimiento de los procesos de emisión y dispersión atmosférica que incrementan las concentraciones de contaminantes requiere acceder a mediciones meteorológicas y de emisión.

Otro ejemplo sería evaluar el impacto de las condiciones de calidad del aire en el ecosistema o en la salud; para lo cual se requiere información sobre distribuciones poblacionales, epidemiología, factores sociales y efectos sobre la salud.

Generalmente, los datos de vigilancia y de las emisiones se usan para elaborar estrategias de reducción de los efectos. Esto es, para manejar la contaminación del aire en el ámbito local o nacional. La importancia de una base de datos consolidada a escala nacional residiría en que se puede usar para evaluar el impacto de las medidas de control en el largo plazo y para estimar la situación de las ciudades de las que solo se cuenta con datos limitados, al compararlas con ciudades “representativas” similares. Las bases de datos de calidad del aire tienen a su disposición una variedad de metodologías analíticas comprobadas. Sin embargo, en el análisis final, el nivel y los medios apropiados de tratamiento de datos estarán determinados en gran medida por el uso de datos que se ha concebido al inicio. Se debe considerar el uso de sistemas de información geográfica, especialmente cuando se pretende combinar los datos de contaminación con los de epidemiología y otras fuentes coordinadas geográficamente (sociales, económicas y demográficas).

7.6. Reporte de la calidad del aire.

Los informes a ser elaborados y remitidos al centro de coordinación y recopilación de información, han de prepararse según los formatos y condiciones que se presentan en este aparte, donde se establecen los datos mínimos, cálculos y análisis a ser abordados en dichos reportes. El continuo y cabal seguimiento de los procedimientos establecidos para el aseguramiento y control del funcionamiento de los equipos de vigilancia, garantiza que los datos brutos recopilados tengan un nivel de precisión y exactitud que permitan un procesamiento posterior con una menor incertidumbre sobre la coincidencia entre las situaciones reales y las descritas por los datos.

Para el análisis de los fenómenos y episodios de contaminación; habiendo asegurado la calidad de los datos, es importante establecer no solo un formato y modo común de presentación de la información por parte de los diferentes SVCA, sino también los cálculos y las unidades de las variables utilizadas.

7.6.1. Información sobre SVCA, estaciones y técnicas de medición.

Los diferentes SVCA en la medida de lo posible, deberán remitir el máximo de información posible en relación con los aspectos que se presentan en la tabla 23, tabla 24 y tabla 25.

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7.6.2. Contenido del informe anual de calidad del aire.

El objetivo principal de un informe de este tipo es poner a disposición de las autoridades, investigadores, organizaciones ambientales y público en general, datos y análisis sobre la calidad del aire de las ciudades que poseen sistemas de vigilancia de calidad del aire. Dicha publicación permitirá a las autoridades que realizan actividades de vigilancia, evaluación e inspección, contar con información sobre los niveles de contaminación en cada una de las ciudades presentadas, permitiendo con ello, evaluar las acciones de los programas de reducción de la contaminación, para prevenir, controlar o mejorar las condiciones prevalecientes en cada una de ellas, o en su caso, rediseñar los instrumentos de política. A continuación se presenta un índice de documento sugerido para el informe anual de calidad del aire:

Introducción

Resumen para tomadores de decisiones

1. Aspectos generales: Breve conceptualización de los siguientes aspectos:

1.1. Parámetros monitoreados de calidad del aire y sus efectos para la salud humana.

1.2. Marco normativo: Normas de calidad del aire.

1.3. Índice de calidad del aire: Procedimiento de cálculo y significado de cada rango de posibles resultados.

1.4. Sistema de vigilancia de calidad del aire: Breve descripción de las condiciones ambientales y poblacionales de la región que está cubierta por el SVCA, representatividad de las mediciones, ubicación geográfica de las estaciones, fichas técnicas de las estaciones y tecnologías de medición empleadas en cada estación para el monitoreo.

1.5. Estadísticas empleadas: Explicación de los procedimientos de cálculo y sobre todo del significado o uso que se le da a dicho cálculo.

1.6. Meteorología: Conceptualización y procedimientos para la estimación de altura de capa de mezcla y estabilidad atmosférica y procedimientos para cálculos de los resúmenes o promedios de las otras variables meteorológicas (temperatura, precipitación, presión, radiación solar y humedad relativa).

