metodología de evaluación de la calidad.pdf

7/26/2019 Metodologa de evaluacin de la calidad.pdf

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X. Metodologa de evaluacin de la calidaddel aire

ROSALA FERNNDEZ PATIER

Doctora en Farmacia. Es Jefe del rea de Calidad Ambientaldel Instituto de Salud Carlos III. Fundadora de la SociedadEspaola de Sanidad Ambiental. Es habitual colaboradoradel Departamento de Qumica Inorgnica y Bioinorgnica dela Universidad Complutense.

En el muestreo y anlisis de contaminantes atmosfricos se debe distinguirentre emisin e inmisin. El concepto de emisin implica la concentracin deun contaminante que es lanzado o vertido por un foco emisor, mientras que aireambiente (a veces, llamado inmisin) se refiere a la concentracin de un conta-minante, existente a nivel del suelo y es por tanto, el que respira el ser humano.

De estos conceptos, se derivan las diferentes magnitudes existentes en emi-sin y aire ambiente y por tanto, la necesidad de diferentes tcnicas de muestreoy/o anlisis.

MTODOS CONTINUOS Y MTODOS DISCONTINUOS

Los mtodos continuos implican la captacin y anlisis del contaminante enel punto de muestreo, de forma continua y automtica, mientras que los mto-dos discontinuos suponen la captacin del contaminante en el punto de mues-treo, el transporte del contaminante captado al laboratorio y el posterior anlisisen el laboratorio.

Tanto los mtodos continuos como los discontinuos son aplicables en lasmedidas de emisin y aire ambiente.


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MUESTREO

En contaminacin atmosfrica va totalmente ligado el muestreo o captacindel contaminante al anlisis, pues la captacin del contaminante atmosfrico va,por lo general, ligada al mtodo de anlisis. Por ejemplo, si se va a determinaren el laboratorio el dixido de azufre por el mtodo del tetracloromercuriato-pararosanilina, la captacin se realiza con solucin de tetracloromercuriato, perosi el anlisis se realiza por el mtodo de la torina, la captacin se realiza consolucin de agua oxigenada. Adems de las soluciones captadoras, varan otrosparmetros como caudal de muestreo, diseo del captador...

1. Programas de muestreo

El muestreo de contaminantes atmosfricos va unido a los objetivos delmismo, pudindose diferenciar tres tipos de muestreo:

Muestreo continuo

Consiste en tomar muestras de forma continua a lo largo del ao. Este mues-treo continuo puede ser en tiempo real (en el caso de los analizadores automti-cos) o en perodos de 24 horas o tiempos inferiores o superiores predefinidos.

Muestreo peridico

Basado en un plan predefinido y consistente bsicamente en:

Muestreo por estaciones. Por ejemplo, un mes o dos semanas cada pero-do estacional.

Un da de cada ocho. Muy til cuando hay limitaciones econmicas o derecursos humanos. De esta manera, se tienen muestras representativas de

todos los das del ao.

Muestreo puntual

Determinados das y horas.

2. Mtodos de muestreo

La eleccin del mtodo de anlisis, y por tanto del muestreo, segn loreferenciado anteriormente, se realizar de acuerdo a los objetivos de la vigilan-


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METODOLOGA DE EVALUACIN DE LA CALIDAD DEL AIRE

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cia o control, debiendo elegirse entre los que cumplen los objetivos a alcanzar,el ms sencillo. La utilizacin de equipos inapropiados, demasiado complejos ocon fallos frecuentes pueden causar el fracaso de la red.

Algunos de los parmetros a tener en cuenta son:

Objetivos.

Tiempo de resolucin requerido.

Consultas con otros usuarios.

Referencias a reglamentos legales y/o normas.

La metodologa para la medida de los contaminantes atmosfricos se puededividir en cuatro tipos, que cubren los ms amplios rangos de costes y caracte-

rsticas de funcionamiento. En la Tabla 1 figuran las ventajas e inconvenientesde estas tcnicas.

Los muestreadores pasivos y activos corresponden a metodologa discontinua,implicando el posterior anlisis en el laboratorio, mientras que los analizadoresautomticos y sensores remotos pertenecen a la metodologa continua, proporcio-nando los datos en tiempo real. Estos cuatro tipos de tcnicas son aplicables a ladeterminacin de los niveles de aire ambiente, aunque en la actualidad, las msutilizadas son las de los muestreadores activos, muestreadores pasivos y los anali-zadores automticos, pues los sensores remotos, aunque dan valores de multicon-

taminantes a lo largo de una distancia, no estn muy introducidos en las redes,por su no adecuidad con la legislacin y Directivas Comunitarias.

En las determinaciones de emisin, slo los muestreadores activos y losanalizadores automticos son utilizados.

TABLA1. Ventajas e inconvenientes de las tcnicas de medida, de contaminantes atmosfricos

Muestreadores pasivos

Muestreadores activos

Analizadores automticos

Muy bajo coste. Muy sencillos.

tiles para estudios debase.

Bajo coste. Fcil de operar. Operacin segura. Datos histricos.

Comprobados. Altas caractersticas. Datos horarios. Informacin en tiempo

real.

No tiles para algunoscontaminantes.

En general, dan mediasmensuales y semanales.

Medias diarias. Trabajo intensivo. Requiere anlisis en el

laboratorio.

Complejos. Costosos. Requieren gran

adiestramiento. Costes elevados.

Mtodo Ventajas Inconvenientes


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TABLA1. Ventajas e inconvenientes de las tcnicas de medida, de contaminantesatmosfricos(cont.)

Sensores remotos Dan datos en undeterminado espacio.

til cerca de las fuentes. Medidas de

multicomponentes.

Muy complejos. Difciles de operar,

calibrar y validar. No siempre comparables

con medidas puntuales.

Mtodo Ventajas Inconvenientes

REQUISITOS DE LA CAPTACIN

Mtodos discontinuos

Para los mtodos discontinuos, lo esencial es que llegue al laboratorio, el100% (o porcentaje conocido) del contaminante que exista en el aire muestrea-do. Para una buena captacin se requiere:

Utilizacin de un dispositivo de medida de volumen de la muestra de aire.Un dispositivo de esta naturaleza debe calibrarse con tanto cuidado comose calibrara un aparato de vidrio para volumetras, porque estos dispo-sitivos realizan la medida por volumetra.

Utilizacin de un soporte de muestreo, que es en general un filtro o unasolucin absorbente, para retener el material contaminante. La eficienciareal del soporte tiene que determinar experimentalmente de manera queel analista pueda calcular el peso verdadero o el volumen de contaminan-te, como si todo o el 100% hubiese sido retenido. En relacin con esto,hay que sealar que muy pocos soportes de muestreo operan con un100% de eficiencia, aunque unos soportes dispuestos en serie se acercana la captacin de muestras perfectamente eficaz al combinar sus eficien-cias.

La mejor manera de determinar la eficiencia es mediante la utilizacin deuna mezcla de un contaminante conocido y aire como muestra patrn. Elporcentaje de contaminante captado en el soporte (por ejemplo, el 80%)proporciona la eficiencia de captacin.

Si no se dispone de un contaminante conocido se puede hacer unadeterminacin aproximada de la eficiencia si se supone que se ha recogi-do el 100% en el total de los soportes y determinar la eficiencia delprimer soporte de muestreo.

Utilizacin de una bomba que aporte un caudal constante de aire al

captador. Una acusada variacin en el caudal debida a la fatiga de labomba, durante el proceso de muestreo conduce a volmenes de muestra


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errneas, si es que se emplea un promedio en el tiempo para calcular elvolumen de la muestra partiendo de los caudales inicial y final me-didos y del tiempo de muestreo.

Mtodos continuos

Lo fundamental en la captacin de contaminantes atmosfricos por mtodoscontinuos es el diseo de la lnea de muestreo o distribuidor, la cual determi-na, efectivamente, la exactitud y credibilidad de las medidas realizadas. A esterespecto, hay que sealar, los dos tipos ms importantes de distribuidores exis-tentes:

Diseo de flujo laminar vertical. En el diseo de flujo laminar vertical, lamuestra de aire no debe reaccionar con las paredes de la toma de mues-tra, por lo que la toma de muestra deber ser inerte. Se pueden usarmateriales como vidrio, acero inoxidable, acero galvanizado, tefln y PVC.

Las ventajas de este distribuidor son:

Se puede limpiar fcilmente.

Se pueden realizar varias tomas de muestras a lo largo del tubo depen-diendo de las caractersticas del distribuidor.