2. Evaluación de la cantidad, calidad, oportunidad y disponibilidad de la información en la base de datos.

2.1. Análisis del porcentaje de captura de datos: Presentar los resultados para todos y cada uno de los contaminantes monitoreados.

3. Calidad del aire y meteorología.

3.1. Resultados de calidad del aire: Preferiblemente reportes gráfi cos que permitan comparar los valores promedios anuales de concentración obtenidos con la norma, también se aconseja incluir representaciones como los diagramas de caja por estaciones para cada contaminante, ya que estos permiten visualizar si la estación cae en algún tipo de área fuente.

3.2. Análisis de la calidad del aire: Comportamiento anual del índice de calidad del aire para cada estación por días de la semana de acuerdo con toda la información que se tenga del año o el análisis y comparación del ICA para cada estación para cada uno de los 12 meses del año.

3.3. Resultados de las mediciones meteorológicas: Resultados de promedios de las variables medidas, empleando los criterios en cuanto a sus formatos de presentación. Mínimo deberá contener: rosas de vientos diurnas, nocturnas y totales para todas y cada una de las estaciones donde se realicen mediciones; comportamiento de las mediciones de temperatura, presión, precipitación, distribución porcentual horaria de la precipitación, radiación solar, humedad relativa, dirección y velocidad del viento; y finalmente resumen de los valores promedios mensuales de las variables meteorológicas de la ciudad o región.

3.4. Determinación de áreas - Fuente de contaminación: Para cada uno de los contaminantes monitoreados y para cada estación de monitoreo.

3.5. Estudios especiales: Resultados de estudios o investigaciones científicas realizadas durante el año, relacionados con temas como estudios de valoración de la contaminación en la salud humana o estudios epidemiológicos desarrollados, estudios en días de restricción vehicular, estudios en días de quema de pólvora, entre otros.

4. Control de la contaminación atmosférica.

4.1. Presentación de medidas de contingencia o de control de emisiones de fuentes fijas, que hayan sido aplicadas por la autoridad ambiental en el último año.

4.2. Presentación de medidas de contingencia o de control de emisiones de fuentes móviles, que hayan sido aplicadas por la autoridad ambiental en el último año

4.3. Presentación de nuevos controles (esto solo en caso que la autoridad ambiental competente decida implementar algún nuevo control para algunas de las fuentes emisoras con mayor impacto sobre la calidad del aire, de acuerdo a los resultados obtenidos en el análisis de calidad del aire y en los planes de reducción de la contaminación).

5. Referencias bibliográficas.

Anexos

7.6.3. Contenido de informes mensuales y trimestrales de calidad del aire.

La realización de informes mensuales y trimestrales por parte de los SVCA permite conocer a corto plazo el estado de la calidad de aire en la región y también desarrollar seguimientos a los posibles efectos que se puedan presentar, bien sea por las medidas de control implementadas o también por la aparición de nuevas fuentes contaminantes.

De acuerdo con lo establecido en el manual de diseño de este protocolo, cada tipo de sistema de vigilancia debe cumplir con ciertos requerimientos de infraestructura, hardware, software y frecuencia de generación de reportes. Específicamente, los sistemas que deben presentar este tipo de informes son: SVCA tipo básico, tipo Intermedio, tipo avanzado y tipo especial.

Se recomienda que el contenido de este informe sea el siguiente:

1. Introducción.

2. Objetivos del estudio.

3. Generalidades.

3.1. Ubicación geográfica de estaciones y entorno.

3.2. Tecnologías de medición de las estaciones.

3.3. Resumen de la ficha técnica de las estaciones.

3.4. Contaminantes evaluados.

3.5. Tecnologías de monitoreo utilizadas.

4. Resultados de los monitoreos calidad del aire.

• Gráficas de evolución diaria de la concentración del contaminante (incluir variables meteorológicas como precipitación)

• Resultados estadísticos

• Resultados consolidados

• Comparación con la norma

• Cálculo de Índice de calidad del aire-ICA para cada estación

• Análisis de datos atípicos

• Particularidades del período

5. Meteorología del periodo.

• Gráficas de comportamiento mensual

— Temperatura

— Precipitación

— Rosa de vientos (diurnas, nocturnas y totales)