Como inconveniente, se cita la dificultad de producir un flujo laminardebido a las juntas curvas del distribuidor. En la prctica, no es muyusado.

Diseo de distribuidor convencional. Tambin los materiales deben serinertes. Este diseo consiste en una seccin modular con tubos en formade caa de azcar y conectada a un tubo vertical mediante una juntaen T. El tubo vertical pasa a travs del techo de la caseta y se eleva entre1 y 2 metros. Este sistema debe ser tan corto como sea posible para evitarprdidas de partculas.

En las casetas donde hay instalados equipos automticos de medida de lacontaminacin atmosfrica, es de esencial importancia el control de la tempera-tura, debido a que algunos analizadores de gases tienen un significativo coefi-ciente de respuesta a la temperatura, e incluso algunos ven afectado su funcio-namiento en extremos de temperatura. Por ello, se necesita un adecuado controltrmico de los equipos, mediante el uso de acondicionadores de aire.


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SISTEMAS Y EQUIPOS DE MUESTREO

Muestreadores pasivos

En los muestreadores pasivos no se fuerza el aire a pasar al muestreador pormedio de una bomba como sucede con los activos. Se basa en la difusin de loscontaminantes hacia la superficie del muestreador. Despus del perodo demuestreo (generalmente semanas) se realiza una extraccin y posterior anlisis.

Los captadores pasivos se rigen por la primera ley de Fick y se basa en quelas especies moleculares dispersan en el aire a una concentracin C difunden enel espacio del siguiente modo:

(1)

siendo:

m masa de gas que difunde a travs de la seccin S, en moles (moles).D coeficiente de difusin del gas, en centmetros cuadrados por minuto

(cm2/min).C concentracin ambiental del gas, en moles por centmetro cbico

(moles/cm3

).l longitud de difusin, en centmetros (cm).S superficie de difusin, en centmetros cuadrados (cm2).t tiempo de difusin, en minutos (min).

La superficie de difusin en el captador pasivo utilizado le corresponde a uncilindro, de radio r, en centmetros, y de altura h, en centmetros, siendoel valor de S = 2 fh.

Sustituyendo el valor de la superficie en (1), se tiene:

(2)

Integrando la ecuacin anterior con respecto al tiempo y al espacio, queda:

(3)

dm dCDSdt dl=

dm dCD 2 rh

dt dl=

a

m 2 hD C DkC

rt lnr

= =


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siendo:

r radio del cilindro o cuerpo difusivo, en centmetros (cm).

ra radio del cartucho cilndrico adsorbente, en centmetros (cm).k constante geomtrica del captador.

Si Dk = Q, la ecuacin (3) puede escribirse como:

y despejando el valor de C, queda:

siendo:

Q el coeficiente de captacin, en dimensiones de flujo de gas (cm3/min).

Muestreadores activos

Los principales muestreadores activos se pueden clasificar en:Captadores de gases y partculas.

Captadores de partculas.

Captadores de precipitacin.

Captadores de Compuestos Orgnicos Voltiles (COV).

Captadores de gases y partculas

Captador de pequeo volumen(Orden Ministerial de 10 de agosto de 1976)1).

Se emplea para la toma de muestras de partculas en suspensin en el airey para las muestras de gases, pudindose emplear al mismo tiempo para ambos.

Consiste en un equipo formado por los siguientes elementos:

Filtro para la retencin de partculas.

Borboteador para recoger la muestra de gases.

Contador de gas.

Bomba aspirante.

mQ . C

t=

mC

Q . t=


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Las caractersticas de cada uno de estos elementos son las siguientes:

Filtro

Se utilizan diferentes clases de filtros (papel, fibra de vidrio, etc.) colocn-dose en un soporte especial a la entrada del aire captado.

El soporte est constituido por dos valvas metlicas o de material plstico,con un conducto para la entrada del aire aspirado, en medio de las cuales secoloca el filtro que despus se cierra hermticamente por cualquier sistema defijacin.

Borboteador

Como recipiente para la recogida de contaminantes gaseosos se utiliza unfrasco lavador de gases, tipo Dreschsel, de vidrio resistente, incoloro (borosili-cato), cuya capacidad depender del contaminante que se desee determinar ydel mtodo que se vaya a utilizar para el anlisis.

Contador de gas

Para conocer el volumen de aire muestreado y referir al mismo los resulta-dos obtenidos en los anlisis se utiliza un pequeo contador seco que puedamedir un caudal de aire de uno y medio a tres litros por minuto.

Bomba aspirante

Se utiliza una bomba de membrana, movida por un motor elctrico depotencia adecuada, capaz de aspirar de dos a cuatro metros cbicos en 24 horas.

Los distintos elementos del equipo se conectan mediante tubos de vidrio o

de material plstico inerte y preferiblemente de 8 mm de dimetro interior.La comunicacin con el exterior se hace mediante un tubo de material

plstico desde la entrada del portafiltros, terminado en el extremo opuesto enun embudo de un dimetro comprendido entre 3 y 5 cm.

Procedimiento de utilizacin

Para cada contaminante especfico se introduce en el portafiltros, el filtrocorrespondiente y en el borboteador la solucin captadora adecuada. Se anotala lectura del contador, se pone en funcionamiento la bomba y una vez trans-


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currido el tiempo de toma de muestra se para, apuntando la nueva lectura delcontador. La diferencia de las lecturas determina el volumen del aire captado.

Se ha utilizado para la determinacin de dixido de azufre y humo, siendola tnica patrn en Espaa hasta el 1-1-2005 en que entra en vigor el RealDecreto 1073/2002 de 18 de octubre2); siendo sustituido por un mtodo auto-mtico de fluorescencia de UV.

Captadores de partculas

Captador de alto volumen (Orden Ministerial de 10 de agosto de 1976)1).

El siguiente sistema de toma de muestra se usa para la determinacin gravi-mtrica de partculas en suspensin, de tamao superior a 0,1 micra. Consta de:

Soporte para el filtro.

Conjunto de aspiracin.

Gasmetro o contador.

Soporte para el filtro

Consiste en un cuerpo con forma troncocnica, en cuya base se sita unarejilla metlica sobre otras dos para tener suficiente resistencia mecnica a ladepresin que ha de soportar.

Conjunto de aspiracin

Consiste en una canalizacin que partiendo de la base inferior del filtropone a este en comunicacin con la aspiracin de un equipo motobomba devaco.

Su caudal est comprendido entre 40 y 60 metros cbicos por hora. 40 m3/h con filtro.

60 m3/h sin filtro.

Gasmetro contador

Con capacidad para medir 60 m3/h y cuenta con un visor de lectura digitalacumulable, o con dispositivo de puesta a cero.

Todo el conjunto queda montado sobre un bastidor, con todos sus elemen-tos accesibles. En condiciones climticas extremas debe preverse un sistema de


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ventilacin o calefaccin, de forma que la temperatura interior quede compren-dida entre 2o C y + 50o C.

Puesta en funcionamiento

Se coloca el filtro, se conecta el interruptor de marcha del grupo motobom-ba regulando las llaves y vlvulas hasta que el rotmetro indique el caudal de-seado, y se anota el da, hora y la lectura del contador. Una vez transcurrido elperodo de muestra, se para la bomba procediendo a una nueva anotacin delda, hora y lectura del contador. Por diferencia de lecturas se determina el in-tervalo de tiempo transcurrido y el volumen de aire desplazado.

Existe un captador de alto volumen con medicin por caudalmetro, que essimilar al anterior, pero que en vez de gasmetro tiene caudalmetro, el cual sloda volumen de aire por hora en vez de volumen total. Esto no es del todo co-rrecto, pues al principio pasa ms aire y al final, por estar el filtro muy tupido,el volumen de aire que pasa es menor.

Este captador se ha utilizado como tcnica patrn para la determinacin dePartculas en Suspensin Totales hasta 1-1-2005 en que entra en vigor el RealDecreto 1073/20022), siendo sustituido por la Norma UNE-EN 12341:19993)dedeterminacin de partculas PM10.

Captador de material sedimentable

(Orden Ministerial de 10 de agosto de 1976)1)(Derogado por Real Decreto1073/2002)2).

Toma muestra que se utiliza para la determinacin de partculas sedimenta-bles. stas se depositan por gravedad en el interior de un frasco colector.

Los elementos que componen el equipo son:

Soporte: Es un trpode de 1,35 m de altura. Rejilla protectora para evitar la entrada de insectos, hojas, etc., de 25 mm

de malla.