6. Conclusiones.

Anexos

Anexo 1: Ficha técnica de las estaciones

Anexo 2: Soporte del registro de calibraciones

Anexo 3: Bitácora de muestreos

• Fecha de inicio y finalización del muestreo

• Identificación y peso final del filtro utilizado

• Presión barométrica de la zona

• Temperatura promedio de la zona

• Flujo del muestreo

• Registro inicial y final de la lectura del horómetro

• Identificación de la carta utilizada en el registrador de flujo durante el muestro

• Identificación de la estación o sitio de operación del equipo, así como su ubicación geográfica (GPS)

• Identificación del equipo utilizado

• Operador y responsable del monitoreo

• Observaciones y dificultades durante el muestreo

Anexo 4: Reportes de laboratorio (cuando aplique el caso)

Anexo 5: Memorías de cálculo de datos

Anexo 6: Registros del plan de calidad

Anexo 7: Cadena de custodia de los datos (cuando aplique el caso)

7.6.4. Contenido del informe de calidad del aire presentado en las páginas Web.

En la página web de la autoridad ambiental respectiva a cada SVCA debe incluirse y mantenerse una sección donde se reporten semanalmente los datos recolectados por las estaciones de monitoreo y vigilancia de calidad de aire; estos datos han debido ser sometidos a los procedimientos de validación siguiendo las indicaciones del presente protocolo. Sin embargo, las autoridades ambientales pueden apoyarse en el Sisaire para realizar estas actividades.

El contenido mínimo sugerido de los reportes serán publicados en la web para libre acceso de cualquier ciudadano es el siguiente:

• Datos de la semana presente

• Índice de calidad del aire para cada día de monitoreo realizado

• Gráficas con los datos

• Capacidad para bajar informes del SVCA

La figura 46 muestra un ejemplo de página web posible para el reporte de la información.

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7.6.5. Cálculos y contenido de un informe meteorológico anual.

Un informe básico de meteorología está orientado a suministrar a los especialistas, a las autoridades y a la comunidad en general, la información meteorológica relacionada con el tema de la calidad del aire.

Se resalta la importancia de los datos horarios, en razón a las condiciones variables de la estabilidad atmosférica y la altura de la capa de mezcla a lo largo del día. Los datos suministrados son importantes para la realización de las modelaciones de la dispersión de los contaminantes atmosféricos a partir de las fuentes emisoras, tema esencial en los estudios de calidad de aire.

Asimismo, el informe permite establecer la continuidad de los datos generados en las estaciones meteorológicas de los SVCA, de manera que cada usuario del informe pueda inferir la confiabilidad de los resúmenes meteorológicos presentados para cada estación.

El siguiente es el contenido sugerido para el capítulo de meteorología:

1. Evaluación de los datos de la red meteorológica.

1.1. Inventario de las variables meteorológicas medidas en las estaciones meteorológicas de los SVCA.

1.2. Evaluación de la continuidad de los datos meteorológicos reportados en las estaciones durante el año.

Reportar los porcentajes de días en los que no se obtienen datos por cada estación y por cada variable. La presentación del inventario y de la continuidad de datos debe tener una estructura básica. A continuación se presenta un ejemplo de dicho reporte tomando como base la información obtenida en el análisis de información meteorológica realizado para uno de los SVCA existentes en el país, el cual posee cuatro estaciones con medición de parámetros meteorológicos (ver tabla 26 y figura 47).

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Convenciones:

T: temperatura del aire; HR: humedad relativa; V.V: velocidad del viento; DV: dirección del viento; Pb: presión atmosférica (barométrica); P: precipitación; RS: radiación solar.

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1.3. Control de calidad de los datos: Rangos lógicos que se deben cumplir en las estaciones de la ciudad o región en evaluación para cada una de las variables que serán consideradas.

1.4. Herramientas utilizadas en el procesamiento y análisis de los datos: Mencionar clara y detalladamente todas y cada una de las herramientas tanto físicas como de software empleadas durante el procesamiento de los datos obtenidos por las mediciones.