Depsito colector de vidrio o acero inoxidable de 315 mm de dimetro(D). Debe llevar un factor F marcado sobre el embudo colector, este fac-tor multiplicado por el peso total del residuo captado (mg) da los mg/m2.

4

2

127,3 x10F

D

=


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Los mg/m2obtenidos se dividen por el nmero de das que ha durado elmuestreo, obteniendo as los mg/m2da de partculas sedimentables quenos permite comparar con el lmite legal establecido para este parmetro.

Frascos colectores. Son de vidrio o plstico de 10 a 20 litros de capacidad.

El perodo de recogida de muestras es habitualmente de un mes natural.

Captadores de partculas torcicas (PM10)

(Real Decreto 1073/20022); UNE-EN 12341:1999)3).

Interesan dos tamaos de partculas (UNE 77213:1997): la fraccin torcica

que son aquellas partculas inhaladas que pueden atravesar la laringe y tienen undimetro inferior a 10 mm y la fraccin respirable que son aquellas partculasinhaladas que pueden atravesar las vas respiratorias no ciliadas y tienen undimetro inferior a 2,5 mm.

A este respecto el Real Decreto 1073/20022), relativa a los valores lmite dedixido de azufre, dixido de nitrgeno y xidos de nitrgeno, partculas, plo-mo, benceno y monxido de carbono en aire ambiente, establece valores lmitespara partculas PM10.

En el Anexo XI de este Real Decreto se cita que el mtodo de captacin ser

la norma UNE-EN 12341:1999

3)

. Esta norma, desarrollada a travs de intercom-paraciones de los sistemas captadores de partculas PM10existentes en Europay el de referencia EPA, design por comparacin frente a un captador de su-peralto volumen WRAC (Wide Range Aerosol Classifier), considerado de refe-rencia por la Comisin Europea para este ensayo, a dos captadores PM10 dereferencia (Anexo B de la norma UNE-EN 12341:1999)3).

Captador de referencia de bajo volumen LVS PM10

Caudal de aspiracin 2,3 m3/h.

El cabezal de muestreo se muestra en la Figura 1.

Las partculas se aspiran a travs de la abertura circunferencial entre el ar-mazn y la tapa redonda montada encima. Debe utilizarse una cubierta paraproteger la aspiracin de la lluvia y nieve.

Dentro del cabezal de muestreo, el flujo de aire es acelerado a travs deocho boquillas impactoras y dirigido despus hacia la superficie de impactacin.A continuacin, el flujo de aire es conducido mediante un tubo al portafiltro.El portafiltro debe ser adecuado para la insercin de filtros circulares con di-

metros entre 47 mm y 50 mm. El dimetro del rea libre del aire muestreadoque pasa a travs del filtro debe estar entre 40 mm y 41 mm.


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Las boquillas impactoras y la superficie de impactacin deben limpiarseregularmente. Posteriormente, la superficie de impactacin debe engrasarse,preferiblemente usando grasa de silicona de vaco (media). La limpieza y engra-sado debe realizarase, al menos, cada veinte muestreos. Dependiendo de laconcentracin de PM10, la limpieza y engrasado debe tener lugar ms frecuen-temente (hasta cada cinco muestreos). Para facilitar la limpieza y engrasado, elcabezal de muestreo debe construirse de manera que la placa de impactacinpueda ser separada del armazn.

El instrumento de muestreo debe ser capaz de aguantar condiciones clim-ticas externas. Por ejemplo, el cabezal de muestreo y el portafiltro de muestreopueden estar hechos de aluminio anonizado y acero inoxidable; el portafiltropuede tambin ser de material plstico, como policarbonato.

FIGURA 2. Diseo del cabezal de muestreo PM10del HVS de 68 m3/h (dimensiones en milmetros).

FIGURA 1. Diseo del cabezal de muestreo PM10del LVS de 2,3 m3/h (dimensiones en milmetros).


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Captador de referencia de alto volumen HVS

Caudal de aspiracin 68 m

3

/h.El cabezal de muestreo se muestra en la Figura 2.

La materia particulada en suspensin es aspirada a travs de la abertura cir-cunferencial de la parte (caperuza) superior. Dentro del cabezal de muestreo, elflujo de aire se acelera a travs de nueve boquillas impactoras y despus es dirigi-do hacia la superficie de impactacin. Posteriormente, el flujo de aire es conduci-do mediante 16 tubos a travs de un tamiz al portafiltro. El portafiltro debe seradecuado para la insercin de un filtro rectangular de 203 mm 254 mm de ta-mao. El rea libre del aire muestreado que pasa a travs del filtro debe ser de180 mm 220 mm.

Las boquillas impactoras y la superficie de impactacin deben limpiarseregularmente. Posteriormente, la superficie de impactacin hasta el borde delarmazn debe engrasarse, por ejemplo, con una gruesa capa de vaselina. Lalimpieza y engrasado debe realizarse al menos cada 20 muestreos. Dependiendode la concentracin de PM10, la limpieza y el engrasado debe tener lugar msfrecuentemente (hasta cada cinco muestreos). Para facilitar la limpieza y engra-sado, el cabezal de muestreo tiene que estar construido de manera que el im-pactor puede ser abierto mediante una bisagra.

El instrumento de muestreo debe ser capaz de aguantar condiciones clim-ticas externas. Por ejemplo, el cabezal de muestreo y el portafiltro pueden estarhechos de aluminio anonizado.

Consideraciones para su manejo y equivalencia

El caudalde funcionamiento debe estar calibrado y tener una incertidumbreinferior al 2%. La calibracin se puede realizar externamente por una empresaacreditada UNE-EN ISO/IEC 170254)para caudal en el rango adecuado o me-

diante un calibrador de caudal igualmente calibrado externamente por empresaacreditada. Como la incertidumbre de operacin debe ser inferior al 2%, es reco-mendable que la incertidumbre de la calibracin del captador no supere el 1%.

A este respecto en la eleccin del captador a usar en la captacin de par-tculas PM10hay que tener en cuenta la disponibilidad o existencia de labora-torio acreditado para el caudal del captador que se va a usar.

Se pueden utilizar captadores equivalentesa los de referencia. La demostra-cin de la equivalencia la ha de realizar un laboratorio acreditado segn UNE-EN ISO/IEC 170254)para la norma UNE-EN 12341:19993), con dos captadores

candidatos y uno de referencia. En esta norma la equivalencia al de referenciade los captadores candidatos se centra en los siguientes aspectos:


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a) Comparabilidad de los captadores candidatos

A partir de la incertidumbre entre medidas duplicadas del par de captadorescandidatos colocados.

b) Comparabilidad del captador candidato y de referencia

A partir de la llamada funcin de equivalencia al de referencia que describela relacin entre las concentraciones msicas medidas por el candidato y el cap-tador de referencia, respectivamente.

Emplazamiento para el ensayo.Cuando se seleccionan los emplazamientospara el ensayo debe considerarse la integridad del lugar en una escala macroam-biental (por ejemplo, tipo de localizacin) y en una escala microambiental (porejemplo, rea que directamente rodea la estacin).

Para una escala macroambiental, la(s) localizacin(es) del ensayo debe selec-cionarse de forma que represente tanto situaciones encontradas comnmentecomo extremas. La proporcin de PM10con respecto a la materia particulada ensuspensin, junto con la concentracin msica de PM10sirve como indicacin dela situacin caracterstica bajo consideracin:

a) el rango de concentraciones PM10debe cubrir al menos 150% del valorlmite pertinente del Real Decreto 1073/20022),

b) la proporcin de PM10con respecto a la materia particulada en suspen-sin debe variar entre una muy alta contribucin (por encima del 90%)y alrededor del 50%.

Para una escala microambiental, el captador candidato y el captador de refe-rencia deben investigar la misma proporcin de PM10a la materia particulada ensuspensin bajo las mismas condiciones ambientales, de manera que produzcandatos comparables. Como mnimo, deben seguirse las siguientes reglas bsicas:

c) el flujo alrededor del cabezal de muestreo debe ser no restringido, sin

ningn obstculo (tales como balcones, rboles, superficies verticales oparedes, etc.) que afecten el flujo de aire en la vecindad del captador;

d) los cabezales deben estar bien alejados entre s, a fin de evitar interfe-rencias mutuas en los procesos de muestreo (por ejemplo, alejados deotros escapes de la bomba de muestreo);

e) todos los cabezales deben estar colocados a la misma altura (entre 1,5 my 8 m) sobre el nivel del suelo;

f) los cabezales deben colocarse lejos de fuentes locales para evitar pena-cho (por ejemplo, alejados de chimeneas que sirven para la propia cale-

faccin domstica del emplazamiento de ensayo).


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Una vez que el tipo de localizacin ha sido determinado, la seleccin de losemplazamientos de ensayo verdaderos deben tener en cuenta un nmero defactores, en aspectos operacionales concretos (accesibilidad, seguridad frente alvandalismo, proteccin frente a condiciones meteorolgicas externas) y aspectosde infraestructura (electricidad y telfono).

El nmero de medidas obtenidas en el ejercicio de comparacin entre cadauno de los captadores candidatos y el de referencia debe ser, al menos, de cuaren-ta en total. Las medidas deben cubrir un rango de condiciones ambientales en-contradas comnmente en la Unin Europea, en particular considerando la velo-cidad del viento (baja frente a alta) y la humedad relativa (baja frente a alta).

Captadores de partculas respirables

(UNE-EN 14907:2006)5)

El Real Decreto 1073/20022), relativo a los valores lmite de dixido deazufre, dixido de nitrgeno y xidos de nitrgeno, partculas, plomo, bencenoy monxido de carbono en aire ambiente, establece en su artculo 9 la necesidadde realizar mediciones de PM2,5en los mismos puntos donde se miden PM10yen el Anexo XI del mismo se cita que el mtodo de captacin estaba siendonormalizado por CEN, siendo actualmente la Norma UNE - EN 14907:20065).

Esta norma desarrollada a travs de intercomparaciones de los sistemas capta-dores de partculas PM2,5existentes, design dos captadores PM2,5de referencia.

Captador de referencia de bajo volumen LVS PM2,5

Con caudal de aspiracin de 2,3 m3/h y el funcionamiento es similar al delcabezal de muestreo para PM10.

Captador de referencia de alto volumen HVS PM2,5

Con caudal de aspiracin de 30 m3/h.

Caractersticas de los componentes

Tubo de conexin.Los requisitos del tubo de conexin entre el cabezal yel portafiltro son para minimizar las prdidas por deposicin de materia parti-culada debidas a procesos cinticos, as como las prdidas debidas a procesos

trmicos, qumicos o electrostticos. Debe evitarse el contacto del aire muestrea-do con superficies fras que podran causar condensaciones.


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Tambin, la conexin debe disearse para minimizar el efecto del calenta-miento solar, de manera que la muestra de aire se mantenga tan cerca como seaposible de la temperatura ambiente.

La temperatura del tubo de conexin debera mantenerse tan prxima a latemperatura ambiente como sea posible. La desviacin de la temperatura debeser inferior a 5 C (preferiblemente medida directamente detrs del filtro).

NOTA: Este requisito puede cumplirse para el LVS colocando una vainade proteccin del aire ambiente alrededor de la conexin entre el cabe-zal y el filtro, lo ms prximo al filtro. Para el HVS, la alta velocidad delaire en el interior de la conexin es generalmente suficiente para cumplir

el requisito.

La velocidad del flujo en el tubo, determinada por el dimetro del mismo,previene prdidas significativas debidas a la difusin o impactacin inercialturbulenta.

El tubo no debe tener curvas y ser vertical.

La longitud del tubo de conexin entre el cabezal y el portafiltro no debeser mayor de 3 m.

El tubo de conexin debe estar hecho, preferiblemente, de un materialinerte, no corrosivo y conductor de la electricidad, tal como acero inoxidable oaluminio anodizado.

Portafiltro y filtro.El portafiltro debe estar hecho de un material inerte yno corrosivo, tal como acero inoxidable o aluminio anodizado. Tambin puedenusarse materiales plsticos como policarbonato, POM (polioximetileno) o PTFE(politetrafluoroetileno).

El portafiltro debe disearse de modo que la temperatura del portafiltro yel filtro se mantenga tan cerca como sea posible de la temperatura ambiente.

Debe minimizarse el efecto de las fuentes de calor, tales como radiacin solary elementos enfriadores, como aparatos elctricos (por ejemplo, la bomba deaspiracin) y acondicionadores de aire. Durante los perodos estacinales cli-dos, por ejemplo en primavera, verano y otoo, la temperatura que alcanza elfiltro de muestra debe limitarse a menos de 5 C por encima de la temperaturadel aire ambiente que rodea al captador, mediante la incorporacin de medidasde temperatura, preferiblemente directamente detrs del filtro.

Los filtros deben estar hechos de fibra de vidrio, fibra de cuarzo, PTFE ofibra de vidrio recubierto de PTFE.

Los filtros deben tener una eficiencia de separacin de al menos 99,5% paraun dimetro aerodinmico de 0,3 m.


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NOTA: Se recomienda que los fabricantes de filtros determinen la efi-

ciencia de separacin del filtro, de acuerdo con mtodos normalizados.

Para el LVS, el portafiltro debe ser adecuado para la insercin de filtroscirculares, por lo que el dimetro del rea libre a travs de la cual pasa el airemuestreado debe estar entre 34 mm y 41 mm.

Para el HVS, el portafiltro debe ser adecuado para la insercin de filtroscirculares, por lo que el dimetro del rea libre a travs de la cual pasa el airemuestreado debe estar entre 135 mm y 143 mm.

El soporte del filtro debe estar hecho de rejilla de material de acero inoxi-dable, policarbonato, POM o PTFE.

Sistema de control de flujo.El sistema de flujo para captacin de muestrasdebe proporcionar el caudal necesario para la correcta seleccin de tamao enel cabezal, y tambin un volumen conocido muestreado para el clculo de laconcentracin de PM2,5. El sistema de control de flujo debe estar de acuerdocon los principios fsicos bsicos.

Como el volumen muestreado debe expresarse en las condiciones del aireambiente prximas al cabezal PM2,5, el control de flujo debe ser tal que elvolumen muestreado de aire en condiciones ambientales por unidad de tiempose mantenga constante, por incorporacin de las medidas de temperatura ypresin en una localizacin representativa en aire ambiente. El caudal medidopor el sistema de control de flujo instalado despus del filtro que se muestreadebe convertirse a condiciones ambientales de acuerdo a la Ley de los gasesideales.

El caudal volumtrico a travs del cabezal debe ser controlable a un valornominal de 2,3 m3/h en condiciones ambientales para el cabezal normalizadoLVS, y 30 m3/h para el cabezal normalizado HVS. El valor instantneo delcaudal debe mantenerse constante dentro del 5% del valor nominal en condi-

ciones ambientales.El caudal volumtrico medio durante el perodo de medida debe estar den-

tro del 2% del valor nominal.

Captadores de Compuestos Orgnicos Voltiles (COV)

Captacin en trampas

Los tubos de absorcin de carbn o tenax son usados comnmente paracaptar muchos componentes orgnicos gaseosos. Diversos investigadores han


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encontrado eficacia de captacin del 95% por este mtodo para hidrocarburosalifticos independientemente del caudal de muestreo.

Los grnulos de carbn son empaquetados en tubos de vidrio de una lon-gitud de 5-10 cm. El tubo es tapado en un extremo por un tapn de lana devidrio, siendo recomendable ajustar los tapones de manera que tengan unapresin de 46-53 mbar, evitando as las perdidas de contaminante cuando semuestrea a un caudal de 2 L/min.

El tiempo de muestreo se determina experimentalmente de manera que seobtenga una muestra suficiente para el anlisis.

Captacin en canister

Los canister son botellas de acero inoxidable de diferentes capacidadesvolumtricas, cuyo interior est teflonado o electropulido. En ellas se introducela totalidad del aire mediante vaco o presin.

Analizadores automticos

En los analizadores automticos se toma y se analiza la muestra en tiemporeal, siendo especficos de cada contaminante y basados por lo general en fun-damentos fsicos tales como la absorcin o emisin de radiaciones de una lon-gitud de onda determinada.

Los principios de funcionamiento de los principales analizadores automti-cos se dan mas adelante.

Sensores remotos

Estn basados en un emisor de radiaciones de diferentes longitudes de onda

y un receptor, separados ambos por una distancia que puede oscilar entre 200 my varios kilmetros. Los contaminantes presentes en ese camino ptico absorbenestas radiaciones y esta absorcin es posteriormente cuantificada. Son los siste-mas ms costosos en contaminacin atmosfrica y requieren gran atencin encuanto a su adecuada calibracin, control de calidad y validacin de los datos.