2. Estudios meteorológicos de la región.

2.1. Resumen de las bases técnicas de los estudios climatológicos y micrometeorológicos:

Descripción breve, clara y concisa del fundamento teórico bajo el cual es realizado el análisis de la información y los cálculos de parámetros que permiten la caracterización climatológica y micrometeorológica de la ciudad.

2.2. Condiciones climatológicas predominantes en la ciudad o región.

2.2.1. Resumen anual por horas y resúmenes mensuales para las diversas estaciones de la ciudad o región, de las siguientes variables: temperatura del aire, dirección y velocidad del viento, humedad relativa, radiación solar, presión atmosférica, precipitación. Un ejemplo básico de este tipo de resúmenes puede observarse en la tabla 27.

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2.2.2. Rosas de viento: Mensuales, anual total (todos los datos), anual diurna y anual nocturna.

2.2.3. Resumen analítico de las condiciones climatológicas del año: Detalle de los valores climáticos mensuales y anuales de las variables analizadas y elaboración de mapas donde se representa la distribución de la precipitación en toda la región, el comportamiento de la humedad relativa, velocidad y dirección del viento. El resumen analítico debería ir acompañado de gráficas explicativas. Como ejemplo, en la tabla 28 se presentan los datos del mismo SVCA con las cuatro estaciones mencionadas anteriormente: E1, E2, E3 y E4 para el año 2002.

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2.3. Condiciones micrometeorológicas predominantes en la ciudad o región.

2.3.1. Resumen anual (con datos horarios) y resúmenes mensuales para cada ciudad o región de la estabilidad atmosférica y la altura de la capa de mezcla.

Uno de los puntos críticos en los estudios de la calidad del aire en áreas urbanas en el país, se refiere a la falta de metodologías meteorológicas confiables para la solución adecuada de los modelos de dispersión de los contaminantes atmosféricos. El procedimiento que se sugiere a continuación es propuesto por Ruiz(34) a partir de los lineamientos presentados en el estudio “Implementación de metodologías para la meteorología y la micrometeorología de dispersión de los contaminantes en el aire” del Ideam realizado en 1998(35).

La altura de mezcla en horas diurnas depende tanto del calentamiento ocasionado por la radiación solar recibida en un sitio (altura convectiva) como del movimiento turbulento generado por los desplazamientos del aire (viento horizontal y vertical, altura mecánica).

Por ello para las horas diurnas se puede expresar que:

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Donde:

Hz: Altura de mezcla en un período diurno dado

hconv: Altura de mezcla convectiva

hmec: Altura de mezcla mecánica en el período en cuestión

A su vez:

 

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Donde:

(hconv)ti y (hconv)ti-1: Son respectivamente las alturas de mezcla en el período actual y en el período previo

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Término cuyo valor depende del flujo de calor sensible (H0) :

Parámetro semi-empírico de ajuste de la altura de mezcla basado en la rugosidad superficial, cuyo valor es de 0,005 t2 y t1:

Tiempos, precedente y actual. Como los cálculos son horarios la diferencia entre t2 y t1 será igual a 1 hora, que convertidos en la unidad de segundos será igual a 3.600.

p: Densidad del aire a presión constante; puede ser leída en tablas de propiedades físicas del aire.

Cp: Capacidad calorífica o calor específico del aire a presión constante; puede ser leído en tablas de propiedades físicas.

Una forma de estimar el producto de p y Cp del aire en casos en los que no se cuente con ninguna tabla de datos de propiedades, es a través de la siguiente expresión:

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Por su parte el fl ujo de calor sensible se define de la siguiente forma:

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Donde:

Rg: Radiación global en W/m2

A: Parámetro calculado a partir del dato de fracción de la nubosidad (N) predominante en el tiempo comprendido entre el período previo de cálculo y el actual (t2-t1), es decir:

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La fracción de nubosidad (N) predominante en cada período horario se estimó a partir de los datos de la distribución porcentual de la precipitación en cada una de las 24 horas del día. De este modo, en las horas con mayor precipitación se estimó un valor N de 0,8 y en las horas de menor precipitación N se tomó como 0,2. Entre estos valores se interpolaron los restantes valores horarios de la nubosidad.

En cuanto a la altura de mezcla mecánica, hmec, su valor depende de la velocidad de fricción (u*).