Conservacin de muestras

Las muestras slo se conservan en el caso del anlisis discontinuo, pues

como ya se ha dicho, en el anlisis continuo la muestra es captada y analizadaen tiempo real en el lugar de captacin.


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En la metodologa discontinua existen, bsicamente, tres tipos de muestrasque van a ser transportadas al laboratorio y que son: gases, partculas y preci-pitacin. Las dos primeras matrices existen tanto en emisin como en inmisin,mientras que la ltima es especfica de inmisin.

Antes de ser transportadas al laboratorio, dependiendo de los objetivos dela medida y a fin de optimizar recursos, puede ser conveniente hacer un alma-cenamiento previo al envo al laboratorio. Durante este almacenamiento lamuestra tiene que permanecer inalterada, por lo que en algunos casos se ha derequerir almacenamiento a temperatura controlada y preservada de toda conta-minacin. Como regla general, salvo algunas excepciones las muestras de gasescaptados es recomendable guardarlas en nevera ( 4o C) y como mximo unasemana desde su captacin hasta ser enviada al laboratorio.

Las partculas captadasdeben ser mantenidas antes de su envo en lugar secoy protegido de toda contaminacin. En el caso de que se vayan a analizar Hidro-carburos Aromticos Policclicos (HAP) se guardar en congelador o nevera.

Muestra de gases

La muestra de gases puede llegar al laboratorio, dependiendo del mtodo deanlisis por el cual vaya a ser identificada posteriormente, de las siguientesformas.

Captada en medio lquido, por borboteo del aire en una solucin capta-dora adecuada, en la cual el gas se habr disuelto o habr reaccionado.Es el caso ms usual.

Captada en medio filtrante, previamente impregnado con solucin capta-dora adecuada.

Captada en un medio adsorbente, como carbn o tenax. Se usa principal-mente para COV (Compuestos Orgnicos Voltiles).

Introducida en un canister. En este caso es una muestra de aire sin captar

y se utiliza para determinar COV.En todos los casos, la muestra debe llegar al laboratorio perfectamente iden-

tificada y en el tiempo y condiciones de transporte requerido en el mtodo.

Muestra de partculas

Las partculas son siempre recogidas en filtros. Debido a que las partculasestn depositadas en una de las caras del filtro, hay que tener mucho cuidado

de que la materia particulada no quede adherida al medio de transporte. Sepueden utilizar tres sistemas:


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Caja Petri de un dimetro adecuado al dimetro del filtro. Es el mejorsistema tanto para partculas que van a ser medidas por gravimetra comopara partculas medidas como humo normalizado equivalente.

Sobre de papel, donde se introducirn los filtros captados doblados porla mitad (nunca los filtros sin captar pues se romperan las fibras y sealterara la captacin). Sirve para partculas que se van a determinar porgravimetra y filtros grandes.

Papel de aluminio. Consiste en envolver el filtro sin romper, en papel dealuminio y se utiliza en las partculas en las que se van a determinarposteriormente HAP.

Manipulacin de muestras previa al anlisisLas muestras, una vez recepcionadas y aceptadas, han de ser manipuladas de

manera que se asegure su no contaminacin y su perfecta identificacin. En elcaso de que las muestras hayan de ser analizadas por diferentes unidades ana-lticas, es recomendable disponer de un registro de distribucin de muestra yestablecer un orden de reparto o de prioridades.

Conservacin de muestras previa al anlisis

El almacenamiento de muestras se realiza en las condiciones adecuadas. Porejemplo: nevera para muestras de precipitacin, cmara de acondicionado parafiltros de partculas que van a ser determinadas posteriormente por gravimetra.Aquellas muestras que no requieran condiciones especiales de almacenamiento,se colocan en zonas aisladas de posible contaminacin y/o alteracin hasta elmomento de su anlisis.

3. ANLISIS

Procedimientos de trabajo

Para el anlisis de contaminantes atmosfricos en aire ambiente existennormas ISO, UNE y EN, as como reglamentacin oficial. En las normas es desealar que las normas de inmisin se presentan como calidad del aire y aireambiente.


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Tcnicas empleadas

Anlisis discontinuos

Las tcnicas ms empleadas en el laboratorio, una vez que ha sido recepcio-nada la muestra son:

Gravimetra.

Potenciometra.

Conductividad.

Espectrofotometra de UV/visible.

Espectrometra de AA. Cromatografa inica.

Cromatografa de gases-espectrometra de masas.

Cromatografa de lquidos de alta resolucin.

Fluorescencia de Rayos X/Difraccin de Rayos X.

En la Tabla 2 se presentan esquemticamente las tcnicas ms utilizadaspara las diferentes matrices.

TABLA 2. Tcnicas ms empleadas en el anlisis discontinuo

Tcnica Gases Partculas Precipitacin

Gravimetra/Reflectometra XPotenciometra/Conductimetra X X XEspectrofotometra UV/vis X X XEspectrometra de AA X XICP X X

Cromatografa inica X X XCromatografa gases - Esp. masas X X XCromat. lquidos alta resolucin X XFRX/DRX X

Aunque algunos contaminantes atmosfricos pueden ser evaluados por dife-rentes tcnicas, habr de elegirse aquella ms adecuada.

Al ser estas tcnicas comnmente usadas en los laboratorios de anlisis qu-

mico, no van a ser descritas, aunque es conveniente la ms especfica de contami-nacin atmosfrica que es la determinacin gravimtrica de partculas. Para la


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misma se requiere una balanza analtica y un laboratorio o cuarto de balanza contemperatura y humedad relativa controladas.

Si la determinacin se realiza segn la Orden de 10 de agosto de 1976, sobrenormas tcnicas para anlisis y valoracin de contaminantes de naturaleza qu-mica (Anexo 4, derogado por Real Decreto 1073/20022)) la balanza debe teneruna resolucin de 0,0001 g y los filtros deben estar durante al menos 24 horasantes de pesarse en un cuarto con temperatura de 22o C 2o C y humedad re-lativa inferior a 45%.

El Real Decreto 1073/2002 en su Anexo XI establece como mtodo deanlisis para partculas PM10, la norma UNE-EN 12341:1999

3), la cual en suAnexo C (normativo) sobre filtro y procedimientos de pesada, establece que laresolucin de la balanza debe ser al menos de 0,000 01 g, y los filtros deben

estar durante 48 horas en un cuarto con una temperatura de 20o C 1o C yhumedad relativa de 50% 5%.

Asimismo, la Norma UNE-EN 14907:20065), para determinacin de partcu-las PM2,5, establece resolucin de la balanza igual o mejor de 10 mg para filtrosutilizados en el sistema LVS o igual o mejor de 100 mg para filtros utilizadosen el sistema HVS.

En esta norma es necesario la verificacin del correcto funcionamiento de labalanza con pesas de referencia con masas similares a los filtros y con filtrosblancos de referencia del mismo tamao y material que los usados en la medida.

Los filtros limpios deben acondicionarse en el cuarto de pesada durante unmnimo de 48 horas antes de pesar y pesarse dos veces, con un intervalo de, almenos, 12 horas para confirmar que el peso del filtro es estable.

Los filtros cargados deben estar en el cuarto de pesada durante un mnimode 48 horas antes de pesar, y despus otra vez una posterior de 24 a 72 horaspara confirmar su estabilidad.

Las condiciones climticas del cuarto de balanza son similares a la de laNorma UNE-EN 12341:19993)para determinacin de partculas PM10.

En la validacinde los mtodos de anlisis discontinuos de contaminantesatmosfricos hay que tener en cuenta adems de los parmetros de validacincomunes a cualquier mtodo, la determinacin de la eficiencia de captacin yeficiencia de concentracin o extraccin.

Anlisis continuos

Las tcnicas de anlisis continuos implican metodologa especfica del con-taminante atmosfrico a medir. Bsicamente, las tcnicas utilizadas en la actua-

lidad en aire ambiente estn definidas en la Tabla 3.


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TABLA 3. Tcnicas de anlisis continuo en aire ambiente

Contaminante

Dixido de azufreDixido denitrgenoMonxido decarbonoOzonoBencenoPartculas

Tcnica

Fluorescencia de UV

Quimioluminiscencia

Absorcin de infrarrojo

Absorcin UV

Absorcin de radiacin Transductor de elementooscilante

ISO

104986)

79969)

422412)

1396415)

1047319)

UNE

UNE-ISO 104987)

7721210)

7725213)

7722116)

UNE-ISO 1047320)

EN

142128)

1421111)

1462614)

1462517)

14662-318)

Los fundamentos de estas tcnicas son:

Dixido de azufre por fluorescencia de UV

La fluorescencia de UV (ultravioleta) se basa en la emisin de luz por lasmolculas excitadas de SO2por radiacin UV cuando vuelven a su estado fun-damental:

El primer paso de la reaccin es

SO2 + h SO2 * (4)

Despus en el segundo paso, la molcula excitada de SO2* vuelve a suestado fundamental, emitiendo una energa h, de acuerdo con la reaccin:

SO2* SO2 + h (UV) (5)

La intensidad de la radiacin fluorescente es proporcional al nmero de

molculas de SO2en el volumen de deteccin y es por tanto proporcional a laconcentracin de SO2.

Por tanto:

F = k cSO2 (6)

donde:

F es la intensidad de la radiacin fluorescente;

k es el factor de proporcionalidad;

CSO2

es la concentracin de SO2


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Antes de entrar la muestra de aire en el analizador de fluorescencia, se pasaa travs de un filtro a fin de excluir las interferencias causadas por la contami-nacin con partculas.

El aire muestreado se pasa por un scrubber para eliminar cualquier inter-ferencia de hidrocarburos aromticos que puedan estar presentes. Para conse-guir esto, se usa un dispositivo scrubber de hidrocarburos.

El aire muestreado se introduce entonces en una cmara de reaccin, dondees irradiado por luz UV en el rango de longitudes de onda entre 200 nm y220 nm. La luz fluorescente UV emitida en el rango de longitudes de onda de240 nm a 420 nm se filtra pticamente y despus se convierte a una sealelctrica por un detector UV, por ejemplo, un tubo fotomultiplicador.

La respuesta del analizador es proporcional al nmero de molculas de SO2en la cmara de reaccin. Por ello, tienen que mantenerse constantes la tempe-

ratura y la presin, o si existen variaciones en estos parmetros, tienen que co-rregirse los valores medidos.

La concentracin de dixido de azufre se mide directamente en unidadesvolumen/volumen si el analizador se calibra usando un patrn volumen/volu-men y los resultados finales se expresan en g/m3.

Dixido de nitrgeno por quimioluminiscencia

La quimioluminiscencia se basa en la reaccin del monxido de nitrgeno conozono. En un analizador por quimioluminiscencia se hace pasar el aire a travs deun filtro (para prevenir la contaminacin del sistema que transporta el gas, espe-cialmente los componentes pticos del analizador) y llega a un flujo constante a lacmara de reaccin del analizador, donde se mezcla con un exceso de ozono parala determinacin slo de monxido de nitrgeno. La radiacin emitida (quimio-luminiscencia) es proporcional al nmero de molculas de monxido de nitrge-no en el volumen de deteccin y por tanto proporcional a la concentracin demonxido de nitrgeno. La radiacin emitida se filtra mediante un filtro pticoselectivo y se convierte en seal elctrica mediante un tubo fotomultiplicador o

un fotodiodo.Para la determinacin de dixido de nitrgeno, se pasa el aire muestreado

a travs de un convertidor donde el dixido de nitrgeno se reduce a monxidode nitrgeno y se analiza del mismo modo al descrito anteriormente. La sealelctrica obtenida del tubo fotomultiplicador o fotodiodo es proporcional a lasuma de las concentraciones de dixido y monxido de nitrgeno. La cantidadde dixido de nitrgeno se calcula de la diferencia entre esta concentracin yla obtenida slo de monxido de nitrgeno (cuando el aire muestreado no hapasado a travs del convertidor).

La quimioluminiscencia es la emisin de luz durante una reaccin qumica.Durante la reaccin en fase gaseosa de NO y ozono se produce luz con una


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intensidad proporcional a la concentracin de NO cuando los electrones de lasmolculas excitadas de NO2decaen a niveles de energa inferiores.

Este mtodo de quimioluminiscencia se basa en la reaccin:NO + O3 NO2 * + O2 (7)

NO2 NO2 + h (8)

El dixido de nitrgeno excitado (NO2*) emite radiacin en la regin del

infrarrojo prximo (600 nm-3.000 nm) con un mximo centrado alrededor de1.200 nm. Para la determinacin de dixido de nitrgeno, se convierte el dixi-do de nitrgeno presente en el aire muestreado, a monxido de nitrgeno en unconvertidor, como resultado de la reaccin:

(9)

El NO se analiza entonces de acuerdo a las reacciones (7) y (8).

Las concentraciones de dixido y monxido de nitrgeno se miden directa-mente en unidades volumen/volumen (si el analizador se calibra usando unpatrn volumen/volumen), puesto que la radiacin emitida de la reaccin qui-mioluminiscente es proporcional a la concentracin de monxido de nitrgenoen unidades volumen/volumen y los resultados finales en el informe se expresanen g/m3.

Monxido de carbono por absorcin de radiacin infrarroja no dispersiva

La concentracin de CO ambiental se mide mediante la utilizacin de m-todos infrarrojos no dispersivos. La atenuacin de la luz infrarroja que pasa atravs de una cmara de muestra es una medida de la concentracin de CO enla cmara, de acuerdo con la ley de Lambert-Beer. No slo CO, sino tambinabsorbern luz infrarroja, la mayora de las molculas heteroatmicas, en parti-cular agua y CO2, que tienen bandas anchas que pueden interferir con la medida

de CO. Se han desarrollado diferentes soluciones tcnicas para suprimir la sen-sibilidad cruzada, inestabilidad y deriva, a fin de disear sistemas de medidacontinuos con propiedades aceptables. Por ejemplo:

midiendo la absorcin IR de una longitud de onda especfica (4,7 mpara CO);

monitores de doble cmara, usando una cmara de referencia llena conaire limpio (compensacin de deriva);

correlacin de filtros de gas, midiendo en un rango de longitudes deonda.

convertidor(catalizador)2NO NO


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Tiene que prestarse especial atencin a la absorcin infrarroja por gases,tales como vapor de agua, dixido de carbono, xido nitroso e hidrocarburos.

Se mide la concentracin de monxido de carbono en unidades volumen/volumen (si se calibra el analizador usando un patrn volumen/volumen) y elresultado final se expresa en mg/m3.

Ozono por absorcin de ultravioleta

El aire muestreado se aspira continuamente a travs de una clula ptica deabsorcin, donde se irradia con radiacin monocromtica, centrada en 253,7 nm,desde una lmpara estabilizada de descarga de mercurio (Hg), a baja presin. La

radiacin UV que pasa a travs de la clula de absorcin, se mide por un fotodio-do sensible o un detector fotomultiplicador y se convierte en una seal elctricaque se puede medir. La absorcin de esta radiacin por el aire muestreado en laclula de absorcin es una medida de la concentracin de ozono en el aire am-biente.

Habitualmente se utilizan dos sistemas diferentes para la medida de la ab-sorcin de ultravioleta por el ozono.

NOTA: En un sistema de absorcin ultravioleta por el ozono se deter-mina por medio de la diferencia en absorcin ultravioleta entre una

clula de muestra y una clula de referencia (tipo clula dual).

En el otro sistema slo se emplea una clula. La absorcin de ultravioleta deozono se determina suministrando alternativamente, a la clula de absorcin,aire muestreado conteniendo ozono y aire muestreado libre de ozono. El airemuestreado libre de ozono se obtiene pasando ste a travs de un convertidorcataltico de ozono en el cual, el ozono se destruye.

Los analizadores de ozono comerciales, ms modernos, miden la tempera-tura y presin del aire muestreado en la clula de absorcin. Usando estos datos

un microprocesador interno calcula automticamente la concentracin de ozonomedida relativa a las condiciones de referencia elegidas. Para los analizadores,sin esta compensacin automtica de presin y temperatura, las concentracionesnecesitan corregirse manualmente a las condiciones de referencia elegidas.

La concentracin de ozono se mide en unidades volumen/volumen o en g/m3.

Benceno por cromatografa de gases

Se aspira o fuerza a pasar a travs de un tubo de sorbente un volumen

medido de aire de muestra. Siempre que se elijan sorbentes adecuados, se re-tiene el benceno en el tubo del sorbente y as se elimina de la corriente de aire.