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Donde:

u: Velocidad del viento

k: Constante de Von Karman: 0,41

a: Parámetro defi nido como: si z0/zm ? 0,01 a = 0,128 + 0,005 ln(z0/zm);

si z0/zm > 0,01 a = 0,107

zm: Depende de la rugosidad superficial (z0) y de la altura del instrumento que mide

la velocidad del viento zm = zr _ 4z0

Donde:

zr: es la altura de la medición del viento

z0: es la rugosidad superficial, cuyo valor se encuentra en la tabla 29.

(34) Ruiz, F. Metodologías para estimar la altura de la capa de mezcla y otros parámetros de turbulencia atmosférica. Universidad Nacional de Colombia. Posgrado en meteorología. 2001.

(35) Sozzi, R. La turbulencia de la atmósfera y la dispersión de los contaminantes. 2 volúmenes. ASAS. Cinisello Balsamo. Italia. 1997. Sozzi, R. y F. Ruiz. Implementación de metodologías para la meteorología y la micrometeorología de dispersión de los contaminantes en el aire. Ideam. 1998.

Tabla 29.Longitud de aspereza superficial en metros(36)

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Para las horas nocturnas, Hz está definido por el valor de hmec. No obstante, en esta situación nocturna:

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Donde:

CDN: Parámetro de ajuste que indica la relación entre el tipo de superficie y la altura a la que se mide el viento

C: Factor que refleja el efecto de la rugosidad de la superficie en la velocidad del viento en la altura de medición

Una metodología análoga para el cálculo de la altura de mezcla en ausencia de datos de globos meteorológicos, fue desarrollada por científicos de la oficina de meteorología del Reino Unido (Farmer, 1983) en la cual el parámetro es hallado a través de un proceso iterativo de la longitud de Monin-Obukhov (L) y de la velocidad de fricción. Más información acerca de la capa de mezcla puede también encontrarse en el reporte fi nal COST action 715(37).

Por otra parte, la estabilidad atmosférica se ha determinado con base en las relaciones existentes entre la estabilidad, la radiación solar y la velocidad del viento, definidas por Pasquill y Gifford según se presenta en la tabla 30 y tabla 31.

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A: Condiciones muy inestables B: Condiciones moderadamente inestables

C: Condiciones ligeramente inestables D: Condiciones neutras

E: Condiciones ligeramente estables F: Condiciones moderadamente estables

En el caso de la estabilidad para condiciones nocturnas, es necesario estimar la radiación neta, lo cual se realiza a través de la siguiente ecuación, válida para períodos diurnos o nocturnos:

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Donde:

Rn: Radiación solar neta

Rg: Radiación solar global (inexistente en la noche)

T: Temperatura absoluta (ºK)

N: Fracción de nubosidad, estimada de acuerdo con los elementos antes detallados

(36) User’s guide for the Aermod meteorological preprocessor (Aermet). USEPA 2004.

(37) Meteorology applied to urban air pollution problems, B. Fisher, S. Joffre, J. Kukkonen, et al., 2005.

C1 = 5,31*10-13

C2 = 60

C3 = 0,12

s = 5,67*10-8 (constante de Stefan Boltzman)

Otra forma alterna de calcular la estabilidad atmosférica, con resultados equivalentes a las dos tablas anteriores es mediante el nomograma de Pasquill mostrado en la figura 48.

Nomograma para cálculo de estabilidad atmosférica según Pasquill(38).

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2.3.2. Resumen analítico de las condiciones micrometeorológicas del año.

Una forma sugerida para presentar los resultados de los cálculos realizados para altura de mezcla y estabilidad atmosférica de acuerdo al procedimiento descrito anteriormente es a través de tablas y gráficas como se muestra en la tabla 32 y en la figura 49.

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(38) CALINE 4.User’s Manual

Si el objetivo del cálculo de la estabilidad atmosférica es determinar el componente convectivo el cual se asocia a la radiación solar, las horas diurnas se toman desde las 6:00 horas hasta las 18:00 horas. Si el objetivo es determinar el componente mecánico el cual se asocia al comportamiento del viento se toman las 24 horas sin establecer periodos diurnos ni nocturnos.

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7.6.6. Contenido de un informe de campañas de monitoreo.