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El benceno captado (en cada tubo) se desorbe mediante calor y se transfieremediante un gas portador inerte a un cromatgrafo de gases equipado con unacolumna capilar y un detector de ionizacin de llama u otro detector adecuado,donde se analiza. Antes de entrar a la columna, se concentra la muestra o en unatrampa criognica, que se calienta para liberar la muestra en la columna o enuna precolumna, donde los hidrocarburos de punto de ebullicin mayor seeliminan de la precolumna por retroflujo.

Se usan dos tipos generales de instrumentos. Uno est equipado con unatrampa de muestreo individual y el otro con dos o ms trampas. El instrumentode trampa individual muestrea durante una parte del tiempo en cada ciclomientras que el instrumento de trampas mltiples muestrea continuamente. Lostiempos habituales de los ciclos estn entre 15 minutos y 1 hora.

Partculas por absorcin de radiacin beta

Se pasa un volumen conocido de aire ambiente a travs de un filtro, sobreel cual se recoge la materia particulada. La masa total de materia particulada sedetermina por medicin de la absorcin de la radiacin beta. Esta medicinsigue la siguiente ley de absorcin emprica:

N = No ekm (10)

donde:

No es el nmero de electrones incidentes por unidad de tiempo (cuentaspor segundo);

N es el nmero de electrones transmitidos por unidad de tiempo (cuentaspor segundo) medidos despus del filtro;

k es el coeficiente de absorcin por unidad de masa (cm2/mg);

m es la masa por rea (mg/cm2) de materia que absorbe la radiacin beta.

En la prctica, no es necesario determinar No, y la masa por rea de la ma-teria particulada recogida se determina de la siguiente manera:

a) Paso uno: se realiza una medicin sobre un filtro en blanco:

N1 = No ekmo (11)

donde:

N1 es el nmero de electrones transmitidos por unidad de tiempo (cuentaspor segundo) medidos despus del filtro blanco;

mo es la masa por rea (mg/cm2) del filtro blanco.


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b) Paso dos: se realiza una medicin sobre el mismo filtro cargado conmateria particulada:

N2 = No ek(m

o+ m)

(12)donde:

N2 es el nmero de electrones transmitidos por unidad de tiempo (cuentaspor segundo) medidos en el filtro cargado con la materia particulada;

m es la masa por rea (mg/cm2) de la materia particulada recogida sobreel filtro.

Combinando las ecuaciones (11) y (12):

N1 = N2 e+km (13)

o

(14)

Este mtodo de medicin tiene las siguientes caractersticas:

La ley exponencial emprica [ecuacin (10)] es vlida en el rango detrabajo habitual. Hay, sin embargo, un lmite superior que es directa-

mente proporcional a la mxima energa de emisin de la fuente betautilizada.

Partculas por transductor de elemento oscilante

Consta de un elemento oscilante colocado en el centro de un sistema dedeteccin msico. Este elemento oscilante consiste en un tubo agujereado, su-jeto en un extremo y libre para vibrar en el otro. En este extremo libre se colocaun filtro. La muestra de aire se hace pasar a travs de este filtro y entonces baja

el elemento oscilante. El caudal de aire se mantiene constante mediante un con-trolador de flujo msico que se corrige a la temperatura y presin baromtricalocal.

El elemento oscilante vibra precisamente a su frecuencia natural. Un circuitode control electrnico recibe esta vibracin y mediante un sistema de feed-back, aade la energa necesaria al sistema para compensar la prdida. Uncircuito de control de la ganancia automtica mantiene la vibracin a una am-plitud constante. Un contador electrnico de precisin mide la frecuencia conun perodo de muestreo de dos segundos.

En la validacin de los mtodos continuos de anlisis de contaminantesatmosfricos hay que tener en cuanta cuatro procedimientos bsicos: caracters-

[ ][ ]

1

2

N1m ln

k N =


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ticas dinmicas, calibracin, selectividad y estabilidad del cero y span; los cualesse van a describir brevemente:

Caractersticas dinmicas

Comprende la determinacin del tiempo de respuesta, tiempo de retardo,tiempo de subida y tiempo de cada (UNE 77237:1999)21).

El tiempo de respuesta es el tiempo que necesita un instrumento para res-ponder a un cambio rpido de la concentracin del contaminante objeto demedida. Consta de dos partes principales:

Tiempo de retardo, que es el tiempo tomado para alcanzar el 10% del

cambio final en el instrumento de lectura. Tiempo de subida o cada, que es el tiempo tomado para pasar del 10

al 90% del cambio final en la lectura del instrumento.

Calibracin

Consiste en determinar fundamentalmente la funcin de calibracin, linea-lidad, repetibilidad y lmite inferior de deteccin, de acuerdo a las normas UNE77237:199921)o UNE 77240:200022).

Se entiende por funcin de calibracin, la relacin entre las caractersticasde calidad del aire (concentracin del contaminante y las lecturas del instrumen-to, mientras que el lmite inferior de deteccin es la concentracin mnima deun contaminante en una muestra de aire (se puede definir como tres veces ladesviacin estndar del ruido del analizador).

Como se ha mencionado la calibracin establece una relacin entre la con-centracin del contaminante medido (ppm, ppb, g/m3...) y la respuesta delanalizador (lectura del registrador, salida analgica, digital). Posteriormente,esta relacin se utiliza para convertir los valores de respuesta del analizador con

la correspondiente concentracin del contaminante.La calibracin se debe llevar a cabo en el lugar de la medida, mediante el

anlisis por el analizador a verificar de atmsferas patrn de concentracionesconocidas. Durante la calibracin, el analizador debe operar en su modo normalde operacin. De esta manera, la atmsfera patrn pasa por todos los filtros,scrubbers y otros componentes que se utilicen durante el muestreo normal delaire ambiente.

La calibracin se puede realizar con botellas de gases o tubos de permeaciny debe ser multipunto con concentraciones de gases conocidos que oscilen entre

el cero y el 80% del fondo de escala del analizador.


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Selectividad

Consiste en determinar que el analizador slo mide el contaminante objetode medida. Para ello, se realizan cuatro etapas, consistentes en introducir:a)airecero;b)aire cero con posibles interferencias; c)concentraciones conocidas delgas a medir, yd)las mismas concentraciones de gas con sustancias interferentes.

Deriva del cero y rango

La estabilidad del cero y rango se caracteriza por la variacin (deriva) de losmismos con el tiempo.

Equipos

Los equipos habrn de mantenerse adecuadamente, figurando en su docu-mento los detalles sobre las operaciones de mantenimiento. La sustitucin deelementos fungibles, chequeos de diagnstico y revisiones de los equipos debe-ran, en todos los casos, seguir las recomendaciones del fabricante. En el labo-ratorio debe existir un plan de mantenimiento, que cubra todos los equipos,definindose en l las actividades a realizar y su periodicidad.

Control de equipos de muestreo

El mantenimiento de los equipos de muestreo exige, adems de las operacio-nes recomendadas por el fabricante (sustitucin de escobillas...), una serie de re-visiones de los elementos que participan en la captacin, y que bsicamente son:

Revisin del sistema de medida del caudal o del volumen de aire. Estose puede realizar mediante una verificacin de la constancia del caudalcon una periodicidad semanal. Como ejemplo se puede considerar comovlido oscilaciones del 5% para captadores individuales y 10% para

captadores secuenciales, en caso de que la norma o reglamento no esta-blezca otros valores.

Las comprobaciones de caudal se pueden realizar con un patrn secun-dario de caudal, como un rotmetro, el cual previamente habr sidocontrastado con un patrn primario.

Las posibles desviaciones del caudal, adems de averas importantes,pueden deberse principalmente a deterioros de los tubos de conexinpor suciedad, mala conexin de los tubos y fugas en la bomba.

Revisin de la lnea de muestreo mediante una inspeccin semanal de los

tubos y una limpieza peridica cada 3-6 meses dependiente de la con-taminacin de la zona.


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Revisin del transporte de aire, verificando la ausencia de fugas o entra-das de aire no adecuadas. Una periodicidad mensual es recomendable.

Control de equipos de anlisis discontinuo

Al utilizarse tcnicas de anlisis fsico-qumicos convencionales de laborato-rio, anteriormente referidas, no se va a hacer aqu ningn comentario en cuantoa mantenimiento y calibraciones.

Control de equipos de anlisis continuo

Adems del mantenimiento recomendado por el fabricante y especfico decada analizador, hay que considerar un mantenimiento general y consistente en:

Revisin de la lnea de muestreo. Pudiendo servir aqu las mismas indi-caciones que en los equipos de muestreo.

Revisin del sistema de medida del caudal o volumen de aire.

Revisin de los scrubbers, verificando que no originan perdidas delcontaminante a medir y que elimina eficazmente las interferencias.

Revisin del voltaje, el cual debe ser lo ms estable posible, pues peque-as variaciones pueden causar alteraciones o inestabilidades en las sea-les de respuesta.

Patrones y materiales de referencia

En contaminacin atmosfrica es necesario definir los patrones y materialesde referencia, en lo relacionado a caudal de aire y contaminantes gaseosos.

Para la toma de muestra de contaminantes en aire ambiente, se necesita

principalmente disponer de patrones de:caudal

temperatura

presin

o bien que los equipos que midan estos parmetros estn debidamente cali-brados.

En cuanto a los materiales de referencia, es necesario disponer de los ma-teriales de referencia correspondiente a los contaminantes que se van a deter-minar, con las incertidumbres adecuadas.


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4. METODOLOGA Y LEGISLACIN

En la Tabla 4 se presentan los contaminantes atmosfricos para la evalua-cin de la calidad del aire, para los cuales existen mtodos oficiales de toma demuestra y anlisis, as como la legislacin a la que aplica:

TABLA 4. Normativa oficial para contaminantes atmosfricos

Parmetro

Dixido de azufre

Partculas PM10

Partculas PM2,5

Amonaco

Dixido de nitrgeno

Plomo

Ozono

Benceno

Metodologa

Fluorescencia UV

Captador alto o bajovolumen

Captador alto o bajovolumen

Captador bajovolumen

Quimioluminiscencia

Captador alto o bajo

volumen de PM10Absorcin atmica

Absorcin ultravioleta

Aspiracin y cromato-grafa de gases

Norma

UNE-ISO 104987)

UNE-EN 123413)

UNE-EN 149075)

O. de 10.08.19761)

UNE 7721210)

UNE-EN 123413)

UNE 7723023)

UNE 77221:200016)

UNE-EN 16662-124)

UNE-EN 16662-225)

UNE-EN 16662-318)

Legislacin a queaplica

RD 1073/20022)

RD 1073/20022)

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RD 1796/200326)

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5. PUNTOS DE MUESTREOLa Orden de 10 de agosto de 19761)establece muy someramente los criterios

de ubicacin. A este respecto es de sealar:

Captador de pequeo volumen. Colocacin a una distancia vertical m-nima desde el suelo a la entrada de aire de tres metros y distancia hori-zontal entre cualquier parmetro vertical y la entrada de aire superior a0,5 metros.

Captador de alto volumen. Distancia entre el plano de filtro y del terreno

de 2 metros. En horizontal no existir ningn obstculo en un radioinferior a un metro.


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Captador de partculas sedimentables. Colocacin en un espacio abiertoalejado de muros verticales, edificios, rboles, etc., que puedan interferirla determinacin. Como criterio de alejamiento se puede considerar ladistancia doble de la altura del objeto que interfiere.

El equipo colector deber sujetarse al suelo por un medio asequible queevite su cada por el viento. Tambin deber estar alejado, dentro de lo posible,del alcance de personas o medios que puedan daar el aparato.

El Real Decreto 1073/20022), de calidad del aire, establece nuevas condicio-nes de microimplantacin que son:

Ni restricciones ni obstrucciones que afecten al flujo de aire de muestreo:

! mnimo: 0,5 m del edificio ms prximo.

Punto de entrada de muestreo entre 1,5 m y 4 m sobre el nivel del suelo(en algunos casos se acepta hasta 8 m).

Entrada de muestreo alejada de fuentes de emisin.

Salida del sistema de muestreo colocada de tal manera que se evite larecirculacin del aire saliente hacia la entrada del sistema de muestreo.

Situacin de los sistemas de muestreo orientados al trfico:

! para todos los contaminantes, a ms de 25 m del bordillo de los cruces

principales y al menos a 4 m del centro del carril de trfico ms pr-ximo;

! para NO2y CO, la entrada de aire no debera estar a ms de 5 m delbordillo de la acera;

! para partculas, plomo y benceno, las entradas de aire deberan estarsituadas de forma que fueran representativas de la calidad del airecercano a la lnea de edificios.

BIBLIOGRAFA(1) Orden de 10 de agosto de 1976, sobre normas tcnicas para anlisis y valoracin de

contaminantes de naturaleza qumica. B.O.E. de 10 de noviembre de 1976.(2) Real Decreto 1073/2002, de 18 de octubre, sobre evaluacin y gestin de la calidad

del aire ambiente en relacin con el dixido de azufre, dixido de nitrgeno, xidosde nitrgeno, partculas, plomo, benceno y monxido de carbono. B.O.E.nm. 260,de 30 de octubre de 2002.

(3) UNE-EN 12341:1999. Calidad del aire. Determinacin de la fraccin PM10de la ma-teria particulada en suspensin. Mtodo de referencia y procedimiento de ensayo decampo para demostrar la equivalencia de los mtodos de medida al de referencia.

(4) UNE-EN ISO/IEC 1025:2005. Requisitos generales para la competencia de los labo-

ratorios de ensayo y calibracin.


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(5) UNE-EN 14907:2006. Calidad del aire ambiente. Mtodo gravimtrico normalizadode medida para la determinacin de la fraccin msica PM2,5de la materia particuladaen suspensin.

(6) ISO 10498:2004. Ambient Air. Determination of sulfur dioxide. Ultraviolet fluores-cence method.(7) UNE-ISO 10498:2006. Aire ambiente. Determinacin de dixido de azufre. Mtodo

de fluorescencia.(8) EN 14212:2005. Ambient air quality. Standard method for the measurement of the

concentration of sulfur dioxide by ultraviolet fluorescence.(9) ISO 7996:1985. Ambient air. Determination of the mass concentration of nitrogen

oxides. Chemiluminescence method.(10) UNE 77212:1993. Calidad del aire. Determinacin de la concentracin msica de los

xidos de nitrgeno. Mtodo de Quimioluminiscencia.(11) EN 14211:2005. Ambient air quality. Standard method for the measurement of the

concentration of nitrogen dioxide and nitrogen monoxide by chemiluminescence.(12) ISO 4224:2000. Ambient air. Determination of carbon monoxide. Non-dispersive in-

frared spectrometry method.(13) UNE 77252:2003. Aire ambiente. Determinacin de monxido de carbono. Mtodo

de espectrometra infrarroja no dispersiva.(14) EN 14626:2005. Ambient air quality. Standard method for the measurement of the

concentration of carbon monoxide by non-dispersive infrared spectroscopy.(15) ISO 13964:1998. Air quality. Determination of ozone in ambient air. Ultraviolet pho-

tometric method.(16) UNE 77221:2000. Calidad del aire. Determinacin de ozono en aire ambiente. Mto-

do por fotometra ultravioleta.(17) EN 14625:2005. Ambient air quality. Standard method for the measurement of the

concentration of ozone by ultraviolet photometry.(18) EN 14662-3:2005. Ambient air quality. Standard method for the measurement ofbenzene concentrations. Part 3: Automated pumped sampling with in situ gas chro-matography.

(19) ISO 10473:2000. Ambient air. Measurement of the mass of particulate matter on afilter medium. Beta-ray absorption method.

(20) UNE-ISO 10473:2005. Aire ambiente. Medida de la masa de materia particulada enun filtro. Mtodo de absorcin de radiacin beta.

(21) UNE 77237:1999. Calidad del aire. Determinacin de las caractersticas de funciona-miento de los mtodos de medida.

(22) UNE 77240:2000. Calidad del aire. Evaluacin de las caractersticas de funcionamien-to de los analizadores de gas.

(23) UNE 77230:1998. Aire ambiente. Determinacin del contenido de plomo particuladoen aerosoles captados en filtros. Mtodo de espectrometra de absorcin atmica.(24) UNE-EN 16662-1:2006. Calidad del aire ambiente. Mtodo normalizado de medida

de concentraciones de benceno. Parte 1: Muestreo por aspiracin seguido de desor-cin trmica y cromatografa de gases.

(25) UNE-EN 16662-2:2006. Calidad del aire ambiente. Mtodo normalizado de medidade concentraciones de benceno. Parte 2: Muestreo por aspiracin seguido de desor-cin por disolvente y cromatografa de gases.

(26) Real Decreto 1796/2003, de 26 de diciembre, relativo al ozono en el aire ambiente.

metodología de evaluación de la calidad.pdf

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