Un informe sobre una campaña de monitoreo de calidad del aire debe tener como pautas mínimas, aquellas que le den información a las entidades o entes ambientales para tomar medidas de vigilancia, inspección y evaluación, permitiendo con ello, evaluar las acciones de los programas de reducción de la contaminación y así orientar su gestión en prevenir, controlar y mejorar las condiciones prevalecientes en cada una de ellas, o en su caso, rediseñar los instrumentos de política. Adicionalmente, es importante que los informes de campañas de monitoreo permitan comparar los resultados entre campañas, bien sea en un mismo punto, a través del tiempo, o en diferentes puntos en un mismo lapso de tiempo.

Estos informes deben contener como pautas mínimas las indicadas a continuación:

1. Fecha y hora de inicio y finalización de la medición. Para el caso de la hora de inicio, de acuerdo a lo establecido en los métodos de calidad de aire establecidos en este protocolo.

2. Responsable del informe. Razón social o Nombre del responsable, cédula o NIT, número de identificación, entre otros.

3. Resolución de acreditación expedida por el Ideam.

4. Objetivos y alcances.

5. Localización de la medición (georreferenciada y con registro fotográfico).

6. Propósito de la medición.

7. Análisis de la normatividad vigente e información previa.

8. Tipo de instrumentación utilizada.

9. Equipo de medición utilizado, incluyendo números de serie.

10. Datos de calibración, ajuste del instrumento de medida y fecha de vencimiento del certificado de calibración del equipo.

11. Procedimiento de medición utilizada para cada contaminante.

12. Descripción de las fuentes de emisión en campo: Identificación de las fuentes de emisión y el estado en el que se encuentran en el momento de hacer las mediciones.

13. Condiciones atmosféricas (dirección y velocidad del viento, lluvia, temperatura, presión atmosférica, humedad).

14. Resultados numéricos y comparación con la normatividad aplicada.

15. Descripción de los tiempos de medición.

16. Descripción de los contaminantes a medir.

17. Análisis de los resultados.

18. Conclusiones y recomendaciones.

19. Bibliografía.

20. Copia de los certificados de calibración de los equipos.

7.6.7. Índice nacional de calidad de aire.

El índice de calidad del aire (ICA) permite comparar los niveles de contaminación de calidad del aire de las estaciones que pertenecen a un SVCA. Es un indicador de la calidad del aire diaria. El ICA corresponde a una escala numérica a la cual se le asigna un color, el cual a su vez tiene una relación con los efectos a la salud. El índice de calidad del aire ha sido adoptado a partir del documento Technical assistance document for the reporting of daily air quality - the air quality index (AQI) documento EPA-454/B-09-001 de febrero de 2009.

El índice de calidad del aire está enfocado en cinco contaminantes principales: Ozono, material particulado, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno y monóxido de carbono. El logosímbolo que se muestra en la figura 50 identifica en ICA en el país.

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7.6.7.1. Contaminantes del índice nacional de calidad del aire.

Teniendo en cuenta los contaminantes que son monitoreados en el país, las características de los combustibles que se distribuyen y los equipos que actualmente se encuentran en las SVCA, los contaminantes a tener en cuenta son los siguientes: PM10, PM2.5, SO2, NO2, O3 y CO.

7.6.7.2. Rangos del índice nacional de calidad del aire.

El ICA corresponde a un valor adimensional, que oscila entre 0 y 500. En la tabla 34 se presentan los rangos cualitativos, los efectos a la salud y el valor del ICA y en la tabla 35 se presentan las acciones preventivas que se deben tener en cuenta, de acuerdo al valor del ICA.

7.6.7.3. Puntos de corte del índice nacional de calidad del aire.

Teniendo en cuenta que el ICA tiene una correlación directa con los efectos en la salud, los puntos de corte del ICA son los límites correspondientes a efectos entre la salud y la calidad del aire. En este caso, se utiliza la información reportada por la EPA que presenta dichas relaciones. En la tabla 33 se presentan los puntos de corte del ICA, de acuerdo con los efectos sobre la salud reportados por estudios de la EPA (2005).

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(1) Para O3 se calculará el índice usando promedios de 8 horas y de 1 hora.

(2) Para NO2 se tendrán en cuenta valores únicamente por encima de 200 teniendo en cuenta que han sido tomado de valores y parámetros EPA.

(3) Valores de concentraciones de 8 horas de ozono no definen valores más altos de ICA ( ³301). Los valores de ICA de 301 o mayores serán calculados con concentraciones de 1 hora de ozono.

(4) Los números entre paréntesis se asocian valores de 1 hora que se utilizarán en esta categoría solo si se superponen.

7.6.7.4. Cálculo del índice nacional de calidad del aire.

El ICA será calculado a partir de la siguiente ecuación, que corresponde a la metodología utilizada por la EPA para el cálculo del AQI y será reportado el mayor valor que se obtenga del cálculo de cada uno de los contaminantes medidos.

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Donde:

IP = Índice para el contaminante p

CP = Concentración medida para el contaminante p

BPHi = Punto de corte mayor o igual a CP

BPLo = Punto de corte menor o igual a CP

IHi = Valor del Índice de Calidad del Aire correspondiente al BPHi

ILo = Valor del Índice de Calidad del Aire correspondiente al BPLo

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Fuente EPA,2009.

7.6.8. Contenido de un plan de calidad.

Un plan de calidad es el documento donde se detallan todas las actividades relacionadas con la vigilancia, control y medición de los niveles de concentración de contaminantes atmosféricos. La redacción, elaboración y aprobación del Plan de Calidad debe ser ejecutada antes de iniciar la operación o ajuste de cualquier sistema de vigilancia de calidad del aire (SVCA).

El contenido de todo plan de calidad debe incluir como mínimo:

1. Generalidades: Esta sección está relacionada con la descripción de los objetivos del documento que se presenta, es decir, los objetivos de contar con un plan de calidad. Debe incluir una sección de control del manual y registro donde se debe registrar la fecha de elaboración y las posteriores fechas de modificaciones al documento, en caso que se presenten, y finalmente debe incluir una breve descripción del SVCA que representa (cantidad de estaciones, tipo de tecnología, ubicación específica y detallada de las mismas, objetivos de los monitoreos del SVCA, entre otras).

2. Estructura y responsabilidad: Se debe definir el organigrama del programa de monitoreo y seguimiento de calidad del aire, al cual obedece la creación del respectivo SVCA; en esta sección se deberán incluir los cargos y las responsabilidades de todas las personas que participen en la ejecución del proyecto.

3. Objetivos de aseguramiento de calidad: Presentación de los objetivos del SVCA, los objetivos de calidad y los objetivos de control de calidad en términos precisión, exactitud e integridad.

4. Procedimientos de medición: Descripción detallada de los métodos y procedimientos de medición que se emplearán en la operación del SVCA.

5. Cadena de custodia: Descripción detallada de los procedimientos de empaque, marcado y transporte de las muestras o reportes de los equipos.

6. Procedimientos de revisión y calibración: Descripción de los procesos de calibración de los equipos.

7. Análisis de datos, validación y reporte: Descripción detallada de los procesos a realizar por el personal del SVCA, relacionado con los análisis, validación y elaboración de informes.

8. Control de calidad interno: Definición de los procedimientos para el control de calidad como por ejemplo el chequeo de calidad en el pesaje y otras actividades relacionadas con el monitoreo de la calidad del aire.

9. Auditorías de desempeño del sistema: Definición del desarrollo de las posibles auditorías al SVCA durante su operación (evaluación del cumplimiento de objetivos, evaluación de la capacidad del personal que opera el SVCA, evaluación de operación interna y evaluación de desempeño).

10. Mantenimiento preventivo: Definición de las acciones para los mantenimientos preventivos de los equipos que hacen parte del SVCA.

11. Reportes de aseguramiento de calidad: Definición del tipo y contenido de los informes que serán presentados a la dirección del SVCA, en el momento de realizarse algún tipo de auditoría.

8. Bibliografía.

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Universidad de Chile y Fundación Centro Nacional del Medio Ambiente. elaboración de reglamentos y protocolos de procedimientos para el Aseguramiento de la calidad del monitoreo de contaminantes atmosféricos. informe fi nal, informe técnico LMA- 030-2003 preparado para la Comisión Nacional del Medio Ambiente. Santiago, Chile.

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(Nota: Véase Resolución 2254 de 2017 artículo 26 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible)